第五章 热处理浴炉及流动粒子炉

第五章热处理浴炉及流态粒子炉
5.1 热处理浴炉的特性及分类
5.2 电极盐浴炉的设计概要
5.3 流态粒子炉
5.1 热处理浴炉的特性及分类
浴炉是一种利用熔融液体作为介质进行加
热的热处理炉。

Ø综合传热系数大，工件加热速度快；
Ø工件加热均匀，变形小；
Ø浴炉的热容大，温度波动小，易实现恒温加热；Ø盐液保持中性，易实现无氧化无脱碳加热；
Ø热损失大、启动较难、劳动条件差、消耗盐碱量大、不易实现连续化生产。

按浴液分类：
Ø盐浴炉低温盐浴炉用于550℃以下的等
温淬火、分级淬火、和回火；中高温盐浴
炉用于600～1300℃范围内工模具零件加热和液态化学热处理
Ø熔融金属浴炉（铅浴炉）传热速度快但毒性大；
Ø油浴炉使用温度低于230℃的低温回火
和分级淬火；
按加热方式分类：
Ø电加热浴炉外部电加热浴炉
内部电极加热浴炉
内部管状加热元件加热浴炉Ø燃料加热浴炉
外热式浴炉：利用电热元件在浴槽外进行加热
的浴炉
Ø电热元件与加热介质不接触，介质成分容易保持稳定
Ø金属浴槽寿命较短；热惰性较大，浴液内温度梯度大；启动时，浴槽的侧壁和底部易过热，产生喷盐。

外热式中温浴炉
1.接线柱
2.炉罩
3.炉盖
4.浴槽
5.电热元件
6.炉衬
7.清理孔
燃料加热外热式中温浴炉
1.点火机
2.炉衬
3.燃烧器
4.清理孔
5.烟道
6.炉壳
外热式低温浴炉
1.硝盐液
2.搅拌器
3.挡板
4.隔离板
5.电热元件
内热电极盐浴炉：将电极布置在熔盐内，直接通
电，以熔盐为发热体产生热量
Ø热量主要发生在熔盐内部
Ø交流电通过两电极间熔盐时产生较强的电磁
力，驱使熔盐在电极附近循环流动
Ø升温快，可采用非金属浴槽
Ø熔盐内的温度场与电极的布置有很大关系，
电极间的熔盐易过热而分解
内热式电极盐浴炉
插入式侧埋式顶埋式
插入式电极盐浴炉
1.钢板槽 2.炉膛 3.浴槽 4.炉盖 5.电极 6.电极柄 7.汇流板 8.冷却水管
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埋入式电极盐浴炉
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内部管状加热元件加热浴炉：将管状加热元件直
接插入浴液中加热
Ø 炉体结构简单紧凑，热效率高，炉温均匀度 好，炉温便于控制； Ø 管状加热元件使用温度受金属管材料耐热及 耐蚀性的限制
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采用管状加热元件加热的硝盐炉
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5.2 电极盐浴炉设计概要
电极盐浴炉的设计原理及步骤与一般加热炉相同，但由于其 结构特点及传热方式的特殊性，其设计方法尚不完善。

大多数采用近似方法或经验公式
Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø
炉型选择及炉体结构设计； 浴槽尺寸确定； 盐浴炉功率确定； 电极材料、尺寸及布置方法； 启动电阻的计算； 变压器的选择； 抽风机及自动化装置设计等。

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5.2.1 炉型选择及炉体结构设计
浴槽一般用耐火砖砌筑或耐火混凝土浇铸而成 炉壳用钢板焊接并用型钢加固，底部配有钢架，离开地面一 定距离，顶部需适当保温 炉衬内部设一厚度不小于6mm的钢板槽，钢板槽与炉壳间砌 保温砖，与浴槽间填以厚度大于30mm的耐火粘土捣固层 炉衬厚度如下表所示
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5.2.2 浴槽尺寸的确定
浴槽尺寸
寸确定 根据工件尺寸形状及装料量、参考标准浴炉尺
类别
方形 圆形
最小规格
浴槽尺寸 其余规格
宽×长×高= 宽和长按50递增，到600后按100递 200×200×400 增；高按100递增，到800后按200递增 直径×高= 直径按50递增，到500后按100递增； 200×300 高按100递增，到800后按200递增
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Ø 耐火材料浴槽常用重质粘土砖、高铝砖和异形耐 火砖砌筑或者耐火混凝土捣打成型，砖缝处用磷 酸盐耐火泥浆做粘接剂； Ø 金属浴槽一般采用优质碳素钢或渗铝碳素钢焊接 而成，厚度12～38mm，外部焊上加强筋。

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5.2.3 盐浴炉功率的确定
盐浴炉的功率可通过热平衡的理论计算来确定， 其热消耗主要有：加热工件和夹具的热量、炉壁 散热、电极散热、浴面辐射和对流热损失、盐熔 化和蒸发 吸收热量、变压器、汇流排的热损失 等。

实际常采用经验公式进行计算： P = VP0 其中：V为熔盐体积，P0为单位容积功率
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电极盐浴炉单位容积所需功率P0，（kW ·dm-3）
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5.2.4 电极材料、尺寸和布置
Ø电极和电极柄一般采用低碳钢制造，保证良好的导电性，电极也有采用耐热钢制造的；
Ø电极与电极柄之间的焊接必须保证足够的焊接断面，并要求焊透；
Ø电极尺寸及数目由经验数据根据功率确定：
炉子功率/kW相数电极数目电极截面变长或直径/mm 101235
151240
201245
251250
301255
501275
353345
603360
753380
1003380～99
Ø电极的布置分为近置（侧置）和远置（对置）两种；
Ø侧置式电极，间距一般为50～70mm，对置式电极，间距取决于炉膛尺寸；
Ø电极至槽底距离一般保持80～100mm；
Ø电极插入深度通常不超过1.5m，深井式浴炉，电极分层布置。

电极柄水冷套
5.2.5 启动电阻
固态盐的电阻值很大，无法在工作电压下使其导通，因此在浴炉开始工作时需使电极间的盐熔化，电极盐浴炉的启动方法很多，其中常用的是传统的启动电阻法。

将电阻置于坩埚底部，加入一定数量的盐，将启动电阻覆盖，逐渐加盐，当熔盐升高接触电极后，再将启动电阻取出。

当生产结束停炉前，再将启动电阻重新置于坩埚，备下次启动用。

注意不能靠近电极．不能过高
此外，对插入式盐浴炉还可采用碳棒接通两极直接启动。

近年来还有许多新的启动方法问世，有高电压击穿法、副电极快速启动法、加入“654”碳粉直接启动法、小熔池法、导流器法等，但都不很成熟
电阻加热器的结构形状及放置示意图
a.单层启动
b.双层启动
c.波纹体启动
d.星形启动
e.三角形启动
5.2.6 盐浴炉变压器
Ø变压器可根据炉子功率和生产条件选择，变压器额定功率应大于计算功宰的15％～20％，作为储备。

Ø常用的变压器有空气变压器、双水内冷盐浴炉变压器、油浸式带电抗器的盐浴炉变压器、磁性调压器等。

5.2.7 抽风机
由于盐炉有盐蒸气挥发，污染环境，必须进行排气、通风。

常用的排烟装置有两种，一种是在炉口上部设置排气罩；二是在炉口侧面装设排气罩。

排气量：V= 3600Av
1
V——排气量（m3/h）
A——操作口截面积（m2）
v1——操作口吸入气体流速（m/s）
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5.3 流态粒子炉
流态粒子炉是炉膛内具有流动状态粒子的
间歇式热处理炉。

工作原理
炉罐底部安放布风板，气
体通过布风板进入炉膛
，是炉罐内的固态粒子
形成流态床，工件在流
态床中加热、冷却或进
行化学热处理。

流态化过程
固定床起始流态化平稳流态化
沸腾流态化腾涌稀相
态
流态粒子炉的基本类型
直接电阻加热式流
态粒子炉：通过
设置在炉膛侧壁
上的电极炉膛的
碳粒子导电加热。

加热介质
导电体
发热体
外部电阻元件加热式流态粒子炉：炉罐外加热，粒子选用耐火材料粒子。

内部电阻元件加热式流态粒子炉
内部燃烧加热流态粒子炉：混合气作为流态化气体和热源
外部燃烧加热流态粒子炉：可燃混合气在布风板下燃烧
The End。