《热处理设备》

《热处理设备》复习题

绪论

热处理设备主要有加热设备、冷却设备和炉用仪表。其中，加热设备是热处理过程中的主要设备。预备热处理通常使用电阻炉、燃气炉（箱式、井式、台车式），最终热处理通常使用浴炉、感应加热设备、井式气体渗碳路、电阻炉、燃气炉，高质量的最终热处理通常使用可控气愤炉、可控气愤多用炉、真空热处理炉。热处理炉主要技术性能指标有额定温度、额定功率、工作电压、炉膛尺寸、生产率、最大装炉量、空炉升温时间等。

第一单元热处理设备基础

模块一筑炉材料

主要的筑炉材料有砌筑炉衬所用的耐火材料、隔热材料（或称绝热材料、保温材料）、制作炉底板和炉罐的耐热钢。

耐火材料

凡能够抵抗高温，并能承受高温物理和化学作用的材料，称为耐火材料。

热处理炉对耐火材料的性能要求：

1有足够的耐火度。指耐火材料受热后软化到一定程度时的温度，但并不是它的熔点。根据耐火度的高低，耐火材料可分为普通耐火材料（耐火度为1580~1700℃）、高级耐火材料（耐火度为1770~2000℃）和特级耐火材料（耐火度大于2000℃）。

2有一定的高温结构强度。高温结构强度用荷重软化点来评定，荷重软化点是指式样（尺寸为φ36*50mm）在一定压力（0.2MPa）条件下，以一定的升温速度加热，测出试样开始变形（变形量为原试样的0.6%）的温度，此温度叫改耐火材料的荷重软化点开始点。

3高温化学稳定性好。

4有良好的耐急冷急热性。

5高温下的体积稳定性。

热处理炉常用的耐火材料及应用：

1粘土质耐火材料（重质砖）

2轻质（轻质砖）与超轻质耐火材料

3高铝质耐火材料

4刚玉制品

5硅酸铝耐火纤维

6耐火混凝土，与耐火砖相比，耐火混凝土的优点是：可在现场直接制造，取消了复杂的烧结工序：具有可塑性和整体性，忧虑与复杂制品的成型；较耐火砖砌炉及修炉的速度快，加强了炉体的整体性，寿命长。

热处理炉常用的耐火混凝土有以下几种：

（1）铝酸盐耐火混凝土（2）磷酸盐耐火混凝土（3）水玻璃耐火混凝土

隔热材料

工程上把导热率小于0.23W/( m*℃)的材料成为隔热材料。隔热材料的主要性能特点是热导率低、体积密度小、比热小等。

硅藻土、蛭石、矿渣棉、石棉、珍珠岩、

其他筑炉材料

耐火泥、普通粘土砖、炉用耐热金属材料

模块二传热学基础

传热是通过微观粒子的振动并通过彼此的接触和相互的碰撞来传递热能的。传热的基本方式或单纯的传热有三种：传导、对流、辐射。

1电极盐浴炉：传导+对流传热，传热介质密度大，故其加热及冷却速度快；

2电阻浴炉：以传导为主，传热介质密度大，传热速度较快；

3电阻炉：传导+辐射+对流，传热介质为气体，因密度小，故传热速度及传热系数低于电阻浴炉。

对流：对流是指由流体内温度不同的各部分相互混合的宏观运动而引起的热量传递的现象，对流只能发生在流体内部。

辐射：物体的辐射是由于原子内部电子运动的复杂过程引起的。

傅立叶定律：在单位时间内，所传导的热流量与温度梯度和垂直于热流量方向的截面积成正比，方向沿着温度降落的方向。对单向稳定态传导热来说。

傅立叶定律的数学表达式为：

或

式中：——沿x方向所传导的热流量(W)；

——热导率，又称导热系数[W／(m·℃)]；

——温度梯度(℃／m)；

S——与热流量相垂直的传热面积()。

热导率：热导率的数值是当物体内部温度梯度为1℃／m时，单位时间内、单位面积的传热量，单位是W/(m·℃)。

【例1】有一耐火粘土砖炉墙，厚度=230mm，内表面温度=900，外表面温度

=220℃，炉墙导热面积S=4，求每小时通过炉墙的热损失。

解：由表l-3查得耐火粘土砖的热导率计算式为：

先按平均温度计算出耐火粘土砖的平均导热率

由此可得出每小时通过炉墙的热损失为：

对流传热：流体运动的特征按其产生原因有自然流动和强制流动；按其流动性质有层流和涡流(紊流)。

对流传热所传递的热量可由下式计算：

式中：——单位时间内对流传热量（W)；

——流体与固体表面间的温度差(℃)；

S——固体与流体的接触面积（）

——对流传热系数[W/()],它表示流体与固体表面间的温度差为1℃时，每小时内通过1表面所传递的热量。

灰体的概念：若物体在任何温度下的辐射力E都等于同温度下绝对黑体辐射力乘以同

一系数(辐射率)，这种物体就叫做理想灰体，简称灰体。

灰体的辐射率与其吸收率A的关系是：灰体的辐射能力恒等于该灰体所吸收的辐射能。

第二单元周期作业电阻炉

箱式电阻炉可分为高温（>1000℃）中温（650~1000℃）及低温炉（）三类。

电热元件材料应具有的性能：

(1)高的耐热性和高温强度 (2)高的电阻率（3)小的电阻温度系数(4)较小的热膨胀系数(5)良好的加工性(6)抵抗不良气氛侵蚀的能力(7)低成本。

金属电热元件材料可分为合金类铁铬铝系、镍铬系及高熔点金属三类。

非金属电热元件主要有以下三类：(1)碳化硅电热元件(2)二硅化钼电热元件(3)碳系电热元

件。

电热元件的表面负荷率是指电热元件单位表面积上所发出的电功率，单位为kW／。

第三单元热处理浴炉

与电阻炉比较，热处理浴炉突出的优点有：工件的氧化脱碳少，高温加热性能好加热速度快，可对工件进行局部加热；炉温均匀性较好。

第四单元钢的表面淬火设备

常用表面淬火的方法有感应淬火、火焰淬火、接触电阻加热淬火等。

火焰淬火的主要设备有喷枪、喷嘴(或称烧嘴，喷头)、淬火机床、乙炔发生器和氧气瓶。

第五单元炉用仪表

热电偶的选择：包括确定热电偶的种类、保护管的材料、结构形式和有效长度等内容。

热电偶的种类主要根据要求的测温范围来确定。一般来讲，1000-1300。C的两温炉测温选用WRP型热电偶；600-1000℃的中温炉测温选用WRN型；600℃以下的低温炉用WRE型。

碳势测量仪表是利用化学平衡时各气体组分浓度确定的比例关系。例如氯化锂露点仪、红外线分析仪和氧探头等。

影响炉温测量精度的因素主要有以下几方面：(1)测量仪表本身准确度的影响 (2)炉温分布的不均匀性(3)测量仪表附加误差的影响

第六单元可控气氛热处理设备

其突出的优点可以概括为：可以进行无氧化无脱碳加热，实现光洁或光亮热处理

能实现可控的渗碳和碳氮共渗，对于已脱碳的工件，可进行复碳处理。

可控气氛的种类：1吸热式气氛 2放热式气氛 3滴注式气氛 4氨分解气氛及氨燃烧气氛 5氢气 6氮基气氛

可控气氛热处理炉的结构具有以下特点：1炉膛严格密封 2炉膛内应保持正压 3设置通风机、加强炉气循环流动 4装设安全装置 5内衬采用抗渗碳砖 6采用适宜的发热元件 7设置前室和后室、淬火槽与炉体密封 8机械化进出料装置 9使用电子计算机。

第七单元其他热处理设备

与普通电阻炉相比，燃气炉加热速度快(燃气温度高，对流加热)，高温性、低温性和中温性均好于电阻炉，一般经济性好。燃气对工作环境的危害、爆炸、热效率低、提高控温精度的成本较高等缺点。

真空热处理是将工件置于一定的低压空间进行热处理的过程。

真空热处理的优点是：工件不氧化、不脱碳、不增碳；由于真空有脱脂、脱气、使工件表面氧化物分解和还原的作用，所以处理后可保持工件表面原有的金属光泽，可以不再加工而直接使用，并可提高工件的耐磨性，达到了工件最理想的表面质量。

真空热处理炉根据加热方式的不同，分外热式和内热式两大类。按冷却方式主要是气冷、油冷等。

离子渗氮工艺，是在一真空容器(低真空度)中通入一定浓度的氨气，并使之电离，

利用带正电的氮离子轰击阴极的工件，完成渗氮的过程。