电热合金元件的设计与计算

1）电热合金元件的功率： 根据欧姆定律，电热元件的功率可以从下面公式求得： P=U·I=I2·R= U2/ R式中：P—电功率（W）；U—电压（V）；I—电流（A）；R—电阻(Ω)一般电热元件若已知合金的电阻率（ρ），温度修正系数（Ct）,和元件的表面负荷（W），就可以计算元件的尺寸。而工业电阻炉为得到较快的升温速度及较高的加热能力，在确定总功率时，就必须综合考虑各方面的要求，工业电阻炉的功率大小与炉膛面积，炉子结构，炉子要求的生产率和升温速度等因素有关。如果功率太大，加热时发热元件温度与炉内温度相差过大，不必要高的元件温度会缩短元件寿命，如果功率太小，炉子温度升不上去。或升温速度非常缓慢，达不到工艺要求，质量受到影响，生产率也降低。（2）电热合金元件的接线方法：在设计电阻炉的时候，要考虑炉子的功率大小，功率分配和供电的电压、相数，以及电热体材料的使用特点，如果为了安全或为了增加元件截面尺寸保证元件使用寿命，或者为在真空条件下防止放电而使用较低的电压时，需要通过降压变压器来执行。有时改变元件的接线方法，则可完全改变电阻炉的功率。 在供电线路电压不变及电热元件电阻相等的前提下，接线方法不同，炉内功率也将不同，因此，通过改变炉内元件的接线方法或切断某一组或一相，就可以达到改变输入炉内功率的目的，但是，如果这种接线方法改变是错误的，则元件就会烧毁。例如，当元件正常工作时用星形接法所加的相电压为额定电压而所消耗的功率就是额定功率。如改变三角接法，那相电压就增加，超过了额定电压，功率也就增加了3倍，因此元件就会被烧毁。如果需要升温速度快，必须要有较大的功率，而保温时由于热量损失少，需要较小的功率就可以维持，其相电压就可以减少,功率只为原来的1/3,就完全可以满足要求,这种改变方法是正确的。另外,原来炉设计是按照星形方法就可以获得合理的元件截面积和长度的，元件在炉内布置也合理的话，那在这个情况下若改为三角形接法就不合理。总之，电压与接线方式的关系都与电炉的结构及工艺的要求有密切的关系，必须正确的运用。（3）电热合金元件的表面负荷率电热合金元件的表面负荷率用W表示指元件表面积上所发出的电功率，单位为W/㎝2，元件表面负荷率越高，发出的热量就越多。元件温度就越高，而所用元件材料也就越少，但是，如果表面负荷率过高，则元件将因其温度过高而缩短其使用寿命，甚至严重氧化变形，倒塌或熔化。因此，表面负荷率应有一个允许的数值，称为允许表面负荷率。炉内电热元件的散热条件与炉温，元件结构和安装状态等因素有关。炉温或工作温度越低，散热条件越好，螺旋形元件的螺距越大，散热条件越好；波纹形电阻丝的散热条件优于波纹形电阻带，后者又优于螺旋形电阻丝；敞露型元件的散热元件条件优于封闭型的；布置在炉子侧壁的电热元件的散热条件优于布置在炉底板下的；散热条件越好，电热元件越不易超温，允许的表面负荷率也越大。 电热元件的允许表面负荷率还与其是否受到腐蚀作用有关。多数化学热处理介质对元件表面的氧化膜起腐蚀破坏作用，故在这些介质中使用时，应采用较低的表面负荷率或降低使用温度。