热处理浴炉

第4章热处理浴炉材料工程学院金属材料系热处理浴炉的基本类型热处理浴炉可按加热方式分为内热式电极浴炉、内热式管状电热器浴炉和外热式坩埚浴炉三种。内热式电极浴炉电极浴炉分为插入式和埋入式两种外热式坩埚浴炉这类浴炉的主要缺点是金属坩埚寿命较短，热惰性较大，影响控温精度。内热式管状加热器浴炉这种炉子结构简单，加热器安装方便，热效率高。因管状加热器只能在较低的温度下工作，故主要用于油浴炉、硝盐炉和碱浴炉。材料工程学院金属材料系材料工程学院金属材料系插入式电极盐浴炉1坩埚；2炉膛；3炉胆；4电极；5电极柄；6汇流板；7冷却水管；8炉盖图6-245kW高温埋入式电极浴炉1-坩埚2-电圾3-炉胆4-水冷套6-清理孔7-接线座材料工程学院金属材料系材料工程学院金属材料系图6-3外热式坩埚浴炉1-炉罩2-炉盖3-坩埚4-电热元件5-炉衬材料工程学院金属材料系用管状加热器加热的低温浴炉1-料筐2-保护架3-加热器4-保温层5-排油管热处理外热式坩埚浴炉设计外热式坩埚浴炉的炉体和电热元件设计计算方法与普通电阻炉相似，但应注意如下两点：电热元件布置位置应在坩埚内液面以下，以防液面以上部位的坩埚过热而毁坏。要严防盐浴流入坩埚外安电热元件的加热室内，以防盐蒸气腐蚀电热元件。坩埚可用低碳钢或耐热钢板焊接或耐热铸铁铸造而成坩埚多制成圆形，外表和底部应平滑成流线形，无尖锐边缘和棱角。坩埚焊缝要少，采用双面焊接。坩埚壁厚应均匀一致，厚度适中，过小，使用寿命低，过大，有增大内应力而开裂的危险。焊接坩埚的壁厚一般为10-20mm；铸造坩埚为20-30mm。浴剂量的确定一般规定坩埚内浴剂的热容量应等于工件一次装炉量所需热量的10-15倍。中温盐浴炉所需的盐量也可按每小时处理工件重量的2-3倍，高温盐浴炉按1.5倍确定。材料工程学院金属材料系热处理电极浴炉设计（特点）电极浴炉的工作特点以熔盐作为发热体电磁力驱动熔盐循环流动传热的主要形式是导热盐液面的辐射、对流热损失很大热量集中在电极间的熔盐内需采用特殊的启动方法材料工程学院金属材料系熔盐电磁力驱动盐液循环热处理电极浴炉结构设计电极浴炉的炉体结构由耐火材料坩埚，炉胆，保温层，电极和炉壳等组成(见插入式电极浴炉和埋入式电极浴炉图)坩埚可以采用重质耐火砖、高铝砖(标准砖或异形砖)砌筑，也可用耐火混凝土捣制成形电极与混凝土接触面间应留有膨胀缝炉胆后壁每一电极引出处都应留有电极引出孔，其尺寸每边应较电极大～10mm，防止电极与炉胆接触，造成短路；由于电极通电时会在炉胆上感生电流，产生涡流，增加能量损失，故常将炉胆各电极引出口间的钢板切开，切缝宽应大于5mm电极和电极柄一般采用低碳钢锻造或厚钢板切割而成，形状复杂的可拼焊，但焊缝应焊透。电极柄与汇流排的连接面应刨平，并涂锡或焊接铜板，以减少接触电阻。材料工程学院金属材料系热处理电极浴炉功率确定电极浴炉功率确定电极浴炉功率与熔盐体积的关系电极浴炉所需功率可根据热平衡计算，但由于功率P与熔盐体积有密切关系。故通常用以下经验式进行计算：P＝Vp0式中，V为熔盐体积(dm3)，p0为每升熔盐所需功率(kW/dm3)电极浴炉功率与变压器额定容量的关系C＝(1.1-1.2)P影响浴炉实发功率的因素调节电压是改变浴炉实发功率最有效措施变动电极间距特别是电极端部间距来调节炉子功率增大电极的导电面积来减少电极间熔盐电阻，提高炉子实发功率当改变浴炉工作温度或用盐时，炉子的实发功率也随之变化材料工程学院金属材料系(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)插入式浴炉的电极设计（电极布置方案）电极间距对于侧置式电极，电极间距一般为50～70mm；对于对置式电极，其间距决定于炉膛尺寸。电极至坩埚底部距离为保证盐浴循环流动和防止氧化皮或漏失工件积沉引起短路，电极下端与坩埚底之间应保持距离，一般为80-100mm。电极插入熔盐深度电极插入熔盐深度通常不超过1.5m。对于深井式浴炉，电极应分层布置两组或三组，以保证炉温上下均匀。电极导电面的电流密度电极导电表面上的电流密度随盐浴温度而异，一般在5-40A/cm2范围内，如表6-7所示。电极截面电流密度为保证电极寿命，电极截面电流密度一般取50-80A/cm2，可根据此数据求得电极的截面尺寸。电极柄截面尺寸为减少电极柄的电消耗，其截面一般应大于电极截面的1.25倍。材料工程学院金属材料系埋入式电极浴炉的电极设计侧埋式与顶埋式电极的结构原理埋入式电极结构和布置材料工程学院金属材料系埋入式电极结构和布置单相直条形电极其优点是电极结构简单，导电表面上的电流密度接近一致，炉温均匀，电极烧损均匀且较缓慢，功率稳定。仅适用于25kW以下的小型浴炉。单相马蹄形或角形电极由于电极各处间距不等，电流密度分布不均匀，集中在间距最短处，致使该处温度较高，电极端部烧毁较快，还会降低炉温均匀性和功率稳定性。三相三极块状电极一种是直条块状电极，布置于坩埚三侧，其结构较简单，但三相负荷不平衡，且电极间距较大；另一种是角块状电极，可缩短电极间距，并且较易做到三相电极等间距，达到功率平衡，但电极较复杂。三相多层电极双层电极结构，有单相四极、三相四极和三相六极等形式。可提高深井式浴炉(1.2m)上下温度均匀性，但当工件伸入电极区时容易通过电流而过热。垂置式电极垂直安置在侧壁上，其结构性能与插入式电极有某些相似之处，如电极间距较小，磁流循环作用较强，电极区宽度较大等。为防止装入工件时碰到电极，通常在电极区的上方炉口处砌筑—段耐火砖，防护挡盖。材料工程学院金属材料系单相三相三相六极三相四极垂置式热处理电极浴炉电极参数确定理论计算法电极的各参数常随炉子形状、大小、电极布置方式、熔盐种类和炉温等条件而异，难以精确计算。一般对计算的结果，要加一系数修正，系数由实验求得，随炉型等条件而异。模拟试验法用室温盐水模拟高温熔盐；用铜片模拟电极直接仿效法直接模仿或参考性能良好的现有炉子进行设计经验数据设计法根据过去设计和生产积累的经验数据进行设计材料工程学院金属材料系热处理电极浴炉电极参数确定电极间距单相直条状电极间距等于炉膛宽度，一般应小于250~300mm。马蹄形和角形电极端部间距一般为65~120mm。三相角形块状电极端部间距为65~130mm。电极至坩埚底的距离一般为50~80mm，常比插入式浴炉略小—些，以降低坩埚高度。电极导电面尺寸及其电流密度电极导电面积可依允许的电流密度确定。其值一般为4~7A/cm2。埋入式电极的寿命应尽可能使其与坩埚寿命相同。电极有效长度常依电极形状及坩埚尺寸选定。其厚度则可由长度和导电面积计算，对一般单相条状电极常为80~100mm，对单相马蹄形和角状电极为110~130mm，三相块状电极为110~200mm。电极截面尺寸及厚度电极截面尺寸也常依其允许电流密度确定，并考虑到工作性能要求和加工方便。埋入式电极柄的截面电流密度一般也取50~80A/cm2。此数值与插入式相同。埋入式电极与熔盐接触部位，在使用过程中较易被侵蚀变薄，故实际中常采取较计算为大的截面厚度，以延长电极使用寿命。常用数值为60~80mm，高温炉取上限。电极电压电压为5.5~17.4V。埋入式浴炉电极间距常较大，因此常需提高电压。电极冷却装置浴炉电极或电极柄常设冷却装置来降低温度，其主要作用是降低电极柄和汇流排接头的接触电阻，防止接头发热和氧化；对侧埋式电极浴炉还可使沿电极表面流出的盐液迅速凝固、防止盐液泄漏。常用的电极冷却方法有两种，一种是在电极柄部设一冷却水套，其长度约100~120mm，内腔厚度约25~30mm。另一种是在电极柄端部钻一深孔作冷却水通道。材料工程学院金属材料系热处理浴炉的节能方法在盐液面覆盖石墨粉、木炭和其它隔热物质，以减少辐射热损失；炉口加盖隔热，可有效降低热损失；采用埋入式电极浴炉代替插入式，可避免电极区中电极和液面辐射及对流热损失。采用各种快速启动法，缩短启动过程时间，提高炉子利用率，可有效节能。采用不脱碳无氧化盐或无渣脱氧剂，都可有效缩短辅助操作时间，减少热损失。炉子间歇操作、装料量不当或停炉期间保温不合理也会带来热损失。科学的组织管理，改进操作方法即可有效节能。材料工程学院金属材料系随堂测试题燃烧的三个阶段。简答扩散燃烧和动力燃烧的区别。为什么气体燃料的空气过剩系数很小？怎样充分提高热处理燃料炉的热量利用率？材料工程学院金属材料系