熱處理設備中紅外輻射強度的控制方法

熱處理設備中紅外輻射強度的控制方法
在熱處理設備中由於加熱歷程控制的需求，紅外線加熱器的功率輸出必須加以控制。電氣式紅外線加熱器輻射強度的控制方法，一般大致可分為下述幾種：
(1)輻射距離加減法
輻射距離是指管狀元件中心或板狀元件的輻射涂層到烤盤底部或鋼帶上表面之間的距離。輻射距離的大小直接影響紅外線的輻射強度，還影響爐膛尺寸的大小。根據照度定律可知，輻射能量的多少與距離的平方成反比。利用幅射源之輻射量照加熱工件間距離來進行加熱溫度的調節，可免除繁復控制器的限制。過去國內廠商使用黑體管的遠紅外線乾燥爐大部分採用此種調節的方式。但當生產多樣式產品時，抬高照射距離非但無節約能源作用，也降低生產率，亦無法回應加熱倏件變化時所需控制條件的改變。下表 說明輻射強度隨著距離的增加而衰減。輻射距離越近，輻射強度越大，加熱效率也越高，同時輻射強度分布的不均勻性也越顯著。距離過近會因加熱不均勻而影響烘烤品質，并且當距離小到一定范圍時，輻射強度的增加率會顯著減緩。輻射距離越大，輻射強度越小，溫度也越低，同時也導致爐膛尺寸增大。但是此時輻射強度分布也趨於均勻。原則上，在保證輻射均勻性，不影響產品質量和不妨礙操作的前提下，輻射距離越近越好。對於隧道式紅外烤爐，由於受熱物經輸送設備在爐道中移動，則不必考慮熱量分布的不均勻性。烘烤時可以將輻照距離縮短到50亳米，并適當加快傳遞速度，效果較好。另外，管狀輻射元件輻射能量的分布均勻性還與元件相互間的距離有關。
表 輻射距雄與輻射強度的關係
輻射距離(米)              0.18  0.25  0.5  0.75  1.00
輻射強度(千卡/米2 · 時)        1100  620  239  80   60
(2)紅外線反射器
由輻射逆二次方定律所敘述，輻射能在空間擴展為球狀，輻射能強度隨距離平方成反比，這種隨距離衰減的特性，在輻射加熱乾燥的實際應用上是相當不利的。在實際應用時除盡量縮短輻射器與被加熱物件之距離外，需使用適當的反射器以提高效率。紅外線在傳播過程中和可見光一樣，遵守光的反射定律和折射定律，紅外線反射器就是利用紅外線的這一性質。紅外線反射器是局部反射所輻射的紅外線以增強工件之照射強度的裝置。而反射器按不同的需要可做成各式各樣形狀。按不同的特有不同的分類法。按反射鏡的平曲張角來分，有淺鏡深反射及深鏡深反射鏡。按反射器剖面的形狀來分，有平面鏡和曲面鏡兩種?？捎脦讐K平面鏡按不同角度拼成角反射鏡，以改變光路方向。但反射之數不宜過多，以免損失太大。曲面鏡又可細分為球面、拋物面、橢圓面和雙曲面，使用最廣的則是拋物面及橢圓面反射器。通常光源置於焦點上，對於拋物面反射器通常用來加熱平面材料，而橢圓面反射器則用來加熱材料某一區，而通常不論拋物面或橢圓面反射器均可用加熱圓柱狀材枓，而其選擇反射面的通式是當材料半徑小於反射開口時以橢圓反射器較佳，反之則拋物面較好。最后，按反射器的曲率可否調節，可分為曲率可調反射器和固定曲率反射器。影響反射器效率的因素很多，熱處理設備中一般影響反射器效率的因素包括：
1、反射器表面材質的影響
良好的反射體應選用對紅外線反射率高而吸收率低的材料，反射板之材質，理論上為鍍金、鍍銀、拋光銅或鋁合金層、不銹鋼等。實用上則以鋁板使用最多，其次為不銹鋼板，通常鍍金面反射係數超過95%，但成本高。而鍍銅的反射係數雖也大，但容易暗淡。在一般的紅外加熱處理設備中，常採用鋁板，反射性也高，價格便宜，但鋁在波長1mm附近時的反射率很低，但若在其表面進行電化學處理，電氧化處理后的鋁在紅外區的反射率可得98%，也很穩定。不銹鋼板對爐內氣體酸、鹼之霧滴、水分之蒸發中使用耐腐性高，并適於特殊用途中使用。對於工件材質表面反射性較強的場合，反射板材料可以利用陶瓷纖維來吸收大量的反射能，再以更長波的紅外線輻射出，則能充分利用能源。對於連續爐，為節省爐體長度，一般均需使用反射板來達到最高強度的照射。

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