02 热处理设备概述

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1、*1热处理设备主讲教师：陈颢江西理工大学金属材料工程教研室*2教材与教参l1.使用教材 热处理炉，吉泽升等编，哈尔滨工程大 学出版社，1999.1 l2.主要参考书 热处理手册 第三卷 热处理设备和工辅材 料 （第四版)，中国机械工程学会热处理学会编 ，机械工业出版社，2008.1 新编热处理设备选型设计实用手册，徐 宝亮编，中国知识出版社，2005.11 热处理炉（第1版），曾祥模编，西北工 业大学出版社，1996.7*3（一）对热处理常用设备有一个概括的了解，掌握热处理炉传热的基本方式、一般条件及炉内综合传热与应用。（二）掌握常用热处理设备的结构特点、工作原理与用途。（三）掌握一般结构简单

2、的热处理炉的设计内容与方法。（四）了解热处理炉节能与改造方面的有关知识及炉温仪表、热控制 。热处理设备是金属材料工程专业的一门应用性较强的必修专业课，考试课。使学生掌握有关热处理设备的知识，同时也培养学生设计、选择和应用热处理设备的能力。本课程的性质：本课程的任务：通过对本课程的学习达到的要求：本课程的重要性：热处理设备指用于实施热处理工艺的装备，随着科技的发展，在冶金、机械、航空、航天、船舶等工业生产中，需要进行热处理的零件和工具日益增多，热处理炉是实现热处理工艺的主要设备，没 有先进的热处理炉就不能实现先进的热处理工艺，热处理工艺的现代化，实质是热处理设备（主要是 热处理炉）的现代化。*4

3、这些产品都需 要进行热处理*5课程特点课程特点C 基础性C 综合性C 实践性 C 发展 性*6课程安排课程安排l 总学时：46l 理论教学时间：01-15周l 周学时：3l 试验：4学时l 考核形式：考试l 考试时间：20周*7对大家提几点要求对大家提几点要求G重视课堂教学A按时上课，做好笔记B课堂保持安静*81.11.1热处理设备在材料工程中的地位与作用热处理设备在材料工程中的地位与作用热处理是提高机械零件质量和延长使用寿命的关键工序 ， 也是充分发挥金属材料潜力、 节约材料的有效途径。正 确地选择材料， 合理地进行热处理， 不仅可以充分减少废 品， 而且可以显著提高机器零件和模具使用寿命。

4、而任何一 种热处理工艺，只有通过相应的设备才能得以实现。热处理炉是实现金属热处理工艺的主要要设备，没有先进的热处理炉就不能实现先进的热处理工艺，要实现热处理 技术的现代化，需要靠热处理设备的现代化来保证。即热处 理设备的先进与否更是决定热处理工艺的重要因素。第一章热处理设备概述第一章热处理设备概述第一章热处理设备概述*91.21.2热处理设备的发展概况热处理设备的发展概况l现代热处理设备包括：大型连续生产线，密封箱式多 用炉生产线，真空及无人化感应加热设备 l国外: (1)以电能为热源的增多，油和煤气炉比例逐渐 减少 (2)对产品表面质量的要求更为严格，可控气氛 热处理炉和真空炉占重要地位 (

5、3)炉衬趋向轻质材料 ，在电阻炉上应用非金属炉用耐热构件和发热元件的 比例逐渐增加 (4)微机和PLC的发展加速了热处理自动 化，并有与其它工序组成全自动热处理线的趋势。l我国热处理技术比较落后，体现在装备水平的落后上 ，大多为5070年代的仿苏产品，周期式炉多，连续 式炉少，效率低，能耗大，空气炉多，气氛炉少，工 件氧化脱碳严重，质量不易保证，自动化程度低，人 为因素影响大，质量不稳定，盐浴炉比重相当大，劳 动条件差，污染严重，一半以上的设备超过三十年， 且年久失修，热效率低，散热严重，成本高。l相对于先进工业国家仍有相当大的差距第一章热处理设备概述*10可控气氛多用炉生产线箱式可控回火炉

6、箱式可控气氛多用炉网带式可控气氛多用炉 高温型可控气氛多用炉 多用炉生产线由加热炉、清洗机、回火炉、 推拉车、准备台、完成台、中继台、电控柜 、滴注灌、深冷炉等设备根据用户需要及产 量需求可布置成各种不同组合的生产线*11l生产设备与世界先进水平有20-30年之差距。专业化热 处理工厂数目与美国相比相差35倍，生产效率比美国 低26倍、设备利用率仅为30%，电耗却高于美国的 40%，其电耗平均每吨比日本和欧美要多23倍。l热处理带来的环境污染问题十分严重，据不完全统计 我国热处理业每年约有 5000吨淬火油因蒸发或局部燃 烧造成CH化合物、CO及烟尘；有约9000吨废淬火油 因排放不当而污染水

7、质；每年盐浴炉生成盐蒸汽7000 吨以上；有害废渣约10000吨；燃煤炉窑排放SO2约 1.5万吨，灰分约8.5万吨；喷砂处理中产生的SiO2等 有害粉尘10000吨，严重污染了环境。l由于生产设备和规模的落后，我国热处理生产耗能巨 大而利润并不高约为美国的1/30，年营业额约为美国 的1/25。1.21.2热处理设备的发展概况热处理设备的发展概况*121.21.2热处理设备的发展热处理设备的发展l1.改进炉膛结构，合理布置加热元件， 以改善加热质量l2.采用新型炉体材料，提高加热效率l3.提高自动化程度，采用连续式炉或联 合机，以稳定产品质量，提高劳动生产 率，改善劳动条件l4.拓宽真空技术

8、的应用领域，进行无氧 加热，提高产品质量第一章热处理设备概述优质（设备优良、工艺先进、 管理科学化）、高效（ 设备 、管理）、低耗（设备、 工 艺、 管理）、清洁（劳动环 境 、自然环境）、灵活（协 作生产）*13完成各种辅助工序完成各种辅助工序( (如酸洗、清洗、清理、校直、检验如酸洗、清洗、清理、校直、检验 ) )、生产操作、动力供应所用的设备。热处理车间常用的、生产操作、动力供应所用的设备。热处理车间常用的 辅助设备有清洗槽辅助设备有清洗槽( (机机) )、喷砂机、校直机、泵、鼓风机、喷砂机、校直机、泵、鼓风机、各种动力管道以及起重运输设备等。各种动力管道以及起重运输设备等。1.3 1.

9、3 热处理设备的分类热处理设备的分类主要设备：主要设备：完成主要热处理工序完成主要热处理工序( (加热和冷却加热和冷却) )所用的设备，包括所用的设备，包括各种各种加热设备加热设备( (加热炉与加热装置加热炉与加热装置) )和和冷却没备冷却没备( (冷却室、冷却室、淬火槽、淬火机等淬火槽、淬火机等) )。 辅助设备：辅助设备：主要设备主要设备辅助设备辅助设备第一章热处理设备概述14l1.3.1主要设备l1.热处理炉：有炉膛的加热设备：箱式炉、 井式、台车、真空炉l2.加热装置：热源直接对工件加热的装置： 高频、中频、火焰加热l3.表面改性装置：气相沉积多弧镀膜机、离 子注入机第一章热处理设备概

10、述l4.表面氧化装置；发蓝槽、发黑槽l5.表面机械强化装置：抛（喷）丸 机、辊压机l6.淬火冷却设备：冷却水、油槽、 缓冷罐、喷淬器、压力淬火机l7.冷处理设备：冷冻机、液氮、干 冰冷却装置l8工艺参数测控仪表：测控温度、 碳氮势、压力、流量碳控仪感应加热表面淬火机床*15l1.3.2热处理辅助设备l1.清洗机、清理装置：对热处理前后工件进行清洗的 冷热水槽、喷砂机、超声清洗机、脱脂炉 、酸洗槽、 滚筒l2.炉气氛制备装置：吸、放热式发生器，氨分解器、 制氮机l3.淬火介质循环装置：储液槽、过滤器、输送泵、冷 却器、冷水机l4.起重运输设备：天车、起重机、运输车、传送链l5.动力输送管路及辅助

11、设备：管路、风机泵、储气（ 液）罐l6.防火、除尘等安全设备：防火喷雾器、抽风机、废 气反应槽l另外，还需校正设备、各种工具、夹具第一章热处理设备概述*161.4 1.4 热处理炉的分类热处理炉的分类分类原则炉 型热源电阻炉、燃料炉、煤气炉、油炉、煤炉工作温度高、中、低温炉 炉膛形式箱、井、罩、管、贯通、转底式炉 工艺用途退、淬、回火炉 、渗碳、氮炉、实验炉作业方式间歇、连续、脉动式炉使用介质空气、火焰、可控气氛、盐、油、铅浴炉、真空炉 机械形式 台车、推杆、输送带、滚、振、升降底、步进式炉第一章热处理设备概述*17第一章热处理设备概述*18第一章热处理设备概述*19*20*21连 续 式 热

12、 处 理 炉*22启动电阻启动电阻*23*24*25*26传热或换热：热量从一物体传向另一物体或由同一物体的某一部分 传向另一部分的过程。条件：物体间或同一物体内部只有存在温度差时，才会发生热量的传递。热处理炉内进行的热传递过程是由传导、对流、辐射三种基本传热形式组成的综合传热过程。1.5 热处理炉的传热原理 一、什么是传热学l研究热量传递规律的科学。l热量传递的机理、规律、计算和测试方法l热量传递过程的推动力：温差l热力学第二定律：热量可以自发地由高温热源传给低温热源。有温差就会有传热二、传热的重要性自然界与生产过程到处存在温差传热很普遍人体为恒温体。若房间里气体的温度在夏天和冬天都保持20

13、度 ，那么在冬天与夏天、人在房间里所穿的衣服能否一样？l夏天人在同样温度（如：25度）的空气和水中的感觉 不一样。为什么？日常生活中的例子在下列技术领域大量存在传热问题动力、化工、制冷、建筑、环境、机械制造、新能源、微 电子、核能、航空航天、微机电系统（MEMS）、新材料 、军事科学与技术、生命科学与生物技术一支蜡烛为什么永远不能烧开一壶水？l热量传递基本方式：热传导、热对流、热辐射*30物体间通过辐射进行的热能传递过程，称为辐射传热。特点：辐射不需任何介质，传热过程中伴随着能量的转化，即从热能到辐射能以及从辐射能又转化为热能。温度不同的接触物体间或一物体中各部分之间热能的 传递过程，称为传导

14、传热。流体质点发生位移和相互混合而发生的热量传递，叫对流传热。特点：传热过程中，既有流体质点的导热作用，又有流体质点位 移产生的对流作用。一、传热的基本形式 1.传导传热2.对流传热3.辐射传热流体中有相对位移 和混合，或流体与 固体表面接触，如 ：浴、回火炉无宏观的质点的移动，液 体中：分子振动；气体中 ：分子、原子扩散；金属 中：自由电子的运动辐射能电磁波热能（ 中、高温炉）一、热传导（导热）heat conduction定义：指温度不同的物体各部分或温度不同的两物体间直 接接触时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运 动而进行的热量传递现象。物质的属性：可以在固体、液体、气体中发生不发

15、生宏观的相对位移1.定义和特征导热的特点 必须有温差物体直接接触依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量2.导热机理 气体：气体分子不规则热运动时相互碰撞的结果。 导电固体：自由电子运动。 非导电固体：晶格结构的振动。 液体：很复杂。二、热对流(convection)与对流换热Heated air rises, cools, then falls. Air near heater is replaced by cooler air,and the cycle repeats. 1. 定义与特征 定义：流体中（气体或液体）温度不同的各部分之 间，由于发生相对的宏观运动而把热量由一处传递

16、 到另一处的现象热对流。流体中有温差 热对流必然同时伴随着热传导，自自 然界不存在单一的热对流然界不存在单一的热对流对流换热：流体与温度不同的固体壁间接触时的热 量交换过程 Convection heat transfer 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也 必须有温差2. 对流换热的特点对流换热与热对流不 同，既有热对流，也 有导热；不是基本传 热方式导热与热对流同时存在的复杂热传递过程3.分类对流换热按照不同的原因可分为多种类型 是否相变，分为：有相变的对流换热和无相变的 对流换热 流动原因，分为：强迫对流换热和自然对流换热。流动状态，分为：层流和紊流。1.定义 物体通过电磁波来传递热量的方式。物体的温度越高、辐射能力越 强；若物体的种 类不同、表面 状况不同，其辐射能力不同辐射换热：物体间靠热辐射进行的热量传递 Radiation heat transfer三、热辐射（Thermal radiation）2.辐射换热的特点不需要冷热物体的直接接触；即