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1、加热设备及车间设计复习总结第一章 热处理设备常用材料及基础构件热处理设备常用的材料有砌筑炉墙用的耐火材料、保温材料，炉内金属构件所需的耐热金属材料，电热原件所需的电热材料，炉壳所需的金属材料。耐火材料凡是能够抵抗高温、并能承受高温物理和化学作用的材料。耐火材料的主要性能：耐火度：是耐火材料抵抗高温作用的性能，指耐火材料受热后软化到一定程度时的温度。（反映的是一种高温抗软化性能，耐火度不是材料的熔点。） 普通耐火材料 1580-1770 高级耐火材料 1770-2000 特级耐火材料 2000荷重软化温度：是指耐火材料试样在0.2 MPa压力下，以一定的升温速度加热至开始软化变形0.6%的温度，
2、此外也标注4%和40%的软化点。荷重软化点反应材料的高温结构强度。热稳定性: 是指耐火制品抵抗耐急冷急热而不破坏的能力标准测定方法：加热850 ，保温40 min，然后在流动的冷水中冷却3 min，重新加热冷却，直至试样破坏。高温化学稳定性：是指在高温下抵抗炉气、熔盐、金属氧化物等侵蚀的能力。重烧线变化（体积稳定性）：耐火制品加热至高温，制品尺寸（长度）发生的不可逆变化，以%表示，正值表示膨胀，称重烧线膨胀；负值表示收缩，称重烧线收缩。它是将耐火制品加热到规定温度，保温一定时间，冷却至室温后其长度所产生的残余膨胀或收缩。常用的耐火制品（定型）：1 ） 粘土质耐火砖：是以耐火粘土作原料。特点：
3、热稳定性好（10-15次），耐火度1580-1770，中性、偏弱酸，荷重软化温度不高，使用温度不超过1350 。使用范围： 各种加热炉、热处理炉和干燥炉的炉体，不宜做电热元件的搁砖，不宜做高碳气氛炉的内衬。2 ） 高铝砖：是有高铝矾土、硅线石、天然或人造刚玉、工业氧化铝等经配料、混合、成形等工序最后经高温焙烧而成。特点： 耐火度、荷重软化温度都高于粘土砖，使用温度可达1400-1650（高于粘土砖），中性，抗渣性和热震稳定性较好。重烧收缩较大，价格较贵。使用范围： 高温炉的 （ 1000 以上 ）内衬，电热元件的搁砖。4 ）石墨制品:普通石墨制品：是用天然石墨做原料，添加耐火粘土做结合剂制成的
4、产品优质石墨、高强石墨、高纯石墨等可制作电热元件，使用温度可达2200-3000。特点： 高的耐火度和荷重软化温度；机加工性能好，强度随着温度的升高而加强，1700 时，强度超过所有氧化物和金属材料；大气中加热易氧化。使用范围： 具有保护气氛或真空系统的高温炉。5）抗渗碳砖：用于砌筑渗碳砖，可以为粘土质也可以为高铝质，严格控制氧化铁含量（Fe 2 O 3 低于1%，H 2 和CO使Fe 2 O 3 还原产生Fe、Fe 2 C、C等产物，使体积膨胀）用途：可控气氛炉内衬材料。重质抗渗碳砖：炉膛内表面和负荷大、易磨损部位轻质抗渗碳砖：隔热层耐热金属材料热处理设备用耐热金属材料有 耐热合金钢、耐热铸
5、铁 等耐热合金钢：高于450 条件下工作，并具有足够高的强度、抗氧化、耐腐蚀性能和长期的组织稳定性。在选择和使用电热材料时应考虑以下性能：1）耐热性 和 高温强度2）电阻系数3）电阻温度系数4）热膨胀系数5）机械加工性能电阻温度系数（1/ ）：表示电阻当温度改变1度时，电阻值的相对变化。电阻温度系数小的元件，功率稳定；电阻温度系数大的元件，以工作温度的电阻值作为功率计算依据；电阻温度系数很大的元件，需配备调压器。热膨胀系数（1 /）：电热元件受热伸长后的长度由下式确定L T =L 0 （1+ T）对热膨胀系数较大的电热元件，设计安装时必须留有充分的膨胀余地。常用电热元件材料：金属电热元件、非金
6、属电热元件、红外电热元件金属电热元件：常用的金属电热材料有镍铬合金、铁铬铝合金，真空和保护气氛中也使用钼、钨、钽。非金属电热元件：常用的非金属电热材料有碳化硅（硅碳棒）、硅钼棒，石墨等。第二章 热处理炉的传热原理传热的基本方式: 传导、对流、辐射传导传热：热量由物体的一部分传至另一部分，或由一物体传至与其相接触的另一物体的传热现象。固、液、气态中都能发生， 要求物体相互接触， 无能量形式的变化。对流传热：流体中不同部分的相对位移时不同部分的质点相互混合，或者在运动质点与一相接处的固体表面之间所进行的热交换，只能在流体宏观运动时才能发生，无能量形式的变化。辐射传热：受热物体将热能部分转化成辐射能
7、，以电磁波的形式向外放射，当投射到另一物体时部分被吸收转化成热能， 无需中间介质， 既有热量的交换，也有能量形式的转化， 不论温度高低任何物质都向四周放射辐射能。热流：单位时间内由高温物体传给低温物体的热量叫热流或热流量Q。热流密度：单位时间内通过单位传热面积的热流，称为热流密度，用q表示。传导传热的基本方程式：热导率：反应了物体 导热能力的大小。其数值为导热物体中相距1 1 m 处的温差为1时，单位面积上单位时间内传递的热量单层炉墙的稳定态导热计算：单层圆筒炉墙的稳定导热式中字母的含义：简单描述应用:自然对流：由于流体内存在温度（浓度）差，造成流体各部分密度不同而引起的流动称为自然流动（自然
8、对流换热）。强制对流：流体受外力(如风机、搅拌机等)作用而发生的流动称为强制流动（强制对流换热）。层流和紊流可用一个无量纲数，即雷诺准数(Re)来判别当流体在光滑圆管中流动时：(1)雷诺数小于2100为层流(2)雷诺数大于2300为紊流(3)雷诺数在2100-2300之间时，可能为层流，也可能为紊流。透热体：到达物体表面的热辐射的能量全部透过物体，此物体称为透热体。白体：到达该物体表面的热辐射能量全部被反射。当这种反射是规则的，此物体称为镜体；如果是乱反射，则称为白体。绝对黑体：达该物体表面的热辐射的能量完全被吸收，此物体称为绝对黑体,简称黑体。所有投射到物体上的辐射能，不论其波长大小，全部被
9、吸收，这类物体就叫做绝对黑体。理想灰体：若某物体在任何温度下的辐射能力，都等于同温度下绝对黑体辐射能力乘以同一系数，这种物体叫做理想灰体。第三章 热处理电阻炉 一、箱式电阻炉（RX）箱式电阻炉按其工作温度可分为：高温箱式炉 (1000)中温箱式炉 (6501000)低温箱式炉 (650) 命名方式为：RX-，RX3-30-9 (设计序号 功率（kW） 最高温度)中温箱式电阻炉可用于退火、正火、淬火、回火或固体渗碳等（结构图见课件）高温箱式炉用于高速钢或高合金钢模具的淬火加热，其结构与中温箱式炉相似，但电热原件布置在工作室内。（结构图看课件）低温箱式炉大多用于回火，主要靠对流换热。圆体箱式电阻炉
10、是近几年国内厂家参照国外先进技术制造而成，产品外形、炉膛为圆形，而炉膛尺寸、炉底板、电热元件等均保留原有箱式炉特点及互换性。外表面积小，蓄热少，热损失比RX系列产品减少20以上，节能显著。二、井式电阻炉井式电阻炉外形为圆形，一般置于地坑中，适用于加热细长工件，以减少加热过程中的变形（吊挂）。井式电阻炉炉膛较深，上下散热条件不一样，为使炉膛温度均匀，常分区布置电热元件，各区单独供电井控制温度。中温井式电阻炉适用于轴类等长形零件的退火、正火、淬火及预热等。与箱式炉相比，装炉量少，生产效率低，常用于质量要求较高的零件低温井式电阻炉最高工作温度为650，广泛用于零件的回火。三、台车式电阻炉台车式炉适用
11、于大型和大批量铸、锻件的退火、正火和回火处理。其结构特点是炉子由 固定的加热室和在台车上的活动炉底两大部分组成。与箱式炉相比增加了台车电热元件、通电装置、台车与炉体间密封装置及台车行走驱动装置台车炉密封性较差，加热室与活动台车接触边缘采用砂封装置密封。四、转筒式炉转筒式炉是在炉内装有旋转炉罐的炉子，炉罐内工件随炉罐的转动而翻动，以改善加热和接触气氛的均匀度，主要用于处理滚珠等小尺寸标准件。炉型选择的具体基本原则：1）多品种、小批量：周期性作业的箱式炉2）批量大、品种少：各种连续式机械化作业炉3）零件表面要求高：密封性好的箱式炉、井式炉、4）可控气氛多用炉、真空炉5）大尺寸型铸锻毛坯件（质量重）
12、：台车式炉6）小型轴承钢球：转筒式炉7）对变形要求严（细长）：井式炉8）化学热处理：井式渗碳炉、氮化炉、可控气氛炉9）大批量的化学热处理：贯通式气体渗碳炉炉膛尺寸的确定：炉膛长度和宽度的确定实际排料法：按照工件实际摆放面积作为炉底的有效面积，再根据炉子温度均匀性的情况，确定实际炉底面积。有效宽度、有效长度、有效面积：炉架的作用是承受炉衬和工件载荷以及支撑炉拱，一般采用型钢焊接而成，型钢型号随炉子大小、耐火材料和结构而异。炉壳的作用是保护炉衬，加固炉子结构和保持炉子的密封性，通常用钢板在炉架上焊接而成，厚度一般取2-6mm炉衬的作用是保持炉膛温度，使炉膛的温度均匀、减少炉内热量的散失；同时炉衬本
13、身也应减少自身的蓄热，确定其厚度的基本原则是保证炉外壳温度不超过许可的温升（50-60 ）炉底的作用是保持炉内热量和承载工件。炉顶结构形式主要有 拱顶和 平顶两种。热处理炉大都采用 拱顶。拱顶的砌法有 错砌和 环砌两种。错砌比较常用，但拆修不方便，一般用于炉内工作温度一致，不须经常拆修的热处理炉及烟道的拱顶；环砌多用于各段温度不一致的连续式炉或工作温度较高，拱顶易损坏的拱顶拱角：拱顶的圆心角称为 拱角，标准拱角为60。电阻炉功率的确定： 电阻炉功率计算列线图，过A线对应点与D线对应点，做直线交于E线O点，过O点与C线对应点做直线，延长交B线于一点，该点即为所求功率。电热元件的表面负荷：是指单位
14、表面积上所发出的电功率电热元件的计算：主要包括元件的截面积、长度、重量以及一些结构尺寸的计算，必须满足炉子功率和一定的使用寿命（一） 金属电热元件的理论计算（1） 元件尺寸及重量1） 直径为d 的线状电热元件2） 带状电热元件(3) 电热元件寿命计算：通常把电热元件截面积氧化率达到20%，或元件的电阻增加25%、功率降低20%时的使用时间作为电热元件的使用寿命。电热元件的引出端电热元件穿过炉壁引出炉外的部分称为引出端。对金属电热元件常另外焊接不锈钢引出棒，其截面积应为元件的3倍以上。对硅碳棒引出端，其截面应为其工作部分的1.5倍以上第四章 热处理燃料炉无焰烧嘴： 当空气与煤气在烧嘴内预先完全混合后再喷出燃烧时，其燃烧过程属于动力燃烧，无明显火焰，故这种烧嘴称为内混式烧嘴或无焰烧嘴。有焰烧嘴：当空气与煤气在烧嘴外边混合边燃烧时，燃烧过程属于扩散燃烧，有明显火焰，称为外混式烧嘴或有焰烧嘴。利用离炉烟气的余热对助燃空气和煤气进行加热的装置称为预热器。炉子排烟分为 上排烟和 下排烟两种方式。理论空气消耗量：理想条件下燃料完全燃烧所需最少空气量称为理论空气消耗量。空气过剩系数：实际空气消耗量与理论空气消耗量之比为 空气过剩系数。高发热量Q高：燃烧产物冷却到燃烧物质的原始温度，且燃烧产物中的水蒸气冷凝成0的水蒸气时，单位燃料完全燃烧所放出的热量。低发热量Q低：燃烧产物冷却到燃烧物质的原始温
