工业炉及热工仪表复习重点

第二章材料加热炉内气氛选用及设计基础

1. 材料加热炉内气氛：

答：①空气或燃气介质：O2、CO2或水蒸气，使大多数金属材料氧化烧损。

②保护气氛：N2、惰性气体、H2­、无氧加热

③可控气氛：如钢铁化学热处理，H2、CO、H2O、CO2、N2

④活性反应气氛：如渗碳、氮化热处理气氛

⑤真空气氛

2.渗碳处理工艺有哪些？

答：1）按制备装备分：

如渗碳气氛，工业制备手段有三种：

①发生器制备的渗碳气氛

②滴注式炉内直接制备渗碳气氛

③离子渗碳气氛

2）按组元多少分：单质气氛，多组元气氛

3..渗碳盒子的制作方法是什么？

答：氧探头工作原理：氧探头又称氧化锆浓差电池，它的工作原理是：以高温氧化锆作固体电介质，在高温下若电介质两侧氧浓度不同时，便形成氧浓差电池。浓差电池产生的电势与两侧氧浓度有关，如一侧氧浓度固定，即可通过测量浓差电势来测量另一侧的氧含量。

4.设计加热炉时，PO2成为无氧化加热保护气氛的选用依据！

答：气氛的氧势：指气氛中氧的化学位，一般用气氛中O2的分压表示，即PO2′PO2 与PO2′存在三种关系：

5.真空加热技术特点？

答：1）防止氧化作用（除锈作用）：绝大多数金属在（13.3~1.33）x10-3Pa范围内加热，都可获得光亮表面，其表面光亮度可达处理前的60~80%以上。

2）真空脱气作用：采用真空熔炼难熔金属、活泼金属，达到充分除去H2、N2、O2的目的。

3）脱脂作用：附着在物件上的油脂蒸汽压较高，在真空中加热时可被真空泵抽走。

4）真空下元素的蒸发：真空状态下，工件表面层中某些元素的蒸发，有时很严重。解决措施：

①适当选择真空度，不是越高越好

②采用预抽真空炉，即先抽至较高真空度，再充入高纯Ar或N2

第二章加热炉内炉气的运动状态

作业1

第三章加热炉内传热过程分析与计算基础

Ⅰ计算一

粘土砖：λm1=0.84+0.58*10^-3t

红砖：λm2=0.47+0.51*10^-3t

由题知：t1=1200℃t3=100℃S1=0.23m S2=0.23m 则设：t2=800℃且t1>t2>t3 则有λm1=0.84+0.58*10^-3*（1200+800）/2=1.42w/（m·℃）

λm2=0.47+0.51*10*^-3*(100+800)/2=0.7/（m·℃）

第四章材料加热炉炉用材料及选用

1.耐火材料：凡是能够抵抗高温，并能承受高温物理和化学负荷，耐火度大于1580℃的材料，称为耐火材料。

2.耐火度：耐火度是耐火材料抵抗高温作用的性能，表示材料受热后软化到一定程度时的温度。不是耐火材料的熔点；

不代表耐火材料最高使用温度和实际使用温度；

耐火材料的使用温度要比耐火度低得多

3.耐急冷急热性：具有抵抗热应力破坏的能力，表示材料抵抗温度急剧变化而不被破坏的性能。

4.耐火材料的性能：（课件）耐火材料的性能可以分为物理性能和工作性能。

物理性能：体积密度，真比重，气孔率，吸水率，

透气性，耐压强度，热膨胀性热性，

导电性，热容量等。

工作性能：耐火度，高温结构强度，化学稳定性，

体积稳定性，耐急冷急热性等。

(课本) 1）耐火度2）高温结构强度3)耐急冷急热性（耐热震性）4)高温体积稳定性5)高温化学稳定性6)致密性7)导电性8)导热系数、热膨胀系数、耐压强度等。

5.耐火材料的技术要求:

6.电阻温度系数的含义：电阻随温度变化而增大或减小的数值。其值越低，则电热体温度变化时其功率波动越小，对炉温影响越小，若电阻温度系数较大，则应配备调压器，以保证炉子功率稳定。

7.电热材料种类及特点

答：种类：（1）电热合金（铬镍合金，铬镍铁合金，铁铬铝合金），因含贵重镍，成本高，正逐渐被铁铬铝合金取代

（2）高熔点金属（钼，钨，担，铂），必须在保护气氛（如H2、氨分解气、惰性气体）或真空下使用

（3）非金属材料（碳化硅，二硅化钼，石墨，陶瓷半导体）在高温加热炉中广泛应用

性能指标：①最高使用温度

指在干燥空气或加热气氛中材料表面可以承受的最高温度。一般应比炉膛最高使用温度高出100℃左右。

同时应具有优良的耐热性，足够的高温强度，不发生明显蠕变、弯曲变形，不断裂、不塌陷，抗气氛腐蚀，并与耐火材料不发生物理熔渗，不发生化学反应。

②电阻率及电阻温度系数

电阻温度系数指电阻随温度变化而增大或减小的数值。其值越低，则电热体温度变化时其功率波动越小，对炉温影响越小，若电阻温度系数较大，则应配备调压器，以保证炉子功率稳定。

③热膨胀系数

材料在加热时会发生膨胀，使尺寸变化，故安装电热元件时应留有充分膨胀余地。

④表面负荷

指电热材料在通电加热时单位表面所分担的功率，也称单位表面功率。是影响电热元件寿命的重要因素。

当电热材料和尺寸确定时，可用通过电流I间接表示表面负荷。设计电热元件时，实际表面负荷一定要小于表面允许负荷，否则电热元件会因温度过高而烧熔。

⑤高温强度

基本要求是能在高温下支撑自身重量，具有一定的尺寸和结构稳定性。

⑥抗环境腐蚀性能

根据工作介质特点来选择电热材料。

⑦加工性能

良好加工性能是电热元件加工、安装、维修所需。

⑧其它

成本低，来源充足，符合国家资源情况。

第六章材料加热炉炉用燃料

1.燃料的发热量指的是什么？燃料的高发热量，燃料的低发热量。

答：发热量指燃烧单位质量或单位体积完全燃烧所放出的热量。高发热量，将燃烧生成的气体产物人为冷却，使其中水汽凝结为0℃水，则放出汽化潜热，此时发热量较高。即Q燃烧+Q水冷至0℃

低发热量，当燃烧产物中水汽仅冷却到20℃水时，燃料发热量较低，即Q燃烧+Q水冷至20℃

高发热量仅作为实验室鉴定燃料质量的指标，工程上常用燃料低发热量。

2.煤的工业分析成分包括哪些？

答：①挥发分：煤在隔绝空气条件下加热到一定温度和时间（850℃±20℃，7min）分解逸出的可燃性气体。主要成分为H2、CO、CH4、C2H4、CmHn等。从挥发分中可冷凝出煤焦油，主要成分为CmHn等。

②固定碳：煤分解出挥发后剩留的固体可燃物质，并非纯C，还有少量H、O、N、S。

③水分

④灰分

3.燃烧过程包括几个基本阶段?燃烧条件又是什么？

答：基本阶段：1）燃烧与O2混合阶段，实现两者的相互接触。

2）可燃混合物达到着火温度的加热阶段（或称着火阶段）。工业上，开始都采用点火方法是可燃混合物着火，在正常燃烧情况下，则依靠燃烧生成的高温火焰及炽热表面的传热作用，将可燃混合物连续自动加热到着火温度。

3）燃料中可燃成分与O2进行燃烧反应阶段。

燃烧条件：除燃料必须与O2接触外，实现稳定燃烧，还应具备以下条件：

1）可燃混合物达到着火温度，即达到正常燃烧说必须的最低温度。

2）可燃混合物中燃料浓度必须介于着火浓度范围之内，例如，H2的着火浓度范围为4~80%，若H2的实际浓度小于4%或大于80%，则出现燃料不足或空气不足，即使局部点燃，但生成的热量太少，不能将临近的可燃混合物加热到着火温度，故点燃后会立即熄灭，不能持续燃烧。

4.工业用煤气在发生炉内的生成原理。

答：工业炉广泛应用的煤气，是借助气化剂是固体燃料（主要是烟煤）在发生炉内气化而产生的人造煤气。生成原理：（原料自上而下分为五层）

1、干燥层：煤块自炉顶加入，均布与干燥层，煤块中水分蒸发；

2、干馏层：而后下移至温度较高的干馏层，煤块分解出挥发分，剩留固定C和灰分；

3、还原层：CO2与上一层的炽热C起还原吸热反应CO2+C=2CO，还原生成的CO就是煤气的主要可燃成分。

4、氧化（燃烧）层：自炉底通入的气化剂空气，闯过灰渣层，然后炽热的碳起燃烧反应C+O2=CO2

5、灰渣层