大家好，我已經在本論壇注冊4年，但是發(fā)帖很少，在這里也學到了很多東西。作為答謝各位刀友，今天我要給各位刀友們提供一些實質性的具有操作意義東西。
電阻爐，各位刀友們一定都熟悉吧，它相比炭火爐、氣爐等有著溫度控制精確、清潔、節(jié)省能源等天生的優(yōu)點。網上乃至本論壇有很多人都講了怎么做電阻爐，不過我覺的他們講的不夠詳細，也沒有實際操作的可行性。
由于時間有限我今天就講一講電阻爐發(fā)熱絲的設計與計算。
有的人要說了，不就電爐絲嘛，有什么好設計計算的。這里我要說那你就是外行了。首先我們的電阻爐是用來熱處理的，要處理合金工具鋼、不銹鋼等材料溫度必須要到1100度左右。這是普通電爐絲不能承受的，還有，你如何確定功率、如何讓電阻絲長壽命的工作，如何在有限的爐膛里面布置下電阻絲這些都是問題。
大多數電阻絲都是預制好的（標定功率），但預制電阻絲并不總合適你的爐子尺寸。
我接著分為如下幾個部分來講解電阻絲的設計
1。電爐內部尺寸的確定和電阻絲功率的確定
2.電阻絲線徑的確定
3.電阻絲表面負載
4.線圈直徑和拉伸參數
5.綜合考慮
免責聲明：需要有基本電學知識。如果你沒有基本電學知識，請不要嘗試或者向精通者學習后再嘗試。電是危險的，如果你因此受傷或者死亡本人概不負責。
你的首要考慮應該是：
1.1功率：
有什么樣的電壓可用（220V，380V等）和你的插座、電線、電表、空開允許多少安培的電流（別告訴我你不知道，銘牌上有的）。
例如：你有220V和允許最大電流16A。
U（伏）I（安培）= P（瓦特）
220伏 x 16安培= 3520瓦
所以我設計的電爐最大功率必須小于3520w。
最好是有10%的安全余量3168w，避免空氣開關跳閘。
1.2尺寸：
這取決于幾個因素，設計最高溫度、升溫速度。
如果你是個熱力學工程師，可以計算出尺寸和功耗的要求，準確的熱損失率，對流，輻射和傳導，絕熱材料吸熱量、熱損失率等等。
我們不需要這樣做，我查閱了國外商業(yè)電窯的一些設計參數。
奧爾森窯（給愛好燒陶瓷的人用的）設計參數是這樣的：0.92瓦/平方厘米2- 1.3w /厘米2的功率密度。我也計算過一些美國專業(yè)給刀匠設計的熱處理爐，大多數功率密度是0.6瓦特/
厘米2- 0.7瓦/厘米2，我估計是他們的保溫材料保溫性能比較好，結合我們國家的實際，我覺得保險起見還是參照奧爾森窯的設計參數。那么我就取一個方便計算的值 1瓦/平方厘米2
舉個例子：
我爐建成后將有一個12,4cm×12cm×50cm內部尺寸。
內部表面積= 2737.6cm2等于2737瓦的總表面面積。
當電阻絲的壽命隨著時間的推移，其直徑是由于氧化減少，爐子的功率下降。為了彌補這個和加快加熱速度，我傾向于略微增加功率。所以我會提高到3000W，并且這也在安全功率范圍內小雨3168w。
2.電阻絲的選擇和電阻絲直徑的確定
我從萬能的TB那里查到了一些電阻絲的資料
牌號
1Cr13A14
1Cr21A14
0Cr21A16
0Cr23A15
0Cr25A15
0Cr21A16Nb
0Cr27A17Mo2
性能
主要化學成分%
Cr
12.0-15.0
17.0-21.0
19.0-22.0
20.0-23.5
23.0-26.0
21.0～23.0
26.5～27.8
AI
4.0～6.0
2.0～4.0
5.0～7.0
4.2～5.3
4.5～6.5
5.0～7.0
6.0～7.0
Fe
余量
余量
余量
余量
余量
余量
余量
Re
適量
適量
適量
適量
適量
適量
適量
加入量Nb:0.5
加入量Nb:0.5
元件最高使用溫度℃
950
1100
1250
1250
1250
1350
1400
熔點℃
1450
1500
1500
1500
1500
1510
1520
密度g/cm3
7.40
7.35
7.16
7.25
7.10
7.10
7.10
電阻率μΩ·m，20℃
1.25±0.08
1.23±0.06
1.42±0.07
1.35±0.06
1.42±0.07
1.45±0.07
1.53±0.07
抗拉強度 Mpa
588～735
637～784
637～784
637～784
637～784
637～784
686～784
延伸率%
≥16
≥12
≥12
≥12
≥12
≥12
≥10
反復彎曲次數
≥5
≥5
≥5
≥5
≥5
≥5
≥5
快速壽命h/℃
——
≥80/1250
≥80/1300
≥80/1300
≥80/1300
≥80/1350
≥80/1350
比熱J/g.℃
0.490
0.490
0.520
0.460
0.494
0.494
0.494
導熱系數KJ/m.h℃
52.7
46.9
63.2
60.2
46.1
46.1
45.2
線脹系數
a×10-6/℃
（20～1000℃
15.4
13.5
14.7
15.0
16.0
16.0
16.0
硬度HB
200～260
200～260
200～260
200～260
200～260
200～260
200～260
顯微組織
鐵素體
鐵素體
鐵素體
鐵素體
鐵素體
鐵素體
鐵素體
磁性
磁性
磁性
磁性
磁性
磁性
磁性
磁性
一般電阻絲的溫度都要比爐子溫度高170度以上，因為我們的電阻爐設計額定最高溫度為1100度，所以電阻絲必須耐溫1270度以上。
從表里面看只有0Cr21A16Nb 0Cr27A17Mo2兩種電阻絲能夠滿足需求。但是我查閱相關資料發(fā)現工業(yè)淬火爐一般都是用的0Cr27A17Mo2這種電阻材料。我考慮可能是因為0Cr21A16Nb的最高耐溫溫度為1350度，之比爐子最高溫度時的露絲溫度高80度，壽命不長。所以我建議選用0Cr27A17Mo2這種材料。
2.2電阻絲的長度
現在你已經算好了你的電爐需要多少瓦，下一步計算電阻絲長度。
我們現在所知道的是：
- 3000W的功率需要
- 220伏伏供電
我們想知道的是：
多少歐姆的電阻
如果你還記得你的初中生活也許對一些基本的電公式將浮現在你的腦海中，如果想不起來了，照片可以提供幫助：
因為U2/ P = R
所以2202 / 3000 =16.1333歐姆
舉個例子：
我們有一個直徑1mm的0Cr27A17Mo2。這是不正確的直徑，這將有一個很短的壽命。所以，我將在下一節(jié)中解釋。這里我們先計算完。
查表得到了1mm 0Cr27A17Mo的電阻絲的電阻是1.948歐姆每米了。
所以現在只計算你需要多少米達到到16.1333歐姆
16.1333 / 1.948 =8.282米
得到一個有3000瓦功率的電阻絲，你需要8.282米直徑為1mm的0Cr27A17Mo2電阻絲。
這很容易不是嗎？
3。表面負荷
注意了，這一部分非常重要，也是很多DIY電阻爐容易犯錯誤的地方
表面負荷的意思就是電阻絲總功率與電阻絲的表面積的比值。單位是W/cm2(瓦/平方厘米)
表面負荷是一個影響電阻絲的壽命的非常重要的因素。
如果你把過多的功率加載在太細的電阻絲上，電阻絲會過熱、氧化快，如果嚴重過熱會導致電阻絲融化、電阻絲破壞，爐就壞了。
為了避免這個，我們必須保持在一個安全的表面負荷。表面負荷里的面積是整個電阻絲的表面面積。
好了，這個表面負荷確實挺難找到數據的，哈哈、讓我給找到了?？堤枲t設計手冊第7頁（heatingelements.hitemppro ... Metric-version-.pdf）告訴我們，在溫度為1100°C在槽的螺旋電阻絲，其表面負荷不應超過3瓦/厘米2。但是注意在該頁（第7頁）最下方說，如果你使用ON/off開關來控制溫度那么電阻的表面負荷還要降低20%。我們一般使用的PID控制固態(tài)繼電器來實現電爐的溫控，這種方式就是ON/off開關方式。所以我們的電阻絲表面負荷最大只能是3*（1-20%）=2.4w/cm2
還記得前面我說過1mm的電阻絲太細了不能使用嗎？現在我們來算算為什么不能用。
前面我們計算了1mm的電阻絲要達到3000w的功率需要長度為8.282米，其表面積就是 0.1*3.1415*828.2=260.179cm2（別告訴我你看不懂這個表面積計算公式，就是一個圓柱體側面積=截面直徑*π*高度）
那么其表面負荷就是3000/260.179=11.53瓦/厘米2?？吹經]有用1mm的電阻絲其表面負荷超出了最高允許值的4倍多。如果你不考慮表面負荷安裝上電阻絲加熱運氣好的話，爐子能正常加熱，但是電阻絲會很快燒壞。最有可能的情況是一加電電阻絲很快就燒毀。
在這里可能有的DIYer又會說了，那還不簡單，直接用粗的電阻絲，表面負載肯定夠了。我要說的是你沒有考慮到電阻絲越粗那么要使其功率為3000瓦，那么它的長度也就越長。那么你爐子里面可能就沒有足夠的空間來布置電阻絲。
4.繞組直徑，拉伸比例
既然是自己設計選型電阻絲那么就要涉及到纏繞電阻絲，除非花高價讓廠家定做。這也是一個非常重要的因素，但沒有表面負荷的的重要性大。
康泰爾手冊（heatingelements.hitemppro ... Metric-version-.pdf）再次排上用場（祖國讓我們學英語干什么來著？讓我們學習國外先進技術的。純屬娛樂，勿怪）見7頁和10。
螺旋電阻原件（繞好的電阻絲）的直徑至少要是電阻絲直徑5-7倍。再大也沒問題，只要爐
子有位置安裝。
另外的元素是伸展后電阻絲之間的最小距離。單繞組之間的距離應該是2-3倍的電阻絲直徑。
這可以防止元件過熱、繞組短路等。也可以提高電阻絲的使用壽命。電阻絲如果短路不僅會降低其自身壽命，關鍵電阻絲的功率會增加，沒有及時發(fā)現可能會燒壞動力線路。
