可控气氛热处理炉设备概述(PPT 50张)
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可控气氛热处理炉的分类及特点
可控气氛热处理炉的分类及特点可控气氛热处理炉是一种广泛应用于金属加工行业的设备，它能够在特定的气氛条件下对金属工件进行热处理。
这种炉子具有多种不同的分类和特点。
以下是对可控气氛热处理炉的分类和特点的详细介绍。
一、分类1. 气氛控制方式分类（1）气氛控制方式分为氧化性气氛热处理炉和还原性气氛热处理炉两种。
氧化性气氛热处理炉主要用于表面处理工艺，如碳化、氮化等。
其主要特点是在炉内通入氧化性气体，如氧气、二氧化碳等，以实现对金属工件表面的氧化反应。
这种炉子适用于提高工件表面强度和硬度等特性。
还原性气氛热处理炉主要用于去除金属工件表面的氧化物，并降低工件中的氧含量。
其主要特点是在炉内通入还原性气体，如氨气、氢气等，以实现对金属工件表面的还原反应。
这种炉子适用于净化金属表面和提高金属材料的纯度。
（2）还可以根据气氛控制的方式分为氧气控制热处理炉、氮气控制热处理炉、氢气控制热处理炉等。
氧气控制热处理炉主要通过控制炉内氧气的流量和浓度，来实现不同氧化反应的控制。
这种炉子适用于表面氧化处理和改变金属工件的表面化学性能。
氮气控制热处理炉主要通过控制炉内氮气的流量和浓度，来实现不同氮化反应的控制。
这种炉子适用于表面氮化处理和提高材料硬度。
氢气控制热处理炉主要通过控制炉内氢气的流量和浓度，来实现还原反应的控制。
这种炉子适用于表面还原处理和净化金属表面。
2. 加热方式分类（1）电阻加热热处理炉：主要通过电阻加热的方式来提供炉内的热源，通过控制电阻丝的加热功率和电流，来控制炉内温度的升降。
这种炉子具有加热速度快、温度均匀性好、控制精确等特点。
（2）燃气加热热处理炉：主要通过燃气燃烧产生的高温气体来提供炉内的热源，通过控制燃气的气流量和燃烧器的火焰强度，来控制炉内的温度。
这种炉子具有操作简便、适用范围广等特点。
3. 结构形式分类（1）箱式热处理炉：是一种常用的结构形式，工作室呈箱体形状，炉门位于炉的一侧或两侧，可以方便地进行工件的装卸。
热处理炉温度控制系统ppt课件
，精度高性能稳定，结构简单，动态性能好，把温度转换 为电势信号便于处理和远距离传输。
精选课件
11
热电偶传感器选择
• 在相对比较下我们选择了 铂铑30－铂铑6 材料的热电偶 传感器 • 分度号 B • 测量范围 0－1800℃ • 基本误差 ±0.25%
精选课件
12
PID算法
• 在过程控制中，按偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）进行控制 的PID控制器（亦称PID调节器）是应用最为广泛的一种自动控制器。它 具有原理简单，易于实现，适用面广，控制参数相互独立，参数的选定 比较简单等优点；而且在理论上可以证明，对于过程控制的典型对象 ──“一阶滞后＋纯滞后”与“二阶滞后＋纯滞后”的控制对象，PID 控制器是一种最优控制。PID调节规律是连续系统动态品质校正的一种 有效方法，它的参数整定方式简便，结构改变灵活（PI、PD、…）。
精选课件
7
热电偶优点
• 在高温下,热电偶可能是唯一的选择。
• ①测量精度高。因温度传感器热电偶直接与被测对象接触，不受中间 介质的影响。 ②测量范围广。常用的温度传感器热电偶从-100~+1800℃均可边续测 量，某些特殊温度传感器热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬）， 最高可达+2800℃（如钨-铼）。 ③构造简单，使用方便。温度传感器热电偶通常是由两种不同的金属 丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方 便。
精选课件
9
热电偶要求
• ① 组成温度传感器热电偶的两个热电极的焊接必须牢固； ② 两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路； ③ 补偿导线与温度传感器热电偶自由端的连接要方便可靠 ； ④ 保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。
精选课件
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11
热电偶传感器选择
• 在相对比较下我们选择了 铂铑30－铂铑6 材料的热电偶 传感器 • 分度号 B • 测量范围 0－1800℃ • 基本误差 ±0.25%
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12
PID算法
• 在过程控制中，按偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）进行控制 的PID控制器（亦称PID调节器）是应用最为广泛的一种自动控制器。它 具有原理简单，易于实现，适用面广，控制参数相互独立，参数的选定 比较简单等优点；而且在理论上可以证明，对于过程控制的典型对象 ──“一阶滞后＋纯滞后”与“二阶滞后＋纯滞后”的控制对象，PID 控制器是一种最优控制。PID调节规律是连续系统动态品质校正的一种 有效方法，它的参数整定方式简便，结构改变灵活（PI、PD、…）。
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7
热电偶优点
• 在高温下,热电偶可能是唯一的选择。
• ①测量精度高。因温度传感器热电偶直接与被测对象接触，不受中间 介质的影响。 ②测量范围广。常用的温度传感器热电偶从-100~+1800℃均可边续测 量，某些特殊温度传感器热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬）， 最高可达+2800℃（如钨-铼）。 ③构造简单，使用方便。温度传感器热电偶通常是由两种不同的金属 丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方 便。
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9
热电偶要求
• ① 组成温度传感器热电偶的两个热电极的焊接必须牢固； ② 两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路； ③ 补偿导线与温度传感器热电偶自由端的连接要方便可靠 ； ④ 保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。
精选课件
热处理炉PPT
二 炉体结构设计
（1）炉底
箱式电阻炉的炉底通常是在炉底外壳钢板上用硅藻土 砖砌成方格子状（中间填充保温材料）；然后平铺12层保 温砖，再铺1层轻质粘土砖；其上安装支撑炉底板或导轨的 重质粘土砖和电热元件搁砖。
（2）炉墙
炉墙的厚度由传热计算确定。 首先炉壳和保温层之间有一层510mm石棉板。 中低温炉墙一般为二层：
一般空炉升温时间38小时。在计算Q蓄时，所用的温度为
额定温度下已处于稳定态的耐火层和保温层的温度，这比炉 子升温时实际耐火层、保温层的平均温度要高得多，故计算
求得的升温时间t升比实际测得的要长。
四 功率的分配、接线方法
1 功率分配
（1）箱式电阻炉
（2）井式电阻炉
（3）连续式电阻炉 2 接线方法
热处理电炉
秦勤
概述
1 热处理炉的现状与发展
我国热处理装备水平的落后，设备大多数为50年代到70 年代的仿苏产品。工业发达国家60年代就已基本淘汰了空气 加热炉，普及了少无氧化热处理，而我国迄今空气加热炉仍 占热处理设备的70%以上，可控气氛炉和真空炉的比例不足 5%。 （1）热处理用炉的现状是： ➢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
（2）炉子总功率Q总
①连续作业电阻炉的Q总
炉子在使用过程中，由于炉衬损坏，散热损失加大，电 压波动、电热元件老化等引起炉子功率下降，所以炉子功率 要有一定的储备，其安装功率为
②周期作业电阻炉Q总
周期作业炉按加热阶段作为热平衡计算时间单位时，其 热损失为
Q总=Q件+Q辅+Q散+Q蓄+Q它
空炉升温时间为
热处理炉PPT
要求：考虑物料的形状、尺寸、装料方式、生产率。炉膛的 热交换、温度均匀性、减少热损失、电热元件的安装等。 （1）炉底面积
工件与前后左右炉墙的距离
应为100150mm；有效面积F1
（装料面积）为炉膛总面积的 70%85%，大型炉上限；炉底
宽度B与长度L之比保持在2/3
1/2范围内。
则
F1
p p0
;
第一层保温层（保温材料）； 第二层耐火层（轻质粘土砖）； 高温炉一般为三层： 第一层保温层（保温材料） 第二层过渡层（轻质砖） 第三层耐火层（重质砖或高铝转）
（3）炉顶 有平顶和拱顶两种形式，热处理炉大都采用拱顶。 拱
顶采用轻质楔形砖砌筑，上砌轻质保温制品；拱角砖采用重 质异型砖砌筑。 （4）炉门
（2）炉子总功率Q总
①连续作业电阻炉的Q总
炉子在使用过程中，由于炉衬损坏，散热损失加大，电 压波动、电热元件老化等引起炉子功率下降，所以炉子功率 要有一定的储备，其安装功率为
②周期作业电阻炉Q总
周期作业炉按加热阶段作为热平衡计算时间单位时，其 热损失为
Q总=Q件+Q辅+Q散+Q蓄+Q它
空炉升温时间为
⑤炉门开启时的散热损失Q辐
⑥溢气或吸气热损失
开启炉门或炉子有缝隙时，如果是可控气氛炉，则炉压
为正，Q溢；如果是燃料炉，则Q吸，对于一般的箱式电阻炉，
通常是开启炉门时以加热吸入的冷空气所需热量为
Q吸。
⑦砌体蓄热量Q蓄
对双层砌体可按下式计算
⑧ 不宜精确计算的热损失，如电热元件的引出端漏气、导 热，炉子缝隙的吸气等热损失。箱式炉一般为10%20%
与其它工序组成全自动热处理线的趋势。、
2 热处理炉的分类
工件与前后左右炉墙的距离
应为100150mm；有效面积F1
（装料面积）为炉膛总面积的 70%85%，大型炉上限；炉底
宽度B与长度L之比保持在2/3
1/2范围内。
则
F1
p p0
;
第一层保温层（保温材料）； 第二层耐火层（轻质粘土砖）； 高温炉一般为三层： 第一层保温层（保温材料） 第二层过渡层（轻质砖） 第三层耐火层（重质砖或高铝转）
（3）炉顶 有平顶和拱顶两种形式，热处理炉大都采用拱顶。 拱
顶采用轻质楔形砖砌筑，上砌轻质保温制品；拱角砖采用重 质异型砖砌筑。 （4）炉门
（2）炉子总功率Q总
①连续作业电阻炉的Q总
炉子在使用过程中，由于炉衬损坏，散热损失加大，电 压波动、电热元件老化等引起炉子功率下降，所以炉子功率 要有一定的储备，其安装功率为
②周期作业电阻炉Q总
周期作业炉按加热阶段作为热平衡计算时间单位时，其 热损失为
Q总=Q件+Q辅+Q散+Q蓄+Q它
空炉升温时间为
⑤炉门开启时的散热损失Q辐
⑥溢气或吸气热损失
开启炉门或炉子有缝隙时，如果是可控气氛炉，则炉压
为正，Q溢；如果是燃料炉，则Q吸，对于一般的箱式电阻炉，
通常是开启炉门时以加热吸入的冷空气所需热量为
Q吸。
⑦砌体蓄热量Q蓄
对双层砌体可按下式计算
⑧ 不宜精确计算的热损失，如电热元件的引出端漏气、导 热，炉子缝隙的吸气等热损失。箱式炉一般为10%20%
与其它工序组成全自动热处理线的趋势。、
2 热处理炉的分类
可控气氛热处理炉的安全操作.
4）实施淬火 淬火分为入槽、淬火和出槽，三个工步。 入槽——升降机带着料盘和工件，下降到油槽，油槽内的搅拌 器开始工作，工件淬火；
淬火——工件在淬火槽内的时间由继电器控制。一直到淬火完
成。 出槽——工件淬火后，升降机上升；工件滴油（滴油的时 间有继电器控制）；一直到滴油工步完成。淬火工序结束。
金属材料与热处理
•职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库
可控气氛热处理炉的安全操作
结构特点
图1 可控气氛热处理炉的结构特点
1－前推料机 2－工件 3－外炉门 4－防爆装置 5－前室；6－前室升降机； 7－内炉门；8－汽缸；9－炉膛；10－风扇；11－变压器12－后推料机； 13－油槽液面泵；14－淬火油槽；15－油搅拌器；16－火帘管
2）工件的加热 按照预定热处理工艺，进行淬火加热（或退火、正火 加热，或渗碳、碳氮共渗等）。加热时的保温时间有专门 控制仪器控制。
加热工序完成后，将待淬火的工件出炉。步骤是升降机 上升，内炉门打开，后推料机将料盘送入前室的下层淬火辊
道，完成出炉工步；然后，推料机返回，内炉门关闭。
金属材料与热处理
•职业教育材料成型与控制技教育材料成型与控制技术专业教学资源库
安全操作
装炉——加热——出炉——淬火 装炉 外炉门打开，推料机就会将料盘推入前室，并放置 于升降机的上层轨道上；这时，推料机返回，炉门关闭； 接着内炉门打开，后推料机将料盘拉入炉膛；接着，内 炉门关闭；装炉完成。
金属材料与热处理
•职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库
16火帘管可控气氛热处理炉的安全操作金属材料与热处理?职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库结构特点结构特点装炉加热出炉淬火外炉门打开推料机就会将料盘推入前室并放置于升降机的上层轨道上
热处理可控气氛
8.3.2.4 炉气的相互作用 炉气除与钢铁发生反应外，炉气之间又有很 多化学反应，其中最重要的是水煤气反应： CO2+H2 CO+H2O 水煤气反应在高温下很快达到平衡，它对炉 气的性质和炉气检测均有实际意义： ⑴欲防止氧化和脱碳要减少炉气中CO2和H2O 含量，二者必须同时进行。如果单除去H2O，由 于CO2的存在，它与H2发生水煤气反应会重新生 成H2O，使炉气不能起到防氧化作用。 ⑵水煤气反应使CO2和H2O在数量上有对应关 系，故在炉气检测时可以只检测H2O含量或CO2 含量之一即可确定炉气性质。
Kp=CO/CO2
用表中数据作图，表示在不同温度下 氧化-还原反应平衡时，气氛中CO2与CO的比 值。曲线右方为氧化区，曲线左方为还原区。 为了防止铁被氧化，就应在还原区的气氛中进 行加热。具体地说: 950℃时，气氛中CO/CO2应大于2.31 700℃时，气氛中CO/CO2应大于1.46
8.3.2.2 钢的不脱碳加热原理 钢铁在CO2-CO中的脱碳-渗碳反应 C(g-Fe)+CO2 2CO 式中C(g-Fe)表示奥氏体中的碳，在一般热处 理温度下，钢铁中的碳大部分溶解在奥氏体中。反 应向右进行，表示钢中的碳与CO2化合成CO，钢 被脱碳。 在一定温度下，具有某种成分Pco2/Pco的气 氛，对钢是否脱碳与钢中含碳量有关。温度，炉气 成分，钢的含碳量三个参数共同决定钢是渗碳还是 脱碳。 碳势：在一定温度下，反应平衡时，气氛成 分所对应钢中的含碳量。
8.3 热处理用可控气氛
8.3.1 概述 钢材在空气中或炉气中加热时，在高温下，铁及 钢中的碳会与气氛起化学反应作用，发生氧化-还原， 脱碳-渗碳等反应。对一般钢材或零件，氧化脱碳增 加金属消耗量，如汽车和拖拉机行业制造过程中多 次加热造成的金属损失约占零件重量7%。对表面要 求严格的钢材或零件，氧化脱碳将造成严重缺陷， 如冷轧或冷拔钢材由于氧化失去准确的尺寸，齿轮， 轴类由于表面脱碳降低了强度和耐磨性，缩短使用 寿命。为了除去氧化膜和脱碳层，增加繁多的工序 和大量费用。为此在一些对表面质量要求高的热处 理炉内采用了可控气氛。
气氛控制、热处理原理ppt课件
1.2344
计算数字
0 生铁,铸铁 1 钢, 铸钢 2 重金属 3 轻金属 4…8 非金属
01-07 碳钢 (低碳钢) 11-13 碳钢 (例：1043) 15-18 低合金工基钢 (W112) 20-28 工具和模具钢 (例 H13) 32-33 高速钢 (例 M2) 40-49 不锈钢 (410)
PowerMax Furnaces Corp
为什么是铁?
• 纯铁的一些参数 – 不平衡性（电子旋转在同一方位） • 换句话说, 钢有能力与许多其它元素结合并且 这些元素改变成钢的性能（产物） – 增加锰，和其它碳钢 »钢比铁不仅强, 热处理对钢的性能有显 著的改变，因此在我们每天生产中，可 以提高材料的使用性
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我们为什么要用热处理?
• 在生产过程中增加热处理过程，通过热处理以适 当增加材料性能（如硬度或者反阻抗）
BEST SOLUTIONS FROM ONE SOURCE
为什么是铁?
PowerMax Furnaces Corp
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为什么是铁?
• 纯铁的一些参数 – 原子系数 = 26 (26 质子, 26 电子) – 熔点 = 1537C (2800 F) – 密度 = 7.87 g/cc (20C)
• 粉未冶金学家曾经说过，此类烧结材料为95%的密集， 95%等等．
BEST SOLUTIONS FROM ONE SOURCE
.35 Max .35 Max .35 Max
.15/.35
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特殊热处理——可控气氛PPT课件
精选
3
基本原理
分解：渗剂中生成能渗入工件表面的活性原 子的反应。
吸附：活性的原子（或离子）于表面金属的 原子产生键合而浸入其表层。
扩散：工件表面吸附活性原子（或离子）后 ，其表面浓度与内部形成浓度梯度，满足扩 散条件，渗入的元素相内部迁移形成一定厚 度的扩散层。
精选
4
可控气氛热处理目的
精选
温度场均匀性和检测温度的可靠性较差；
工件要有一定批量。
精选
21
离子渗氮改进
当前采用外热式加热,首先将炉内温度加热达 到400 ℃左右,再由离子轰击达到最终工艺温度 ,可较为有效地改善炉温均匀性。
先离子渗氮、后气体渗氮,充分利用离子渗氮 的优势,在渗氮前期更快地使氮原子渗入工件 中,后期则采用气体渗氮,调整渗层组织,实现渗 层优化。
浓型: CO 10.2~11.1%,CO2 5.0~7.3%， H2 6.7~12.5%，CH40.5%，N2 其余。
用于低碳钢退火、正火、淬火、回火；铜的退火、 钎焊及烧结保护等；
液化石油气制备。
精选
12
净化放热式气氛
典型成分（体积%）为：
淡型: CO 1.7~1.8%, H2 0.9~1.4%，N2 其余; 浓型: CO 10.5~11.2%,H2 8.3~13.4%,N2 其余
可控气氛热处理
化学热处理的工艺方法
精选
2
可控气氛热处理概述
为防止氧化、脱碳等缺陷，将热处理炉中充入中 性气氛或还原气氛等，对工件进行保护加热处理 ，或同时进行渗碳、渗氮、碳氮共渗等化学热处 理，称为可控气氛热处理。
将工件放在含有渗入元素的活性气体介质中， 加 热到一定的温度后进行保温，利用固态扩散使渗 入元素被吸附并扩散到表面层，改变表面层的化 学成分，从而使工件表面层的组织结构和性能发 生变化。
第十章 可控气氛热处理炉
§１０－2 可控气氛的控制方法
一、气氛的选择与搭配
实现可控气氛热处理，除必要的热处理炉外，选择合理的可 控气氛及其控制是十分重要的。 针对具体工艺科学地设计和选用适当的炉用气氛通常的出发 点： 加速工艺过程 提高产品质量
1、气氛的选择
热处理气氛已有很多，选择时应考虑： 1）选择能加速化学热处理过程的气氛 渗碳过程中，碳的传递系数随 CO ％×H2 ％的含量而增大， 因此，适宜的渗碳气氛要求含有足够数量的 CO和H2，能满足该 要求的渗碳气氛常用的有吸热式气氛、甲醇裂化气、煤油和空 气等。
可控气氛主要由CO、H2、N2和少量的CO2，H20和CH4、CnHm 等气体组成。其中， CO、H2、 CH4、CnHm属还原形气体；CO2， H20属氧化性气体，会引起钢的脱碳；N2属中性气体。 体系中氧化性气体与还原性气体、增碳性气体与脱碳性气 体组分间的数量关系，即CO/ CO2、 H2/ H20、CH4/ H2、（CO） ×（H2）/ H20等，决定了体系中反应进行的方向。 碳势控制，也就是控制这些炉气组分间的相对量。
Fe氧化生成FeO，CO2浓度降低，同时CO浓度增加，钢件氧化。 KP>2.486，即 (CO)／(CO2)>2.486 ；反应向左进行，发生还原作用，钢件不氧 化。
结论：钢在CO2－CO气氛中是否发生氧化，取决于(CO)／(CO2) 的比值，即CO和CO2的相对量，并不是绝对含量。
3、钢在H2－H2O气氛中的氧化—还原反应
2）选择资源丰富和少无公害的气氛
能满足这一要求的最佳气氛就是氮气。
注意，纯氮是惰性气体，主要应用于密封性很好的炉子或应用于低温保护或 工件允许形成很薄的氧化膜，而该膜能起保护自身作用的工艺，如铝的退火。 氮气常应用于使炉子维持正压，以防炉外空气侵入。 事实上，高纯氮难以获取，成本很高，工业用氮又含有0.5～5％O2，，会使 加热工件氧化，所以一般不能单独用于热处理保护，而且，对从炉缝等处侵 入的空气没有反应消除的能力，因此，通常的做法是：根据处理工件的要求 和工艺参数，在炉气中添加某些还原性气体组成氮基气氛。
可控气氛热处理炉的分类及特点
可控气氛热处理炉的分类及特点可控气氛热处理炉是一种能够控制炉内气氛的热处理设备。
根据不同的气氛控制方式和热处理要求，可控气氛热处理炉可以分为几个不同的分类。
下面将对可控气氛热处理炉的分类及其特点进行详细介绍。
首先，可控气氛热处理炉可以根据其气氛控制方式进行分类。
根据气氛控制方式的不同，可控气氛热处理炉可以分为氧化还原型、氧化型和还原型等。
氧化还原型可控气氛热处理炉是指在热处理过程中，通过调整炉内气氛的氧化还原性质来控制金属材料的表面氧化程度。
这种炉型适用于要求金属材料表面具有一定化学成分的热处理工艺，比如淬火时要求金属材料表面生成一定厚度的氧化层，以提高材料的硬度和耐磨性。
氧化型可控气氛热处理炉是指在热处理过程中，通过向炉内通入含氧气体，使金属材料表面发生氧化反应，形成一定厚度的氧化层。
这种炉型适用于要求金属材料表面具有一定化学成分的热处理工艺，比如淬火时要求金属材料表面生成一定厚度的氧化层，以提高材料的抗腐蚀性能。
还原型可控气氛热处理炉是指在热处理过程中，通过向炉内通入还原性气氛，使金属材料表面发生还原反应，减少氧化层的厚度。
这种炉型适用于要求金属材料表面减少氧化层的厚度的热处理工艺，比如退火工艺中，需要减少金属材料表面的氧化层，提高材料的延展性。
其次，可控气氛热处理炉还可以根据其热处理方式进行分类。
根据热处理方式的不同，可控气氛热处理炉可以分为单一热处理炉和多工位热处理炉两种。
单一热处理炉是指只能进行一种热处理工艺的炉型，适用于只有一个热处理工艺的情况。
这种炉型结构简单，操作方便，但灵活性较差，适用性较窄。
多工位热处理炉是指可以同时进行多种热处理工艺或者依次进行多种热处理工艺的炉型。
这种炉型具有较高的灵活性，可以满足不同类型的热处理需求，提高热处理效率。
但由于结构复杂，操作相对复杂。
最后，可控气氛热处理炉还可以根据其加热方式进行分类。
根据加热方式的不同，可控气氛热处理炉可以分为电加热型、燃气加热型和其他非电和燃气加热型等。
热处理设备2课件
➢ 缺点：装炉量少，生产效率低。 ➢ 用途：常用于质量要求较高的零件。
19
§12.1 热处理电阻炉－概述
20
§12.1 热处理电阻炉－概述
4、低温井式电阻炉 ➢ 结构特点
❖结构与中温井式炉相似 ❖炉壳、炉衬、加热元件、导风筒、风扇、炉盖
以及起闭机构 ❖主要靠对流散热，加装风扇，增加空气对流
➢ 特点：装炉量较高，炉内温度均匀，装出料 方便。
➢ 砌砖内腔尺寸 B×L×H
36
§12.2 炉型的选择和炉体尺寸的确定
(一) 炉底面积的确定
➢ 根据炉子一次装料量
❖批量不大，工件尺寸较大且形状特殊。 ❖根据炉子一次装料量，将工件实际摆放面积作为
炉底有效面积；工件之间，工件与电热体之间要 有间隙；工件与炉门之间有间隙。 ❖炉膛长度 L＝L1＋0.2~0.3（m） ❖炉膛宽度 B＝B1＋0.2~0.3（m） ❖L1、B1为炉子有效长度和有效宽度（m）， B1 / L1＝2/3~1/2
2、振底式电阻炉
炉底板及其上的工 件加速前进，当速 度达到一定值时， 炉底板突然停止运 动，工件便借惯性 力克服摩擦力而继 续向前移动一定距 离，然后炉底板缓 慢回复原位；
炉底板用耐热钢铸造 加工而成，整个炉底 板为槽形；
利用压缩空气 作动力，推动 气缸中活塞作 往复运动，从 而带动炉底板 作往复运动；
一般适用于950℃以内的热处理；螺栓、垫圈等形状简单、
不怕碰撞的中小型零件；正火、回火处理，也可向炉内通入
保护气氛进行光亮或光洁热处理。
31
§12.1 热处理电阻炉－概述
3、推杆式电阻炉
推杆将料盘 推入炉内；
复杂工件放 入料盘内；
三段式加热，电热体 置于侧墙或炉顶；
19
§12.1 热处理电阻炉－概述
20
§12.1 热处理电阻炉－概述
4、低温井式电阻炉 ➢ 结构特点
❖结构与中温井式炉相似 ❖炉壳、炉衬、加热元件、导风筒、风扇、炉盖
以及起闭机构 ❖主要靠对流散热，加装风扇，增加空气对流
➢ 特点：装炉量较高，炉内温度均匀，装出料 方便。
➢ 砌砖内腔尺寸 B×L×H
36
§12.2 炉型的选择和炉体尺寸的确定
(一) 炉底面积的确定
➢ 根据炉子一次装料量
❖批量不大，工件尺寸较大且形状特殊。 ❖根据炉子一次装料量，将工件实际摆放面积作为
炉底有效面积；工件之间，工件与电热体之间要 有间隙；工件与炉门之间有间隙。 ❖炉膛长度 L＝L1＋0.2~0.3（m） ❖炉膛宽度 B＝B1＋0.2~0.3（m） ❖L1、B1为炉子有效长度和有效宽度（m）， B1 / L1＝2/3~1/2
2、振底式电阻炉
炉底板及其上的工 件加速前进，当速 度达到一定值时， 炉底板突然停止运 动，工件便借惯性 力克服摩擦力而继 续向前移动一定距 离，然后炉底板缓 慢回复原位；
炉底板用耐热钢铸造 加工而成，整个炉底 板为槽形；
利用压缩空气 作动力，推动 气缸中活塞作 往复运动，从 而带动炉底板 作往复运动；
一般适用于950℃以内的热处理；螺栓、垫圈等形状简单、
不怕碰撞的中小型零件；正火、回火处理，也可向炉内通入
保护气氛进行光亮或光洁热处理。
31
§12.1 热处理电阻炉－概述
3、推杆式电阻炉
推杆将料盘 推入炉内；
复杂工件放 入料盘内；
三段式加热，电热体 置于侧墙或炉顶；
商品归类案例-85-可控气氛热处理装置(电加热炉).
归类要素
来源 制作或保存方法 状态
材质 功能
加工 用途
规格 包装
归类思路
• 该商品通过可控气氛热处理的方式完成对变速箱零件的加热、渗碳热 处理，是一种电阻加热的可控气氛热处理炉。该商品符合《税则》品 目85.14及其子目条文的相关描述。
归类依据及税则号列
• 归类依据：归类总规则一及六 • 税则号列：8514.1010
商品描述ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• 工作过程：待处理变速箱零件通过外部输送到处理室内，由工艺泵组 提供真空环境（工艺泵组与处理室通过管道连接），使得热处理在无 氧的状态下进行。运用炉室内部的石墨加热棒对待处理零件进行辐射 加热（电阻加热原理），加热至渗碳温度，再通入渗碳气体-乙炔进行 渗碳处理。渗碳就是向炉内通入一定量的渗碳气体-乙炔气体，气体在 零件表面热裂解，零件吸收碳原子。整个热处理过程是在可控气氛的 条件下进行。
进出口商品归类
可控气氛热处理装置（电加热 炉）
可控气氛热处理装置（电加热炉）
处理室
商品描述
• • • • • 商品名称：可控气氛热处理装置（电加热炉） 商品描述：品牌ALD 结 构：该设备由处理室、工艺泵组组成。 用 途：完成对变速箱零件的加热、渗碳的热处理。 功 能：通过可控气氛热处理的方式，在真空无氧的状态下对 变速箱零件进行加热，通入乙炔气体完成渗碳处理。
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6
表10-1各种气体与铁及其碳化物的化学反应
7
各种气体与钢的化学反应和各种气体之间的化
学反应是比较复杂的，但是可以调节保护气氛中
氧化性气体与还原性气体的比例、脱碳性气体与
渗碳性气体的比例，即CO2/CO、H2O/H2、
CH4/H2的相对含量，使反应处于平衡状态，钢的
氧化速度与Байду номын сангаас原速度相等，钢的脱碳速度与渗碳
反之，当（CO）/（CO2）>2.486时，反应向左进行，发 生还原作用，钢件不氧化。因此，钢在CO2—CO气氛中 是否发生氧化，取决于（CO）/（CO2）的比值，即
（CO）和CO2的相对量，并不是绝对含量。
2、钢在H2—H2O气氛中的反应
在热处理温度条件下，钢在H2—H2O气氛中的反应
式为
其平衡常数为
在一定温度状态下，平衡常数KP总保持为定值。某 一温度下的kP值，可由实验测定，也可由热力学反应自由 能计算求得。如表10-2所示
表10-2
温度 （℃）
K P1 PCO PCO 2
CO和CO2对铁的氧化还原反应的平衡常数
300 0.752 400 0.815 500 0.960 600 1.116 700 1.45 800 1.795 900 2.142 1000 2.486
P [ H ] ( H ) H 2 2 2 K ( 10 4 ) P 2 14 P [ H O ] ( H O ) H O 2 2 2
式中： PH 2 、 PH 2 O H 2 和 H 2 O 的分压； [ H 2 ]、 [ H 2 O ] H 2 和 H 2 O 气体的浓度。 H 2 和 H 2O 的
5
钢件在保护气氛下加热不仅可实现无氧化无脱碳
热处理，提高热处理质量，还可以进行渗碳、脱碳等
特殊热处理。并且可实现机械化和自动化控制，使生
产率得到提高、劳动条件得到改善。但其设备复杂、 投资较大，操作技术要求较高。 保护气氛可以是中性气体(N2)或惰性气体(Ar),有 时也可以是还原性气体(H2)。大多数保护气氛是由多 种气体(例如CO, CO2, H2, CH4, H2O, N2等)混合组成的 ，各种气体与钢进行的化学反应列于表10-1中。
10
一、钢在炉气中的氧化还原反应 1、钢在CO2-CO气氛中的反应 钢在空气中加热将与氧发生氧化反应，在 560℃以下生成Fe3O4，在560℃以上形成三种 氧化物，内层为FeO，中层为Fe3O4，外层为 Fe2O3，通常认为氧气对钢的氧化过程是不可 逆的，无法控制。 钢在CO2-CO气氛中的氧化还原反应则有 所不同，是可逆的，其反应速度和反应方向决 定于CO/CO2比值和温度。
200 0.616
应用平衡常数KP即可判断反应进行的方向。如在 1000℃时，KP =2.486，即当(CO)/(CO2 )=2.486时，氧化 还原处于平衡状态，当实际炉气(CO/CO2)<2.486时，为趋 于平衡（10—1）式反应向右进行， CO2使Fe氧化生成 13 FeO, CO2浓度降低，同时CO浓度增加，钢件氧化。（点）
主讲教师：范涛
金属材料工程教研室
1
课十二
第五章
可控气氛热处理炉
本章我们主要了解以下四个方面的内容：
一、可控气氛炉加热的基本原理；
二、可控气氛的种类、制备流程、特性与应
用； 三、可控气氛的碳势测量及氧势控制。 四、可控气氛热处理炉的类型、安全操作与 发展。
本次课我们先来了解前两个方面的内容。
2
§5.1
3
4
• 脱碳是钢加热时表面碳含量降低的现象。脱碳的 过程就是钢中碳在高温下与氢或氧发生作用生成 甲烷或一氧化碳。其化学方程式如下； • 2Fe3C+O2＝6Fe+2CO • Fe3C+2H2＝3Fe+CH4 • Fe3C+H2O＝3Fe+CO+H2 • Fe3C+CO2＝3Fe+2CO • 这些反应是可逆的，即氢、氧和二氧化碳使 钢脱碳，而甲烷和一氧化碳则使钢增碳。
11
其反应方程式如(10-1)，反应方向由平衡常数来判断.
在一定温度下，反应达平衡时，气氛中各种气体浓度 不再改变，其平衡常数为
P CO ] ( CO ) CO [ K ( 10 2 ) P 1 P [ CO ] ( CO ) CO 2 2 2
式中：
PCO、PCO2—CO和CO2气体的分压; [CO]、[CO2]— CO和CO2气体的浓度； （CO）,（CO2）混合气体中CO和CO2的体积百分含量 12 .
速度相等，这样就能实现无氧化与无脱碳加热。 无氧化加热一般可分为光亮加热和光洁加热，前 者表面未形成氧化膜，仍保持金属光泽；后者有 氧化膜生成，失去金属光泽。 可控气氛热处理炉的优越性如下：
8
(1)实现无氧化无脱碳与增碳热处理，因而提高钢件的 表面质量及机械性能，减少零件的加工余量和钢材的烧损 量，因此能节省工时及能耗，节约金属材料。 (2)实现可控渗碳，可以精确地控制零件表面的含碳量、 碳浓度梯度和渗碳层厚度，因而提高了渗碳零件的机械性 能，稳定渗碳工艺的质量。 (3)实现特殊的热处理工艺，如硅钢片的脱碳退火，轧 制钢材的复碳退火等。 (4)实现机械化与自动化，提高劳动生产率，改善劳动 条件。 总之，可控气氛热处理炉目前已成为一种先进的加热 设备。尤其是在可控气氛的应用方面可作为衡量一个国家 9 热处理技术发展水平的重要标志。
§10—2
可控气氛加热的基本原理
在这一节里，我们通过钢在可控气氛中加
热所发生的化学反应，来了解可控气氛中各种
组分的性质与作用以及对钢在加热过程中发生
氧化还原、脱碳增碳反应的影响，进而确定可
控气氛中的控制对象。
常用的可控气氛主要由CO、H2和少量的
CO2、H2O和CH4、CnHm等气体组成。在热处
理温度条件下，气体与钢进行化学反应。
发生氧化和脱碳。
概述
我们知道，在一般空气介质电阻炉中加热钢件时,容易 要使钢件加热时不产生氧化和脱碳，可以采用两种方法
：
一种是向炉膛内送入保护气体，使钢件在保护气氛下加
热；为了使工件表面不发生氧化、脱碳、烧损现象或对工
件进行化学热处理，向炉内通以可进行控制成分的气氛，
称可控气氛。
另一种方法是把炉膛内空气抽除，使钢件在真空状态下 加热
表10-1各种气体与铁及其碳化物的化学反应
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各种气体与钢的化学反应和各种气体之间的化
学反应是比较复杂的，但是可以调节保护气氛中
氧化性气体与还原性气体的比例、脱碳性气体与
渗碳性气体的比例，即CO2/CO、H2O/H2、
CH4/H2的相对含量，使反应处于平衡状态，钢的
氧化速度与Байду номын сангаас原速度相等，钢的脱碳速度与渗碳
反之，当（CO）/（CO2）>2.486时，反应向左进行，发 生还原作用，钢件不氧化。因此，钢在CO2—CO气氛中 是否发生氧化，取决于（CO）/（CO2）的比值，即
（CO）和CO2的相对量，并不是绝对含量。
2、钢在H2—H2O气氛中的反应
在热处理温度条件下，钢在H2—H2O气氛中的反应
式为
其平衡常数为
在一定温度状态下，平衡常数KP总保持为定值。某 一温度下的kP值，可由实验测定，也可由热力学反应自由 能计算求得。如表10-2所示
表10-2
温度 （℃）
K P1 PCO PCO 2
CO和CO2对铁的氧化还原反应的平衡常数
300 0.752 400 0.815 500 0.960 600 1.116 700 1.45 800 1.795 900 2.142 1000 2.486
P [ H ] ( H ) H 2 2 2 K ( 10 4 ) P 2 14 P [ H O ] ( H O ) H O 2 2 2
式中： PH 2 、 PH 2 O H 2 和 H 2 O 的分压； [ H 2 ]、 [ H 2 O ] H 2 和 H 2 O 气体的浓度。 H 2 和 H 2O 的
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钢件在保护气氛下加热不仅可实现无氧化无脱碳
热处理，提高热处理质量，还可以进行渗碳、脱碳等
特殊热处理。并且可实现机械化和自动化控制，使生
产率得到提高、劳动条件得到改善。但其设备复杂、 投资较大，操作技术要求较高。 保护气氛可以是中性气体(N2)或惰性气体(Ar),有 时也可以是还原性气体(H2)。大多数保护气氛是由多 种气体(例如CO, CO2, H2, CH4, H2O, N2等)混合组成的 ，各种气体与钢进行的化学反应列于表10-1中。
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一、钢在炉气中的氧化还原反应 1、钢在CO2-CO气氛中的反应 钢在空气中加热将与氧发生氧化反应，在 560℃以下生成Fe3O4，在560℃以上形成三种 氧化物，内层为FeO，中层为Fe3O4，外层为 Fe2O3，通常认为氧气对钢的氧化过程是不可 逆的，无法控制。 钢在CO2-CO气氛中的氧化还原反应则有 所不同，是可逆的，其反应速度和反应方向决 定于CO/CO2比值和温度。
200 0.616
应用平衡常数KP即可判断反应进行的方向。如在 1000℃时，KP =2.486，即当(CO)/(CO2 )=2.486时，氧化 还原处于平衡状态，当实际炉气(CO/CO2)<2.486时，为趋 于平衡（10—1）式反应向右进行， CO2使Fe氧化生成 13 FeO, CO2浓度降低，同时CO浓度增加，钢件氧化。（点）
主讲教师：范涛
金属材料工程教研室
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课十二
第五章
可控气氛热处理炉
本章我们主要了解以下四个方面的内容：
一、可控气氛炉加热的基本原理；
二、可控气氛的种类、制备流程、特性与应
用； 三、可控气氛的碳势测量及氧势控制。 四、可控气氛热处理炉的类型、安全操作与 发展。
本次课我们先来了解前两个方面的内容。
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§5.1
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• 脱碳是钢加热时表面碳含量降低的现象。脱碳的 过程就是钢中碳在高温下与氢或氧发生作用生成 甲烷或一氧化碳。其化学方程式如下； • 2Fe3C+O2＝6Fe+2CO • Fe3C+2H2＝3Fe+CH4 • Fe3C+H2O＝3Fe+CO+H2 • Fe3C+CO2＝3Fe+2CO • 这些反应是可逆的，即氢、氧和二氧化碳使 钢脱碳，而甲烷和一氧化碳则使钢增碳。
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其反应方程式如(10-1)，反应方向由平衡常数来判断.
在一定温度下，反应达平衡时，气氛中各种气体浓度 不再改变，其平衡常数为
P CO ] ( CO ) CO [ K ( 10 2 ) P 1 P [ CO ] ( CO ) CO 2 2 2
式中：
PCO、PCO2—CO和CO2气体的分压; [CO]、[CO2]— CO和CO2气体的浓度； （CO）,（CO2）混合气体中CO和CO2的体积百分含量 12 .
速度相等，这样就能实现无氧化与无脱碳加热。 无氧化加热一般可分为光亮加热和光洁加热，前 者表面未形成氧化膜，仍保持金属光泽；后者有 氧化膜生成，失去金属光泽。 可控气氛热处理炉的优越性如下：
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(1)实现无氧化无脱碳与增碳热处理，因而提高钢件的 表面质量及机械性能，减少零件的加工余量和钢材的烧损 量，因此能节省工时及能耗，节约金属材料。 (2)实现可控渗碳，可以精确地控制零件表面的含碳量、 碳浓度梯度和渗碳层厚度，因而提高了渗碳零件的机械性 能，稳定渗碳工艺的质量。 (3)实现特殊的热处理工艺，如硅钢片的脱碳退火，轧 制钢材的复碳退火等。 (4)实现机械化与自动化，提高劳动生产率，改善劳动 条件。 总之，可控气氛热处理炉目前已成为一种先进的加热 设备。尤其是在可控气氛的应用方面可作为衡量一个国家 9 热处理技术发展水平的重要标志。
§10—2
可控气氛加热的基本原理
在这一节里，我们通过钢在可控气氛中加
热所发生的化学反应，来了解可控气氛中各种
组分的性质与作用以及对钢在加热过程中发生
氧化还原、脱碳增碳反应的影响，进而确定可
控气氛中的控制对象。
常用的可控气氛主要由CO、H2和少量的
CO2、H2O和CH4、CnHm等气体组成。在热处
理温度条件下，气体与钢进行化学反应。
发生氧化和脱碳。
概述
我们知道，在一般空气介质电阻炉中加热钢件时,容易 要使钢件加热时不产生氧化和脱碳，可以采用两种方法
：
一种是向炉膛内送入保护气体，使钢件在保护气氛下加
热；为了使工件表面不发生氧化、脱碳、烧损现象或对工
件进行化学热处理，向炉内通以可进行控制成分的气氛，
称可控气氛。
另一种方法是把炉膛内空气抽除，使钢件在真空状态下 加热