加热设备及车间设计复习总结

加热设备及车间设计复习总结

第一章热处理设备常用材料及基础构件

热处理设备常用的材料有砌筑炉墙用的耐火材料、保温材料，炉内金属构件所需的耐热金属材料，电热原件所需的电热材料，炉壳所需的金属材料。

耐火材料——凡是能够抵抗高温、并能承受高温物理和化学作用的材料。

耐火材料的主要性能：

耐火度：是耐火材料抵抗高温作用的性能，指耐火材料受热后软化到一定程度时的温度。

（反映的是一种高温抗软化性能，耐火度不是材料的熔点。）

普通耐火材料1580-1770℃

高级耐火材料1770-2000℃

特级耐火材料≥2000℃

荷重软化温度：是指耐火材料试样在0.2 MPa压力下，以一定的升温速度加热至开始软化变形0.6%的温度，此外也标注4%和40%的软化点。荷重软化点反应材料的高温结构强度。

热稳定性: 是指耐火制品抵抗耐急冷急热而不破坏的能力

标准测定方法：加热850 ℃，保温40 min，然后在流动的冷水中冷却3 min，重新加热冷却，直至试样破坏。

高温化学稳定性：是指在高温下抵抗炉气、熔盐、金属氧化物等侵蚀的能力。

重烧线变化（体积稳定性）：耐火制品加热至高温，制品尺寸（长度）发生的不可逆变化，以%表示，正值表示膨胀，称重烧线膨胀；负值表示收缩，称重烧线收缩。

它是将耐火制品加热到规定温度，保温一定时间，冷却至室温后其长度所产生的残余膨胀或收缩。

常用的耐火制品（定型）：

1 ）粘土质耐火砖：是以耐火粘土作原料。

特点：热稳定性好（10-15次），耐火度1580-1770℃，中性、偏弱酸，荷重软化温度不高，使用温度不超过1350 ℃。

使用范围：各种加热炉、热处理炉和干燥炉的炉体，不宜做电热元件的搁砖，不宜做高碳气氛炉的内衬。

2 ）高铝砖：是有高铝矾土、硅线石、天然或人造刚玉、工业氧化铝等经配料、混合、成形等工序最后经高温焙烧而成。

特点：耐火度、荷重软化温度都高于粘土砖，使用温度可达1400-1650℃（高于粘土砖），中性，抗渣性和热震稳定性较好。重烧收缩较大，价格较贵。

使用范围：高温炉的（1000 ℃以上）内衬，电热元件的搁砖。

4 ）石墨制品:

普通石墨制品：是用天然石墨做原料，添加耐火粘土做结合剂制成的产品

优质石墨、高强石墨、高纯石墨等可制作电热元件，使用温度可达2200-3000℃。

特点：高的耐火度和荷重软化温度；机加工性能好，强度随着温度的升高而加强，

1700 ℃时，强度超过所有氧化物和金属材料；大气中加热易氧化。

使用范围：具有保护气氛或真空系统的高温炉。

5）抗渗碳砖：用于砌筑渗碳砖，可以为粘土质也可以为高铝质，严格控制氧化铁含量（Fe 2 O 3 低于1%，H 2 和CO使Fe 2 O 3 还原产生Fe、Fe 2 C、C等产物，使体积膨胀）

用途：可控气氛炉内衬材料。

重质抗渗碳砖：炉膛内表面和负荷大、易磨损部位

轻质抗渗碳砖：隔热层

耐热金属材料

热处理设备用耐热金属材料有耐热合金钢、耐热铸铁等

耐热合金钢：高于450 ℃条件下工作，并具有足够高的强度、抗氧化、耐腐蚀性能和长期的组织稳定性。

在选择和使用电热材料时应考虑以下性能：

1）耐热性和高温强度

2）电阻系数

3）电阻温度系数

4）热膨胀系数

5）机械加工性能

电阻温度系数（1/ ℃）：表示电阻当温度改变1度时，电阻值的相对变化。

电阻温度系数小的元件，功率稳定；

电阻温度系数大的元件，以工作温度的电阻值作为功率计算依据；

电阻温度系数很大的元件，需配备调压器。

热膨胀系数（1 /℃）：电热元件受热伸长后的长度由下式确定L T =L 0 （1+ βT）

对热膨胀系数较大的电热元件，设计安装时必须留有充分的膨胀余地。

常用电热元件材料：金属电热元件、非金属电热元件、红外电热元件

金属电热元件：常用的金属电热材料有镍铬合金、铁铬铝合金，真空和保护气氛中也使用钼、钨、钽。

非金属电热元件：常用的非金属电热材料有碳化硅（硅碳棒）、硅钼棒，石墨等。

第二章热处理炉的传热原理

传热的基本方式: 传导、对流、辐射

传导传热：热量由物体的一部分传至另一部分，或由一物体传至与其相接触的另一物体的传热现象。固、液、气态中都能发生，要求物体相互接触，无能量形式的变化。

对流传热：流体中不同部分的相对位移时不同部分的质点相互混合，或者在运动质点与一相接处的固体表面之间所进行的热交换，只能在流体宏观运动时才能发生，无能量形式的变化。辐射传热：受热物体将热能部分转化成辐射能，以电磁波的形式向外放射，当投射到另一物体时部分被吸收转化成热能，无需中间介质，既有热量的交换，也有能量形式的转化，不论温度高低任何物质都向四周放射辐射能。

热流：单位时间内由高温物体传给低温物体的热量叫热流或热流量Q。

热流密度：单位时间内通过单位传热面积的热流，称为热流密度，用q表示。

传导传热的基本方程式：

热导率：反应了物体导热能力的大小。其数值为导热物体中相距1 1 m 处的温差为1℃时，单位面积上单位时间内传递的热量

单层炉墙的稳定态导热计算：

单层圆筒炉墙的稳定导热

式中字母的含义：

简单描述应用:

自然对流：由于流体内存在温度（浓度）差，造成流体各部分密度不同而引起的流动称为自然流动（自然对流换热）。

强制对流：流体受外力(如风机、搅拌机等)作用而发生的流动称为强制流动（强制对流换热）。层流和紊流可用一个无量纲数，即雷诺准数(Re)来判别

当流体在光滑圆管中流动时：(1)雷诺数小于2100为层流

(2)雷诺数大于2300为紊流

(3)雷诺数在2100--2300之间时，可能为层流，也可能为紊流。

透热体：到达物体表面的热辐射的能量全部透过物体，此物体称为透热体。

白体：到达该物体表面的热辐射能量全部被反射。当这种反射是规则的，此物体称为镜体；如果是乱反射，则称为白体。

绝对黑体：达该物体表面的热辐射的能量完全被吸收，此物体称为绝对黑体,简称黑体。

所有投射到物体上的辐射能，不论其波长大小，全部被吸收，这类物体就叫做绝对黑体。理想灰体：若某物体在任何温度下的辐射能力，都等于同温度下绝对黑体辐射能力乘以同一系数，这种物体叫做理想灰体。