全瓷冠桥专用智能升降电炉设计及能效分析

均和能耗 较 大 的箱 式 电 阻炉 ，很 难 满 足氧 化 锆 全 瓷冠 桥 （ 义齿 ）生产 需要 ，也与集约发展 、节能减排 的社会 发展趋 势相违背 。为此 ，我公 司根 据用户 需求 ，采 用 温度场 有 限 元分析原理ｌ ＝ ｚ ］ ，应用最 新陶瓷 纤维预 成型耐 火材 料和智 能
桥专 用智能升降 电炉采用 圆筒形炉 膛设计 ，炉膛 专为全 瓷
冠桥烧结量身定做 ，工作 区尺寸 为 １ ２ ０ ｘ １ ５ ０ ｍｍ，不仅 保
证 炉 膛 内 温 场 均 匀 ，而 且 稳 定 性 显 著 增 加 ，电 炉 最 大 输 入
功率 低于 ２ ｋ Ｗ，１ ６ ０ ０ ℃保温 时功耗小于 １ ｋ Ｗ ，符合 节能减 排要 求 。 硅钼棒是一种 以 Ｍｏ Ｓ ｉ 为主要 原料 生产 的耐高温 、抗 氧化 和不易老化的 电阻型加 热元件 。该 元件 在氧化 气氛 下 加热 到 １ ２ ０ ０ ℃以上时 ，发生如下反应 ：
１ 工 作 原 理
全瓷冠桥专用智能 升降 电炉 的设 计涉 及炉 膛尺 寸 、加 热元 件数量 、耐火材料类型 和智 能控 制系统功能等 的优化 。
然而 ，目前我 国绝大 多数微 型电炉生产 企业 仍沿 用 国内传 统设 计模 式 ，炉膛尺寸 远远 大于实 际应用 需要 ，不仅增 加 电力消耗 ，而且温度均 匀性 和稳定性 也 大大 降低 。全瓷 冠 众所周知 ，电炉加热元件与产 品间的传热包 括 ：辐射 、 对流及传导三种方式 。辐 射能 的大小 与温度成 四次 方 函数 关系 ；传导和对 流 能 的大小 与 温度 仅呈 线 性关 系 ，因此 ， 温度越高 ，辐射 的作 用越 明显。对于 微型 电炉来 说 ，由于 产品体积很小 （ 可直接接受加热元件 的热辐射 ） ，所 以必须 重点考虑辐射传热 的作用 。只有 通过炉膛 结构 设计 和加热 元件分布的优化 ，获得 稳定均 匀的炉膛 温度 情况 下 ，才 可 能使产品得到均匀加 热 。但是 ，传 统箱式 电炉 炉膛 结构不 合理 、尺寸偏大 ，而且密 闭性差 以及炉 内辐射 传热 过程 的
氛条件 下 ，硅钼棒 的最高使用 温度如表 １ 所示。
表１ 不 同气氛条件 下硅钼棒 的最 高使 用温度
硅 钼 棒 最 高 使 用 温 度 气 氛
１ ７ ０ ０型 １ ８ ０ ０型
控温仪表 ，设计生产 了全瓷 冠桥专 用智 能升 降 电炉 ，同时
亦适用于大专 院校 、科研 院所 和工矿 企业 等单位进行 陶瓷 、 金属和玻璃等材料研究 的微 型智能升降电阻炉 。
关 键 词 ：全 瓷 冠 桥 ；升 降 电 炉 ；烧 结 ；设 计 ；能 效 分析 中图 分 类 号 ：Ｔ Ｍ９ ２ ４ １ ３ 文 献 标 识 码 ：Ａ 即 ，１ ２ ０ ０ ℃ 以 上 Ｍｏ Ｓ ｉ ２氧 化形 成 ｉ 氧 化 钼 （ Ｍｏ Ｏ ３ ，沸
０ 引 言
随着高性能陶瓷产 品在各领 域 中的推 广应用 ，高温 电
炉 （ ＞１ ５ ０ ０ ℃）已越来 越受 到大 专院校 、科研 院所 和工 矿
企业 等单 位的普遍欢迎 。二硅化 钼 电热 元件在 氧化 气氛 下 工作 能在 其表面生成可 以避免其 继续 氧化 的石英玻璃 致 密 膜 ，故具有 良好 的高温 抗氧 化性ｌ 】 ］ 。因此 ，特 别适用 于 陶 瓷 、玻璃 、冶金 和耐火材 料等 产 品生产 领域 。然 而 ，由于
２ Ｍｏ Ｓ ｉ ２ ＋７ ０２ —２ Ｍ ） ３ ＋４ Ｓ ｉ Ｏ２
高度复杂性和热传导 对流影 响因素 的多样性 ，准确 控制炉
膛 内部温度均匀性和 稳定性 的难度很 大 ，无法 实现 均匀烧 结 。因此 ，采用 圆筒形 炉膛 结 构设 计 和较 小 的炉膛 尺寸 ．
＊作者简 介：徐传艳 （ １ ９ ９ Ｏ ） ，男 ，硕士 ，助理研究员 ，主要从 事生物陶瓷方 面的研究 。通讯联系人 ：李亚 东 （ １ ９ ６ ０ ） ，男 ，副 研究员 ，主要从事生物 医用材料及先进装备研究及产业 化技术方 面的研究 。Ｅ － ｍａ ｉ ｌ ：ｌ ｉ ｙ ａ ｄ ｏ ｎ ｇ ＠ｓ ｕ ｄ ａ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ
点 ：１ １ ５ ５ ℃）和 二 氧 化 硅 （ Ｓ ｉ （ ） ２ ，沸 点 ：２ ２ ３ ０ ℃） ，并 因 Ｍｏ Ｏ。 气化 ，Ｓ ｉ Ｏ ｚ 会 附着 在硅 钼棒表 面 ，生 成光 亮致 密 的 石英玻 璃膜 ，从而保护元 件不 再氧 化 。因此 ，硅钼棒 具有 独 特的高温抗氧化性 ，在 氧化气 氛下最高 使用 温度可 达到 １ ８ ０ ０ ℃。同时 ，在正 常情 况下 硅钼棒 的 电阻特性 不随 使用

时间而发生改变 ，因此 ，新 旧硅钼 棒可 以混合 使用 。为 了
满 足氧化锆 全瓷冠桥烧结 和其它 研究领 域应用 ，该 电炉采 用 １ ７ ０ ０型和 １ ８ ０ ０型优 质硅 钼棒作 为发 热元件 。在不 同气
传统观念束缚 、创新 意识薄 弱和 电炉生产 技术 落后 等因素 影响 ， 目前市场上仍 然充 斥了大量 结构 单一 、温度分 布不
材料科技 与设备 （ 双月刊 ）
全瓷冠桥专用智能升降 电炉设计及能效分析
２ ０ １ ４年 ・ 第 ５ 期
全 瓷 冠桥 专 用 智 能 升 降 电炉 设计 及 能效 分 析
徐传艳 ，朱 阳光 ，王静 ，李亚军 ，李亚 东
（ １ ． 苏 州鼎安电子科 技有限公司 ，江苏 苏州 ２ １ ５ ２ ２ ３ ；
２ ．苏州大学材料 与化学化工部 无机材料与工程系 ，江苏 苏州 ２ １ ５ １ ２ ３ ） 摘要 ：为了满足氧 化锆 全瓷冠桥 （ 义齿）生产需要 ，根据 实验 电炉 的最新设计理念 ，运 用有 限元技 术时炉膛材料 和结 构 、加热元件数量和 分布进行 了优化设计。通过智能技术 、高性能材料的集成优化 ，实现 了全 瓷冠桥 专用智 能升 降电阻炉 的批量 生产。最终 ，经效能分析 和性能评估可知 ，本 电炉具有 结构 紧凑 、节 能环保 、温度 场均 匀和 升 降温速度 快等优 点， 特别适 用于牙科全 瓷冠桥 、实验 室样品制备等领域应 用。