第四章-热处理炉概述

第四章热处理炉概述§4－1热处理电阻炉型号一、原标准编制方法（JB2249－72《电炉产品型号编制方法》）例如：RJ－90－9最高加热温度950℃额定功率90KW井式电阻炉二、新标准编制方法（ZBK60001－88电炉专业标准）□□△□□□企业代号技术级别代号改型代号主要参数类型或特征代号（表示设计特点，可不标注）系列代号系列代号有两字母：第一表示电热设备大类，第二表示各大类中的分类√主要参数包括：最高工作温度（100℃为单位）；工作区尺寸（宽×长×高或直径×深，单位：厘米）例如：RX9－60×120×50－C－NS表示：南京摄山电炉厂生产的最高加热温度950℃，工作区尺寸（宽×长×高）为60×120×50cm的第三代箱式电阻炉。√注意:目前是新旧标准交替时期，各电炉厂两种标准都有应用，应都能看懂。新旧标准的主要区别在于：a）新标准以工作区尺寸代替旧标准的功率；b）新标准加了企业代号。§4－2热处理电阻炉主要炉型一、箱式电阻炉以中温箱式电阻炉最为常用，特别适于小零件单件、小批量生产。普通箱式炉结构简单、通用性大，40年来经过多次改进。逐渐克服了体积庞大．结构笨重、密封性差、炉温均匀性差、热损失大、机械化程度低、劳动强度大．氧化脱碳严重等缺点。就箱式炉本身发展来除了在炉衬、炉体结构等方面有大的改进外，可控气氛是它的重要发展方向(这方面的内容将在可控气氛炉中涉及）。1、中温箱式电阻炉1）用途用于退火、正火、淬火、回火或固体渗碳等。2）结构主要由炉壳、炉衬、加热元件以及配套电气控制系统组成。3）炉衬a)典型结构耐火层：1.0g/cm3轻质粘土砖，目前多用0.6－0.8g/cm3（厚113mm）保温层：采用蛭石或膨胀珍珠岩。（厚120－200mm）在两层之间采用硅酸铝纤维（约30mm厚）b)新型结构：全纤维炉衬（可节能20％以上）耐火层：高纯硅酸铝纤维；保温层：矿渣棉纤维、岩棉纤维或普通硅酸铝纤维；优点：炉衬保温性能好，炉衬变薄、重量减轻，有效地减少了炉衬的散热和蓄热损失，降低了空载功率，缩短了空炉升温时间。2至10九种炉衬都有明显的节能效果，从大到小的顺序是纤维炉衬→复合炉衬→改良炉付；九种节能炉对的成本差异较大，从低到高的顺序是改良炉衬→纤维护衬→复合炉衬；复合炉衬中有两种结构，4、6、8为内贴纤维毡，5、7．9为外贴纤维毡，这两种结构的成本相同，热流接近，但蓄热量外贴的比内贴的大约多20％－30％，这将增加炉子空炉升温时间，而且砖体温度大大高于内贴的，甚至超过对应材料的改良炉衬．这显然会增大砌体的热胀冷缩程度，有损于砌体的强度与刚度，因此，从使用角度来看，内贴纤维优于外贴纤维，当然，这仅仅从节能等方面来看；分别比较同种结构的炉衬1、2、3、4、6、8和5、7、9时可以看出．选用材料越轻，热流密度和蓄热量越小，其节能效益越大。4）炉体结构改进a)炉子外形炉壳由方形截面改为圆形截面，可减小表面积10％－15％，降低炉壳表面散热。b)炉膛尺寸在电阻丝布置允许的条件下，尽量降低炉膛高度，可缩短空炉升温时间和提高工件加热速度。如原45kw箱式炉炉膛高度为500mm，现已成为400mm。c)加强炉子密封原有热处理炉的炉门、炉盖和热电偶测温及电热元件引出孔等处的密封性不够好，在这些部位容易产生漏热。据测定，一个10cm2的小孔，每小时侵入炉内的空气可高达10m3。通常，一个1cm2小孔的热损失比炉壳表面热损失大50倍左右。孔愈大愈厉害。因此，须采取措施加强密封，并注意减少炉口变型。d)采用空气保温夹层根据空气的导热系数小(在60－100℃时为0.1029-0.1134kJ／m·h·℃)，大大低于目前最好的保温材料，以及在密闭条件下有较大的热惰性这些特点，在炉子的前后墙和侧墙，采用双金属炉壳空气保温夹层夹层厚度为63mm左右。e)结构改善温度均匀性炉门增加电阻丝，减小炉门处温差；改变传统的均匀分布加热元件的方法，在靠近炉门或后墙等散热大的部位．减小电阻丝螺旋圈节距，使功率增大。炉底板将炉底搁放电热元件的槽沟全部盖住，使炉底与侧墙交接处形成“死角”。改变槽沟方向与尺寸，使炉底板两侧露出少量槽沟，在死角处造成微循环．对改善炉温均性很有效。旧炉改造时，在外壳尺寸不变的条件下，适当扩宽炉膛尺寸可使有效区扩大，保证良好的温均性。炉门面板倾斜；采用槽钢开槽加滚轮结构；对大型电炉，特别是简易保护气氛箱式炉采用手轮人工压紧。炉门和炉体上的炉门框的砖采用密度悬殊的方法来解决。如炉门用0.6的砖，炉门框用1.3或更重的砖，炉门与炉门框装配时，上、下、左、右对磨后再装滚轮，确保密封。2、高温箱式炉1）用途用于高速钢或高合金钢模具的淬火加热。2）结构与中温箱式炉相似。炉墙内侧比中温炉多一层高铝重质耐火砖，炉墙厚、炉门深，炉底多用碳化硅或重质高铝砖制成。3）电热元件RX－□－12系列用0Cr27Al7Mo2绕成螺旋状布置在炉膛两侧及底部；RX－□－13系列用SiC棒布置在炉底、炉顶或侧墙上。4）问题由于在高温箱式炉中加热工件易氧化，需装箱保护，使用受到限制，已逐步被盐浴炉和真空炉所代替。3、低温箱式电阻炉1）用途多用于回火。2）结构主要靠对流换热。为提高炉温均匀性安装风扇及导风装置，以强迫炉气循环。目前我国无定型产品。二、井式炉☆井式电阻炉外形为圆形，占地面积小，由于炉体较高，一般置于地坑中，只露出地面约600－700mm。☆适用于加热细长工件，以减少加热过程中的变形。例如，有的长达20－30米，用于处理汽轮机主轴等长杆件。☆井式电阻炉炉膛较深，上下散热条件不一样，为使炉膛温度均匀，常分区布置电热元件，各区单独供电并控制温度。☆对处理工艺时间较短，需频繁开启炉盖的热处理不利。☆常用的井式炉有低温井式电阻炉、中温井式电阻炉、高温井式电阻炉和井式气体渗碳炉等。1、中温井式炉用途：轴类等长形零件的退火、正火、淬火及预热等；与箱式炉相比，装炉量少，生产效率低，常用于质量要求较高的零件。组成：炉壳、炉衬、加热元件、炉盖及启闭机构组成。结构：a)炉盖采用液压、气动或电动启动，可用砂封、水封或油封；b)根据炉子大小及炉温均匀性要求，可在炉口区适当增加功率；c)炉村结构与箱式炉相似。d)电热元件绕成螺旋状置于搁砖上，大型井式炉也用电阻丝或电阻带绕成“之”字形，挂于炉墙上。井式炉生产线2高温井式炉RJ－□－12系列：合金钢长杆件1200℃内热处理，电热材料用0Cr27Al7Mo2；RJ－□－13系列：高合金钢长杆件1350℃内热处理，电热材料用SiC棒；3低温井式电阻炉用途：广泛用于零件的回火，高工作温度为650℃；组成：炉壳、炉衬、电热元件、导风筒、风扇以及炉盖启闭机构；其结构与中温井式炉相似，但多风扇系统。炉盖启闭机构：小型井式炉一般采用杠杆式，大型回火炉有液压、电动及气动等驱动方式。炉盖有整体式，也有对开式。风扇：一般为顶装直通式结构，强迫炉气沿料筐向下流动，再由料筐底部板孔进人料筐将热量传给工件，筐内气体受风机风心负压吸入而循环流动。4、井式渗碳炉和渗氮炉用途：机械零件渗碳、渗氮、碳氦共渗及氮碳共渗等化学热处理。组成：实际上是井式炉膛内再加一密封炉罐。由炉壳、炉衬、炉盖及提升机构、风扇、炉罐、电热元件、滴注器、温度控制及碳势控制装置组成。炉罐：渗碳炉过去多用CrMnN钢铸造，现多用耐热钢板卷筒焊接，要留有膨胀余地，炉罐与炉盖之间的密封一般有两种方式，一种为螺栓紧固，另一种为双层砂封。渗氮炉可用1Cr18Ni9Ti制造，不可用普通钢板制造。风扇：作用与低温井式炉相似，强迫炉气循环，为工件提供新鲜渗剂同时破处工件表面非活性气体层。轴的动密封较困难，常用活塞环式密封、迷宫式密封或密闭式电动机密封。炉盖上有进气管或流体滴入管、排气管、测量炉温均匀性用热电偶引入管、碳氮势传感器插入孔、取气孔、试样检查孔等，有时上述管孔可合并但应保证功能。井式气体渗碳炉结构示意图超大型井式渗碳炉设计制造的难点及对策：（1）、温度均匀性；在直径与高度之比大于1且直径大于2米的大型井式炉中，为保证炉温均匀性，炉气流动和循环系统的优化设计尤为重要。如ø4000X2000的渗碳炉上配备了三台高效、大风量循环风机各台风机所循环的炉气顺序均匀交换，三台强循环风机均采取5档调速，马弗内的温度信号经D温度碳势控制仪和PLC程序控制器发出指令，自动控制其换档调速。其次，使马弗和导风桶间流动的炉气在内外壁上呈紊流状态，以增强对流换热，优化导风板的布置使大容积的有效工作区内炉气呈等速流动。（2）、碳势均匀性为保证碳势的均匀性，除了炉气的均匀流动外，还在大平面上均布多通炉供气口，并采取时序供气控制方式进行供气。（3）、大型炉内结构件的热变形柔性联结、非刚性设计、悬吊挂安装、使炉内构件始终处于一个自由释放重力的状态。（4）、炉温及碳势的精确控制。三、台车炉用途：大型和大批量铸、锻件的退火、正火和回火处理。结构特点：1）炉子由固定的加热室和在台车上的活动炉底两大部分组成；2）与箱式炉相比增加了台车电热元件通电装置、台车与炉体间密封装置及台车行走驱动装置；3）台车炉密封性较差，加热室与活动台车接触边缘采用砂封装置密封。4）为提高炉温均匀性，在台车底扳下或炉门及后壁上装有电热元件，有条件可在加热室顶部安装风扇强制炉气循环。5）台车电热元件一般采用触头通电，尾部设有固定触头，炉体后设有弹簧动触头，以保证台车进入炉膛后触头很好接触。台车炉2、罩式炉用途：冶金行业的钢丝、钢管、铜带、铜线以及硅钢片等的退火处理。结构及特点：1）有圆形及长方形结构，2）由外罩及底座组成，罩壳由钢板及型钢焊接而成，内部为炉衬，电热元件布置在炉膛周围墙壁上。炉台上有导向立柱，便于罩壳安装；3）根据热处理工艺要求不同可通入不同气氛进行保护；4）为提高产品质量和缩短退火周期，一般罩式炉由两个加热罩、多个冷却罩和多个炉台及相应冷却、抽空系统组成；5）罩式炉装炉量大，炉温均匀性要求高，设置强制对流风扇，进行炉气循环。有文献报道，采用纤维、岩棉复合炉衬，使表面温升降低20℃。罩式炉氢气的特性，决定了氢气罩式炉的优越性１、氢气的热导率是氮气的七倍多。说明了氢气传热快，料室温度与加热室温差小，热效率高。２、氢气的动力粘度是氮气的50％。说明了氢气流动性好，渗透力强，料室气氛均匀，特别是对冷轧极度薄板，效果特别明显。３、氢气的密度是氮气的1／14。这对变频风机来说，相当有利，因为密度小，风阻小，转速快，强对流效果好，炉温均匀性就好，风机寿命也可延长。而风机又是罩式炉的心脏，其性能及稳定性，对整台罩式炉的性能有着直接的影响。４、氢气有非常高的还原性。对提高退火钢材表面光亮度有很大好处，因为它可还原钢板表面的氧化铁、氧化锰等杂质达到光亮退火目的。四、连续作业电阻炉连续作业炉：指连续地或间歇地装料，工件在炉内不断移动，完成加热、保温，有时包括冷却在内全过程的热处理炉。特点：1）生产连续进行，具有生产效率高，产品质量稳定，节约能源，生产成本低，容易实现机械化与自动化，适用于大批量生产等优点；2）一次性投资大，不易改变工艺。3）炉膛常分为加热区、保温区和冷却区，各区配备不同功率，并分区供电和控温。连续式作业炉１、传送带式炉（网带、铸链）２、推杆式炉（单、双、反、上下、U型）３、振底式炉（气动、电磁）４、辊底式炉５、步进式炉６、转底式炉７、滚筒式炉８、牵引式炉9、悬挂链炉10、其他类型的连续式炉１1、热处理炉自动机组网带炉网带炉推杆式热处理炉1－推杆机2－炉门3－炉门升降机构4－热电偶5－炉衬6电热元件7悬挂叉推杆炉工件运动原理震底炉1.工件2.炉断面3.5.辐射加热管4.炉底辊6.风扇辊底炉辊底炉步进炉步进炉转底式炉1.炉门2.气缸3.导风箱4.风扇5.辐射管6.炉衬7.转动炉底8.砂封辊底炉滚筒式炉1－装料斗2－炉衬3－加热元件4－炉罐5－淬火槽6－旋转传送器炉型特点应用范围炉型示意图传送带式（网带炉）炉料输送的连续性比推杆式好，并比震底式平稳；承载能力和适用炉温受传送带材料的限制。主要用于中小型工件的淬火、回火、碳氮共渗等推