热处理设备(2)

1热处理原理、工艺及设备Principles,TechnologyandEquipmentsforHeatTreatment第三部分热处理设备（2）EquipmentsforHeatTreatment2§12.1热处理电阻炉－概述电阻加热炉：将电流通入金属或非金属电热元件，使其发出热量，借辐射与对流作用将热量传给被加热的工件，从而使工件加热到规定温度的炉子。优点：结构简单，操作方便，工作温度范围广泛，容易准确控制温度，炉膛温度分布较均匀，便于使用控制气氛，容易实现机械化和自动化操作。3§12.1热处理电阻炉－概述电阻加热炉4§12.1热处理电阻炉－概述电阻加热炉的分类按工作温度分类低温炉：≤650℃中温炉：650~1000℃高温炉：1000℃按炉膛介质分类自然介质炉浴炉可控气氛炉真空炉5§12.1热处理电阻炉－概述按炉膛形状分类箱式炉井式炉罩式炉直通式炉按专门化程度分类通用炉专用炉日本的移动罩式热处理炉6§12.1热处理电阻炉－概述按工艺用途分类分类退火炉正火炉淬火炉回火炉渗碳炉氮化炉按作业规程分类周期式炉连续式炉半连续式炉井式真空回火炉7§12.1热处理电阻炉－概述一、周期作业式电阻加热炉工作特点周期地分批处理工件，在加热过程中不进行装料和出料操作，生产能力较低。适用性适用于小规模生产的热处理车间。主要炉型箱式炉、井式炉、台车式炉、罩式炉8§12.1热处理电阻炉－概述(一)箱式电阻炉1、适用性箱式电阻炉在机器制造厂热处理车间得到广泛应用，适用于中小型零件的热处理，如退火、正火、淬火、回火和固体渗碳等，特别是对单件和小批量生产的车间采用的更多。2、分类低温炉：≤650℃中温炉：650~1000℃（最常用）高温炉：1000℃9§12.1热处理电阻炉－概述2、命名方式RX－－R－电阻炉；X－箱式炉；J－井式炉；T－台车式炉RQX－可通入保护气体的箱式电阻炉设计序号功率KW百分之最高工作温度（取整数）10§12.1热处理电阻炉－概述11§12.1热处理电阻炉－概述3、中温箱式电阻炉12§12.1热处理电阻炉－概述结构特点炉壳、炉衬、加热元件以及配套电气控制系统。采用全部纤维炉衬，由矿渣棉纤维、岩棉纤维、普通硅酸铝纤维做保温层，高纯硅酸铝纤维做耐火层，可节能20%以上，缩短空炉升温时间。加热元件：高电阻率铁铬铝或镍铬合金丝绕成螺旋体。缺点：冷炉升温慢，炉膛内温度不均匀，工件容易产生氧化和脱碳，操作不方便，特别是大型箱式炉，操作劳动强度大。13§12.1热处理电阻炉－概述4、高温箱式电阻炉14§12.1热处理电阻炉－概述结构特点结构与中温炉相似炉衬三层：高铝砖耐火层＋轻质粘土砖中间层＋保温填料炉墙厚、炉门深、炉底多用碳化硅或重质高铝砖制成加热元件：碳化硅1350℃（铁铬铝1200℃）缺点：工件加热过程中氧化脱碳严重，不使用保护气体或其它保护方法就无法使用，已逐渐被盐浴炉和真空炉代替。用途：高速钢或高温合金模具钢的淬火加热.15§12.1热处理电阻炉－概述5、低温箱式电阻炉多用于回火，主要靠对流换热，我国无定型产品。6、圆体箱式电阻炉近年发展起来，外表面积小，蓄热少，热损比RX系列减少20%以上。16§12.1热处理电阻炉－概述圆体箱式电阻炉17§12.1热处理电阻炉－概述(二)井式电阻炉1、适用性井式电阻炉常用来加热细长工件，因为在吊挂状态下加热可以防止工件产生弯曲，小型零件可以放在料框中再送入炉内加热，装炉与出炉采用起重设备，操作方便。2、特点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，各区单独控制温度；密封性好，散热面积小，热效率较高。18§12.1热处理电阻炉－概述19§12.1热处理电阻炉－概述3、高、中温井式电阻炉20§12.1热处理电阻炉－概述结构特点结构与箱式炉相似炉壳、炉衬、加热元件、炉盖以及起闭机构缺点：装炉量少，生产效率低。用途：常用于质量要求较高的零件。21§12.1热处理电阻炉－概述22§12.1热处理电阻炉－概述4、低温井式电阻炉结构特点结构与中温井式炉相似炉壳、炉衬、加热元件、导风筒、风扇、炉盖以及起闭机构主要靠对流散热，加装风扇，增加空气对流特点：装炉量较高，炉内温度均匀，装出料方便。用途：广泛用于零件的回火（≤650℃）。23§12.1热处理电阻炉－概述5、井式气体渗碳炉24§12.1热处理电阻炉－概述结构特点炉壳、炉衬、炉罐、加热元件、滴注器、风扇、炉盖以及起闭机构、温度控制及碳势控制装置主要靠对流散热，加装风扇，增加空气对流特点：工件在炉罐内加热，速度较慢。用途：主要常用机械零件渗碳、渗氮及碳氮共渗等化学热处理。25§12.1热处理电阻炉－概述26§12.1热处理电阻炉－概述二、连续作业式电阻加热炉工作特点炉膛是直通式的，有两个炉门，一个进料，一个出料。工作时，被加热工件从进料门进入炉膛内，沿着炉长方向移动，在移动中逐渐被加热，加热保温后从出料门出炉，因而整个作业是连续的。如果间隔一定时间才装料与出料，即为脉动作业，也可将其视为连续作业。炉膛：加热段＋保温段＋（冷却段）27§12.1热处理电阻炉－概述优缺点炉子的机械化与自动化程度较高，可以节省人力，提高产品质量；又可提高热效率，节省电力消耗；生产能力高。但设备投资费用高，且不易改变工艺。适用性适用于处理大量生产的零件。主要炉型输送带式炉、网带式炉、推杆式炉、震底式炉、转底式炉、滚筒式炉等。28§12.1热处理电阻炉－概述29§12.1热处理电阻炉－概述1、输送带式电阻炉30§12.1热处理电阻炉－概述结构特点工字钢、炉底板、输送带：耐热钢三段控温：100kW＋40kW＋40kW主动轮位于出料端，通过电机和减速器调节输送带速度从动轮设有平衡重锤，调节输送带张紧程度出料端接冷却淬火槽特点：tmax≤875℃温度过高和负荷过重时，易使输送带断裂用途：适用于大批生产的中小型工件的热处理，如标准件、轴承套圈等；也可使用保护气进行光亮或光洁热处理。31§12.1热处理电阻炉－概述RC-65-2型传送带式电阻回火炉SL65-21A型传送带式电阻加热炉32§12.1热处理电阻炉－概述炉底板及其上的工件加速前进，当速度达到一定值时，炉底板突然停止运动，工件便借惯性力克服摩擦力而继续向前移动一定距离，然后炉底板缓慢回复原位；利用压缩空气作动力，推动气缸中活塞作往复运动，从而带动炉底板作往复运动；炉底板用耐热钢铸造加工而成，整个炉底板为槽形；一般适用于950℃以内的热处理；螺栓、垫圈等形状简单、不怕碰撞的中小型零件；正火、回火处理，也可向炉内通入保护气氛进行光亮或光洁热处理。2、振底式电阻炉33§12.1热处理电阻炉－概述推杆将料盘推入炉内；复杂工件放入料盘内；三段式加热，电热体置于侧墙或炉顶；特点：炉膛长度有限，否则料盘过多易发生料盘起拱，工件脱落；料盘本身热损失大；结构复杂；适用性：适用于中小型零件的淬火、正火、回火、渗碳处理。3、推杆式电阻炉34§12.1热处理电阻炉－概述推杆式电阻炉35§12.2炉型的选择和炉体尺寸的确定一、炉型的选择工件的特点（形状、尺寸、重量）技术要求产量大小劳动条件、机械化和自动化水平节省能源炉子性能其它：建造、维修、投资等目标：优质、高效、低耗、清洁、灵活36§12.2炉型的选择和炉体尺寸的确定二、炉膛尺寸的确定炉膛尺寸根据工件的形状、尺寸、技术要求，装卸料方式、操作方法和生产率来决定，同时还应考虑造成炉膛内的热交换条件，保证炉内温度均匀性；减少热损失和便于电热元件、炉内构件更换以及炉子维修等。37§12.2炉型的选择和炉体尺寸的确定箱式炉炉膛尺寸有效尺寸B效×L效×H效砌砖内腔尺寸B×L×H38§12.2炉型的选择和炉体尺寸的确定(一)炉底面积的确定根据炉子一次装料量批量不大，工件尺寸较大且形状特殊。根据炉子一次装料量，将工件实际摆放面积作为炉底有效面积；工件之间，工件与电热体之间要有间隙；工件与炉门之间有间隙。炉膛长度L＝L1＋0.2~0.3（m）炉膛宽度B＝B1＋0.2~0.3（m）L1、B1为炉子有效长度和有效宽度（m），B1/L1＝2/3~1/239§12.2炉型的选择和炉体尺寸的确定根据炉底强度指标计算工件加热周期和装炉量不明确时，可以按炉底强度h（kg/m2·h）指标粗略计算。炉底有效面积A1＝P/h（m2）炉底实际面积A＝A1/K（m2）P－炉子生产率（kg/h），K－炉底面积利用系数，K=0.7~0.85根据炉底面积和炉底长度与炉底宽度比（约3:2），再确定长度和宽度。炉底宽度AB32炉底强度：单位面积生产率，即炉子单位时间内单位炉底面积所能加热的金属重量。40§12.2炉型的选择和炉体尺寸的确定41§12.2炉型的选择和炉体尺寸的确定(二)炉膛高度的确定炉膛高度：炉底面至炉顶拱角的距离。炉膛高度没有严格的计算方法，H/B＝0.52~0.9，一般取0.8小炉子取大值，大炉子取小值；作业周期长的炉子，如退火和渗碳炉，装料较高，炉膛应高些；作业周期短的炉子，如淬火和正火装料一般不能太高，炉膛要求低一点；一般情况下，要保证炉料上部有200~300mm的空间，有利于辐射和对流传热。42§12.2炉型的选择和炉体尺寸的确定(三)砌体及外形尺寸的确定（炉体结构设计）炉体：包括炉墙、炉底、路顶和炉门，通常由耐火材料和隔热材料砌筑。砌体：一般分为耐火层和保温层，各层厚度与炉温和功率大小有关。设计砌体应考虑的问题：教材P71:(1)~(4)43§12.2炉型的选择和炉体尺寸的确定1、炉墙炉墙主要为砌砖体，外部为炉壳钢板，炉壳与保温层之间有5~10mm石棉板。中、低温炉t≤300℃，钢板＋保温材料＋钢板300℃t≤700℃，轻质粘土砖＋蛭石粉或硅藻土砖保温材料＋钢板700℃t≤1000℃，耐火层＋保温层高温炉：1000℃t≤1300℃，三层炉衬内层：重质粘土砖或高铝砖（耐火层）中层：过渡层（轻质粘土砖）外层：保温层44§12.2炉型的选择和炉体尺寸的确定炉墙厚度适当，以保证必要的强度和保温能力，减少蓄热和散热损失，其具体尺寸通过计算确定。炉墙通常采用标准砖砌筑L×B×H＝230×113×65mm砖缝2mm膨胀缝5~10mm/m45§12.2炉型的选择和炉体尺寸的确定2、炉顶分类拱顶：B≤3.5~4.0m（热处理炉大多为拱顶）拱角可用60°、90°、180°三种，60°为标准拱角，使用最多；拱角α越大时，拱角砖承受的侧压力越小；拱顶重量大小直接影响到拱顶侧压力的大小，故拱顶尽量采用轻质砖；拱顶厚度根据宽度B来确定，如B＝3m时，厚度为230mm悬挂顶：B4.0m(拱顶结构侧压力过大时采用)平顶：B≤0.4~0.6m46§12.2炉型的选择和炉体尺寸的确定3、炉底结构：从下到上依次为钢板、硅藻土和蛭石粉、硅藻土或轻质砖、耐火砖特点：要求较高的耐压强度，砌层厚度也常比炉墙厚。4、炉门炉门口：大小主要由工件尺寸决定，应保证工件进出炉操作方便，但稍小于炉膛尺寸；因炉门口常受到冲击、碰撞和摩擦，故炉门口常采用重质砖砌筑。47§12.2炉型的选择和炉体尺寸的确定炉门关闭严密，保温性能好；重量轻，启动灵活；强度好，经常开关不易损坏；炉门比炉门口稍大，边缘重叠95~130mm；炉门上有窥视孔炉门框常用铸造或钢板焊接制造48§12.2炉型的选择和炉体尺寸的确定5、炉架与炉壳承受各种作用力，增加强度和密闭性；炉架用钢和槽钢焊接而成；炉壳常用3~5mm钢板焊接而成。49§12.3电阻加热炉功率的确定一、确定功率的考虑因素炉子生产率升温时间炉膛尺寸炉子结构工件的工艺规程操作方法50§12.3电阻加热炉功率的确定二、经验法确定功率特点：简便、快捷、局限性1、经验公式法最常用的经验公式是按炉膛容积确定功率51首先计算出炉膛