DIY电炉解决方案

swordfish

讨论问题的朋友欢迎，我会认真回复大家，谢谢大家！
作为DIYER，深感热处理的困难。利用个人的一点知识设计了DIY小电炉的解决方案，在这里跟大家讨论，先感谢大家多提意见，多多讨论。
想制作的有问题我会尽量回答。大家都是DIYER，图的是个乐呵。
灌水的请绕行。斗嘴的不欢迎。
如果有精力我会在今年制作这台炉子。  

此帖我会不断更新内容。
电路接线简图请保存放大察看。



大家在制作这么一个热处理电炉的时候，不要盲目开工，要有计划，有实施。:)
建议大家在DIY任何东西的时候都要本着适用的原则，不能一味的追求功能和适用范围，这样会给自己增加很多负担，而且本没有一种工具是全能的。
首先就是要定义好自己的电炉要达到什么样的一个功能，这样的话就可以锁定炉子的基本参数。
比如自己要处理什么样的材料，一般情况下需要热处理材料的几何尺寸，还有就是你家里有多大的地方来放这个东西。  :)

首先我们来确定炉子的基本尺寸

在这个环节中，我们首先要考虑的就是一般需要处理材料的几何尺寸。
一般来讲，我们DIY的都是刀具一类的，所以热处理的炉子炉膛基本都是长条形的。根据刀子的宽度来设计炉膛的宽和高，这两个参数都要保留一定的余量。比如板料有可能需要在炉膛中立着放置， 并且上部和两侧一般都要有带电的加热体。另炉膛中还有一测温热电偶（一般炉膛底部是不设置加热体的）。按经验，炉膛尺寸宽设计在150，高设计在150可以满足大部分的需要。
补充一点，炉膛的大小还会影响到炉子功率的大小，在电还花钱买、环保还要支持的前提下，不要把炉膛设计太大。
再说炉壁，一般的炉壁可以考虑购买现成的炉胆来使用，没有条件的朋友可以使用耐火砖一类的材料自己制作，耐火砖外部包硅酸铝毡保温，一般比较小的炉胆价格在200多。一般的炉壁厚度基本在100左右（仅供参考）。


下面我们来讨论如何确定炉子的温度参数

首先我们要定义好正常使用的温度，再需要考虑的就是非正常使用温度也就是极限温度。
极限温度基本超出加热体所能承受的工作温度和热电偶的线性区域，由此会带来加热体工作寿命变短或烧断 测温不准及热电偶的烧断后果。根据通常需要处理的材料查阅热处理基本参数，这样基本就可以确定炉子的正常使用温度范围。当然在设计时是必须留有一定冗余度的。
一般碳素工具钢的热处理温度基本在900度左右，这样炉子的使用温度基本可以设计在1000度左右。合金工具钢会高些，比如通常使用的CR12MOV 和CR12MO1V1  
热处理温度基本在1020~1040度，某些材料还会达到1200度左右。这样炉子的设计温度就可以设计在1200度左右。为什么说一定要考虑好自己通常使用的范围，而不要盲目的追求高适用范围呢？这里主要考虑到资金和性价比问题，等了解热电偶和发热体的选择后，大家自然明白。

确定好炉子的温度以后，我们首先来确定温度控制器。
这里我推荐使用控制方式比较先进的PID温度控制器。
这种控制器有控制方式先进，控制精度高，使用简单，体积小巧，价格合理的优势。因为温度控制器采用了PID（比例、积分、微分）的控制方法，所以有相应速度快，温度超调小，控温精度高的特点。而且该种温度控制器集成度很高，大家参照说明书的图纸做简单的接线即可使用。
因为电炉普遍要达到1000度或更高的设计温度，所以我们需要选择4位的温度控制器。PID温控器使用相对简单，大家可以参照说明书做基本的参数设计，P、I、D参数的设定可以让PID控制器进行自整定，也可根据自己对炉性能（超调和温升速度）的需要自行设定P、I、D参数。没用经验的朋友大可让PID控制器自整定，毕竟专家参数还是相对很合理的。


我们再来谈谈发热体材料
   
常用的发热体一般有电炉丝和硅碳棒。
电炉丝特点是价格便宜，使用温度相对较低，一般1000度以内。高温电炉丝可以稍微提高一点，但高温对寿命有影响。
硅碳棒特点是价格较高，一般0.5 KW 的一根硅碳棒大概要20元左右，但硅碳棒可以达到较高的温度范围，极限1600度。
提高炉子的温度范围，为了能够快速达到温度，同时还需要提高炉子的功率。所以，提高工作温度，基本就是在提高炉子的造价，这是在物质并非极大丰富，人民并非为所欲为的情况下我们国内DIYER们不得不考虑的问题。试想：花20来块买电炉丝很容易，但花200甚至更多的钱买硅碳棒，我想大家不会想都不想吧。
一个RWL34-2（好像是这个型号，记不太清楚了）炉膛大约100*80*200的小电炉，使用硅碳棒功率在4KW。所以，一般热处理碳钢和普通合金工具钢的朋友们尽量考虑电炉丝或者高温电炉丝才是王道~。
而需要经常处理更高温度范围的材料的朋友们就一定要选择硅碳棒了。


接下来我们讨论热电偶的选择

说到热电偶 先上点套餐大家享用
国际电工委员会向世界各国推荐8种热电偶作为标准化热电偶，我国标准化热电偶也有8种。分别是：铂铑10-铂(分度号为S)、铂铑13-铂(R)、铂铑30-铂铑6(B)、镍铬-镍硅(K)、镍铬-康铜(E)、铁-康铜(J)、铜-康铜(T)和镍铬硅-镍硅(N)。下面简要介绍其中几种。
1)铂铑10-铂热电偶
由φ0.5mm的纯铂丝和直径相同的铂铑丝制成，分度号为S。铂铑丝为正极, 纯铂丝为负极。它的特点是热电性能好，抗氧化性强，宜在氧化性、惰性气氛中连续使用。长期适用的温度为1400℃，超过此温度时，即使在空气中纯铂丝也将再结晶而使晶粒增大。短期使用温度为1600℃。在所有的热电偶中，它的准确度等级最高, 通常用作标准或测量高温的热电偶，其使用温度范围广（0~1600℃），均质性及互换性好；其缺点是价格昂贵,热电势较小，需配灵敏度高的显示仪表。
2)镍铬-镍硅(镍铝)热电偶
镍铬为正极，镍硅为负极，分度号为K。其特点是：使用温度范围宽（-50~1300℃），高温下性能较稳定，热电动势和温度的关系近似线性，价格便宜，因此是目前用量最大的一种热电偶。它适用于在氧化性和惰性气氛中连续使用，短期使用温度为1200℃，长期使用温度为1000℃。
3)镍铬—康铜热电偶
镍铬为正极，康铜为负极，分度号为E。它的最大特点是在常用热电偶中热电动势最大，即灵敏度最高，适宜在－250 ~ 870℃ 范围内的氧化性或惰性气氛中使用,尤其适宜在0℃以下使用。在湿度大的情况下，较其它热电偶耐腐蚀。
4)铜-康铜热电偶
纯铜为正极，康铜为负极，分度号为T。其特点是：在贱金属热电偶中准确度最高，热电丝均匀性好，使用温度范围为-200 ～ 350℃。 此外，还有非标准化热电偶，有钨铼系列（属难融金属），铂铑系列，铱铑系列，铂钼系列及非金属热电偶等。
这么说来，打算做高温硅碳棒电炉的朋友就可以考虑选择S型的热电偶，而打算使用电炉丝正常使用在1000度的朋友可以考虑K型热电偶。


为了将热电偶的冷端远离高温区并连接到温度控制表上，需要使用补偿导线。
补偿导线型号   热电偶型号       补偿导线材质及颜色（正  负）
SC                 S 铂铑10-铂      SPC(铜) SNC(铜镍0.6) 红 绿
KCA               K 镍铬-镍硅      KPCA(铁) KNCA((铜镍22) 红 兰

[ 本帖最后由 swordfish 于 2007-3-2 11:43 编辑 ]

刃无腥

太费电

坐沙 发不费电～

730626

正要做,硅碳棒的问题是炉子里不能放碳以便减少钢材氧化.楼主有什么好方法吗,不锈钢帛不算,那个贵还不好买

大刀刀

我觉着温控的部分对我来说是个难题。

swordfish

这层楼用来回复大家的问题

回730626朋友
我想  炉子预留一根管子  
给炉加热前往里面充些二氧化碳或者氮气怎么样
有人说加热前放少量纸也可以  纸我想可以放一些纸屑  防止局部火焰过大温度过高
我觉得都比较可行  

回大大刀朋友
哪里是难题 可以明确指出   
帖子我会不断更新  争取写得更细些
温控这个东西不是很复杂的

回9楼  硅碳棒不需要使用变压器吧
PID控制就是为了能够快速达到温度并且避免超调   可以自己设定P  I   D  参数  也可以使用自整定功能
一般国产的4位PID温控器 具体价格我不了解 估计100到200元就可以搞定了    固态继电器模块分单相和三相的   其实也可以用单相的来并联成3相的   根据负载自己匹配就O了  这个很容易  
固态继电器的价格   单相的 国产固态继电器  25A的  便宜的大概25元就可以拿下
硅酸铝保温毡零买10元一片 大概有300*500大吧    其他价格我不是太了解
刚问了下  国产的4位PID  200多点  S型热电偶0.3MM丝  200长  接近300元  可以工作在1300度  极限1600度  稍后我会做一个大致的成本分析
因为炉膛比较小 温度传导主要采用辐射方式并辅以对流传导  温度比较容易达到均衡  个人觉得关键不是均衡问题  而是被测点的设置
例如把热电偶放在刀片表面  和架在硅碳棒旁边  效果是不一样的    但热电偶放在刀片表面是不太现实的
一般方法是在炉后部顺着炉膛插入一定的长度   需要明确的是 热电偶的检测温度是测量冷热端温度差 检测点只是热电偶的头部 冷端尽量避免炉体高温  虽然这样把热电偶尽量多的插入一部份还是有好处的   但由于热电偶长度直接影响到价格  所以一般插入炉内30MM以上应该就可以了

回730626   严格上来讲固态继电器就是一种晶闸管类的东西  叫法不同罢了但它是触发后双向导通的  

回junshen  您这个尺寸的炉子  1M长炉膛  MS稍微有点长了   有条件的朋友当然可以把炉子尽量做大一点  这样好处多多   但相对制作成本和运行成本也要提高   而且就我个人而言 做这么大一个炉子 家里基本没地方放 并且即使做出来  妈妈会打PP的  另可以把几片料平着叠起来加热  钢铁导热性能还好 保温时间稍长点一样能达到均温  我一直以为电炉丝是个很好的选择  这点我非常的赞同~  手动温控就算了吧 温度过冲太严重   在1000度这么高的温度   几十度的温度变化就是1、2秒的事情  我这个帖子就是想让大家了解所谓的PID精确温度控制  并不是特别高的成本和特别高的技术才能达到的    主要还是想让大家玩起来比较的爽   
我非常同意第5条说法  用最少的成本 创造最大的价值 并且体会到DIY的乐趣  

FHZ  你别在那里玩我   这些东西你比我明白多了   
现在的PID温度控制器就是直接接热电偶的   气体可以在炉后部设置一个小管子充进去   
不是什么昂贵的气体 根据你充的气体 与空气的相对密度  炉门用板子遮上 某边漏条缝 多充点 自然就充好了   加热时候及时炉门不能完全密封   漏点也漏不了多少  毕竟是常压的。。。。
氮气与空气相对密度 0.97  二氧化碳与空气相对密度1.53  即氮气比空气轻   二氧化碳比空气重
充气时候可以用一平板挡住炉口  充氮气时下部留条缝隙  充二氧化碳时上部留条缝隙
充好后迅速反方向抽板关门    （其实个人觉得还是放点纸屑进去比较容易~~~）

[ 本帖最后由 swordfish 于 2007-3-1 09:58 编辑 ]

focuslee

原帖由 大刀刀 于 2007-2-28 12:07 发表
我觉着温控的部分对我来说是个难题。

温控不难，有操作说明书，不懂可直接买个温控器，
难点还在炉堂保温设计

北老

难难难~虽然我有电工中级证书！但我还是看不懂``

kp123

好贴，期待更新。

730626

如果用3相电固态继电器是否就要用三相固态继电器?如果用晶闸管能否便宜点?

山佬

高手,对电压和电压稳定有特别要求吗?

junshen

个人愚见：
    1。 炉子内空间1000*200*150较好，宽度200可以同时放三把刀左右，大的的博依也可同时放二把，考虑到在家做，电费还是需要考虑的，同时处理几把能省点电.炉深1000可以处理长刀剑，当然，不做长剑类的还可以减少深度。
    2。炉壁可用保温砖(不是硬的那种耐火砖)抠槽可以放炉丝，(这个有个老外是这样做的，看了效果不错，只是本人没法上图)价格也没耐火砖贵。
    3。发热元件还是用炉丝吧，大多数刀友接受不了硅碳棒的价格(包括本人，呵呵)而且太脆，需要邮购的朋友不方便当然本地能买到的当我没说，不小心碰到就断了自己也会烧断，我是铝厂的，铝水保温炉就是用这个，换硅碳棒成了我们最头痛的事，烫手是一回事，主要是断得太频繁。
    4。温控可以用手动或自动，手动简单些，到了设定温度，自己切合电源，但人要一直守着，自动则方便多了，但价格也。。。呵呵  温度上限个人认为1200度够了，
    5。外观就不用太讲究了，角钢加铁皮，喜欢的喷点高温漆(一般的防锈漆也行，外壁温度不会很高)不喜欢的不喷也行，DIY精神，花最少的钱做最大的事 呵呵
以上只是个人想法，不对之处还请高手多指教

fhz

请教楼主，PID模块可直接接热电偶吗？
还有，如果要充保护气体，气体从哪来，又如何解决密封问题
谢谢

junshen

原帖由 focuslee 于 2007-2-28 16:01 发表



温控不难，有操作说明书，不懂可直接买个温控器，
难点还在炉堂保温设计

恰恰相反 我觉得最难的还是温控部分，最花钱的元件也是这一块

ggw

合理的炉膛设计可以使温控变得简单,关键是炉膛.