一氧化碳制气炉的设计 - 图文

一氧化碳制气炉的设计： （1） 制气原理：

将瓶装的CO2通入管式电阻炉中，炉内装有木炭，并加热到1150-1200℃，产生如下反应： CO2+C=2CO，然后将CO净化，脱除残留的CO2和水，制的纯净的CO气体。 （2） CO的净化

用钢瓶装的高压的CO2通过加热到1150-1200℃的木炭而制的的CO中。主要的杂质是CO2、N2、H2O。

其中CO2杂质可以用50%KOH溶液或碱石棉除去，然后再按照CaCl2?硅胶?P2O5的次序进行脱水。

因铁矿石还原实验中常用CO+N2的混合气体，所以N2杂质不必除去。 （3）产生气体后，气体温度是多少？ （4）CO制气设备的设计原材料： 1. 电阻炉结构：

要求：制气炉采用井式设计，且在加热腔内要平行布置四个体积相同的反应室。

炉壳：一般做成圆筒状，这样刚性好、散热表面积小、焊缝少。一般采用碳素钢板或不锈钢板焊成，炉壳直径大小取决于工作区域大小、炉温高低、耐火砖及绝热层的厚度、炉壳要求的温度及工作管的直径。同时炉壳要满足强度要求，其强度和厚度计算中，一般要考虑可能发生爆炸的冲击应力。 电源引线设计要点：接线柱应与炉壳绝缘，接线柱应有足够的断面一保证电流密度不至过大，炉内引线应改为双股外穿绝缘珠，接触性好，接线柱水平布置，并离开炉壳一定距离，外设保护罩。 保温材料：（在满足温度要求的前提下，尽可能减轻保温材料的质量和占用的空间）

① ：轻质粘土砖：（铁铬铝合金与粘土砖会发生反应）

材料名称 耐火度（高温作用下达到特定软化程度的温度）/℃ 轻质粘土砖 1670-1710 1200 1200-1400 0.4-1.3 电阻炉炉膛内层 荷重软化点 （2Kg/cm2）/℃ 使用温度/℃ 体积密度（g/cm3） 主要用途 轻质粘土砖：是含Al2O3约为46%的具有多孔状结构的轻质耐火材料。体积密度为0.75-1.20g/cm3，使用温度为900-1250℃，最高使用温度为1200-1400℃。 因其种类不同，其最高使用温度不同， 性能 允许使用指标（NG-1.5代表密度为1.5g/cm3） NG-1.5 1400 NG-1.3a 1300 NG-1.0 1300 NG-0.8 1250 NG-0.6 1200 NG-0.4 1150 温度 导热率（300℃）不大于 0.7 0.6 0.5 0.35 025 0.2 ② ：泡沫刚玉砖（Al2O3>85%）：主相为：α- Al2O3，

材料名称 耐火度（高温作用下达到特定软化程度的温度）/℃ 泡沫刚玉砖 1595 1600-1670 0.3 电阻炉炉膛耐火部件 荷重软化点 （2Kg/cm2）/℃ 使用温度/℃ 导热系数主要用途 （W/m·K）

③：轻质高铝砖：可以长期在1250-1350℃下使用，最高使用温度为：1350-1600℃。 组成成分：氧化铝（>48%）、主要由莫来石（一系列由铝硅酸盐组成的矿物（3Al2O3-2SiO2）统称）、玻璃相（晶相黏合在一起）、或刚玉共同组成。其性能优于轻质粘土砖。 性能 化学成分 允许使用温度 导热率（300℃）不大于 指标(LG-1.0表示体积密度为1.0 g/cm3) LG-1.0 Al2O3 Fe2O3 1400 0.50 LG-0.9 >48% <2% 1400 0.45 1400 0.35 1350 0.35 1350 0.30 LG-0.8 LG-0.7 LG-0.6 LG-0.5 >33% <2% 1250 0.25 1250 0.2 LG-0.4

④：高铝纤维棉

Al2O3(55-62%)，SiO2(35-45%)，Fe2O3(0.2-0.5%)，TiO2(0.2-0.3%)，Cr2O3(3.2-5.5%)， 使用温度在1150-1200℃。

纤维长度：10-100mm，纤维直径：2-5mm。

电热体：

电阻炉的正确选择：取决于电热体的合理布置和正确选择。

电阻炉加热元件的选取 一． 选择电热元件的基本要点

1． 根据温度：（加热元件温度=炉膛温度+100--200度） ，一般炉温小于1000度，选用NiCr,FeCrAl ，炉温在1000—1200度之间，选用FeCrAl(Cr27Al7Mo2)， 炉温大于1200度，选用纯金属或非金属 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

二． 选择电热元件应具有下列性能

高电阻、截面积大、机械强度好、热膨胀系数小、化学性能稳定 三． 加热元件表面负荷（W）选择 1． W越大，寿命越短

2． 炉内温度高，有腐蚀性气氛时，W取小

3． 加热元件有屏蔽物（诸如台车炉，加热元件在炉底板下）时，W取小 4． 炉内可通风，W取大（可增大百分之30—50） 5． 带状元件，W取大（可增大百分之30—50） 6． 更换困难的元件，W取小 四． 合金元件表面负荷推荐

材质 加热元件温度（单位：摄氏度） 小于1000 小于1100 小于1200 OCr25Al5 1.6--1.8 1.2--1.5 0.81 Cr20Ni80 1.1 0.5--0.8 Cr15Ni60 0.8

CrAl7Mo2在1200—1300度之间时，W取1.6—1.8 五． 纯金属表面负荷

W、Mo、Ta在小于1800度时，W取10—20W/cm2 石墨W小于15—20W/cm2

（1）硅钼棒（MoSi2）：

物理性能：室温时，强度高，脆性大。耐热冲击性好。

化学性质：适用于空气、氮气、惰性气体中，但不适用于还原性气氛中，1350℃时，应尽量避开含硫和氯的气氛中，在弱氧化性气氛中，寿命最长。不宜在400-700℃范围内长期使用，否则元件会因低温的强烈氧化作用而粉化。

硅镆棒（MoSiO2）（主要用于实验室电炉）

1． 耐氧化，耐高温（1200—1650度） ，2． 形状为“U”形，故安装时因考虑底部有足够的膨胀空间 ，3． 室温时，强度高，脆性大，到1350度时，开始软化。400—800度时会产生低温氧化 ，4． 适用于空气、氮气、惰性气体中，但不能用于还原性气氛中 ，5． 1350度时，应尽量避开含硫和氯气氛。所配耐火材料为酸性或中性材料 ，6． 与硅碳棒比较：使用温度高，在空气、水蒸气、氮气、二氧化碳气氛中均可使用到1200—1650度。

① 加热体类型：

② 稳定工作温度

③ 升温速率

（3） 铁铬铝合金及镍铬合金：

合金种类 Cr/% Al/% 比重 20℃电阻系数/(Ω/m) 熔点/℃ 电阻温度系/(1/℃) 数导热系数KJ/(m·h) 热膨胀系数最高使用温度 抗氧化腐蚀能力 Cr25Al15 23-27 Cr27Al7Mo2 Cr13Ni80 20-23 8.4 1.11 1400 8.5*10-5 60.25 14*10-6 1400 1100 4.5-6.5 7.1 1.45 1500 (3-4)*10-5 60.25 15*10-6 1200 好 可以在空气中使用 (1/℃) 说明：电炉加热元件的设计应考虑如下一些情况，使用过小直径的导线由于氧化导致很快损坏而停炉更换，用大直径的加热元件虽可得到较长

的工作寿命，但一次性消耗的原材料较多，相比之下使用较大直径的线材来制作加热元件，虽用材较多，但总的来讲是比较合理的。 使用带材来做电加热元件 可以大节约材料 ，但使用寿命较短，所以设计电加热器时，应针对各种使用条件来选择合理的参数，使电热器既合理的消耗原材料，同时具有较长的可靠使用寿命。

对700℃以上的工业电炉，为了保证可靠工作及较长的使用寿命，一般不采用小于Φ４毫米的线材做加热元件，但太大直径的线材在绕制加工时有一定困难，一般常用Φ4--Φ6的线材来绕制螺旋形加热器，用Φ5--Φ9的线材来制造之字形加热器，用２×２０及更大的带材来制造之字形加热器。

对较小功率的电炉，为了使发热器直径不致太小，所以电炉功率小于２５千瓦时用单相３８０Ｖ，功率小于１０千瓦时用单相２２０Ｖ、或使用降压变压器加热元件本身都不允许超过规定的允许使用温度，若超过此温度，氧化速度即迅速增加而导致很快损坏，所以元件都应在合适的温度下工作，发热元件与炉内介质的温度之间有一个温差，这个温差按发热元件的材料特性及炉内加热工艺要求等而不同。

常用电加热元件材料的使用温度

④ 加热体类型：

⑤ 稳定工作温度

⑥ 升温速率

（3）碳化硅电热体：

SiC-94.4%，SiO2-3.6% ，其余为Al，Fe，CaO。 在空气中使用的温度为600—1500℃

物理性能：硬度高，脆性大，耐急冷急热。高温变形小。