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 前言 

    鐘罩爐最初的的設(shè)計(jì)是被用作鐵氧體材料的燒結(jié)，由于其高效率性、工藝操作靈活性和燒結(jié)的產(chǎn)品的高穩(wěn)定性，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于氧化鋯陶瓷插芯材料、電池材料、電子陶瓷、磁性材料、有色金屬、化工原料等產(chǎn)品的研究及批量生產(chǎn)。

    隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)材料的工藝要求日益精細(xì)，以及使用的領(lǐng)域逐漸廣泛，例如鐘罩爐還使用在氧化鋯牙冠材料的燒結(jié)上，對(duì)于鐘罩爐燒結(jié)的溫度均勻性提出了更高的要求，溫度均勻性已經(jīng)成為鐘罩爐熱場(chǎng)發(fā)展的趨勢(shì)。本問(wèn)討論提高鐘罩爐爐溫均勻性的方法。

鐘罩爐的結(jié)構(gòu)介紹

    鐘罩爐的得名主要是因?yàn)樗耐庑?，像一個(gè)大鐘罩在工作載物臺(tái)上，鐘罩可以上下移動(dòng)，鐘罩的上下移動(dòng)可通過(guò)液壓升降裝置、起吊驅(qū)動(dòng)裝置等實(shí)現(xiàn)。鐘罩爐依照加熱元件不同一般可分為電阻絲加熱鐘罩爐、硅碳棒加熱鐘罩爐、硅鉬棒加熱鐘罩爐，這里主要討論1500℃以上的高溫硅鉬棒加熱鐘罩爐。

爐膛部分

    采用輕質(zhì)爐膛結(jié)構(gòu)的鐘罩爐一般采用1800型高溫氧化鋁纖維、1650型多晶纖維、1400型高鋁纖維、1260型硅酸鋁纖維等錨固復(fù)合而成；采用重質(zhì)爐膛結(jié)構(gòu)的鐘罩爐一般采用剛玉莫來(lái)石磚、氧化鋁空心球磚、莫來(lái)石輕質(zhì)磚、硅酸鋁纖維等材料砌制而成，爐膛形狀一般為圓形或方形。熱場(chǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，一般保持側(cè)面四周熱阻一致，考慮到爐膛頂部散熱較大，頂部保溫一般適當(dāng)加厚。

加熱元件分布及控制組的設(shè)置

    一般的電加熱高溫鐘罩爐采用同規(guī)格U型硅鉬棒加熱，加熱元件均勻分布在爐膛內(nèi)部。U型硅鉬棒的垂直安裝，考慮到硅鉬棒高溫會(huì)伸長(zhǎng)，硅鉬棒的加熱端長(zhǎng)度比爐膛高度短一些，安裝時(shí)，與下部保持一定的伸長(zhǎng)間隙?；旧显跔t膛的高度方向都采用單點(diǎn)控溫，爐膛無(wú)法調(diào)節(jié)上下溫差，無(wú)法降低上下溫差或?qū)崿F(xiàn)上下溫度梯度。

硅鉬棒的特性

    硅鉬棒分為加熱端和接線端(又叫冷端)，熱端和冷端通過(guò)大電流高溫熔焊成一體，一般做成U型或W型。硅鉬棒熱端的直徑常用為3，6，9mm，冷端的直徑為6，12，18mm，為熱端直徑的2倍。根據(jù)電阻公式R=ρL/S(式中：ρ為電阻的電阻率，Ω·mm，是由其本身性質(zhì)決定；L為電阻的長(zhǎng)度，mm；S為電阻的橫截面積，mm2)，硅鉬棒的熱端和冷端的電阻率是一樣的。由于冷端的直徑是熱端的2倍，這樣熱端的單位長(zhǎng)度電阻就是冷端單位電阻的4倍(冷端和熱端溫度相同的情況下)。MoSi2還有一種特性，就是硅鉬棒的電阻率隨溫度的升高幾乎以直線關(guān)系迅速上升。

    根據(jù)二硅化鉬電熱體的電阻特性，冷端處于低溫狀態(tài)，電阻很??；熱端處于高溫狀態(tài)，電阻將會(huì)較大。以上兩點(diǎn)從物理特性上說(shuō)明了硅鉬棒之所以熱端發(fā)熱的原因。

    一般高溫鐘罩爐在爐膛設(shè)計(jì)時(shí)，同種U型硅鉬棒一般均勻排布在窯爐的側(cè)面，考慮六面放熱系數(shù)的差異，根據(jù)熱阻保溫設(shè)計(jì)，理論上實(shí)現(xiàn)六面單位面積放熱相等。但實(shí)際上，由于爐膛設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)、爐膛內(nèi)部氣體對(duì)流傳熱、產(chǎn)品的工藝特點(diǎn)、產(chǎn)品的堆放方式等都會(huì)對(duì)熱場(chǎng)產(chǎn)生影響，造成熱場(chǎng)的溫差，一般情況容易形成了上部溫度高、下部溫度低的現(xiàn)象。

   由于單個(gè)加熱元件側(cè)面垂吊設(shè)置，控制器調(diào)整加熱元件的表面功率時(shí)，上下表面功率將同時(shí)加大或減小，使得爐膛截面上下溫差很難調(diào)整。

提高鐘罩爐溫度均勻性的方法

    通過(guò)對(duì)窯爐這一現(xiàn)象的分析，可通過(guò)以下方法來(lái)減小爐膛內(nèi)上下的溫差。

高溫鐘罩爐下部溫差獨(dú)立補(bǔ)償

    具體實(shí)施方法：在窯爐爐膛內(nèi)增設(shè)一種特殊硅鉬棒的加熱元件，使加熱元件總長(zhǎng)度不變，縮短加熱元件的熱端，加大加熱元件的冷端，即加熱元件較長(zhǎng)的冷端部分伸進(jìn)爐膛，并在爐膛下端增設(shè)溫度控制點(diǎn)，控制下部特殊溫區(qū)溫度。這樣，當(dāng)特殊加熱元件工作時(shí)，由于發(fā)熱端位于爐膛截面下部，加熱元件的主要功率在爐膛下部位置釋放，這樣就相應(yīng)的增加了爐膛下部的加熱功率，提高了下部的實(shí)際溫度。這種方法存在的缺點(diǎn)是，無(wú)法精確控制爐膛下部提高的溫度。適合小型鐘罩爐爐溫調(diào)節(jié)。

鐘罩爐溫控制系統(tǒng)的多區(qū)功率自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)

    對(duì)于有上下溫區(qū)的大型鐘罩爐即可考慮功率的自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)，具體的原理是將鐘罩爐爐膛分為多個(gè)溫度區(qū)進(jìn)行控溫，各個(gè)溫區(qū)在各自升溫情況下，通過(guò)系統(tǒng)中的智能管理模塊和各個(gè)溫區(qū)采集到的溫度值控制各加熱區(qū)內(nèi)負(fù)載的加熱功率，各個(gè)溫區(qū)采集到的溫度值與設(shè)定溫度差值進(jìn)行PID運(yùn)算，在爐子升溫過(guò)程中，根據(jù)各個(gè)溫區(qū)的加熱情況，不斷自動(dòng)調(diào)整各區(qū)PID控制參數(shù)和輸出大小，以使各個(gè)溫區(qū)的溫度基本一致，即保證整個(gè)爐膛內(nèi)工作區(qū)的溫度均勻。 

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