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1、 热处理车间设备与设计 任慧平孙昊内蒙古科技大学材料与冶金学院 热处理电阻炉 之 本章大纲的要求内容 概述了解电阻加热炉的一般知识炉型的选择和炉体尺寸的确定掌握炉型的选择和炉体尺寸的确定办法和计算电阻加热炉功率的确定掌握如何确定电阻加热炉功率电热体材料及其性能了解电热体材料及其性能电热体的计算及其在炉内布置了解电热体的计算及其在炉内布置 概述 定义 将电流通过金属或非金属电热元件 使其发出热量 借助辐射或对流作用加热元件的热处理炉 优点 结构简单 操作方便 工作温度范围广 控温准确且分布均匀 便于使用控制气氛 易实现自动化和机械操作 分类 高温炉 1000 1 按工作温度中温炉 1000 65
2、0 低温炉 650 概述 空气介质炉 2 按炉膛介质控制气氛炉液体介质炉 浴炉 3 按炉膛形状 箱式 井式 罩式 直通式 4 按专业程度 通用和专用 5 按用途 退火 正火 淬火 回火 渗碳等 6 按作业规程 周期 连续 半连续 概述之周期作业式电阻炉 一 周期作业式电阻炉特点 周期地分批处理工件 加热过程中不进行装出料 生产能力低 应用 小规模生产 炉型 箱式 井式 台车式 1 箱式电阻炉 概述之周期作业式电阻炉 A结构 角钢框架 薄钢板为壳 焊接结构B作用 适合中小件的退火 正火 淬火 回火 固体渗碳C缺点 升温慢 温度不均 工件易氧化 脱碳 操作不便 概述之周期作业式电阻炉 D产品序号
3、有RX RX2 RX3系列 其中RX2RX3为可以通入保护气氛或滴入液体的炉子 E电热元件 金属 高温铁铬铝1200 和非金属 硅碳棒碳化硅1350 F中高温炉子的区别 高温炉子炉膛小 炉壁厚等G箱式炉子的技术数据 概述之周期作业式电阻炉 H碳化硅特性 电阻随着温度升高而减少 在800 850 以上电阻随着温度升高而增加 2井式电阻炉A结构 圆形 型钢和钢板做成炉壳 轻质粘土砖做炉衬 保温层填充保温粉 概述之周期作业式电阻炉 B作用 适合细长工件的退火 正火 淬火 回火 渗碳等 C优缺点 热效率高 温度不均 要分段控温 D技术参数 概述之周期作业式电阻炉 2台车式热处理炉 概述之连续作业式电阻
4、炉 二连续作业式电阻炉特点 一般有两个炉门 一进一出 工件在移动过程中被逐步加热和保温 过程连续 生产能力高 机械化自动化程度高 节省人力 热效率高 应用 大批量生产工件炉型 传送带式 推杆式 辊底式 震底式 步进式 牵引式 转底式等 第六节完 概述之连续作业式电阻炉 1 传送带式电阻炉 概述之连续作业式电阻炉 用途 中小型工件的淬火 正火 和回火特点 优点是工件在运输过程中 加热均匀 不受冲击震动 变形量小 主要问题是输送带受耐热温度的限制 承载能力较小 输送带反复加热和冷却 寿命较短 热损失也较大 分类 网带式链板式炉型示意图 概述之连续作业式电阻炉 2 振底式电阻炉振底式炉的特性与用途
5、这类炉子设有振动机构 使装载工件的活动底板在炉膛内往复运动 借惯性力使工件连续向前移动 由于振动炉底板一直处在炉内 无需工夹具 故炉子热效率高 依振动机构的不同 这类炉子分机械式 气动式和电磁振动式 概述之连续作业式电阻炉 振动机构的种类 特点和应用范围 概述之连续作业式电阻炉 振底式炉型示意图 用途 螺栓 垫圈等中小型工件的热处理 概述之连续作业式电阻炉 3 推杆式电阻炉 概述之连续作业式电阻炉 3 推杆式电阻炉用途 中 小型金属机件的淬火 回火等热处理加热用特点 连续自动生产效率高 操作方便 处理后的零件质量稳定 炉型的选择和炉体尺寸的确定 影响炉型的选择的因素 工件的特点技术要求产量的大
6、小劳动条件 机械化和自动化水平节省能源炉膛尺寸的确定 炉膛尺寸的大小由工件的形状 尺寸 装炉量以及炉子的生产率决定的 炉型的选择和炉体尺寸的确定 炉底面积的确定 第一种方法 根据炉子一次装料量计算 适用于批量小 工件尺寸大 形状特殊者 考虑因素 一次装炉料量 有效面积 装出料的方便程度 气体流通等 炉型的选择和炉体尺寸的确定 具体尺寸确定 L 炉膛的长度 L1 有效的长度 0 2 0 3 m 预留的两空隙 B 炉膛的宽度 B1 有效的宽度 0 2 0 3 m 预留的两空隙 炉型的选择和炉体尺寸的确定 第二种方法 根据炉底强度指标计算 适合于工件加热周期和装炉量不明确 炉型的选择和炉体尺寸的确定
7、 对于箱式炉来说 炉底长度与宽度之比约3 2 因此炉底宽度 最后根据经验 与同类炉子对比 合适再决定 炉膛高度的确定经验法 一般来说H B 0 52 0 9之间 多在0 8左右 小炉子比值大些 大炉子比值小些 炉型的选择和炉体尺寸的确定 砌体及外形尺寸的确定应考虑的问题砌体包括炉墙 炉顶及炉底 通常都由耐火材料和隔热材料砌筑砌体的厚度应符合耐火砖的尺寸要求 砌体要保证一定强度为节能和提高升温速度 在符合耐火 保温和机械强度的要求 应尽量采用轻质耐火材料保温材料的使用温度不能超过容许温度 炉衬外表温度应保持在40 60 之间为宜 炉型的选择和炉体尺寸的确定 炉墙的砌筑 炉温低于300 的电阻炉
8、用钢板夹层作炉墙 中间填充保温材料小于700 轻质粘土砖做砌体 外部加蛭石粉或硅藻土砖等保温材料700 1000 中小型炉子采用耐火材料与保温材料两种结构 特大型 可考虑重质粘土砖做耐火材料1000 1300 高温炉 用三层炉衬 分别为高铝砖 轻质粘土砖与保温粉料 在保温层与炉壳之间还有一层厚度为5 10mm的石棉板 炉型的选择和炉体尺寸的确定 炉顶的砌筑分类 平顶 拱顶和悬挂顶选用原则 0 4 0 6m平顶炉宽 3 5 4m拱顶 3 5 4m悬挂顶拱顶 炉型的选择和炉体尺寸的确定 炉底的砌筑电阻炉炉底结构是在炉底外壳钢板上用保温砖砌成方格子状 然后在格子中填充松散的保温材料 在其上面平铺1
9、2层保温砖 之后再铺一层轻质砖 其上安置支撑炉底板或导轨的重质砖和电热元件搁砖 采用辐射管电热元件的炉子 炉底常用耐火纤维预制块铺设 炉底设有导轨的炉子 炉底应考虑导轨的支撑和固定 炉型的选择和炉体尺寸的确定 炉架和炉壳炉架的作用是承受炉衬和工件载荷以及支撑炉拱的侧推力 炉架通常用型钢焊接成框架 型钢的型号随炉子大小 炉衬材料和结构而异 轻质耐火砖和耐火纤维炉衬的应用 大大地减轻了炉架的负荷 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 通常是用钢板复贴在钢架上焊接而成 电阻加热功率的确定 确定方法 经验计算法类比法理论计算法经验计算法 电阻加热功率的确定 类比法理论计算法 热平衡法
10、1 加热工件所需的有效热量2 加热辅助工夹具所需的热量第八次完成 电阻加热功率的确定 3 加热控制气体所需的热量4 通过炉衬的散失的热量 电阻加热功率的确定 5 砌体的蓄热6 通过炉门开启辐射的热损失 电阻加热功率的确定 7 通过开启炉门的溢气热损失8 其他热损失 电阻加热功率的确定 于是有 则有功率 实际生产中 电热体材料及其性能 一 对电热体材料的要求 1 良好的高温力学性能和化学稳定性 2 高的电阻率 3 较小的电阻温度系数 4 低的热胀系数 5 良好的机械加工性能 6 符合国家资源情况 成本低 二 电热体材料性能 电热体材料及其性能 一 金属材料 1 镍铬合金镍铬合金分二元合金和三元合
11、金两种 二元合金基本是镍和铬 含铁量只有0 5 3 三元合金是镍铬铁合金 经常使用的镍铬合金有Cr15Ni60 0Cr23Ni13等 2 铁铬铝合金铁铬铝合金的熔点比镍铬合金高 在空气中加热后表面形成一层Al2O3保护膜 其熔点比合金基体高 此种合金电阻率大 电阻温度系数小 价格低廉 但质脆 加工性能较差 弯曲时需要预热 高温时强度低 元件易于变形倒塌 加热后合金晶粒胀大 脆性增加 经不起冲击和弯曲 维修时比较困难 电热体材料及其性能 3 钼纯度在99 8 左右 呈银灰色 坚韧 耐高温 高温时力学性能好 电阻率低 电阻温度系数大 为使电热元件功率稳定 必须安装调压器 4 钨熔点比钼高 硬度大 高温力学性能好 电阻率小 电阻温度系数大 加热过程中必须使用调压器 5 钽熔点2900 最高使用温度2500 电阻率比钼 钨高 电阻温度系数大 加热过程中必须用调压器 电热体材料及其性能 二 非金属材料碳化硅电热元件硅钼电热元件石墨电热元件 小结 介绍了电阻炉炉型选择和炉体尺寸确定电阻加热功率的确定电热体 思考题 1 试述周期作业和连续作业电阻炉的工作特点和应用 2 试述高温 中温和低温电阻炉的炉衬结构特点3 试述如何根据热平衡计算法来确定电阻炉的额定功率 感谢亲观看此幻灯片 此课件部分内容来源于网络 如有侵权请及时联系我们删除 谢谢配合
