熱處理設(shè)備培訓(xùn)教學(xué)課件(59張)

1、熱處理原理、工藝及設(shè)備PRINCIPLES, TECHNOLOGY AND EQUIPMENTS FOR HEAT TREATMENT第三部分 熱處理設(shè)備（3）Equipments for Heat Treatment13 浴爐及流動粒子爐浴爐：利用液體介質(zhì)加熱或冷卻工件的一種熱處理爐。浴爐的介質(zhì)熔鹽（使用最為普遍） BaCl2、KCl、NaCl、NaNO3、KNO3熔融金屬或合金熔堿油13.1 浴爐的特點及分類一、浴爐的優(yōu)缺點1、優(yōu)點工作溫度范圍較寬（601350），可完成多種工藝，如淬火、正火、回火、局部加熱、化學(xué)熱處理、等溫淬火等，只有隨爐冷卻的退火工藝不能進行；加熱速度快，溫度均勻，不

2、易氧化、脫碳；爐體結(jié)構(gòu)簡單，高溫下使用壽命較長；能滿足特殊工藝要求，對尺寸不大、形狀復(fù)雜、表面質(zhì)量要求高的工件，如刃具、模具、量具及一些精密零件特別適用；爐口敞開，便于吊掛，工件變形小。13.1 浴爐的特點及分類2、缺點裝料少，只適于中小零件加熱；需要較多輔助時間，如啟動、脫氧等；介質(zhì)消耗多，熱處理成本高；爐口經(jīng)常敞開，鹽浴面散熱多、降低熱效率;介質(zhì)蒸發(fā)，惡化勞動條件，污染環(huán)境；操作技術(shù)要求高，需防止帶入水分，引起飛濺或爆炸等；需配置變壓器、抽風(fēng)機等輔助設(shè)備。13.1 浴爐的特點及分類二、浴爐的分類1、按介質(zhì)分類鹽浴爐堿浴爐鉛浴爐油浴爐2、按熱源供給方式分類外熱式浴爐內(nèi)熱式浴爐13.2 外熱式

3、浴爐外熱式浴爐：將熱源放置在介質(zhì)的外部，間接將介質(zhì)熔化并加熱到工作溫度。構(gòu)成：爐體坩鍋坩鍋：耐熱鋼、低碳鋼、不銹鋼焊接或耐熱鋼、鑄鐵鑄造而成。13.2 外熱式浴爐熱源：電熱或油、煤、焦炭等。適用性：適用于淬火、正火、回火，特別是液體化學(xué)熱處理優(yōu)點不需要昂貴的變壓器啟動操作方便缺點必須使用坩鍋加熱，熱惰性大；坩鍋內(nèi)外溫差大（100150）；使用溫度不能太高，一般在900以下。13.2 外熱式浴爐13.3 內(nèi)熱式浴爐內(nèi)熱式浴爐：將熱源放置在介質(zhì)的內(nèi)部，直接將介質(zhì)熔化并加熱到工作溫度。分類（工作原理）電極式 插入式和埋入式輻射管式優(yōu)點：與外熱式浴爐相比，工作溫度范圍廣，溫度均勻，熱效率較高，啟動升溫

4、快，爐子結(jié)構(gòu)簡單，適用于多種熱處理工藝。13.3 內(nèi)熱式浴爐一、插入式電極鹽浴爐1、結(jié)構(gòu)和工作原理 電極從坩鍋上方垂直插入熔鹽，通入低電壓（617.5V）大電流（幾千安培）的交流電，由熔鹽電阻熱效應(yīng)，將熔鹽加熱到工作溫度。13.3 內(nèi)熱式浴爐功率： PUIU2/R電阻：RL/(A) A極間熔鹽導(dǎo)電面積 L極間距電極間熔鹽電流密度分布不均勻，上下產(chǎn)生溫差，產(chǎn)生對流；交流電通過電極和電極間熔鹽產(chǎn)生較強的電磁力，將驅(qū)動熔鹽在電極附近循環(huán)流動。13.3 內(nèi)熱式浴爐優(yōu)點：工作溫度范圍廣，溫度均勻，熱效率較高，啟動升溫快，爐子結(jié)構(gòu)簡單，適用于多種熱處理工藝。缺點爐口只有2/3的面積能使用，其它被電極占據(jù)，

5、效率低，耗電量大；由于電極自上方插入，與鹽面交界處易氧化，壽命短，電極損耗大；電極在一側(cè)，遠離電極側(cè)溫度低；工件易接觸電極，而產(chǎn)生過熱或過燒。13.3 內(nèi)熱式浴爐二、埋入式電極鹽浴爐1、結(jié)構(gòu)和工作原理 將電極埋入浴槽砌體，只讓電極工作面接觸熔鹽，在浴面上無電極。根據(jù)電極引入爐膛的方式不同分為側(cè)埋式和頂埋式電極鹽浴爐。浴槽耐火磚砌成或用耐火混凝土制成保溫層保溫磚或粉料13.3 內(nèi)熱式浴爐13.3 內(nèi)熱式浴爐優(yōu)點有效面積大，生產(chǎn)率提高，熱效率高，節(jié)能25 30；爐溫相對均勻（深度方向溫差10以內(nèi)，同一水平面34），介質(zhì)流動性好；電極不接觸空氣，壽命長；（中溫爐和高溫爐的電極壽命分別為半年和4045

6、天，而插入式電極壽命相應(yīng)的只有一個月和一周左右）工件接觸電極可能性小，廢品率低。13.3 內(nèi)熱式浴爐缺點砌體與電極一體，不能單獨更換電極，電極損壞時，浴槽也要相應(yīng)更換，對于高溫爐，則插入電極優(yōu)勢大；形狀復(fù)雜，不易焊接，砌體麻煩；電極間尺寸不能調(diào)節(jié)，電極形狀、尺寸、布置要求高，功率不可調(diào)。13.4 電極鹽浴爐的設(shè)計概要 電極鹽浴爐的設(shè)計與電阻爐設(shè)計相似，但大多采用近似計算或經(jīng)驗公式。設(shè)計內(nèi)容爐型選擇及浴槽尺寸的確定；爐體設(shè)計及結(jié)構(gòu)設(shè)計；爐子功率確定電極尺寸及布置方法的確定；啟動電阻的計算；變壓器的選擇；抽風(fēng)機及自動化裝置設(shè)計。13.4 電極鹽浴爐的設(shè)計概要一、浴槽尺寸的確定原則：應(yīng)盡可能使浴面面

7、積減少，以減少輻射熱損失；浴槽深度要比熔鹽的深度大一些，以免放工件后熔鹽外溢。1、類比法 根據(jù)工件尺寸形狀及裝料量，參考標(biāo)準(zhǔn)浴爐尺寸確定。13.4 電極鹽浴爐的設(shè)計概要2、經(jīng)驗計算法 根據(jù)生產(chǎn)率g（kg/h）確定熔鹽重量G（kg）低溫浴爐 G= (510) g (kg)中溫浴爐 G= (23) g (kg)高溫浴爐 G= (1.52) g (kg)13.4 電極鹽浴爐的設(shè)計概要根據(jù)熔鹽的重量G(kg)及熔鹽在工作溫度下的密度t （kg/m3），可算出在工作溫度下熔鹽的體積： Vt = G/ t 13.4 電極鹽浴爐的設(shè)計概要根據(jù)熔鹽體積Vt ，確定浴槽尺寸 VtVABH V事先估算出來的電極所

8、占體積(m3)（插入式電極 鹽浴爐需考慮） A熔鹽所占長度（m） B熔鹽所占寬度（m） H熔鹽所占深度（m）13.4 電極鹽浴爐的設(shè)計概要二、爐體結(jié)構(gòu)設(shè)計爐體結(jié)構(gòu)：耐火材料坩鍋爐膽保溫層電極爐殼（爐蓋和抽風(fēng)罩）坩鍋：采用耐火重質(zhì)磚、高鋁磚砌筑，也可用耐火混凝土搗制成形。爐膽：加固坩鍋，防止坩鍋因熱脹冷縮而開裂，也可防止鹽液外漏。保溫層：粉狀保溫料爐殼：25mm厚的鋼板13.4 電極鹽浴爐的設(shè)計概要三、功率的確定1.電極鹽浴爐的功率計算電極鹽浴爐的功率理論上可以依據(jù)熱平衡計算，熱消耗主要有以下幾項：加熱工件和夾具的熱量、爐壁散熱、電極散熱、浴面輻射和對流熱損失、鹽熔化和蒸發(fā)吸收的熱量，以及變壓器

9、、匯流排等的熱損失。但這種方法麻煩，且計算不準(zhǔn)確。13.4 電極鹽浴爐的設(shè)計概要通常采用熔鹽容積法，即在一定溫度下，利用熔鹽容積與功率的經(jīng)驗式計算：PKV （kW） P 鹽浴爐的功率 K單位容積功率（kW/m3） V 熔鹽體積（m3）13.4 電極鹽浴爐的設(shè)計概要K又稱功容比。K可由下表查得。有時為了增大爐子功率儲備，縮短升溫時間，K常采用上限數(shù)據(jù)。對埋入式電極鹽浴爐，常采用大一級別的功率。13.4 電極鹽浴爐的設(shè)計概要2. 電極鹽浴爐功率與變壓器額定容量的關(guān)系變壓器額定容量應(yīng)與鹽浴爐功率適當(dāng)匹配。一般認(rèn)為，電極鹽浴爐功率P（kW）與變壓器額定容量C（kVA）之間存在如下關(guān)系：C = （1.1

10、1.2）P13.4 電極鹽浴爐的設(shè)計概要3. 影響鹽浴爐實際功率的因素鹽浴爐實際功率可由下式計算：P = UI = U2/R = U2 / (L/A)I流經(jīng)熔鹽的電流(A）；U電極間電壓(V);R電極間熔鹽電阻()；熔鹽電阻率(m);L電極間距(mm)；A電極間熔鹽導(dǎo)電面積(mm2)13.4 電極鹽浴爐的設(shè)計概要（1）電極間熔鹽導(dǎo)電面積：指參加導(dǎo)電的熔鹽總截面積，包括電極間熔鹽的橫截面積和電極附近參與導(dǎo)電的熔鹽橫截面積，但實際常以電極對置的面積計算。由于參與導(dǎo)電的熔鹽截面面積很大，降低了總電阻，因此一般采用低電壓供電，以保護變壓器和人身安全，電壓范圍為534V。13.4 電極鹽浴爐的設(shè)計概要（

11、2）電極間距L對電極間距L較大的鹽浴爐， 可用提高電壓的方法，也可采用增大導(dǎo)電面積以減少電極間熔鹽電阻的方法來提高爐子的實際功率。對非對置的平板電極，電極間距L是可變的，可利用電極間距L的變化來調(diào)節(jié)爐子的實際功率。（3）熔鹽電阻值R電極也存在電阻，通常要求熔鹽和電極的電阻值之比應(yīng)大于20或30。13.4 電極鹽浴爐的設(shè)計概要（4）電極間電壓U從公式上可看到，鹽浴爐功率與U的平方成正比，因此調(diào)節(jié)電壓對功率影響最大，也最有效。（5）其他因素隨浴鹽種類和工作溫度的變化，熔鹽的電阻率也會變化，因而爐子的實際功率也隨之變化。13.4 電極鹽浴爐的設(shè)計概要四、電極材料尺寸確定1、材料 常用材料：純鐵、低碳

12、鋼、不銹鋼、耐熱鋼、石墨、碳化硅等。純鐵、低碳鋼：插入式電極鹽浴爐不銹鋼：硝鹽爐耐熱鋼：高溫鹽浴爐，耐高溫，壽命長。13.4 電極鹽浴爐的設(shè)計概要2、尺寸 電極尺寸可根據(jù)電極所承受的功率及其截面允許電流密度來確定。如果通過的電流為I，則：I =Ai （A） A電極截面積（cm2） i電極允許截面電流密度，可取6080A/cm2另外，I=1000P/U （A） P一對電極發(fā)出的功率，一般為5060kWU電極之間的工作電壓（V）所以，A=1000P/(Ui) （cm2）13.4 電極鹽浴爐的設(shè)計概要計算電極工作部分的直徑d或邊長a、b 13.4 電極鹽浴爐的設(shè)計概要電極參數(shù)確定 電極長度根據(jù)浴槽深

13、度確定，一般距底60 100mm，以利于撈渣，并防止?fàn)t渣沉淀而短路。電極間距：對于近置式電極，電極間距一般為5070mm，遠置式電極的間距決定于爐膛尺寸。13.4 電極鹽浴爐的設(shè)計概要電極插入熔鹽的深度：電極插入熔鹽的深度通常不超過1.5m。對于深井式鹽浴爐，電極應(yīng)分層布置兩組或三組，以保證爐溫均勻。電極導(dǎo)電面的電流密度：電極導(dǎo)電面上的電流密度隨鹽浴溫度而異，一般在540A/cm2范圍內(nèi)。電極柄截面尺寸：電極柄部的截面應(yīng)比工作部分大約1.25倍，以減少電耗；電極柄部與爐臺之間應(yīng)留有4065mm空隙，以便安設(shè)電極的固定裝置；電極的尾部的截面應(yīng)更大些(因為有螺栓孔)，與銅排連接部位要倒平以便用螺栓

14、連接。電極的厚度對浴爐產(chǎn)生的功率沒有影響，但它影響電極壽命；增加厚度，可以降低截面電流密度，增加電極壽命。13.4 電極鹽浴爐的設(shè)計概要13.4 電極鹽浴爐的設(shè)計概要五、變壓器的選擇電極式鹽浴爐用變壓器大部分屬于空冷的干式降壓變壓器，其容量應(yīng)為浴爐額定功率的1.11.2倍。變壓器的初級電壓為380V，次級電壓為5.517.5V（插入式），或1235V(埋入式)。 變壓器與浴爐之間距通常在1m左右，間距過大，銅排長度增加，電耗就增加，間距過小，浴爐的熱量促使變壓器溫升。 13.4 電極鹽浴爐的設(shè)計概要六、起動電阻 由于固態(tài)鹽不導(dǎo)電，不能在工作電壓下使其導(dǎo)通，因此電極式鹽浴爐不能利用電極直接起動，

15、工作時需先使電極間的鹽熔化，必須用起動電阻（即電阻加熱體）。起動電阻：是一個電熱元件，通常用低碳鋼棒（16 20mm），繞制成螺旋形使用；也有用板條制成波紋形。13.4 電極鹽浴爐的設(shè)計概要起動電阻置于工作電極之間，通電后發(fā)熱而將附近的固態(tài)鹽熔化，使工作電極導(dǎo)通，進而使鹽全部熔化。13.4 電極鹽浴爐的設(shè)計概要使用方法：開爐、停爐前起動二次開爐時，變壓器選低檔，防止電流過大。當(dāng)起動電阻溫度升高后，再選高檔，使鹽盡快熔化，取出起動電阻進行生產(chǎn)。缺點：起動時間長，耗電多，操作麻煩。新的起動方法：高電壓擊穿法、副電極快速起動法、小熔池法、導(dǎo)流器法等，但大多不成熟。13.4 電極鹽浴爐的設(shè)計概要七、排

16、氣通風(fēng)裝置鹽浴爐設(shè)有排氣裝置以便隨時將鹽蒸氣排除到車間之外。最常用的排氣裝置有上部抽氣罩及側(cè)面抽氣罩。上部抽氣罩與浴爐外殼相接，高度在600mm左右，上部為圓錐體形與排氣管相連接。側(cè)抽氣罩一般安設(shè)在浴爐上口邊側(cè)，單側(cè)開口（也有環(huán)形開口）。為了便于吊車裝料卸料及設(shè)置機械化設(shè)備，最好采用側(cè)面抽氣罩。13.4 電極鹽浴爐的設(shè)計概要一、基本概念 流動粒子爐：采用流態(tài)化固體粒子作為加熱或冷卻介質(zhì)的爐子。在爐膛內(nèi)裝上一定數(shù)量的固體小粒子（如石英砂、剛玉砂、鋯砂、金屬微粒、石墨粒子等），從爐底向爐膛內(nèi)供給一定流量的氣體，造成固體粒子懸浮翻騰，形成類似液體沸騰一樣的假液態(tài)的加熱爐。13.5 流動粒子爐13.5

17、 流動粒子爐流態(tài)粒子爐對的基本結(jié)構(gòu)由爐體、爐罐、粒子、布風(fēng)板等部分組成。爐罐底部安放具有均勻透氣性的布風(fēng)板，氣體通過布風(fēng)板進入爐膛，使?fàn)t罐內(nèi)的固態(tài)粒子形成流態(tài)床，工件在流態(tài)床中加熱、冷卻或進行化學(xué)熱處理。13.5 流動粒子爐流態(tài)化：圓形容器的透氣微孔布風(fēng)板上堆放著固體顆粒狀物料(石英砂、剛玉砂，石墨粒子或其它粒子)，高度為H，形成一個固定床。從容器底部通入具有一定壓力的氣體，使氣體穿過布風(fēng)板均勻地進入容器中，使容器內(nèi)的物料的形成流態(tài)，流化后形成流化床，或稱床層。13.5 流動粒子爐流態(tài)化曲線固定床：當(dāng)氣流速度較小時，氣體從靜止粒子間的空隙穿過，床層高度不變，稱為固定床。膨脹床：當(dāng)氣流速度達到B

18、點時，顆粒層加速松動，孔隙度加大，床層高度上升，出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象 ；流化床：當(dāng)氣流速度達到C點，顆粒聚集成團塊，彼此間失去接觸，呈懸浮狀態(tài)而產(chǎn)生流態(tài)化 ；飛散床：當(dāng)流速超過D點時，顆粒將被氣流從容器中吹出來，進入飛散床階段，又稱氣力輸送階段。 13.5 流動粒子爐得到正常的流態(tài)化要注意的事項：顆粒的密度要小而粒度要適當(dāng)；布風(fēng)板透氣均勻有適宜的壓力，以產(chǎn)生較大射流速度；容器以圓形截面為最有利，高度在600mm以下，H/D比值取1.52.0，比值過大容易產(chǎn)生沸涌，比值過小容易產(chǎn)生溝流。 13.5 流動粒子爐如果在流化床中加入熱源，使介質(zhì)溫度升高，再附加上溫度控制系統(tǒng)，即可組成流動粒子爐；如果在流化床中

19、加入冷源可組成冷卻用的流動粒子槽。 13.5 流動粒子爐二、流態(tài)化粒子在流態(tài)化爐子中，粒子是加熱介質(zhì)，在氣流作用下形成紊流，與被加熱工件進行無規(guī)則碰撞，從而進行傳熱和傳質(zhì)，完成熱處理過程。常用的粒子有：石墨粒子、剛玉粒子。氧化鋁空心球13.5 流動粒子爐1、石墨粒子：導(dǎo)電性粒子，除作為加熱介質(zhì)外，還起導(dǎo)電體和發(fā)熱體作用，主要用于電極加熱的流態(tài)化爐。800以下：弱氧化性800900：中性1000以上：滲碳性13.5 流動粒子爐2、剛玉粒子：主要成分是Al2O3（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為62%77%）顆粒，隨Al2O3含量提高，流態(tài)化能力提高。Al2O3是中性粒子，與熱處理氣氛一般不發(fā)生反應(yīng)， 耐高溫、耐磨。1

20、3.5 流動粒子爐3、氧化鋁空心球：密度小，有利于降低初始化速度，圓形度好，易均勻流化。主要缺點：強度較低，易破碎，使用時需定期篩分。市場購入的空心球需經(jīng)水選篩分。13.5 流動粒子爐三、流態(tài)粒子爐的特性 流化床介質(zhì)的熱容量比氣體介質(zhì)大，傳熱系數(shù)大，加熱速度快；流化床介質(zhì)溫度均勻，爐溫在8001300時，爐膛溫差在37。因此工件在流動粒子爐內(nèi)加熱時變形小。爐子的熱惰性小，啟動快，熱效率高，節(jié)省能源。改變粒子種類與流化介質(zhì)種類，可以調(diào)節(jié)爐內(nèi)氣氛性質(zhì)，實現(xiàn)無氧化加熱或化學(xué)熱處理。13.5 流動粒子爐四、流態(tài)粒子爐的類型 流動粒子爐熱源分煤氣和電熱兩種1、煤氣流動粒子爐 內(nèi)部燃燒式（有回火危險）和外

21、部燃燒式13.5 流動粒子爐2、電熱流動粒子爐外熱式：將電熱元件放在流化床容器的外部，通過爐罐壁加熱粒子，用于低溫爐；內(nèi)熱式：是將管狀電熱元件或電極放在流化床容器的內(nèi)部，根據(jù)爐子工作溫度，可選用電熱輻射管或碳化硅元件作為加熱元件。用于中、高溫爐。 13.5 流動粒子爐石墨流動粒子爐在流化床中放一對石墨或鋼質(zhì)電極，使用能導(dǎo)電的石墨粒子，用空氣做流化介質(zhì)。電極通電后使流化床中石墨粒子處于不斷接觸而又不斷分?jǐn)嗟臓顟B(tài)，在分離瞬間產(chǎn)生微電弧放出熱量，使流態(tài)化介質(zhì)升溫；另外當(dāng)石墨粒子沖擊工件表面時也會產(chǎn)生微電弧，使工件表面迅速升溫。因此，石墨粒子既是發(fā)熱體又是加熱介質(zhì)。13.5 流動粒子爐石墨粒子爐的氣源

22、使用壓縮空氣，壓力要穩(wěn)定，除水?？諝膺M入下風(fēng)室的壓力稱送風(fēng)壓力，其大小要大于空氣經(jīng)布風(fēng)板、砂層、透氣磚和石墨粒子層時所產(chǎn)生的壓降的總和，一般在5880Pa左右。石墨粒子在高溫下發(fā)生氧化而粒子變小，容易被氣流帶走，爐子要設(shè)除塵設(shè)備。常用的設(shè)備有旋風(fēng)式和布袋過濾式除塵器。13.5 流動粒子爐優(yōu)點：啟動快，爐溫均勻，操作方便、耗電少，其加熱速度與鹽浴爐接近；缺點：床面起伏大，不適予局部加熱、石墨粒子消耗多、要有除塵設(shè)備。13.5 流動粒子爐五、流動粒子爐的用途 淬火、正火、退火、回火等中性加熱，并已擴大應(yīng)用于滲C、滲N以及C、N共滲以及滲硼、氧氮化、蒸汽處理等，還可用于分級淬火、等溫淬火及冷卻。46凡事不要說我不會或不可能，因為你根本還沒有去做！47成功不是靠夢想和希望，而是靠努力和實踐48只有在天空最暗的時候，才可以看到天上的星星49上帝說：你要什么便取什么，但是要付出相當(dāng)?shù)拇鷥r50現(xiàn)在站在什么地方不重要，重要的是你往什么方向移動。51寧可辛苦一陣子，不要苦一輩子52為成功找方法，不為失敗找借口53不斷反思自己的弱點，是讓自己獲得更好成功的優(yōu)良習(xí)慣。54垃圾桶哲學(xué)：別人不要做的事，我揀來做！55不一定要做最大的，但要做最好的56死的方式由上帝決定