熱處理浴爐及流動粒子爐

1、第七章 熱處理浴爐及流動粒子爐 授課人：楊曉敏North University of ChinaCollege of Materials Science and Engineering2008.01.04 目錄.ppt1教學(xué)提示教學(xué)要求 ：熱處理浴爐是一種以液態(tài)物質(zhì)作為加熱介質(zhì)的爐子。優(yōu)點：加熱速度快，無氧化，無脫碳且可局部加熱工件等優(yōu)點。 第七章 熱處理浴爐及流動粒子爐 ：了解浴爐類型及各類結(jié)構(gòu)特點，使用特點；掌握電極鹽浴爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計、尺寸確定、功率確定。了解插入式及埋入式鹽浴爐的電機設(shè)計、變壓器的選用原則；了解流動粒子爐的工作原理、類型及特點。2 71 浴爐的特點及類型 72 電極鹽浴爐設(shè)

2、計 73 流動粒子爐第七章 熱處理浴爐及流動粒子爐371 浴爐的特點及類型一、浴爐的特點1、液體作為介質(zhì)加熱（或冷卻）工件，工件氧化脫碳少 ；2、工作溫度寬(60-1350);能滿足特殊工藝（形狀復(fù)雜、表 面質(zhì)量要求高）；工件變形小3、加熱速度快，便于對工件局部加熱和高溫短時快速表面加 熱；4、裝料少；液體介質(zhì)消耗多；污染大；散熱大;5、脫氧處理、特殊方式啟動，增加了輔助時間；6、操作技術(shù)要求高；需要配置輔助設(shè)備優(yōu)點缺點471 浴爐的特點及類型二、浴爐用液體介質(zhì)1、爐用液體介質(zhì)：熔鹽、熔融金屬與合金、熔堿、油類2、液體介質(zhì)選擇：根據(jù)浴爐的工作溫度與熱處理工藝。例如：低于300的回火，主要采用礦

3、物油作加熱介質(zhì)，浴爐工作溫度為6501000時，常用氯化鹽或氯化鹽的混合物作介質(zhì)；高溫鹽爐（1350）一般采用氯化鋇鹽液作加熱介質(zhì)等。571 浴爐的特點及類型三、浴爐的分類（一）按液體介質(zhì)分：鹽浴爐、金屬浴爐、堿浴爐、油浴爐（二）按加熱方式分： 外熱式和內(nèi)熱式。一般為內(nèi)熱式電極浴爐、內(nèi)熱式管狀電熱元件浴爐和外熱式坩堝浴爐三種。61、結(jié)構(gòu) 爐體、坩鍋、電極等組成。熱源布置在導(dǎo)電介質(zhì)中。71 浴爐的特點及類型2、工作原理 交流電經(jīng)過變壓器降壓后，輸入電極，流經(jīng)熔鹽，形成電加熱回路。由于熔鹽的電阻遠大于金屬電極，所以熔鹽主要起發(fā)熱體作用。內(nèi)熱式電極鹽浴爐73、工作特點 （1）以熔鹽作為發(fā)熱體； （2

4、）傳熱的主要形式是當(dāng)有較大電磁力驅(qū)動鹽液循環(huán)流動時，對流換熱量起很大的作用。 （3）鹽液面熱損失大。 （4）熱量不均勻，分布集中在電極間。 （5）需要特殊方式啟動 熔鹽電阻率隨溫度降低而迅速增大。純凈固態(tài)鹽電阻率很大，在爐子正常工作電壓作用下不能導(dǎo)通。71 浴爐的特點及類型導(dǎo)熱和對流換熱；84、分類 電極鹽浴爐按爐溫可分為低溫(650)、中溫(6501000 )和高溫(10001300)三種。低溫爐常用于高速鋼的分級淬火和回火，坩鍋用低碳鋼板焊成為好，也可用耐火材料砌成。中溫爐用于碳鋼、低合金鋼件的淬火加熱、高速鋼的淬火預(yù)熱和化學(xué)熱處理。高溫爐主要用于高速鋼和高合金鋼件的淬火加熱。中、高溫爐的

5、坩鍋一般都用耐火材料砌成。71 浴爐的特點及類型9插入式電極鹽浴爐1坩鍋；2爐膛；3爐膽；4電極；5電極柄；6匯流板；7冷卻水管；8爐蓋（1）電極布置特點：電極從坩鍋上方垂直插入熔鹽 電極浸入介質(zhì)的方式，電極浴爐分為插入式和埋入式兩種。插入式電極浴爐：10插入式電極浴爐：（2）優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單；可隨意調(diào)節(jié)電極間距；（3）缺點：電極占據(jù)液面較大位置，熱效率低；液面上的電極易受空氣和鹽蒸汽氧化腐蝕。爐溫均勻性比較差，會出現(xiàn)“爐底斜坡”現(xiàn)象 11埋入式電極浴爐：（1）電極布置方式：電極從坩鍋側(cè)壁插入，埋在坩鍋砌體中，只有一面與熔鹽接觸。（2）優(yōu)點：電極不占據(jù)液面位置，提高爐膛利用率。電極壽命長；爐溫較

6、均勻（3）缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無法更換和調(diào)節(jié)間距。12（1）工作特點：將管狀加熱器浸埋在加熱介質(zhì)內(nèi)的浴爐。工作溫度550以下，適用于工件的回火及等溫冷卻等。（2）優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，加熱器安裝方便，熱效率高。 缺點：只能在較低溫度下工作，主要用于油浴爐、硝鹽爐和堿浴爐。（3）管狀加熱器：金屬管內(nèi)裝入電熱元件，并用絕緣的導(dǎo)熱性較好的耐火材料填充，制成各種形狀等結(jié)構(gòu)形式。71 浴爐的特點及類型內(nèi)熱式管狀加熱元件浴爐13 1、工作特點：是將液體介質(zhì)放入坩堝（低碳鋼或耐熱鋼板或耐熱鑄鐵鑄造）中，電熱元件或其他熱源裝置放在坩堝外進行加熱的浴爐。 2、加熱介質(zhì)：可以是熔鹽、油類或鉛等熔融金屬。 3、特點:優(yōu)點：不

7、需要變壓器，啟動操作方便；缺點：必須用金屬坩堝；熱效率低；溫度均勻性差；只限于各種液體介質(zhì)的化學(xué)熱處理，如液體滲碳、液體氮碳共滲。71 浴爐的特點及類型外熱式坩鍋浴爐14爐體結(jié)構(gòu) 浴爐功率電極設(shè)計 啟動變壓器、排風(fēng)裝置72 電極鹽浴爐的設(shè)計主要設(shè)計內(nèi)容15根據(jù)生產(chǎn)率p確定熔鹽質(zhì)量G（kg）72 電極鹽浴爐的設(shè)計注：（1）插入式電極所占的體積是預(yù)估的，需要校核。 （2）浴槽的實際深度L比熔鹽高度H大，確保鹽液不外溢。 （3）盡可能縮小鹽液面積，減少液面輻射損失。一、浴槽尺寸的確定-經(jīng)驗計算法16二、爐體材料的設(shè)計爐殼側(cè)壁:2.53.5mm鋼板，爐底用45mm鋼板，爐架用角鋼制造。浴爐常設(shè)有爐蓋和

8、抽風(fēng)罩等裝置。坩鍋：用重質(zhì)耐火磚、高鋁磚或耐火混凝土。爐膽：爐膽一般用6-12mm鋼板焊接而成。對側(cè)埋電極的浴爐，爐膽后壁每一電極引出處都應(yīng)留有電極引出孔。保溫層：有時用粉狀保溫材料填充，但側(cè)埋式電極引出部位必須用成形磚砌筑。17三、電極鹽浴爐功率的確定（一）電極浴爐功率與熔鹽體積的關(guān)系72 電極鹽浴爐的設(shè)計18（二）影響浴爐實發(fā)功率的因素72 電極鹽浴爐的設(shè)計19（二）影響浴爐實發(fā)功率的因素72 電極鹽浴爐的設(shè)計1、調(diào)節(jié)電壓；2、改變電極間距；3、電極間熔鹽導(dǎo)電面積；4、改變浴爐工作溫度或用鹽。20（一）插入式電極1、電極布置方案常為棒狀電極電極間距一般較小，電極導(dǎo)電區(qū)與工作區(qū)分開。工作區(qū)無

9、電流通過，熔鹽受電磁力作用教大，循環(huán)流動較好，但爐膛利用率較低，爐內(nèi)溫度均勻性較差，電極對面一側(cè)和爐膛下部溫度常較低。四、電極設(shè)計2172 電極鹽浴爐的設(shè)計2、電極參數(shù)確定應(yīng)滿足爐子功率要求，保證其正常工作和較長壽命。插入式電極浴爐常可采用改變電極間距的辦法來調(diào)節(jié)爐子功率，因此，常不對其進行精確計算，一般可以采用經(jīng)驗方法或直接由表選取。22（二）、埋入式鹽浴爐的電極設(shè)計72 電極鹽浴爐的設(shè)計側(cè)埋入式電極結(jié)構(gòu)和布置 2372 電極鹽浴爐的設(shè)計直條形 三相直角塊狀 馬蹄形 直角形 三相塊狀 24電極參數(shù)確定電極固定在坩堝內(nèi)，在使用中，功率不可通過間距改變進行調(diào)整。因此應(yīng)較準(zhǔn)確的確定電極尺寸，常用的

10、方法有理論計算法、模擬試驗法、直接仿效法和經(jīng)驗數(shù)據(jù)計算法。72 電極鹽浴爐的設(shè)計25五、啟動（一）常規(guī)啟動法 啟動電阻法：低碳鋼條繞制成螺旋形或板條制成波紋形，串接在電極間。 啟動鹽法：凝固鹽的表面上加一層導(dǎo)電的啟動鹽。（二）新型啟動法 小熔池啟動法：利用輔助電極縮短啟動時的電極間距，減少浴鹽電阻，可在工作電壓下導(dǎo)通，先形成小熔池。72 電極鹽浴爐的設(shè)計26六、熱處理浴爐的節(jié)能方法72 電極鹽浴爐的設(shè)計 1、在鹽液面覆蓋石墨粉和其它隔熱物質(zhì)，以減少輻射熱損失；爐口加蓋隔熱，可有效降低熱損失； 2、采用快速啟動法，提高爐子利用率，有效節(jié)能； 3、采用不脫碳無氧化鹽，有效縮短輔助操作時間，有效節(jié)能

11、。2773 流動粒子爐 流動粒子爐的爐膛內(nèi)裝有石墨或氧化鋁等固體粒子，壓縮空氣或其它高壓流體經(jīng)過爐底布風(fēng)板吹入爐內(nèi)，使粒子處于流動狀態(tài)。稱為流動粒子爐。28一、流動粒子爐的流態(tài)化過程床層流態(tài)化的各個階段1爐膛 2粒子 3布風(fēng)板 4風(fēng)室流化過程中P與v的關(guān)系v1vfvD29二、流化質(zhì)量（一）衡量流化質(zhì)量的主要指標(biāo)： P的穩(wěn)定性（二）P不穩(wěn)定：溝流、死角、層流、騰涌溝流和死角：溝流現(xiàn)象是指氣體通過床層時形成短路，大部分氣體穿過溝道上升，沒有與固體顆粒很好地接觸。遠離溝流的部位，粒子靜止不動，形成死角。層流和騰涌：氣速過高，或氣體分布不均時，會發(fā)生氣泡合并現(xiàn)象。當(dāng)氣泡直徑長到與床層直徑相等時，氣泡將

12、床層分為幾段，形成相互間隔的氣泡層與顆粒層，這種現(xiàn)象為層流現(xiàn)象。顆粒層被氣泡推著向上運動，到達上部后氣泡突然破裂，顆粒則分散落下，這種現(xiàn)象稱為騰涌現(xiàn)象。30（三）影響流化質(zhì)量因素1、固體粒子的粗細要適合，而且要均勻。2、氣體的流速、壓力和均勻性必須控制得當(dāng)。3、流化床的形狀尺寸。73 流動粒子爐31三、流動粒子爐的特點和類型（一）特點1、加熱速度快；2、溫度均勻，爐溫在8001300；3、傳熱方式有傳導(dǎo)、對流、輻射換熱；4、可進行滲碳、氮化等各種無氧化加熱 ；適用于淬火、正火、等溫淬火、回火和化學(xué)熱處理。73 流動粒子爐32（二）類型（按其加熱方式分） 內(nèi)燃式流動粒子爐 外熱式流動粒子爐 電極加熱流動粒子爐 電熱元件加熱流動粒子爐73 流動粒子爐33內(nèi)燃式流動粒子爐這類爐子采用煤氣與空氣混合的可燃氣作為氣源和熱源，通過布風(fēng)板吹動粒子浮動。（二）類型按其加熱方式分為：3473 流動粒子爐 外熱式流動粒子爐 通入這類爐子的氣體是預(yù)先在爐外燃燒的燃燒產(chǎn)物。3573 流動粒子爐電極加熱流動粒子爐這種爐型是在爐膛相對側(cè)壁上安設(shè)板狀電電極，固體粒子為石墨粒子，