工業(yè)熱處理爐的主要特性
發(fā)布人：admin 時(shí)間：2022-01-19 點(diǎn)擊量：831
熱處理爐的種類很多，但其基本組成和特性是由幾個(gè)主要組成部分和特性參數(shù)所限定的。
（1）溫度
爐子溫度決定了爐子的傳熱特性。由于輻射能與溫度T成正比，所以高溫爐的結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)成輻射傳熱型。其主要特征是電熱元件應(yīng)能直接輻射加熱工件。低溫爐主要依靠對流傳熱，其爐子結(jié)構(gòu)應(yīng)有強(qiáng)烈的氣流循環(huán)。
（2）熱源
電加熱的熱處理爐，因電熱元件容易在爐內(nèi)安裝和控制，所以有較高的溫度均勻度和精度。天然氣、煤氣和油加熱的熱處理爐直接利用能源，比電熱爐有較高的能源利用率。燃?xì)饧訜釥t和燃油加熱爐也能實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制，爐子的溫度控制精度也可滿足熱處理工藝要求。
燃煤加熱的熱處理爐，控溫精度低，熱效率低，CO2排放量大，所以如今已很少應(yīng)用。
（3）爐膛結(jié)構(gòu)與爐襯材料
爐膛是熱處理爐的主體，是爐襯包圍的空間。對它們的基本要求是，在爐膛內(nèi)形成均勻的溫度場，對被加熱件有較高的傳熱效果，較少的積蓄熱和散熱量。爐襯材料和結(jié)構(gòu)向輕質(zhì)化、纖維化、預(yù)制結(jié)構(gòu)、復(fù)合結(jié)構(gòu)、不定型材料澆注，以及噴涂增強(qiáng)輻射涂料的方向發(fā)展。
（4）燃燒裝置和電熱元件
燃燒裝置和電熱元件是爐子的主要部件。對燃燒裝置的基本要求是，使燃料充分燃燒，達(dá)到所需的溫度和所需的氣氛狀態(tài)，形成高輻射或強(qiáng)對流的火焰，滿足熱處理工藝要求，有較高的熱效率和較輕的環(huán)境污染。
燃燒裝置的種類很多，較新型的燒嘴有：平焰燒嘴、自身預(yù)熱燒嘴、高速燒嘴及調(diào)焰燒嘴等；目前迅速發(fā)展的有：高熱效率的蓄熱式燒嘴、燃燒器、輻射管和計(jì)算機(jī)控制燃燒。
熱處理爐所用的電熱元件，主要是電阻絲（或帶）制成的元件或輻射管。在低溫浴爐中多用管狀加熱元件；在可控氣氛爐中多數(shù)用輻射管；在高溫爐中主要用碳化硅、二硅化鉬、鑭鉻氧化物質(zhì)和石墨質(zhì)電熱元件。
電熱元件和燃燒裝置的合理布置以及組織好火焰流向或熱風(fēng)循環(huán)是提高爐子溫度均勻度和熱效率最重要的手段。
（5）爐氣氛
實(shí)現(xiàn)熱處理保護(hù)加熱和氣氛碳勢可控制是我國熱處理長期的戰(zhàn)略任務(wù)。熱處理爐氣氛狀態(tài)有如下幾類：
1）空氣氣氛。空氣氣氯爐是一種結(jié)構(gòu)最簡單的爐型。工件在該爐內(nèi)高于560℃以上加熱時(shí)會氧化脫碳。
2）火焰氣氛�；鹧鏆夥帐侨剂蠣t燃燒產(chǎn)物氣氛。燃燒產(chǎn)物的組成主要是CO2、H2O和N2。還可能有過剩的O2或未完全燃燒的CO，火焰氣氛的性質(zhì)主要是氧化性，只有當(dāng)CO量較多時(shí)才為弱氧化性或弱還原性。
3）可控氣氛�？煽貧夥帐侨藗兲匾饧尤霠t內(nèi)的氣氛，主要是控制碳勢、氮勢或氣氛還原性。按可控氣氛的性質(zhì)分類有：
①中性氣氛。主要是N2,在N2基礎(chǔ)上附加其他組分，形成氮基氣氛，其性質(zhì)隨附加劑的性質(zhì)而變化。
②還原性氣氛。主要是H2。H2密度小、粘度低、熱導(dǎo)率高、還原性強(qiáng)，因此它有熱容量小、流動狀態(tài)好、溫度均勻度高的優(yōu)點(diǎn)。
③含碳?xì)夥铡：細(xì)夥沼商細(xì)浠衔锪鸦虿煌耆紵�，有吸熱式和放熱式兩大類，此氣氛可在熱處理爐外或爐內(nèi)生成。
④浴態(tài)介質(zhì)。常用的浴態(tài)介質(zhì)有鹽浴、鉛浴和油浴，其性質(zhì)是中性，有時(shí)在中性鹽浴基礎(chǔ)上加上其他物質(zhì)，形成具有相應(yīng)物質(zhì)特性的鹽浴，如含碳、含氮和含硼等鹽浴。
⑤真空狀態(tài)。低于101.325kPa的稀薄氣體狀態(tài)，均稱真空狀態(tài)。在高真空狀態(tài)下熱處理有提高產(chǎn)品質(zhì)量和保護(hù)環(huán)境的雙重作用，是熱處理設(shè)備發(fā)展主要方向之一。
（6）作業(yè)方式
熱處理設(shè)備按作業(yè)方式分間歇式作業(yè)爐和連續(xù)式作業(yè)爐兩大類。
間歇式爐一般為單一爐膛結(jié)構(gòu)，工件成批裝、出料，在爐內(nèi)固定位置上周期地完成一個(gè)工序的操作。簡單型的間歇式爐有空氣介質(zhì)的箱式爐、井式爐等，其結(jié)構(gòu)簡單，但其生產(chǎn)產(chǎn)品的穩(wěn)定性、再現(xiàn)性、統(tǒng)一性都很差。
近代，在間歇式簡單爐型基礎(chǔ)上，配備了傳動機(jī)械、可控氣氛、計(jì)算機(jī)控制等裝置，使這類爐子的特性發(fā)生了質(zhì)的變化，如密封式箱式爐，它可完成高質(zhì)量的淬火、滲碳等功能，還可與清洗、回火等設(shè)備組成柔性生產(chǎn)線。
真空間歇式爐還被發(fā)展成在一個(gè)爐膛工位上完成加熱、冷卻、回火等一個(gè)完整的熱處理操作程序的生產(chǎn)模式。
連續(xù)式爐的爐膛為貫通式，多為直線貫通，亦有環(huán)形貫通。其操作程序是工件順序地通過爐膛。熱處理工藝規(guī)程是沿爐膛長度方向設(shè)置的，
運(yùn)行長度則為工藝時(shí)間。因此，每一個(gè)工件（或料盤）在爐內(nèi)運(yùn)行過程中都同樣準(zhǔn)確地執(zhí)行同一個(gè)工藝程序，可獲得同一性的品質(zhì)。
（7）工件在爐內(nèi)的傳送機(jī)械
熱處理爐的機(jī)械化狀態(tài)是爐子先進(jìn)程度的重要標(biāo)志之一。各種形式的輸送機(jī)械幾乎都被應(yīng)用于熱處理爐。
選擇爐內(nèi)工件傳送機(jī)械應(yīng)考慮：該機(jī)械是否與熱處理件的形狀、尺寸或料盤相適應(yīng)；是采用連續(xù)式還是脈動式傳送；工件與機(jī)械相對運(yùn)動狀態(tài)是相對靜止還是相對運(yùn)動的；工件支持點(diǎn)（或面）的接觸狀態(tài)；
該機(jī)械與上下工序機(jī)械的銜接方式；該機(jī)械（包括料盤）是一直停留在爐內(nèi)，還是反復(fù)進(jìn)出爐，周期地被加熱和冷卻；傳動機(jī)械的可靠性和使用壽命；調(diào)整工藝的靈活性等。這些因素對提高產(chǎn)品質(zhì)量和節(jié)能都有重大影響。
（8）控制方式
熱處理爐的控制，包括控制范圍、控制方法和控制裝置�？刂品秶校簩囟�、壓力、流量及氣氛等工藝參數(shù)控制，傳動機(jī)械控制，工藝過程控制和預(yù)測產(chǎn)品質(zhì)量控制。
（1）溫度
爐子溫度決定了爐子的傳熱特性。由于輻射能與溫度T成正比，所以高溫爐的結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)成輻射傳熱型。其主要特征是電熱元件應(yīng)能直接輻射加熱工件。低溫爐主要依靠對流傳熱，其爐子結(jié)構(gòu)應(yīng)有強(qiáng)烈的氣流循環(huán)。
（2）熱源
電加熱的熱處理爐，因電熱元件容易在爐內(nèi)安裝和控制，所以有較高的溫度均勻度和精度。天然氣、煤氣和油加熱的熱處理爐直接利用能源，比電熱爐有較高的能源利用率。燃?xì)饧訜釥t和燃油加熱爐也能實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制，爐子的溫度控制精度也可滿足熱處理工藝要求。
燃煤加熱的熱處理爐，控溫精度低，熱效率低，CO2排放量大，所以如今已很少應(yīng)用。
（3）爐膛結(jié)構(gòu)與爐襯材料
爐膛是熱處理爐的主體，是爐襯包圍的空間。對它們的基本要求是，在爐膛內(nèi)形成均勻的溫度場，對被加熱件有較高的傳熱效果，較少的積蓄熱和散熱量。爐襯材料和結(jié)構(gòu)向輕質(zhì)化、纖維化、預(yù)制結(jié)構(gòu)、復(fù)合結(jié)構(gòu)、不定型材料澆注，以及噴涂增強(qiáng)輻射涂料的方向發(fā)展。
（4）燃燒裝置和電熱元件
燃燒裝置和電熱元件是爐子的主要部件。對燃燒裝置的基本要求是，使燃料充分燃燒，達(dá)到所需的溫度和所需的氣氛狀態(tài)，形成高輻射或強(qiáng)對流的火焰，滿足熱處理工藝要求，有較高的熱效率和較輕的環(huán)境污染。
燃燒裝置的種類很多，較新型的燒嘴有：平焰燒嘴、自身預(yù)熱燒嘴、高速燒嘴及調(diào)焰燒嘴等；目前迅速發(fā)展的有：高熱效率的蓄熱式燒嘴、燃燒器、輻射管和計(jì)算機(jī)控制燃燒。
熱處理爐所用的電熱元件，主要是電阻絲（或帶）制成的元件或輻射管。在低溫浴爐中多用管狀加熱元件；在可控氣氛爐中多數(shù)用輻射管；在高溫爐中主要用碳化硅、二硅化鉬、鑭鉻氧化物質(zhì)和石墨質(zhì)電熱元件。
電熱元件和燃燒裝置的合理布置以及組織好火焰流向或熱風(fēng)循環(huán)是提高爐子溫度均勻度和熱效率最重要的手段。
（5）爐氣氛
實(shí)現(xiàn)熱處理保護(hù)加熱和氣氛碳勢可控制是我國熱處理長期的戰(zhàn)略任務(wù)。熱處理爐氣氛狀態(tài)有如下幾類：
1）空氣氣氛。空氣氣氯爐是一種結(jié)構(gòu)最簡單的爐型。工件在該爐內(nèi)高于560℃以上加熱時(shí)會氧化脫碳。
2）火焰氣氛�；鹧鏆夥帐侨剂蠣t燃燒產(chǎn)物氣氛。燃燒產(chǎn)物的組成主要是CO2、H2O和N2。還可能有過剩的O2或未完全燃燒的CO，火焰氣氛的性質(zhì)主要是氧化性，只有當(dāng)CO量較多時(shí)才為弱氧化性或弱還原性。
3）可控氣氛�？煽貧夥帐侨藗兲匾饧尤霠t內(nèi)的氣氛，主要是控制碳勢、氮勢或氣氛還原性。按可控氣氛的性質(zhì)分類有：
①中性氣氛。主要是N2,在N2基礎(chǔ)上附加其他組分，形成氮基氣氛，其性質(zhì)隨附加劑的性質(zhì)而變化。
②還原性氣氛。主要是H2。H2密度小、粘度低、熱導(dǎo)率高、還原性強(qiáng)，因此它有熱容量小、流動狀態(tài)好、溫度均勻度高的優(yōu)點(diǎn)。
③含碳?xì)夥铡：細(xì)夥沼商細(xì)浠衔锪鸦虿煌耆紵�，有吸熱式和放熱式兩大類，此氣氛可在熱處理爐外或爐內(nèi)生成。
④浴態(tài)介質(zhì)。常用的浴態(tài)介質(zhì)有鹽浴、鉛浴和油浴，其性質(zhì)是中性，有時(shí)在中性鹽浴基礎(chǔ)上加上其他物質(zhì)，形成具有相應(yīng)物質(zhì)特性的鹽浴，如含碳、含氮和含硼等鹽浴。
⑤真空狀態(tài)。低于101.325kPa的稀薄氣體狀態(tài)，均稱真空狀態(tài)。在高真空狀態(tài)下熱處理有提高產(chǎn)品質(zhì)量和保護(hù)環(huán)境的雙重作用，是熱處理設(shè)備發(fā)展主要方向之一。
（6）作業(yè)方式
熱處理設(shè)備按作業(yè)方式分間歇式作業(yè)爐和連續(xù)式作業(yè)爐兩大類。
間歇式爐一般為單一爐膛結(jié)構(gòu)，工件成批裝、出料，在爐內(nèi)固定位置上周期地完成一個(gè)工序的操作。簡單型的間歇式爐有空氣介質(zhì)的箱式爐、井式爐等，其結(jié)構(gòu)簡單，但其生產(chǎn)產(chǎn)品的穩(wěn)定性、再現(xiàn)性、統(tǒng)一性都很差。
近代，在間歇式簡單爐型基礎(chǔ)上，配備了傳動機(jī)械、可控氣氛、計(jì)算機(jī)控制等裝置，使這類爐子的特性發(fā)生了質(zhì)的變化，如密封式箱式爐，它可完成高質(zhì)量的淬火、滲碳等功能，還可與清洗、回火等設(shè)備組成柔性生產(chǎn)線。
真空間歇式爐還被發(fā)展成在一個(gè)爐膛工位上完成加熱、冷卻、回火等一個(gè)完整的熱處理操作程序的生產(chǎn)模式。
連續(xù)式爐的爐膛為貫通式，多為直線貫通，亦有環(huán)形貫通。其操作程序是工件順序地通過爐膛。熱處理工藝規(guī)程是沿爐膛長度方向設(shè)置的，
運(yùn)行長度則為工藝時(shí)間。因此，每一個(gè)工件（或料盤）在爐內(nèi)運(yùn)行過程中都同樣準(zhǔn)確地執(zhí)行同一個(gè)工藝程序，可獲得同一性的品質(zhì)。
（7）工件在爐內(nèi)的傳送機(jī)械
熱處理爐的機(jī)械化狀態(tài)是爐子先進(jìn)程度的重要標(biāo)志之一。各種形式的輸送機(jī)械幾乎都被應(yīng)用于熱處理爐。
選擇爐內(nèi)工件傳送機(jī)械應(yīng)考慮：該機(jī)械是否與熱處理件的形狀、尺寸或料盤相適應(yīng)；是采用連續(xù)式還是脈動式傳送；工件與機(jī)械相對運(yùn)動狀態(tài)是相對靜止還是相對運(yùn)動的；工件支持點(diǎn)（或面）的接觸狀態(tài)；
該機(jī)械與上下工序機(jī)械的銜接方式；該機(jī)械（包括料盤）是一直停留在爐內(nèi)，還是反復(fù)進(jìn)出爐，周期地被加熱和冷卻；傳動機(jī)械的可靠性和使用壽命；調(diào)整工藝的靈活性等。這些因素對提高產(chǎn)品質(zhì)量和節(jié)能都有重大影響。
（8）控制方式
熱處理爐的控制，包括控制范圍、控制方法和控制裝置�？刂品秶校簩囟�、壓力、流量及氣氛等工藝參數(shù)控制，傳動機(jī)械控制，工藝過程控制和預(yù)測產(chǎn)品質(zhì)量控制。
由于計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用，控制方法和裝置正進(jìn)入一個(gè)新時(shí)代，從單純參數(shù)控制，向用可編程序控制器控制生產(chǎn)過程和計(jì)算機(jī)模擬仿真的方向發(fā)展。
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