第1章 加热技术.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一节 电加热技术,电加热是利用电能转化为热能加热物料。热量传递的三种基本方式包括：,对流、传导和辐射,第一章 加热技术,电能转变成热能的方式,电能,磁场能,热能,电磁波,动能,电场能,电加热的方式列表,第二节 电加热的作用,1,、烘干,2,、物相分离,蒸馏,3,、化学与物理化学变化,加快化学反应,物相结构变化（物相转晶）,气相沉积,4,、物相分析检测,原子吸收、等离子发射光谱、高温显微镜,第三节 电阻加热技术,1.,电热元件应具有的性能,电阻加热,高电阻,机械强度好,热膨胀系数小,化学性能稳定,2.,选择电热元件的基本要点,1,根据所需的使用温度：,（加热元件温度炉膛温度,+100-200,）,2,根据炉子结构特点,3,根据热处理工件情况,4,辐射效率高,5,来源方便,3.,电热元件的种类与性能,（,1,）电热丝,NiCr,FeCrAl,：一般炉温小于,1000,度,FeCrAl(Cr27Al7Mo2),炉温在,10001200,度之间,（,2,）硅碳棒,炉温在,13001500,度,（,3,）硅钼棒,炉温在,13001750,度,（,3,）氧化锆棒（管）,炉温在,13001850,度,（,3,）石墨棒（石墨管）,炉温在,13001850,度,2000,度（真空）,各种电热元件图谱,一、热辐射的基本概念,第四节 辐射加热技术,定义：,由热运动产生的，以电磁波形式传递的能量。,由于任何物体只要自身温度高于,0K,，就会不停地向周围空间发出热辐射；当热辐射投射到其它物体表面上时，一般会发生三种现象，即吸收、反射和穿透，如图所示。,1.,辐射传热的基本原理,当电磁波所载运的辐射能有一部分被该物体吸收。将引起该物体内电子的谐振运动，既转变为该物体内微观粒子运动的动能，既所谓的热能。,2.,电磁波谱,电磁辐射包含了多种形式，如图所示，而我们所感兴趣的，即工业上有实际意义的热辐射区域一般为,0.1,100,m,。,因为此段电磁波谱更易被物体吸收，传热效率高。,电磁波的波谱图,3.,绝对黑体与灰体的概念,如果物体能够吸收投射到它上面的所有的辐射能，这种物体称为,绝对黑体,，或者,黑体,。大部分工程材料的性质接近于黑体，在辐射范围内，都具有与绝对黑体相似的辐射光谱，称为,灰体,。,4.,辐射传热的基本特点,A.,可以在真空中传播，而导热和对流只能发生的固体、液体、气体中；,b.,伴随能量形式的转变；,c.,具有强烈的方向性；,d.,辐射能与温度和波长均有关；,e.,发射辐射取决于温度的,4,次方。,二、热辐射基本定律,（一）普朗克定律,一个物体在单位时间内，由单位辐射面积上辐射出的能量成为辐射能，或称为辐射力，用,E(W/m,2,),表示。物体的辐射能在各个波长上得分布是不同的，在波长d,的波长范围内物体放射出的辐射能量称为单色辐射力。,普朗克定律描述了黑体单色辐射力,E,O,和波长,、绝对温度,T,之间的关系，如下所示：,C,1,C,2,普朗克常数；,T,辐射物体的绝对温度，,K,；,辐射波长，,m,。,（）维恩定律,由,可得,E,O,为最大值时,的,max,。即：,最大单色辐射力,随着温度的升高，与辐射能量密度极大值对应的波长向短波方向移动。,（二）斯蒂芬波尔茨曼定律,只要根据材料性质，即可在有关手册中查的材料的黑度，并计算其辐射系数。,一个物体的辐射力,E,绝对温度,T,的四次方成正比。即：,C,辐射物体的辐射系数。,C,O,黑体的辐射系数,5.67W/m,2,.K4,。,在每一波长,上灰体（实际物体）的辐射力,E,，与黑体在同一波长上辐射力,E,O,之比，称为,物体的黑度,。,即：,1.,基本原理,三、红外线和远红外线加热,红外线,吸收,反射,取决于红外线的波长和物质的结构。即被加热物质的分子运动的固有频率和红外线的频率,相匹配,时，加热结果最佳,利用红外线和远红外线辐射器发出红外线和远红外线，由被加热物质所吸收而产生热效应。,2.,红外线加热装置,组成,辐射器,灯式远红外线辐射器,管式远红外线辐射器,板式远红外线辐射器,反射集光装置,辐射罩，球面，抛物线形，,内涂高反射物质，银，铬,加热箱,3.,红外线及远红外线加热的特点,1.,主要用于脱水干燥，速度快，热惯性小。,2.,设备小，装置简单，投资费用低，安装维护方便。,3.,无污染，热效率高。,4.,不能像气流干燥一样，即干燥又降低相对湿度。,5.,辐射源使用寿命偏短，特别是被干燥物料水分含量较高时，缩短使用寿命，维护费较高。,6.,功率不大，干燥的量较小。,7.,红外线必须照到被干燥制件，制件过大，内外不均匀，炉内不可码放。,一、定义,第五节 高频加热,以电磁感应和物质的极化现象为基础，高频加热的热效应主要是将被加热物料置于交变磁场中，变化的磁场对物料分子的作用，使其运动而发热。,高频加热,高频感应加热,高频介质加热,高频等离子加热,微波加热,二、高频感应加热,1,、工作原理,高频大电流流向被绕制成环状或其它形状的加热线圈（通常是用紫铜管制作）。由此在线圈内产生极性瞬间变化的强磁束，将金属等被加热物质放置在线圈内，磁束就会贯通整个被加热物质，在被加热物质内部与加热电流相反的方向产生很大的涡电流（旋转电流），由于被加热物质内的电阻产生焦耳热，使物质自身的温度迅速上升，这就是感应加热的原理。,2,、高频感应加热的特点,可快速加热。与其它方法相比，以秒为单位即可加热到所要求的目标温度。,可局部加热。,省能源，处理时间以外，仅待机电力既可。,可在相对稳定的温度下自动运转。,(,即使无熟练技能，也可安定生产加工。,),绿色环保，不产生有害物质。,被加热物质只要是导体就可以加热。通常大的被加热物体使用低频率，小的物体使用高频率。交流电频率越高，被加热物体内的感应电流就越趋于表面，物质的周圈及表面的加热就越快。,物体表面现状复杂时，被加热物质的温度场难以控制。,三、高频介质加热,1,、工作原理,高频介质加热是利用绝缘物质的分子在高频电场内被反复极化的过程中克服分子之间的作用而做功，把高频电能转化成热能来加热物质。高频介质加热属于直接加热。,交流电线圈交变电场被加热物体分子极化分子转动相互摩擦温度升高。,2,、高频介质加热设备,由三部分组成：,1,、,电子高频振荡器,主要提供高频交流电压，,其工作,频率在,几百,KHz,到几百,MHz,之间，,最大输出功率可达数百千瓦。,2,、电容器,由二个极板组成，加载高频交流电压后，主要是形成高频交流电场。,3,、,被加热介质物料,置于电容器的两个极板间。,3,、高频介质加热的特点,1,加热速度与材料的热传导能力无关，过程容易控制；,2,加热均匀，由于电磁场均匀地作用到物体地整个部位，从而使物体各个部分被均匀加热；,3,对不同物料具有一定地选择性，可以有针对性地对处于同一电场中的某一种物质进行加热；,4,有利于实现自动化；,5,高频电源复杂，造价高；,广泛应用于木材的干燥和胶合、橡胶硫化、电木粉预热、塑料的缝焊和成型、加工，陶瓷毛坯的烘干、食品灭菌、烤烟、烘茶、粮食干燥、种子处理、杀虫、医疗等用途。,像如塑料热合机、高频干燥处理机,介质加热联动机都是高频介质加热设备。,四、等离子加热,1,、等离子体的概念,随着温度的升高，一般物质依次表现为固体、液体和气体。它们统称物质的三态。当气体温度进一步升高时，其中许多，甚至全部分子或原子将由于激烈的相互碰撞而离解为电子和正离子。这时物质将进入一种新的状态，即主要有电子和正离子（或是带正电的核）组成的状态。这种状态的物质叫等离子体，它可以称为物质的第四态。,2,、工作原理,利用等离子发生器所发出的等离子束对物料实施加热。,等离子发生器工作原理：,在阴极和水冷紫铜喷嘴之间，或阴极和工件之间，使气体介质电离形成电弧。此电弧通过孔径较小的喷嘴孔道，弧柱的直径受到限制，使弧柱受到强行压缩。这种电弧弧柱被压缩到很细的范围内，并且由柔性变为刚性，能量密度高度集中，中部温度高达,10000,50000,左右，称为等离子束。,电弧压缩的原因,（,1,）由于紫铜喷嘴具有良好的导电性和导热性，由于受到水冷，使孔道壁面的温度很低。当气体连续地流过孔道时，在靠近壁面的气流受到冷却，形成很薄的冷气流层,(,冷气壁,),。由于这一冷气壁温度低，电离度很低几乎不能通过电流，迫使电弧电流往电离度高的中心部位流过，即电弧向中心部位压缩，从而形成所谓的,“,热收缩,”,。,（,2,）由于喷嘴孔径本身很小，再加上等离子弧弧柱周围的冷气壁依附在喷嘴孔道壁面上，使弧柱进一步被压缩，形成,“,机械压缩,”,效应；,（,3,）弧柱相当于一束电流方向相同的平行导体，每根通电导体都在它周围产生磁场，在磁场作用下，据左手定则，每根导体受到的电磁力都是指向这一束导体的中心。这种自身磁场产生的电磁力作用的结果，使弧柱受到一个指向弧柱轴心的压缩力，从而使电弧受到压缩，形成所谓的,“,磁压缩,”,。,3,、等离子加热的特点,1,、用等离子束加热，可以获得很高的温度，温度高达,10000,50000,；,等离子体法生产三氧化二锑超细粉,/,金属氧化物纳米颗粒,/,超细纳米级氧化钙等；,2,、可以形成很大的温度梯度；,用等离子束加热，可使热处理工件工件表面薄层内迅速升温至熔点或相变温度以上，提高表面的硬度和耐磨性，其硬化层硬度可达,HV800,900,，深度可达,0.10,0.20mm,，而且处理工件的变形小、效率高。,3,、设备贵重；,4,、需要阳极。,1,、工作原理,五、微波加热,微波是一种超高频电磁波，波长,1.0,0.001m,，频率,300,300000MHz,。,在微波电磁场作用下，极性分子从随机分布状态转为依电场方向进行取向排列。这些取向运动以每秒数十亿次的频率不断变化，造成分子的剧烈运动与碰撞摩擦，从而产生热量，达到电能直接转化为介质内的热能。可见，微波加热是介质材料自身损耗电场能量而发热。,工作原理,不同介电常数的介质材料，微波电磁场作用的热效应也不一样。微波加热也是一种介质加热，只是频率更高。所以，由极性分子所组织的物质能较好地吸收微波能。,水分子呈极强的极性，是吸收微波的最好介质，,所以微波加热常用于干燥。另一类由非极性分子组成,它们基本上不吸收或很少吸收微波，这类物质有,聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚砜等、塑料制品和玻璃、陶瓷,等，它们能透过微波，而不吸收微波。这类材料可作为微波加热用的容器或支承物，或做密封材料。,微波在被加热介质的穿透深度与微波波长成正比，与频率成反比。,二、微波加热设备,电源,整流并提供直流电,微波发生器,磁控管、速调管,波导管,传输微波的通道,微波加热器,组成,冷却系统,微波加热器的类型,1,、驻波场谐振腔型加热器（微波炉）,谐振腔体为矩形，每个边的长度大于,1/2,2,、行波场波导加热器,波导的一段输入微波，另一端接匹配负载,3,、辐射型微波加热器,4,、慢波型微波加热器,在短时间内能产生大的微波功率，适于结果介质损耗系数较小、表面积较大以及热容量小的波片物料。,三、微波加热的特点,小结：各种电加热方法的比较与应用,1,、加热速度快,2,、加热均匀,3,、功率偏小,4,、运行成本高,