热处理设备复习资料

绪论热处理设备，根据其在热处理生产过程中所完成的任务不同，通常分为加热设备、冷却设备、辅助设备和温度控制设备。

周期作业加热设备主要炉型有箱式电阻炉、井式电阻炉、周期式控制气氛炉、盐浴炉、感应加热装置等。

连续作业炉有推杆炉、输送带炉、滚动底式炉等。

热处理冷却设备主要包括各种淬火设备、缓冷设备和冷处理设备。

热处理车间常用的辅助设备由喷砂或喷丸机、机械滚筒、抛丸机、清洗机，各种酸洗槽、手动及机动校正机、起重运输设备等。

第一章传热理论热处理炉的主要任务是加热金属工件，完成热处理工艺过程、使工件能达到使用的技术要求，保证生产率，并且在热处理过程中具有低的散热损失、加热速度快、降低生产成本的能力。

热量传递有三种基本形式，即传导、对流和辐射。

热量直接由物体的一部分传至另一部分，或由一个物体传向另一个与它直接接触的物体，而无需宏观的质点移动的传热现象，叫做传导传热。

当流体（气体和液体）中存在温度差时，流体的各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混所引起的热量传递方式，称为对流。

具有一定温度的任意物体都会通过电磁波向外传递能量，这种能量传递的方式称之为辐射。

在传热过程中，物体或传热体系内温度在空间和时间上的分布情况称之为温度场。

如果物体各点温度不随时间变化，此时的温度场称为稳定态温度场。

热流密度（q）表示单位时间内通过单位面积所传递的热量、其单位为W/m2。

热流（Q）表示单位时间内通过一定传热面积A所传递的热量，其单位为W。

热流（q）表示单位时间内（时）通过单位面积（米²）所传递的热量，其单位为千卡/米²·时。

热量（Q ）表示单位时间内通过传热面积为 F 米²所传递的热量，其单位为千卡/时。

傅里叶定律：在导热过程中，单位时间内通过单位面积截面所传导的热量（即热流密度），与该截面法线方向上的温度梯度成正比。

其数学表达式为：q=-λ，式中λ——热导率，W/(m·K)。

热导率也叫做导热系数，它代表物体导热能力的大小。

它的物理意义为：当截面的温度梯度为一个单位时，在单位时间内通过单位面积所传递的热流量，用λ表示，单位为W/(m·K)。

热导率的大小与材料的种类、物质结构、杂质含量、密度、气孔、温度和湿度等因素有关，而与几何形状无关。

直接影响给热过程的物理参数有：导热系数（影响边界层的导热）；热容量（影响热交换量）；粘度（影响边界层的厚度,粘度大边界层加厚）；密度（密度大有利于减少边界层厚度）。

例题设有一空气循环电炉，空气温度为500℃，流速分别为5、10、20 和40米/秒，求当温度为100℃，面积为1米2的金属板每小时所得的热量q 。

解求ω20当ωt = 5米/秒时ω20 =(273+20)ωt /(273+500)当金属板为轧制表面时，其相应的ω20 为3.8、7.6和15.2米/秒。

当ωt < 5米/秒时α= 5.0 + 3.4ω20 ；当ωt > 5米/秒时α= 6.14ω20 。

把ω20 为1.9、3.8、7.6和15.2米/秒分别代入上式，则得α的相应值为11.5、17.9、46.7和93.3千卡/米²·时·℃。

传给1米²金属板的热量qq =α（t1 - t2）=α（500-100）= 400α将α值分别代入上式，则相应的q 值为4600、7160、18680和37320千卡/米²·时。

由该例可见，流速越大，传热量也越大。

牛顿公式：对流传热所传递的热流量正比于流体和固体表面间的温度差以及两者的接触面积。

其数学表达式为：Q=α(T1-T2)A，式中α——对流传热系数，表示当流体与固体表面之间的温度差为1K时，每秒钟通过1m2面积所传递的热量，W/(m2·K)。

影响对流传热的因素：对流传热系数的大小与流体流动产生的原因、流体的流动状态，流体的物理性质，流体与固体接触表面的几何形状、大小、放置位置、粗糙程度以及固体表面与流体的温度等因素有关。

强化热处理炉内对流传热的措施：1）适当提高热处理加热温度，加大传热温度，可以增加对流传热量，缩短加热时间。

但是由于受热处理工艺限制，温度不能提高太大，否则容易造成废品；2）提高流体的流动速度，使其处于强制流动状态，增大对流传热系数，从而增大其换热量。

辐射传热与传导和对流传热有本质的不同。

传导和对流传热必须通过中间介质才能进行。

而辐射传热不需要任何中间介质，而且在热量交换的同时，还伴随着能量形式的转化。

例题 设粘土砖炉墙内表面温度为1200 ℃，炉墙厚度为345毫米，粘土砖的导热系数为1，车间温度为20 ℃，求通过炉墙的散热量和炉墙外表面温度。

解 已知t 1 = 1200 ℃，t 2 = 20 ℃，s = 0.345米，λ=1千卡/米·时·℃, 代入公式时米千卡·/06.0221+-=λs t t q 得： q = 06.01345.0201200+- 2913.6千卡/米²·时 设炉墙外表面温度为t ′2 ，因为： q =06.0'22t t -t ′2 = t 2 + q ×0.06 = 20 + 2913.6×0.06≈195℃由于炉墙外表面温度太高，既增加热损失又增加车间温度，为了降低炉墙外表面温度，应在粘土砖外表面增加一层保温层。

第二章 气体力学液体和气体统称为流体。

单一气体的平衡方程式的一般式：P 2 + H 1γ = P 3 + H 2γ 应用条件是气体处于静止状态且重度不随高度而变。

当气流中每一坐标上的各物理量（如速度W 、压力P 、重度γ和温度 t 等）都不随时间（τ）而变化，这种状态就称为“稳定流动”。

连续性方程式和伯奴里方程式是稳定流动气体的两种基本方程式。

连续方程式可看作是气体力学中的质量守恒定律，伯奴里方程式可看作是气体力学中的能量守恒定律。

连续性方程可写成W 1 /W 2 = F 1 /F 2 （适用于不可压缩气体在管内稳定流动的情况，对于液体同样适用。

）其物理意义是：不可压缩气体在管内稳定流动时，其速度与截面积成反比。

即在管道截面大处流速小，在管内截面小处流速大。

理想气体的伯奴里方程式可以这样表示：不可压缩的理想气体稳定流动时，管道任何一截面上的位能、压力能和动能的总和保持恒定，即等于常数。

应用伯奴里方程式的限制条件有：⑴气体属于稳定流动；⑵流体不可压缩，重度（γ）为常数（定值），在流动过程中不做膨胀功；⑶流体是没有粘性，没有摩擦力（内力）作功；⑷所考察的一段流动路程上，没有外力（泵、风机、局部阻力等）作功；⑸不发生其它物理、化学反应（如加热、冷却、燃烧等）。

气体在流动过程中，会由于摩擦和冲击等作用产生热量和声音等，造成能量损失，这种损失是不可逆的，称为阻力损失。

阻力损失分两类：①摩擦阻力损失它主要是由于气体在流动时在气体内部,以及气体与管壁之间有摩擦阻力而造成的。

②局部阻力损失它是由于气流运动方向或气流速度突然发生变化而在局部地区造成的能量损失。

局部阻力损失产生的两种形式：突然扩张的阻力损失；管道拐弯的局部损失。

减少阻力损失的措施有：⑴选取适当的流速；⑵尽可能缩短管道长度；⑶采用较光滑的管壁；⑷使管道形状适合气体流动以减少局部阻力损失。

位压头是指处在同一高度单位体积炉气与单位体积空气之间的位能差，也称为“相对位能”，用符号h位表示。

静压头指单位体积热气体与外界空气之间的压力差，也称为“相对压力能”。

动压头是单位体积热气与空气之间的动能之差，亦即“相对动能”。

通常采用的排烟方法有两种：⑴机械排烟；⑵用烟囱、排烟罩或自然排放等方法自然排烟。

烟囱排烟的优点：不消耗动力，不需经常维修，工作可靠，能将有害废气送到高空，减轻对工作环境的污染。

鼓风设备及其作用鼓风设备：指热处理炉生产过程中，用来克服气体流动过程中的阻力，把气体输送至指定地点的设备。

作用：将燃烧用的空气送至炉子上并使之具有一定动能；将炉内的废气抽出，送入车间外大气中。

在热处理炉应用最广泛的是离心式通风机，它由叶轮和机壳组成。

第三章筑炉材料耐火材料、隔热材料、炉外和炉内用的金属材料、炉子的地基材料等，这些材料统称为筑炉材料。

耐火材料是指能够抵抗高温并承受在高温下产生的物理与化学作用的材料。

耐火材料的物理性能主要包括体积密度、吸水率、气孔率、比重、透气性、耐压强度、热膨胀性、导电性、导热性及热容量等。

耐火材料的技术性能指标包括耐火度、高温结构强度、高温化学稳定性、热震稳定性、高温体积稳定性等。

耐火度是耐火材料抵抗高温作用而不熔化的性能，指的是耐火材料受热后软化到一定程度时的温度。

高温化学稳定性是指耐火材料在高温下抵抗熔渣、熔盐、金属氧化物和炉内气氛等的侵蚀作用的能力。

高温结构强度（荷重软化点）是指在一定压力下，耐火材料开始变形及变形到一定程度时的温度。

热震稳定性是指耐火制品对急冷急热的温度反复变化时抵抗破坏和剥落的能力。

高温体积稳定性是指耐火制品在高温下长期使用而保持体积稳定不变的性能。

热处理炉常用的耐火材料有耐火粘土砖、高铝砖、抗渗碳砖、碳化硅耐火制品、轻质耐火砖、耐火纤维、不定型耐火材料、耐火泥浆。

按制作或施工方法来分，不定形耐火材料有耐火混凝土（浇注料）、可塑料、喷涂料、捣打料、涂抹料、投射料等。

耐火混凝土是由骨料、胶结料、掺合料三部分组成，有时还要加入促凝剂。

耐火可塑料是以耐火骨料、细粉料为主，另外加入适量的生粘土和化学结合剂，经过充分搅拌后形成硬泥膏状，在规定时间内具有较好的可塑性。

选用耐火纤维做炉衬材料时应注意如下事项：1）耐火纤维的高温结晶化；2）耐火纤维的收缩；3）耐火纤维一般不宜用做以氢气为保护气氛的热处理炉内衬；4）耐火纤维的强度较低，不能用于受震荡和磨损的地方；5）用耐火纤维做炉墙时，其具体的施工方法有：层铺法、叠铺法、贴衬法和预制块衬砌筑法等。

常用的保温材料有硅藻土、石棉、矿渣棉、膨胀珍珠岩、蛭石等。

保温材料的主要特点是体积密度小、导热系数小、比热小等。

常把导热系数小于0.2千卡/米·时·℃的材料称为保温材料（或绝热材料）。

热处理炉常用的耐热金属材料有耐热钢、耐热铸钢、低合金高强度钢、优质碳素钢、合金结构钢和耐热铸铁。

耐热钢是指在高于450℃条件下工作，并具有足够的强度、抗氧化、耐腐蚀性能良好和长期的组织稳定性的钢种。

第四章电阻加热炉热处理炉按热源可分为电阻炉、燃料炉、煤气炉、油炉和煤炉等。

电阻加热炉是将电流通入金属或非金属电热元件，使其发出热量，借辐射与对流作用将热量传给被加热的工件，从而使工件加热到规定的温度。

电阻加热炉的特点：结构简单，操作方便，工作温度广泛、容易准确控制温度，炉膛温度分布较均匀，便于使用控制气氛，容易实现机械化和自动化操作。