攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 盐浴炉的设计
K2—加热夹具的热损失系数： 用夹具时:K2=1.15～1.4； 不用夹具时:K2=1；
K3—补充新盐和盐液蒸发的热损失系数： 周期作业时:K3 =1.05； 连续作业时: K3=1.15； K4—转换炉子中的热损失系数： 转换一次时:K4=1.05： 不转换时：K4=1；
?—炉子的热效率，与炉温有关，具体数值见表2.4。
表2.4 炉子的热效率?
炉子温度t炉（℃）
300～600 600～800 800～1000 1000～1300
炉子热效率? 50～65% 45～55% 40～50% 35～45%
这种经验计算法，虽然考虑了各种主要因素，并规定了有关系数的范围，但没有考虑到炉子结构特点对于各种因素的影响。实际上炉子的结构形状特别是坩埚横截面积对炉子热损失的影响是极其大的。例如对于工作温度为850℃的盐浴炉，坩埚截面积每增大0.1m2，炉子功率常需要加大8～9kW。采用这种方法确定炉子功率时，除应根据实际情况适当选取各个系数之值外，必要时并对计算结果适当加以修正，或利用其他方法加以核算。根据与现在标准炉子的数据进行比较，用这种方法确定的炉子功率一般都偏大一些。
2.5.4坩埚容积法计算盐浴炉功率
坩埚容积法比热平衡法计算简便，比热效率法更准确，因而它是一种比较有
效的计算功率方法。这种方法所依据的原理是，盐浴炉坩埚的容积(实际上是熔盐体积)与炉子功率有密切关系。在一定工作温度下，盐浴炉的功率与坩埚的容积保持一定的关系，坩埚容积不同，炉子单位容积所需的功率也随着变化，容积愈大时，单位容积所需功率值愈小。其关系式为：
P?K0V 式（2.10）
式中 P—盐浴炉的总功率(kW)；
V—坩埚的容积（熔盐的体积）（m3）；
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K0—容积功率系数，即单位体积熔盐所需之功率（kW/m3），具体见表2.5[12]。
本设计运用坩埚容积法计算盐浴炉的功率。
表2.5 电极盐浴炉单位体积熔盐所需功率值K0
熔盐体积（dm3）
在以下温度所需的功率（kW/dm3）
150～650
0～10 10～20 20～50 50～100 100～300 300～500 500～1000 1000～2000 2000～3000
0.6～0.8 0.5～0.6 0.35～0.50 0.20～0.35 0.14～0.20 0.10～0.14 0.08～0.10 0.04～0.08 0.02～0.04
650～950 1.0～1.2 0.8～1.0 0.5～0.8 0.35～0.50 0.20～0.35 0.14～0.20 0.1～0.12 0.08～0.10
—
950～1300 1.6～2.0 1.2～1.6 1.0～1.2 0.7～1.0 0.5～0.7 0.4～0.5 0.3～0.4 — —
2.6电极材料选择和电极设计 2.6.1电极材料的确定
作为电极盐浴炉电极的材料必须具有较高的电导率，耐高温氧化，耐熔盐腐蚀，使用寿命长，成本较低。常用的电极材料有低碳钢、不锈钢、耐热钢、石墨等。由于低碳钢价格较低，且性能较好，故实际上大多用低碳钢电极，只是硝盐炉需要耐腐蚀，因而常用不锈钢，高温埋入式电极盐浴炉有时用耐热钢或石墨电极。本设计为了减少成本且不影响性能，故选用低碳钢作为电极材料。
2.6.2电极的参数确定及功率核算
埋入式浴炉结构型式很多，现以单相二极侧埋式浴炉为例，来说明电极尺寸
确定原则及其功率核算。根据生产需要及变压器容量，埋入式浴炉的炉膛尺寸已
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确定为L(长)×B(宽)×H(高)，那么电极的长度(与熔盐接触部分的长度)应选用L，电极间距离为B。电极的高度应尽量和耐火砖某一边具有相同的尺寸，即通常可选用40、65、113、230mm，以便于用标准耐火砖砌筑。
电极尺寸确定后，在一定的温度下，电极间参与导电的熔盐电阻可按下式计算：
N?BR? Lh 式（2.11） 式中 R—电极间参与导电的熔盐电阻(欧)；
N—电阻折合系数，一般取0.71～0.73，由实验确定； ?—在某一温度范围熔盐的电阻率(欧·mm2／米)； B—电极间距离(米)；
L—与熔盐接触部分的电极长度(mm)； h—与熔盐接触部分的电极高度(mm)；
BaCl2和NaCl在不同温度下的电阻率见表2.6，各种比例的BaCl+ NaCl在900℃时的电阻率见表2.7[13]。
表2.6 不同温度下BaCl2和NaCl的电阻率(ρ)
温度（℃） ρ/μΩ?m
NaCl BaCl2
800 3000 —
900 2660 —
1000 — 4870
1100 — 4330
1200 — 3940
1300 — 3650
表2.7 混合盐（BaCl2和NaCl）900℃时的电阻率(ρ)
BaCl2（%） ρ/μΩ?m
0 2660
35.0 3210
52.5 3656
65.4 3860
74.5 4320
88.2 4520
95.0 5150
因此，在不同的电压下(变压器二次电压)，盐浴炉能获得的功率，可按下式计算：
U2U2LhP?? ? B ? 10 3 式（2.12） R N式中 P—在某一电压下盐浴炉能获得的功率（千瓦）； U—电极的端电压，及变压器二次电压（伏）。
当变压器分接开关接在最高档时，浴炉能获得的最大功率为变压器额定容量的1.4～1.6倍，即：P最大=(1.4～1.6)S额定 式中 P最大—盐浴炉能获得的最大功率(千瓦)； S额定—变压器的额定容量(千伏.安)。
因为P最大一般仅在升温或特殊情况才短期使用，盐浴炉变压器每八个小时可超载1.4～1.6倍使用1.5小时。若P最大不符合要求，应调整炉膛尺寸或电极尺寸。电极的厚度应以砌砖和安装方便为原则。当电极尺寸确定后，还应核算：电极横
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截面积电流密度和电极表面电流密度，一般可按下列经验数据来核算： 电圾横截面积电流密度≤100安／厘米2； 电极表面电流密度≤5～40安／厘米2。
2.7变压器的选择
电极浴炉要采用专用的盐浴炉变压器。考虑到工作安全，这种变压器都是输出电压箱别低的降压变压器。输出电压一般在5～30伏范围内。常用的可分为5～20伏和10～25伏两种类型。变压器的输入电压可用380或220伏。 变压器容量应为炉子功率(不是根据电极尺寸所获得的最大功率Pmax)P的1.1～1.2倍，变压器初级电压为380伏，次级电压为5.5～17.5V(插入式)，埋入式电极炉的次级电压为14～35伏，变压器相数应与炉子相数相同。可以依据这些选择变压器。
目前我国各厂生产的盐炉变压器主要是ZUDG(单相)和ZUSG(三相)型的空气变压器。功率由25到150千瓦，输出电压在5.5～17.6范围内，分5～7级控制，输入电压都是380伏，有的工厂自制有35和55危的油浸式变压器，最近某厂还生产了新型的磁性调压式变压器。
盐浴炉变压器均采用无载换档，但是当断电时，会使炉温产生较大的波动，如果不断电换档，会使在分接开关的接触点处产生电弧，烧坏设备。在高速钢刃具热处理用电极式盐浴炉中为了减少炉温波动，维持连续生产，最好采用带负荷连续无级功率调节器，在这方面通常采用磁性调压器和可控硅调压器，它与盐浴炉组成自动控温的闭环控制系统，控温精度高、运行可靠。 下面是介绍一些常用的变压器具体见表2.8[14]。
2.8抽风装置设计
为减少和防止熔盐蒸汽对环境的污染，维护生产人员的身体健康，盐浴炉通常装设排气装置，不仅是盐浴炉、各种浴炉都应装设排气装置。盐浴炉的排气装置一般有两种形式：一是在炉体上部装设排气罩;二是在炉口侧面装设计排气口。最常用的排气装置有上部排气罩及侧面排气罩。具体见图2.3。
目前各电炉厂生产的标准电极盐浴炉的通风罩，其下部成圆柱形或角柱体的垂直部分，高度一般在550～600mm范围内。上部为角锥体形，高度约300～500mm。若采用强力通风时，风量可依出料口处的风速等于0.7～1.5米／秒计算。罩顶排风管直径通常在140～200mm范围内。通风罩与排风管之间应活动联接，以便拆卸修炉。
为了使盐浴炉便于采用吊车进行装料出料，还普遍在电极盐浴炉上采用边缘
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抽风装置。就是在盐浴炉上口边缘安装横向开口的排风罩，排风罩与排风管道相连接，由强抽风机将盐浴蒸汽抽入排风管道内。
表2.8 电极盐浴炉供电变压器
型号
容量（千瓦）
ZUDG—253 ZUSG—353 ZUDG—503 ZUSG—753 ZUSG—1003 ZUSG—60 ZUSG—140 ZUSG—150
150
3
380
5.8～17.4
1650
1485×925×1561
140
3
380
6.5～17.4
1500
1670×958×1427
60
3
380
6.48～17.4
920
1460×850×1220
100
3
380
5.6～17.6
1200
1300×850×1400
75
3
380
5.6～17.6
1060
1300×850×1270
50
1
380
5.4～17.3
500
850×600×1210
35
3
380
6.38～17.27
500
1020×755×1110
25
相数
高压 1
380
低压 6.38～17.6
385
720×710×1250
电压（伏）
总重 （公斤）
外形尺寸 （mm）
边缘抽风罩的设计应根据所需要的排风量进行计算，排气量按下式计算。
01 式（2.13） qV?360SV式中 qV—排气量（m2/h）； S—操作口截面积（m2）；
V1—操作口吸入气体流速（m/s），见表2.9。
表2.9 操作口吸入气体流速 炉子类型 1300℃盐浴炉 650～950℃盐浴炉 小于等于650℃盐浴炉
有害挥发物质 盐蒸汽 盐蒸汽 盐蒸汽
吸入气体流速 1.2 1.0 0.7
排气罩出口直径按下式计算：
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