攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 盐浴炉的设计
在工作温度下的熔盐体积：
G 式（2.2） V? r上式中V—工作温度下的熔盐的体积 （L）； r—工作温度下的熔盐的密度（kg/L）。
r见表2.1[8]。
表2.1 常用熔盐的物理性质
物理性质 熔点（℃） 工作温度
固体比热容（千液体比热容（千卡/千克?度）
溶解热（千
卡/千克）
密度kg/m3 卡/千克?度）
碱金属亚硝酸盐+硝酸盐 碱金属硝酸盐
碱金属氯化物+碳酸盐 碱金属氯化物
碱金属+碱土金属氯化物 碱土金属氯化物
145 170 0.32 0.37 30.5
170 1800 0.32 0.36 55
590 1900 0.23 0.34 88
670 1600 0.20 0.26 160
550 2280 0.14 0.18 82.5
960 2970 0.09 0.12 43.5
设炉膛的尺寸为长×宽×高=L×B×H。 熔盐的体积为
V?L?B?(H?C) 式（2.3） 式中 L—为长方形断面坩埚的长度； B—为长方形断面坩埚的宽度；
选择装料方法和确定料筐尺寸应先依工件的形状尺寸和性能要求选择向炉中装料的方法。根据一次装料量和装料方法就可以确定出装料筐(或炉子装料范围)的尺寸(参考图2.2)。通常都考虑装料筐截面为正方形(长方形坩埚)或圆形(圆
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C—熔盐表面到炉膛口的距离，约为50～100mm。
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筒形坩埚)。本设计载料筐截面选择为长方形。
图2.2 电极盐浴炉的坩埚尺寸
≈50 50～100≈50H>100bBaL 为了装料方便，避免碰撞坩埚内壁和保证加热均匀，坩埚与装料筐之间应保持一定距离。通常此距离可取50mm左右，即
B=b+2×50mm 式（2.4） 式中b—装料筐(或装料范围)宽度mm。
埋入式电极盐浴炉坩埚长度通常指坩埚横截面电极一边向前到对边的距离。坩埚的长度除了要和宽度一样保证顺利装料外，还要留出安放电极的位置，电极与载料筐之间也要保持一定距离，常常取50mm，因此
L=a+2×50mm 式（2.5） 式中 L—坩埚长度，mm；
a—装料筐长度。mm。
坩埚深度可依下面的公式进行计算：
H?HY?C 式（2.6） 式中 H—坩埚深度(mm)；
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HY—盐浴面以下深度(mm)；
C—浴面至坩埚上口距离，一般C＝50～100mm，有强烈磁流循环时，C＝100～150mm。
上公式中的HY可通过下式进行计算：
式中 VY—熔盐体积（mm）；
Vj—工件和料筐(或夹具)体积(m3)；
VD—电极浸入熔盐部分的体积，对埋入式电极VD=0。 通过以上的方法可以计算出所设计盐浴炉的坩埚的基本尺寸。
HY?VY?Vj?VDBL 式（2.7）
2.4炉体结构的设计 2.4.1炉体的基本组成
电极盐浴炉的炉体基本结构与普通电阻炉特别是立式电阻炉基本上一致，它
们都是有炉架、炉胆、炉壳、保温层和炉盖等部分组成。其区别是在盐浴炉的炉体中另加了盛装盐液的坩埚，或加上电极装置。
2.4.2炉体的材料选择和结构设计
盐浴炉的炉体各个组成部分材料的选择非常重要，直接影响到盐浴炉的性能的好坏。下面来介绍下炉体各部分所需的材料。
炉体的炉架主要由角钢焊接而成，是炉子的骨架。在上面焊接炉壳，并常作为某些附属机械设备、电极和仪表的支架。
炉胆可用6～8mm厚钢板连续焊接而成。对于大型高温盐浴炉炉胆四周，最好再包焊角钢，以免胀裂漏盐。侧埋式盐浴炉的电极从后面引出，炉胆后侧面应开孔。孔的尺寸每边应较电极大10mm，以防电极与炉胆相碰短路。
炉壳由炉架与钢板组成。先根据要求，用角钢焊成炉架。炉架的内侧应为一平面，在炉架的底部及四周焊上钢板即得到炉壳。炉底钢板承受的负荷较大，一般用5～8mm厚的钢板，四周钢板的厚度为3～4 mm。侧埋式盐浴炉的后侧面钢板较厚，并做成可拆式的。为保持炉面整洁，有的盐浴炉用厚度为5～6 mm的钢板作炉面板。并利用螺钉与炉架连接，做成可拆式连接。炉壳底部焊有两段工字钢或槽钢，高度为50～80mm，它起到支承炉体作用和防止炉体直接对地面传热。
炉体的保温层内层为耐火砖，外层为隔热砖。炉壳与隔热砖之间常留有约10～12mm的空隙，填以石棉绒或其他隔热材料，底部填一层厚约3～5mm的石棉板。这样不但有利于隔热保温，也可以对炉体的膨胀起缓冲作用。
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坩埚在用钢板焊接成的炉胆内用耐火材料砌成或用钢和铸铁铸造或焊接而成。埚有金属坩埚和耐火材料坩埚两大类。电极盐浴炉所用的金属坩埚通常是有低碳钢、合金钢或铸铁铸造或焊接而成。铸造坩埚通常成圆筒形，焊接坩埚通常用钢板焊成长方形或正方形。金属坩埚的壁厚应均匀一致，形状应平滑成流线形，不存在尖锐边缘和棱角，焊缝应尽量减少，并采取双面焊接，以保持严密，防止漏盐。由于金属坩埚使用寿命较短，只用于工作温度较低的炉子或采用氰盐、碳酸盐或苛性碱等作加热介质的炉子，因而现在很少使用。
耐火材料坩埚的材料主要有耐火砖和耐火混凝土两种。砖砌坩埚一般采用标准重质耐火粘土砖或重质高铝砖。连续使用的盐浴炉及高温盐浴炉，采用高铝砖砌坩埚，使用寿命较长。在砌筑时必须错开砖缝，同时砖缝要小，一般要求不大于1mm，最好采用专门的耐火泥浆作为粘结剂。目前，大量使用的有磷酸盐耐火混凝土和矾土水泥耐火混凝土两种。两种混凝土相比磷酸盐耐火混凝土具有高强度、高耐火度、良好的高温韧性和热稳定性[9]。因而本设计坩埚的材料选用耐火砖。坩埚的厚度与炉子的工作温度和所用耐火材料的种类有关，具体可参考下表2.2[10]。
表2.2 坩埚的材料选择
工作温度（℃）
耐火层厚度（mm）
耐火混凝土
150～650 650～1000 1000～1350
150～180 160～230 180～250
耐火砖 180～200 180～230 220～270
100～150 120～160 140～200 绝热层厚度（mm）
2.5盐浴炉功率的确定 2.5.1盐浴炉功率的计算方法
盐浴炉功率大小是关系到炉子能否正常工作的一个重要技术指标，但是目前尚无一种简易准确的计算方法来确定电极式盐浴炉的功率。盐浴炉与电阻炉一样，它的功率通常都用经验方法确定。常用的计算方法有以下三种：①热平衡法；②热效率法；③坩埚容积法。
2.5.2热平衡法计算盐浴炉功率
盐液炉所需的总功率为各项热量支出所消耗功率之和。炉子的功率消耗主要包括以下几项：①加热工件热能消耗；②加热工夹具的能量消耗；③炉墙和炉底
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的热损失；④盐液表面的辐射热损失；⑤炉子砌体和熔盐蓄热；⑥其他热损失。其中第⑤项热损失主要影响到炉子的升温时间，通常不计算在内，第②热损失也 常常合并到第一项内一同计算。因而盐浴炉的总功率为，
P?P1?P2?P3?P4 式（2.8）
式中 P—盐浴炉的总功率(kw)；
P1—工件与夹具吸收热量消耗的功率(kw)；
P2—盐浴表面辐射热损失消耗的功率(kw)，此值可从表2.3中先查得单位盐液表面积上损失的功率，然后乘上盐液总表面积而得到；
P3—炉壁和炉底的导热损失的功率(kw)，此值也可从表2.3中先查出单位壁面上的损失功率，然后乘以总壁面面积而求得；
P4—其他热损失所需的功率(kw)，如电极柄、熔盐蒸发等损失的功率，此项功率损失通常估计为前三项之和的10%～20%，即 P4?(P%~20%)。1?P2?P3)?(10 用热平衡方法计算浴炉的功率过于麻烦而且不准确，计算结果与实际出入很大。根据熔盐的容积来估计浴炉的功率还是一种简便可行的方法，在一般情况下还有一定参考价值的[11]。
表2.3 电极盐液的盐液面和炉壁表面的散热损失
炉子工作温度（℃）
散热损失（kw/m2）
盐液表面
595 735 870 1010 1150 1290
30.2 53.8 97.5 163 236 332.5
炉壁表面 1.6 2.04 2.58 3.0 3.65 7.93
2.5.3热效率法计算盐浴炉功率
热效率计算法首先要算出加热工件所需的有效功率P1，然后按下式计算炉子的总功率P。
P?K1K2K3K4? ?P1 (kW) 式（2.9）
式中 K1—辅助操作和修理炉子的热损失系数： t炉<850℃时， K1=1.05～1.15； t炉=850～1000℃时，K1=1.15～1.25；
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