材料工程師講稿
第三部分熱處理裝置
3.1 概述
3.1.0 考核知識點
重點掌握：爐子傳熱的三種方式（對流、傳導、輻射）。
一般掌握：熱處理裝置的分類。
3.1.1 熱處理裝置分類
熱處理裝置定義：完成熱處理工藝操作所需的裝置，稱為熱處理裝置。
熱處理生產的最基本工藝過程：加熱、冷卻、表面清理、回火、校正、檢驗。
熱處理裝置分主要裝置和輔助裝置。
3.1.1.1 主要裝置通常把能完成熱處理工藝操作（或投資價值較大）的裝置，稱其為主
要裝置。了解教材中，第290頁所列8種情況。
3.1.1.2 輔助裝置通常把與主要裝置配套和維持生產所需的裝置，稱為輔助裝置。了解
教材中，第290頁所列6種情況。
3.1.2 熱處理爐的分類熱處理爐的分類，可根據熱處理件、熱處理工藝和批量要求進行
劃分。依據熱處理爐的特性因素分類，見教材291頁，表3—1
3.1.3 爐子傳熱原理（重點）
定義：熱量從乙個物體傳至另乙個物體，或由同一物體的這一部分傳至另一部分的過程稱為傳熱。
條件：只有兩個物體間或同一物體內部存在溫差時，才會發生熱量的傳遞過程。
方向：熱量都是從高溫部分向低溫部分傳遞。
1） 傳導傳熱： 在各種溫度下，只要兩物體間或同一物體內部有溫差存在時，無論是在固
體、液體還是在氣體中均可發生傳導傳熱。傳導傳熱只有熱量的傳遞過程，沒有巨集觀的質點移動過程。
2） 對流換熱： 熱對流是指流體（氣體或液體）中溫度不同的各部分之間發生相對位移，
使不同部分的質點相互混合而引起的熱量傳遞過程。當不同溫度的流體和固體表面接觸時，
相互間發生的熱量傳遞過程稱為對流換熱。熱處理爐溫在700℃以下時，對流換熱作用明顯。
回火爐裝有迴圈風扇就是為了增強裝置的對流換熱作用。
3） 輻射換熱： 輻射換熱是由熱輻射而發生的換熱過程。具有一定溫度的物體總以電磁場
的形式不斷地向外發射輻射能，當把電磁波投射到與其不相接觸的另一物體時，電磁波被吸收並轉化成熱能，這種傳熱過程稱為輻射換熱。熱處理爐溫在700℃以上時，輻射換熱作用明顯。
真空爐裝載工件時，為使工件加熱溫度均勻必須充分考慮電磁波光線的遮蔽問題。
＊ 還應了解的其它幾個基本概念
1） 熱流量（q） 單位時間內由高溫物體傳給低溫物體的熱量，稱為熱流量。
q = k（t1—t2）f
2） 傳熱系數（k ） 表示溫度差1℃時，每秒鐘通過1 ㎡傳熱面積所傳遞的熱量。
3） 熱量密度（w/ ㎡） 表示單位時間內，通過單位傳熱面積所傳遞的熱量。
q =k (t1—t2) =△t / (1/k) =△t / r
3.2 熱處理常用裝置
3.2.0 考核知識點：
重點掌握：箱式電阻爐的工作原理，中溫箱式電阻爐的結構特點、操作要點；箱式電阻爐的功率計算要點；電阻爐的效能試驗專案。
一般掌握：井式電阻爐（高溫、中溫、低溫）的結構特點、操作要點；浴爐（外熱式、內熱電極式鹽浴爐）的結構特點、操作要點。
3.2.1 箱式電阻爐
電阻爐的工作原理：是利用電流通過電熱元件時所產生的熱效應，採取熱輻射和爐膛內
氣體對流作用的形式將熱量傳導到被加熱的工件上，使工件加熱。
箱式電阻爐的分類：箱式電阻爐根據爐膛溫度可分為高溫爐、中溫爐和低溫爐三種。
3.2.1.1 中溫箱式電阻爐（重點）
1 結構及特點
箱式電阻爐的構成：
箱式電阻爐由爐體、測溫系統和電控系統所組成。
箱式電阻爐的結構：
爐體由爐架、爐殼、爐襯、耐熱鋼爐底板、電熱元件、爐門及爐門提公升機構組成。電熱
元件布置在爐底和爐膛兩側內壁的擱絲磚上，熱電偶由爐頂插入爐膛內部，插入深度約150公釐。為觀察爐膛內部的加熱情況，爐門**開有窺視孔。為保證操作安全，爐門及爐門提公升機構設定有電源的限位開關。
箱式電阻爐的用途及特點：
用途：中溫箱式電阻爐主要用於碳鋼及合金鋼（包括鑄、鍛件）的退火、正火、淬火等常規熱處理。
特點：箱式電阻爐的電熱元件常用gr20ni80或0gr25a15電熱合金製造，爐內溫度的均勻狀態受電熱元件布置、爐門密封及爐襯的保溫效能所影響；由於裝置的最高工作溫度為950℃，工件加熱主要靠電熱元件和爐膛內壁表面的熱輻射；工件處在空氣介質中加熱，表面極易發生氧化；該裝置通常沒有機械化裝出料裝置，勞動強度較高。
2 箱式電阻爐的操作要點
1） 開爐前的準備，除p293頁的三條內容外，還應檢查爐門及爐門提公升機構電源限位開關的工作是否正常。
2） 開爐生產，除p293頁的五條內容外，還應注意：
＊ 為保證工件的加熱均勻，箱式電阻爐靠近爐口的約300公釐區域內不允許擺放工件；工件不要直接擺放在爐底板上加熱。
3） 停爐，除p293頁的內容外，還應進行工件、工具的定置、有序碼放和工作場地的清掃。
3 操作注意事項在p293頁的七條內容中，要特別牢記第六條（爐襯烘烤）的內容。
＊ 為保證操作人員的人身安全，在工件的裝、出爐過程中，不允許帶電操作。
4 電爐維護，除p293頁—p294頁的五條內容外，還應：
＊ 對爐門及爐門提公升機構的電源限位開關進行維護。
＊ 應注意對熱電偶、控溫儀表按標準規定要求進行週期鑑定。一般情況下，控溫儀表的鑑定週期為一年；熱電偶的鑑定週期，應根據其使用的重要程度可分別規定為：三個月、六個月或一年。
3.2.1.2 高溫箱式爐（一般掌握）
1 結構與特點
高溫箱式爐主要用於高鉻模具、高速鋼刃具的熱處理，按最高工作溫度可分1200℃和1350℃兩種。由於加熱溫度高，工件極易氧化脫碳。因此，必要時應通入保護氣氛或採取其它保護措施。
高溫箱式電阻爐同樣由爐體、測溫系統和電控系統所組成。
1200℃高溫箱式爐的電熱元件採用0cr25al7mo2高溫鐵鉻鋁電熱材料製造，爐底板用碳化矽板製造，其它部分的爐體結構與中溫箱式電阻爐相近。只是因爐膛工作溫度更高，要求的爐門壁厚度和爐襯的厚度更厚，保溫效能更好。
1350℃高溫箱式爐採用非金屬碳化矽棒電熱元件，因其電阻係數大、使用過程中易老化，為穩定功率和便於調節，需配置調壓裝置。
2 操作要點 294頁11條內容。
3.2.1.3 滾底式爐及台車爐。 均為箱式電阻爐的變種形式，可簡單了解。
3.2.1.4 電阻爐的功率計算（重點）
● 熱平衡計算法
1 計算總的熱量 q總
q總 = q1+ q2+ q3+ q4+ q5+ q6+ q7
1） 計算工件加熱所需的熱量q1
q1 =p件（c2ｔ2—c1ｔ1）
2） 計算加熱輔具構件所需的熱量q2
q2 =p輔（c2ｔ2—c1ｔ1）
3） 計算加熱控制氣體所需的熱量q3
q3 =ｖ控ｃ（ｔ2－ｔ1）
4） 計算通過爐襯的散熱損失q４
q４＝ｑｆ總
注：熱流的數值與爐表面狀況及爐壁溫度有關。刷銀粉漆的爐殼溫度低於50℃時，數
值取1250；殼溫度高於50℃時，數值取2500。
5） 計算爐門開啟時的輻射熱損失q５
q５＝5.675×［（4－（4］×3.6ｆфδｔ
6） 計算爐門開啟時的溢氣熱損失q6
q6 = vc（）δｔ
7） 計算其它熱損失q7
q7可按爐襯散熱損失的0.5倍—1.0倍計算，即q7 =（0.5—1.0）q４。
2 將總熱量轉換成功率 p總= q總/3600 （kw）
其中q總 = q1+ q2+ q3+ q4+ q5+ q6+ q7
3 計算爐子的設計功率
p設 = k p總式中：k（功率儲備係數）=1.3—1.5
p設 = （1.3—1.5）（q1+ q2+ q3+ q4+ q5+ q6+ q7）/3600
● 經驗計算法 p =k式中：p 功率（千萬）
v 爐膛體積（m3 ）
k 修正係數
3.2.1.5 電阻爐的供電電壓及接線方式
除特殊情況外，電阻爐的供電電壓一般為220伏—380伏。
電阻爐功率＜25kw時，常採用220伏或380伏單相供電。電阻爐功率25kw—75kw，常採用380伏「星接」或「角接」的三相供電形式。當電阻爐功率＞75kw時，通常把電熱元件編成若干組，然後再採用三相380伏電源，以「星接」或「角接」 形式進行併聯供電。
● 特別需要注意的是：
1 電熱元件使用時，必需注意它的使用電壓；「星接」時，每組電熱元件的使用電壓為220伏。「角接」時，每組電熱元件的使用電壓為380伏。
2 為保證供電安全，在三相供電線路中，應盡可能保證電源的三相負載平衡；
3 並應採用三相五線制的供電方式。即：在供電線路中，除三相電源線外，將裝置的電氣接零（即：零線）與裝置的接地（即：地線）分開。
3.2.1.6 電阻爐的效能測試專案（裝置驗收、鑑定時常用。應掌握其測試方法及要求）
1 電熱元件冷態直流電阻的測定，考核電熱元件的設計與製造質量。
2 額定功率的測定，考核爐子的設計功率是否合理、是否滿足規定要求。
3 空爐公升溫時間的測定，考核爐子的設計功率是否充分、爐襯設計是否合理。
4 空載功率的測定，考核爐子的整體保溫效能。
5 爐溫均勻性的測定，是爐子的重要考核指標，決定著工件的熱處理***壞與穩定。
6 裝置表面溫公升的測定，考核熱處理爐爐襯的設計與製造質量及保溫效能是否良好。
3.2.1.7 常用電熱元件材料及效能
電熱元件材料應具備的特殊效能
1） 具備良好的耐熱性和較高的高溫強度
電熱元件是高溫條件下的工作器件，因而電熱元件材料應具有良好的耐熱性和高溫強度。即：要求電熱元件材料的工作表面在高溫條件下不易發生氧化起皮，且在以後的較長時間工作中不易發生顯著變形。
2） 具有較高的電阻係數
用電阻係數較大的材料製作電熱元件，有利於功率的獲得。在獲得同等必需功率的條件下，使用電阻係數較大的材料製作電熱元件可以有效地節約材料、簡化結構、方便安裝使用。
機械工程材料與熱處理
課程期末考查 授課學期 2011 學年至 2012 學年 第二學期 學院職業技術師範學院 專業機械設計製造及其自動化 學號 201013201276 姓名屈定兵 任課教師李祖裕講師 交稿日期 2012年7月3日 成績閱讀教師簽名 日期2011 2012學年第二學期工程材料與熱處理 課程期末考查題目 ...
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