本文主要對窯爐的常用發(fā)熱元件及熱工測量進(jìn)行介紹。

01發(fā)熱元件

電爐按爐溫的高低可以分為低溫（工作溫度低于700℃）、中溫（工作溫度為700~1250℃）和高溫（工作溫度大于1250℃）三類。爐溫在1200℃以下，通常采用鎳鉻絲、鐵鉻鋁絲；爐溫為1350~1400℃時采用硅碳棒；爐溫為1600℃可采用二硅化鉬棒為電熱體。

(1)鎳鉻合金

也稱為鎳基合金，其熔點(diǎn)隨合金成分而定，約為1400℃。在1100℃以下的爐子均使用鎳鉻合金，高溫下不易氧化，不需氣體保護(hù)。比體積電阻約為1.11Ω·mm2/m,電阻溫度系數(shù)為(8.5~14)×10-5,所以當(dāng)溫度升高時，電功率較穩(wěn)定。不同成分的鎳鉻合金其電阻系數(shù)及電阻溫度系數(shù)不同。高溫強(qiáng)度較高，有較好的塑性和韌性，適應(yīng)繞制各種類型的電熱元件。電熱元件經(jīng)高溫使用后一般會變脆，不能再加工，而鎮(zhèn)銘電熱元件如果沒有過燒仍然是較軟的。

(2)鐵鉻鋁合金

鐵鉻鋁合金的熔點(diǎn)比鎳鉻合金高，約為1500℃，加熱后在其表面生成一層氧化鋁，此層氧化鋁的熔點(diǎn)比鎳鉻合金高并不易氧化，起保護(hù)作用。國產(chǎn)的高溫鐵鉻鋁最高使用溫度達(dá)1300~1400℃。鐵鉻鋁合金強(qiáng)度不太高，比鎳鉻合金低得多，如果過燒容易造成變形倒塌造成短路，縮短使用壽命。性能硬脆，加工性差；經(jīng)加熱或使用過的鐵鉻鋁合金性能更硬脆，不能再加工。可焊性差，要求快速焊接。在高溫下與酸性耐火材料和氧化鐵反應(yīng)強(qiáng)烈，在爐里或支撐用時要考慮使用比較純的氧化鋁耐火材料。

(3)硅碳棒

硅碳棒的主要成分為94.4%的SiC；3.6%的SiO2，其余為少量的鋁、鐵、氧化鈣等。熔點(diǎn)為2227℃，使用溫度為1400±50℃。硅碳棒低溫時，其電阻與溫度成反比，但在800℃左右時阻溫特性曲線由負(fù)變正，這時注意控制電壓。空氣與碳酸氣在高溫時對硅碳棒起氧化作用，阻值會增加。在使用60~80h后，阻值增加15%~20%，以后逐漸緩慢，這種現(xiàn)象稱為“老化”，要注意控制功率。在正常的氣氛下，爐溫在1400℃時，硅碳棒連續(xù)使用壽命可達(dá)2000h以上，間斷使用為1000h左右。除棒形外，還可做成管形或螺旋形元件。如圖1.

(4)硅鉬棒

硅鉬棒是用金屬粉末Mo與Si粉通過直接合成的方法制備的，熔點(diǎn)為2030℃，作為電熱體在空氣中連續(xù)使用最高溫度為1650℃。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，在恒定電壓下功率在低溫時是高的，隨著溫度上升則功率減小。硅鉬棒在室溫時既硬又脆，沖擊強(qiáng)度低，抗彎和抗拉強(qiáng)度較好，如圖2所示。元件在高于1350℃時變軟并有延展性，伸長率5%，冷卻后又恢復(fù)脆性。硅鉬棒特別適用于空氣和中性氣氛（如惰性氣體）。

02熱工測量

窯爐熱工測量是對正在操作的窯爐，測定一些參數(shù)，一方面可以用來衡量設(shè)計是否合理，操作是否正常，有無改進(jìn)之處；另一方面可以檢查爐內(nèi)溫度分布情況，由實測數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)。自動調(diào)節(jié)的目的是使窯爐能自動地按要求的參數(shù)，穩(wěn)定地運(yùn)轉(zhuǎn)。

窯爐熱工測量包括溫度測量，壓力測量，氣氛測量和流速、流量的測量。下面只討論溫度的測量。常用測量工具測溫三角錐、儀器有熱電偶。

(1)測溫三角錐

測溫三角錐（又叫火錐），是用一定成分的硅酸鹽材料（各種不同的氧化物）制成高約6cm的三角錐體。按號碼劃分，每個號碼相當(dāng)于一個熔融溫度。其熔融溫度與制造測溫錐的成分有關(guān)。

測溫時是將測溫錐放在料垛之間，進(jìn)入窯內(nèi)與制品同時升溫，當(dāng)測溫錐軟化，其頂端彎倒恰好與底座接觸時的溫度，被規(guī)定為測溫錐的熔融溫度，也就是窯內(nèi)制品溫度。因為測溫錐與制品處于同一位置，經(jīng)受相同的升溫和保溫時間，較近似地反映了制品的情況。

如果將多個不同錐號的測溫錐放在車上，然后在燒成帶不同的觀察孔觀察，也可以測出各車位的溫度和燒結(jié)情況。

將測溫錐插入耐火泥底時，插入深度約10mm，并使測溫錐與底座平面成80°，我國火錐編號和溫度是一致的，只要將火錐號乘10，就是測定溫度。

(2)熱電偶

熱電偶是由兩根成分不同的金屬絲或合金絲焊接而成，并裝在一根鐵管或瓷管里面，最簡單的測溫系統(tǒng)如圖3所示。兩根金屬絲焊接的一端放在窯爐里，稱為熱端；而另一端放在窯的外面，稱為冷端。用銅導(dǎo)線把它和毫伏計聯(lián)起來，由于熱、冷兩端的溫度不同，在熱電偶中產(chǎn)生了一個電動勢，回路中就有電流。兩端所產(chǎn)生的電位差的大小與兩端的溫度差成正比。這樣，毫伏計上就可以指示出溫度的讀數(shù)來。

為什么熱電偶兩端溫度不同就會產(chǎn)生一個電動勢呢？因為金屬絲兩端自由電子的能量不同，溫度高的一端電子能量大，容易跑到溫度低的一端去。由于兩種不同成分的金屬絲其單位體積內(nèi)所含的自由電子數(shù)不同，當(dāng)焊接在一起并處于同一溫度，而冷端接在毫伏計或電位差上也處于同一溫度時，兩根金屬絲中的電子不平衡，所以熱電偶中產(chǎn)生了一個電動勢。接通以后，就有電流產(chǎn)生。

常用的熱電偶有鉑銠-鉑熱電偶、鎳鉻-鎳硅（鎳鉻-鎳鋁）熱電偶、鎳鉻-考銅熱電偶和鉑銠30-鉑銠6熱電偶。

熱電偶在使用過程中，會受到窯內(nèi)氣氛的侵蝕，而且長時間經(jīng)受高溫，金屬有再結(jié)晶現(xiàn)象，因而使測量不準(zhǔn)確，所以應(yīng)定期校正。

由熱電偶的測溫原理可知，電動勢的大小與熱冷兩端的溫差有關(guān)，冷端的溫度要求穩(wěn)定。但實際上，冷端溫度是有變化的，為此，通常是應(yīng)用補(bǔ)償導(dǎo)線，將冷端位置移到連接儀表的溫度較為恒定的地方，這樣測得的溫度必須根據(jù)冷端溫度進(jìn)行校正，才是熱端實際溫度。

當(dāng)熱電偶接上補(bǔ)償導(dǎo)線以后，如果冷端溫度比較恒定，與之配套的顯示儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整又比較方便的話，也可以采用這個方法。如果要求比較精確，可用冷端恒溫法和補(bǔ)償電橋法。有不同材料的補(bǔ)償導(dǎo)線，鉑佬-鉑熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線是銅-銅鎮(zhèn)，錦銘-銬硅熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線是銅-康銅。熱電偶及補(bǔ)償線的兩條線有正有負(fù)，連接時應(yīng)正接正，負(fù)接負(fù)，不要接錯。