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[摘 要]以实例分析介绍了内热式真空电阻炉的结构特点和加热系统的设计计算。
[关键词]真空 电阻炉 隔热屏
中图分类号：TG155 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）03-0154-01
当电源接在导体上的时候，导体中就有电流通过，并因导体有电阻而发热。一般在电流相同情况下，导体的电阻越大，产生的热量就越多，这种利用热量的电热装置称为电阻炉。加热时炉内被抽成真空状态，称为真空电阻炉。
1.真空电阻炉特点与分类
1.1.真空电阻炉特点：
真空电阻炉与保护气体电阻炉相比较
（1）除了同樣能使工件不氧化、不脱碳、不渗碳以外，还有除气的效果。
（2）相应简化操作和改善工作条件。
（3）由于热传导方式为辐射传热，低温阶段（400℃以下）冷却的速度比较慢。
1.2.真空电阻炉的分类
1.2.1按加热方式分：间接加热式和直接加热式。
1.2.2按加热体在真空容器内外分：外热式和内热式。
1.2.3按炉子的结构形式分：立式和卧式。
1.2.4按加热体材料分：
☆金属加热体：钽、钨、钼、镍铬合金等金属材料丝（带）。
☆非金属加热体：石墨、硅碳棒、二硅化钼等。
1.2.5按工作方式分：周期式和连续式或半连续式。
1.2.6按温度分：低温炉（700℃以下）、中温炉（700～1200℃）和高温炉（1200℃以上）。
1.2.7按真空度分：
☆低真空炉：真空度在1.33X10-1Pa以下。
☆高真空炉：真空度在1.33X10-1Pa～1.33X10-5Pa。
☆超高真空炉：真空度在1.33X10-5Pa以上。
2.真空电阻炉的设计条件
真空电阻炉为非标设备，其结构设计必须根据用户提出的性能指标、工艺使用要求，确定设计方案。基本的设计条件为：
1.用途：根据工艺用途确定炉型。
2.温度：根据温度选择合适的加热器和保温材料。
3.均温区要求：确定炉子大小。
4.真空度要求：极限真空度和工作真空度，确定真空机组配置。
5.压升率：单位时间内漏气率。
6.炉料放气量：指物料在处理过程中的放气量。
7.装炉量及物料：了解物料形状、尺寸和重量，确定工作室的结构尺寸。
8.化学反应：物料在处理过程中有无化学反应，放热还是吸热，热平衡中考虑反应热。
9.工作气氛：了解使用气体的种类和成分，工作气体压力和流量。
10.控制方式：手动、全自动。
11.升温速度：确定功率，速度越快，功率越大。
12.生产形式：周期式、半连续式、连续式。
13.安全防护问题：周围环境、温度、通风状况等。
3.内热真空电阻炉加热的设计
真空电阻炉的保温层和加热器是炉子的核心部分，直接决定炉子的性能和工作能力以及使用寿命。
3.1.金属隔热屏的选择
3.1.1.隔热屏的材料：主要用钨、钼、钽、不锈钢制成，具体组成根据实际温度确定。
3.1.2.隔热屏的层数：根据温度确定层数，理论上层数越多，热损失越少，保温效果越好。
但隔热屏层数多了也有缺点：其一：隔热屏越多，消耗材料越多；其二：炉内结构复杂，重量增加，安装固定难度高；其三：炉内表面吸气量增大，气体不易放出，真空度不易达到；其四：隔热屏超过5、6层后，隔热效果减弱。
3.1.3.隔热屏的厚度：根据炉子的大小确定。一般情况，钨、钼隔热屏选0.3～0.5mm厚，根据情况亦可选用0.5～1mm厚；不锈钢隔热屏选0.5～1mm厚。
3.1.4.隔热屏的间距：隔热屏层与层间距为5～20mm之间均可。一般推荐层间距为6～10mm。对于比较小的炉子，层间距也可3～5mm。
3.2.加热器的设计
3.2.1加热器材料：内热炉是通过辐射的方式传导热量，根据工作温度和环境，常用镍铬合金、铁铬铝合金、钼、钨、钽、石墨等材料。一般温度1000℃以下，选用镍铬合金或铁铬铝合金；1000℃～1800℃，选用钼；1800℃以上，选用钨、钽。
3.2.2功率计算：以中温氢气炉为例：温度1200℃，有效均温区φ500×600mm。
3.2.3.加热器的分布与计算：
电阻炉的加热电压一般为不大于70伏，加热器形式有丝状、棒状、带状、网状，按温度选取加热器电阻率。
3.2.4加热器表面载荷计算与校核：
加热器表面载荷的大小，决定其蒸散挥发程度，表面载荷越小越好。一般真空炉取值在15W/CM2以内，根据使用工艺的不同，高真空炉一般3W/CM2以下。
4.结论
真空电阻炉应用领域比较广泛，性能指标、工艺使用要求也各有不同，设计时一定要了解工艺要求，方能保证设备的可靠性。
参考文献
[1]达道安.真空设计手册.国防工业出版社，2004.7
[2]王天泉.电阻炉设计[M].北京：航空工业出版社，2000
[3]张继玉.真空电炉[M].北京：冶金工业出版社，1994
作者简介
王军宁（1978-），男，工程师，从事有色金属冶金、热处理等真空非标设备的设计工作。
[关键词]真空 电阻炉 隔热屏
中图分类号：TG155 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）03-0154-01
当电源接在导体上的时候，导体中就有电流通过，并因导体有电阻而发热。一般在电流相同情况下，导体的电阻越大，产生的热量就越多，这种利用热量的电热装置称为电阻炉。加热时炉内被抽成真空状态，称为真空电阻炉。
1.真空电阻炉特点与分类
1.1.真空电阻炉特点：
真空电阻炉与保护气体电阻炉相比较
（1）除了同樣能使工件不氧化、不脱碳、不渗碳以外，还有除气的效果。
（2）相应简化操作和改善工作条件。
（3）由于热传导方式为辐射传热，低温阶段（400℃以下）冷却的速度比较慢。
1.2.真空电阻炉的分类
1.2.1按加热方式分：间接加热式和直接加热式。
1.2.2按加热体在真空容器内外分：外热式和内热式。
1.2.3按炉子的结构形式分：立式和卧式。
1.2.4按加热体材料分：
☆金属加热体：钽、钨、钼、镍铬合金等金属材料丝（带）。
☆非金属加热体：石墨、硅碳棒、二硅化钼等。
1.2.5按工作方式分：周期式和连续式或半连续式。
1.2.6按温度分：低温炉（700℃以下）、中温炉（700～1200℃）和高温炉（1200℃以上）。
1.2.7按真空度分：
☆低真空炉：真空度在1.33X10-1Pa以下。
☆高真空炉：真空度在1.33X10-1Pa～1.33X10-5Pa。
☆超高真空炉：真空度在1.33X10-5Pa以上。
2.真空电阻炉的设计条件
真空电阻炉为非标设备，其结构设计必须根据用户提出的性能指标、工艺使用要求，确定设计方案。基本的设计条件为：
1.用途：根据工艺用途确定炉型。
2.温度：根据温度选择合适的加热器和保温材料。
3.均温区要求：确定炉子大小。
4.真空度要求：极限真空度和工作真空度，确定真空机组配置。
5.压升率：单位时间内漏气率。
6.炉料放气量：指物料在处理过程中的放气量。
7.装炉量及物料：了解物料形状、尺寸和重量，确定工作室的结构尺寸。
8.化学反应：物料在处理过程中有无化学反应，放热还是吸热，热平衡中考虑反应热。
9.工作气氛：了解使用气体的种类和成分，工作气体压力和流量。
10.控制方式：手动、全自动。
11.升温速度：确定功率，速度越快，功率越大。
12.生产形式：周期式、半连续式、连续式。
13.安全防护问题：周围环境、温度、通风状况等。
3.内热真空电阻炉加热的设计
真空电阻炉的保温层和加热器是炉子的核心部分，直接决定炉子的性能和工作能力以及使用寿命。
3.1.金属隔热屏的选择
3.1.1.隔热屏的材料：主要用钨、钼、钽、不锈钢制成，具体组成根据实际温度确定。
3.1.2.隔热屏的层数：根据温度确定层数，理论上层数越多，热损失越少，保温效果越好。
但隔热屏层数多了也有缺点：其一：隔热屏越多，消耗材料越多；其二：炉内结构复杂，重量增加，安装固定难度高；其三：炉内表面吸气量增大，气体不易放出，真空度不易达到；其四：隔热屏超过5、6层后，隔热效果减弱。
3.1.3.隔热屏的厚度：根据炉子的大小确定。一般情况，钨、钼隔热屏选0.3～0.5mm厚，根据情况亦可选用0.5～1mm厚；不锈钢隔热屏选0.5～1mm厚。
3.1.4.隔热屏的间距：隔热屏层与层间距为5～20mm之间均可。一般推荐层间距为6～10mm。对于比较小的炉子，层间距也可3～5mm。
3.2.加热器的设计
3.2.1加热器材料：内热炉是通过辐射的方式传导热量，根据工作温度和环境，常用镍铬合金、铁铬铝合金、钼、钨、钽、石墨等材料。一般温度1000℃以下，选用镍铬合金或铁铬铝合金；1000℃～1800℃，选用钼；1800℃以上，选用钨、钽。
3.2.2功率计算：以中温氢气炉为例：温度1200℃，有效均温区φ500×600mm。
3.2.3.加热器的分布与计算：
电阻炉的加热电压一般为不大于70伏，加热器形式有丝状、棒状、带状、网状，按温度选取加热器电阻率。
3.2.4加热器表面载荷计算与校核：
加热器表面载荷的大小，决定其蒸散挥发程度，表面载荷越小越好。一般真空炉取值在15W/CM2以内，根据使用工艺的不同，高真空炉一般3W/CM2以下。
4.结论
真空电阻炉应用领域比较广泛，性能指标、工艺使用要求也各有不同，设计时一定要了解工艺要求，方能保证设备的可靠性。
参考文献
[1]达道安.真空设计手册.国防工业出版社，2004.7
[2]王天泉.电阻炉设计[M].北京：航空工业出版社，2000
[3]张继玉.真空电炉[M].北京：冶金工业出版社，1994
作者简介
王军宁（1978-），男，工程师，从事有色金属冶金、热处理等真空非标设备的设计工作。