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1、精品课程 材料成形装备及自动化第八章华中科技大学材料科学与工程学院SchoolofMaterialScienceandTechnology HUST 华中科技大学材料科学与工程学院 EAMP 材料成形装备及自动化 精品课程 第8章 工业炉及其控制在许多情况下 材料的成形加工都是在加热的状态下完成的 涉及到热能的产生 传递和交换 而完成这些热过程的主要装备是各种工业用炉 华中科技大学材料科学与工程学院 EAMP 材料成形装备及自动化 精品课程 8 1 工业炉的种类及特点 8 1 1热能的产生与热交换概述 第8章 工业炉及其控制 华中科技大学材料科学与工程学院 EAMP 材料成形装备及自动化 精品
2、课程 8 1 2工业炉的种类及特点 由于传统的工业组合和分工不同 工业炉 的范围不是很严格 在我国 工业炉仅指轧钢加热炉 锻造炉 热处理炉 窑炉 铸造熔化炉等 不包括冶金行业的高炉 平炉和转炉 而焦炉和动力锅炉属于能量转换装置 煤气发生装置属于化工用炉 通常 工业炉的种类 作用及特点可归纳为表8 1所示 详见参考书 按使用行业的不同进行分类 有 铸造熔化炉 轧钢加热炉 锻造炉 热处理加热炉 又分退火炉 渗碳炉等 陶瓷烧结炉 玻璃退火炉等等 本章主要介绍热处理炉及其它工业用炉的结构原理与控制 第8章 工业炉及其控制 华中科技大学材料科学与工程学院 EAMP 材料成形装备及自动化 精品课程 8 2
3、 热处理工业炉及其生产线 8 2 1热处理工艺概述 1 热处理的作用可归纳为 改变工件的机械 加工性能 或获得某种使用性能 使工件内部成分均匀化 消除内应力 化学热处理 渗碳等 可以改变工件表面成本 使工件得到特殊的性能 耐磨性等 2 热处理工艺有 淬火 水冷 油冷 退火 炉冷 砂冷 正火 空气冷却 回火和化学热处理 3 无论何种热处理 从热工角度看 都是由三个阶段组成 即 加热 保温 冷却 4 对热处理炉的要求为 从炉型结构和热工制度上能保证热处理工艺的实现 温度均匀性好 要求温差不大于 10 炉内气氛可以控制 在优质的基础上力求高产 节能 易于机械化和自动控制 第8章 工业炉及其控制 华中
4、科技大学材料科学与工程学院 EAMP 材料成形装备及自动化 精品课程 2 前室4 前室门液压缸6 炉体风扇装置8 后炉门液压缸10 升降台12 淬火油槽14 炉底电阻板16 炉墙电阻板18 油下平推液压缸 1 前推料液压缸3 防爆装置5 前炉门液压缸7 炉体9 后室11 后拉料机构13 纵向运输机构15 清洗机17 前侧进料机构19 变压器 8 2 2连续淬火热处理炉 1 推杆式淬火热处理炉 图8 2 推杆式光亮淬火连续炉 第8章 工业炉及其控制 华中科技大学材料科学与工程学院 EAMP 材料成形装备及自动化 精品课程 第8章 工业炉及其控制 8 2 2连续淬火热处理炉 2 连续式热处理炉的控
5、制系统1 前炉门液压缸2 前推料液压缸3 前侧推料液压缸4 纵向运输液压缸5 后拉料机6 油下平推液压缸7 后侧拨料液压缸8 升降台I液压缸9 后炉门液压缸10 升降台II液压缸11 清洗门液压缸12 前室门液压缸图8 3可控气氛连续式热处理炉 立体图 华中科技大学材料科学与工程学院 EAMP 材料成形装备及自动化 精品课程 第8章 8 2 2连续淬火热处理炉清洗机门液压缸后炉门液压缸前侧推料液压缸前室门液压缸纵向运输液压缸前炉门液压缸升降台I液压缸油下推料液压缸后侧拔料液压缸图8 4可控气氛连续式炉液压系统 华中科技大学材料科学与工程学院 EAMP 材料成形装备及自动化 精品课程 图8 5
6、1 3 5 6 8 10 12 13 14 推料机2 前室4 加热室7 渗碳室9 扩散室11 冷却室15 炉门 8 2 3多室可控气氛渗碳炉多室炉 把加热室 渗碳室 扩散室等用门严格隔开 创造了各区段不同碳势精确控制的条件 第8章 工业炉及其控制三室渗碳炉 华中科技大学材料科学与工程学院 EAMP 材料成形装备及自动化 精品课程 图8 6 自冷式真空电阻炉结构示意图 1 炉盖 2 冷却水管 3 工件 4 电热元件 5 隔热屏 6 炉体 7 机械泵 8 罗茨泵 9 旁路阀 10 真空阀 11 冷阱 12 油扩 散泵 8 2 4真空热处理炉在真空下进行熔炼和热处理 可减少或防止氧化 具有脱气和脱脂
7、作用等 将真空技术用于热处理炉 几乎可实现全部的热处理工 艺 第8章 工业炉及其控制 华中科技大学材料科学与工程学院 EAMP 材料成形装备及自动化 精品课程 气冷式真空热处理炉的工作原理是 工件在真空中加热 当达到工艺要求的温度和保温时间后 往炉内充入惰性 或中性 气体 启动风机进行强迫冷却 通常称为气淬 图8 7单室立式气淬真空炉 第8章 工业炉及其控制 8 2 4真空热处理炉 华中科技大学材料科学与工程学院 EAMP 材料成形装备及自动化 精品课程 图8 8 8 3热处理生产自动线8 3 1盐浴炉及其热处理生产线盐浴炉热处理生产线 图8 12 由盐浴加热炉 淬火油槽 淬火水槽 硝盐回火炉
8、和清洗槽组成 可以处理各种中碳钢和中碳合金钢零件 第8章 工业炉及其控制盐浴炉热处理生产线的布置 华中科技大学材料科学与工程学院 EAMP 材料成形装备及自动化 精品课程 图8 9 机械手的液压原理图 图8 10 电气控制系统方框图 1 生产线的工步顺序 2 机械手该机械手 采用程序控制 共有三个自由度 升降 水平旋转 手臂伸缩 3 电气控制系统采用集成电路板组合而成 第8章 工业炉及其控制 8 3 1盐浴炉及其热处理生产线 华中科技大学材料科学与工程学院 EAMP 材料成形装备及自动化 精品课程 图8 11气体渗碳淬火自动线I 渗碳炉II 淬火装置III 清洗机IV 回火炉V 液压系统VI
9、拉料机构VII 侧进料推杆1 进料端2 进料炉门3 导轨4 电热元件5 砌体6 骨架7 密封器8 炉顶密封盖9 风扇10 变压器11 侧推料机12 出料炉门13 后炉门14 淬火装置15 取气装置16 进气装置17 料盘 8 3 2气体渗碳淬火自动线 第8章 工业炉及其控制 华中科技大学材料科学与工程学院 EAMP 材料成形装备及自动化 精品课程 8 3 3钢板弹簧热处理生产线 图8 12 板簧热处理生产线 1 电容器箱 2 感应器 3 推料机 4 淬火机 5 油箱 6 回火电炉7 水槽 8 应力喷丸机 由推料机构 板簧成形淬火机 回火炉和应力喷丸机等组成 第8章 工业炉及其控制 华中科技大学
10、材料科学与工程学院 EAMP 材料成形装备及自动化 精品课程 图8 13 1 钳嘴 2 夹紧液压缸 3 伸缩液压缸 4 转台行走液压 缸 5 转腕液压缸 6 转台回转液压缸 7 行走车机构 第8章 工业炉及其控制淬火机械手 8 3 3钢板弹簧热处理生产线淬火机械手组成 1 前后移动机构4 2 水平回转机构6 3 转腕机构5 4 夹紧机构2 5 伸缩机构3 6 行走机构7 华中科技大学材料科学与工程学院 EAMP 材料成形装备及自动化 精品课程 8 4 其它工业用炉 图8 14 中温箱式电阻炉结构 1 电热元件 2 热电偶孔 3 工作室 4 炉底板 5 外 壳 6 重锤筒 7 炉门 8 手摇链轮
11、 9 行程开关 8 4 1多用途厢式电阻炉中温箱式电阻炉的最高工作温度为50 电热元件常用铁铬铝电阻丝绕成螺旋体 第8章 工业炉及其控制 华中科技大学材料科学与工程学院 EAMP 材料成形装备及自动化 精品课程 炉 一般均采用碳化硅棒为电热元件 图8 151 观察孔 高温箱式电阻炉结构2 炉门3 变压器 4 碳硅棒 5 炉衬 6 炉壳 7 热电偶孔 第8章 工业炉及其控制8 4 1多用途厢式电阻炉高温箱式电阻炉 按其最高工作温度可分为1200 和1350 两种 1200 高温箱式电阻炉的电热元件采用0Cr27Al7Mo2高温铁铬铝电热材料 炉底板用碳化硅板制成 1350 高温箱式电阻 华中科技
12、大学材料科学与工程学院 EAMP 材料成形装备及自动化 精品课程 8 4 2 室式锻造加热炉 图8 16 锻造炉内气体运动图 一些钢锭 钢坯或大型零部件 常采用锻锤或压力机进行加工变形 在锻压前将工件加热往往使用锻造加热炉 简称锻造炉 1 锻造炉的基本特征一般加热温度在1150 1280 之间 大型锻件加热终了断面温度差要求在50 80 以内 采用燃油 燃气加热 第8章 工业炉及其控制 华中科技大学材料科学与工程学院 EAMP 材料成形装备及自动化 精品课程 图8 18 烧油室式加热炉 1 炉膛 2 烧嘴中心线 3 总烟道 2 锻造炉的常用炉型图8 17车底式加热炉 第8章 工业炉及其控制 8
13、 4 2 室式锻造加热炉 华中科技大学材料科学与工程学院 EAMP 材料成形装备及自动化 精品课程 炉顶供热的室状加热炉 a 单室炉 b 缝状炉 c 双室炉 1 平焰烧嘴 2 炉膛 第8章 工业炉及其控制 8 4 2 室式锻造加热炉图8 19 华中科技大学材料科学与工程学院 EAMP 材料成形装备及自动化 精品课程 8 5炉温检测及控制系统 8 5 1常用的测温方法检测温度的方法很多 基本上可分为两大类 一类是由温度敏感元件 传感器 直接与被测介质接触 当传感器与被测介质处于热平衡状态时 传感器感受的温度就是被测介质的温度 另一类是非接触式温度测量 它是根据光和热辐射原理 将被测介质的辐射能量
14、 通过适当方式聚集并投射在光敏或热敏元件上 热能转换为电信号输出以测定温度 上两种方法 在 检测工程技术 中已介绍 第8章 工业炉及其控制 华中科技大学材料科学与工程学院 EAMP 材料成形装备及自动化 精品课程 8 5 2 温度检测系统组成 a 最简单的系统 b 较完整的系统 温度检测系统 一般由温度传感器及显示纪录仪表构成 通称为温度计或测温仪表 图8 20温度检测系统组成原理 第8章 工业炉及其控制 EAMP 材料成形装备及自动化 精品课程 图8 21 一种箱式电阻炉的自动控制系统华中科技大学材料科学与工程学院 8 5 3炉温自动控制系统举例 1 箱式电阻炉的自动控制系统 第8章 工业炉
15、及其控制 华中科技大学材料科学与工程学院 EAMP 材料成形装备及自动化 精品课程 图8 22 加热炉温度控制系统方框图 第8章 工业炉及其控制 8 5 3炉温自动控制系统举例 2 连续加热炉的温度控制系统 华中科技大学材料科学与工程学院 EAMP 材料成形装备及自动化 精品课程 第8章 工业炉及其控制图8 24罩式炉热处理曲线 8 5 3炉温自动控制系统举例 3 罩式退火炉生产过程控制系统图8 23罩式退火炉 华中科技大学材料科学与工程学院 EAMP 材料成形装备及自动化 精品课程 图8 41煅烧工艺流程简图 图8 42 煅烧温度 油与风流量串级比值调节系统 第8章 工业炉及其控制 8 5 3炉温自动控制系统举例 4 煅烧窑的煅烧温度控制系统 华中科技大学材料科学与工程学院 EAMP 材料成形装备及自动化 精品课程 1 简述工业炉的种类及特点 工业炉通常由哪几部分组成 2 概述热处理工艺特点 举例说明热处理工业炉的结构原理及系统组成 3 简述气体渗碳淬火自动线的组成原理与特点 4 简述室式锻造加热炉的组成与特点 5 常用的测温方法有哪几种 简述炉温自动控制系统的组成 第8章 工业炉及其控制 思 考 题 材料成形装备及自动化华中科技大学材料科学与工程学院 EAMP精品课程 第8章工业炉及其控制 知识回顾KnowledgeReview
