热处理设备(1)

1热处理原理、工艺及设备Principles,TechnologyandEquipmentsforHeatTreatment第三部分热处理设备（1）EquipmentsforHeatTreatment2参考书目教材：刘永铨，钢的热处理（修订版），冶金工业出版社，1987.11教材：臧尔寿，热处理车间设备与设计，冶金工业出版社，1995.5徐祖耀，相变原理，科学出版社刘云旭，金属热处理原理，机械工业出版社胡光立，钢的热处理，西北工业大学出版社戚正风，金属热处理原理，机械工业出版社材料热处理学报3绪论热处理设备是实现热处理工艺的重要保证，设计或选用先进又合理的热处理设备，充分满足热处理工艺参数的要求，这是提高产品质量的关键，而组建技术先进、设备效益好、生产组织合理的热处理车间才能有效地提高劳动生产效率和经济效益。热处理车间设备的种类很多，根据它们在热处理生产过程中所完成的任务不同，通常将其分为主要设备和辅助设备两大类。4绪论一、主要设备完成主要热处理工序(加热和冷却工序)所用的设备。加热设备(加热炉与加热装置)热处理炉是热处理车间最重要的而且是广泛使用的加热设备，类型繁多。传统型：燃料炉、标准型电阻炉、盐浴炉新型：可控气氛热处理炉、真空热处理炉、离子冲击炉、流动粒子炉等冷却设备(冷却室、淬火槽、淬火机等)5绪论加热炉6绪论二、辅助设备完成各种辅助工序(如酸洗、清洗、清理、校直、检验)、生产操作、动力供应所用的设备。常用辅助设备：清洗槽(机)、喷沙机、校直机、泵、鼓风机、各种动力管道以及起重运输设备等。三、热处理联合机组构成：主要设备＋辅助设备特点：可以完成几个工序或整个工艺过程用途：多用于专业化大批生产的热处理车间7绪论六辊管材矫直机17辊薄板矫正机8绪论四、热处理炉分类1、按热能来源分类电阻炉燃料炉2、按工作温度分类低温炉：≤650℃中温炉：650~1000℃高温炉：1000℃9绪论3、按炉膛介质分类自然介质炉浴炉可控气氛炉真空炉4、按作业规程分类周期式作业炉连续式作业炉侧埋式电极盐浴炉10绪论5、按生产用途分类退火炉正火炉淬火炉回火炉渗碳炉氮化炉6、按电源频率分类工频炉中频炉高频炉井式气体渗碳炉井式氮化炉感应加热成套设备11绪论五、我国热处理设备的现状及发展趋势1、现状我国热处理技术的相对落后，主要体现在热处理装备水平的落后上，两万个生产厂点的12万台设备大多数为50年代到70年代的仿苏产品。工业发达国家60年代就已经基本淘汰了空气加热炉，普及了少无氧化热处理，而我国迄今空气加热炉仍占热处理设备的大多数，可控气氛炉和真空炉的比例较少。12绪论通过统计表明：我国热处理炉中周期式炉多，连续式炉少，效率低，能耗大；空气炉多，气氛炉少，工件氧化脱碳严重，质量不易保证；自动化程度低，人为因素影响大，质量不稳定；盐浴炉比重相当大，劳动条件差，污染严重；一半以上的炉龄超过30年，且年久失修，热效率低，散热严重，成本高.改革开放后，从美国、日本、德国等国引进了大量热处理设备，其中包括密封箱式多用炉、真空热处理炉、感应加热设备等。13绪论2、发展趋势计算机的应用在热处理参数及管理上的应用；在生产过程中控制上的应用；在设备制造过程中的应用。例：我国自行开发的渗层浓度分布控制技术已用于生产，微型计算机动态可控渗氮与动态碳势控制技术推广情况良好。14绪论方针政策热处理行业“九五”规划和2010年设想中明确提出：“以少无氧化、节能、环境保护和微电子技术应用为出发点，在改进管理和健全生产组织的前提下，开发和推广先进的热处理成套技术，提高和稳定热处理产品质量”。也就是说，发展密封箱式炉和真空炉是相当长一个时期的主要任务，是热处理设备改造和更新换代的总趋势。15绪论3、现代热处理行业现代热处理技术的标志：优质、高效、低耗、清洁、灵活现代热处理设备：大型连续热处理生产线、密封箱式多用炉生产线、真空热处理设备、无人化感应加热设备等。16§11.1筑炉材料－概述筑炉材料：耐火材料、保温材料、炉用金属材料和一般建筑用材料。一、对耐火材料的要求（耐火材料的性能）耐火材料：用于各种高温设备中，承受高温和在高温下所产生的物理、化学作用和机械磨损的材料。物理性能：体积密度、真比重、气孔率、透气性、耐压强度、热膨胀性、导热性、导电性及热容量等。工作性能：耐火度、荷重软化点、高温下的化学稳定性与体积稳定性、耐急冷急热性等。17§11.1筑炉材料－概述1、耐火度耐火度：耐火材料受热后软化到一定程度的温度，是耐火材料在高温下抵抗熔化的性能指标，但不是熔点，主要取决于化学成分。由于考虑到其它性能指标，耐火材料的实际使用最高温度要低于其耐火度。普通耐火材料：耐火度1580~1770℃高级耐火材料：耐火度1770~2000℃特级耐火材料：耐火度2000℃18§11.1筑炉材料－概述2、高温结构强度－荷重软化点荷重软化点：在固定的压力下（196kPa，轻质材料为98kPa），耐火材料开始变形（0.6%）及变形到一定程度（4%或40%）时的温度，是评定耐火材料高温结构强度的指标，主要取决于化学成分和体积密度。耐火材料的实际使用最高温度必须低于其荷重软化点。19§11.1筑炉材料－概述3、高温化学稳定性高温化学稳定性：耐火材料在高温下抵抗熔渣、熔盐、金属氧化物及炉内气氛等的物理和化学作用的性能，常用抗渣性评定。例如：制造无罐气体渗碳炉时，高碳气氛对普通粘土砖有破坏作用，炉墙内衬的耐火材料需用含Fe2O3小于1%的耐火砖，即抗渗砖；制造电极盐浴炉时，由于熔盐对耐火材料的冲刷作用，坩锅材料必须采用重质耐火砖或耐火混凝土。20§11.1筑炉材料－概述4、高温体积稳定性高温体积稳定性：耐火材料在高温下长期使用时，化学成分发生变化，产生再结晶和进一步烧结现象，从而使耐火材料的体积发生收缩或膨胀的性能。这种收缩（或膨胀）是不可逆的，称作残余收缩（或膨胀），又称重烧收缩（或膨胀）。通常用膨胀系数或重烧线收缩来表示。一般要求耐火制品的体积变化不超过0.5~1%.21§11.1筑炉材料－概述5、耐急冷急热性（热震稳定性）耐急冷急热性：耐火材料抵抗温度急剧变化而不破坏的能力。测定方法：将耐火制品加热到850℃，然后放入流动的冷水中冷却，反复进行破碎至其重量损失20%时的次数。耐急冷急热性与制品的物理性能、形状和大小等因素有关。6、耐火制品的几何形状尺寸外形尺寸和尺寸公差22§11.1筑炉材料－概述二、耐火材料的分类1、按耐火度分类普通耐火材料：耐火度1580~1770℃高级耐火材料：耐火度1770~2000℃特级耐火材料：耐火度2000℃2、按形状分类标准型、普通型、异型、特异型和散状制品直角砖：230×113×65mm3、按加工方法分类不烧制品、烧成制品、熔铸制品23§11.2耐火材料一、粘土砖原料：耐火粘土和高岭土，是由花岗岩、片麻岩和基本上由石英、长石、云母等组成的岩石经过风化而成。主要成分：30~48%Al2O3，50~60%SiO2，其余为各种金属氧化物。性能：弱酸性，荷重软化点为1350℃，耐急冷急热性好。适用性：原料广泛，是最常用的耐火材料，可用于砌筑炉顶、炉底及燃烧室等。24§11.2耐火材料25§11.2耐火材料二、高铝砖原料：高铝钒土主要成分：Al2O348%，其余为SiO2，杂质很少；随Al2O3含量的增加，颜色变浅；当Al2O385%时，变为白色，叫白刚玉。性能：耐火度和高温结构强度都高于粘土砖，中性，化学稳定性好。适用性：多用于高温热处理炉及电阻丝或电阻带的搁砖、热电偶导管、马弗炉的炉芯等。26§11.2耐火材料27§11.2耐火材料三、轻质粘土砖耐火砖重质粘土砖：2.2~2.75g/cm3轻质粘土砖：0.4~1.30g/cm3超轻质粘土砖：0.3~0.4g/cm3原料：耐火粘土和高岭土，但在其中还要加入木屑、无烟煤或焦炭末，或者加入发泡剂，减小体积密度，增强保温性能。性能：体积密度小，保温性能好，热容量小（蓄热损失小），但高温强度低，高温化学稳定性差。适用性：宜做炉墙、炉顶和炉衬，可减少蓄热，节约能源。28§11.2耐火材料四、碳化硅耐火制品原料：碳化硅（金刚砂）为原料，加入结合剂成型烧结而成。化学成分：SiC性能：耐火度高，高温结构强度高，抗磨性、耐加热性好，导热性及导电性好。适用性：可用作高温炉的电热元件、马弗炉的马弗罐、高温炉的炉底板等。29§11.2耐火材料五、耐火纤维耐火纤维：一种新型的耐火材料，兼有耐火和保温作用。硅酸铝耐火纤维：一般热处理炉氧化铝耐火纤维石墨耐火纤维：高温真空炉性能特点优点：体积密度小，耐高温，热导率小，比热容小，耐急冷急热性好，可制成纤维毡、纤维板、纤维砖、纤维绳等；缺点：受制造工艺和设备的限制，某些气氛对耐火纤维有腐蚀作用，影响它的使用范围。硅酸铝耐火纤维30§11.2耐火材料六、耐火混凝土耐火混凝土：以一定粒度的钒土熟料为骨料，细粉状钒土熟料为掺合料加水，按一定比例混合，用水泥胶结、成型、硬化后得到的耐火材料。胶结料(10~25%)＋骨料(2~20mm)＋掺合料（＋促凝剂）性能特点优点：可以浇捣成整体炉衬，便于制造复杂构件，修炉和砌炉速度快，炉子寿命长，成本低;缺点：耐火度低于耐火砖。31§11.2耐火材料分类根据所用胶结材料（结合剂）不同分为：硅酸盐耐火混凝土铝酸盐耐火混凝土：快硬，高强度，耐火度低；用水养护，开裂倾向大，烘炉需缓慢进行.磷酸盐耐火混凝土：具有良好的高温性能，耐火度和高温强度较高，成本较高；开裂倾向小，不用水养护。水玻璃耐火混凝土：严禁水或蒸汽养护；有非常好的耐急冷急热性能，良好的整体性和耐磨性。32§11.2耐火材料七、耐火泥浆耐火泥浆：砌耐火砖时用来填充砖缝及其相互粘结并使砌体有一定强度和气密性的耐火材料。化学成分：20~40%的耐火粘土生料＋60~80%的耐火粘土熟料＋水或水玻璃各种耐火砖使用其对应的耐火泥浆八、陶瓷涂料耐火材料用陶瓷涂料金属构件用陶瓷涂料33§11.3保温材料为减少炉子热传导引起的热损失，提高炉子的热效率，改善劳动条件，耐火层外需砌一层保温材料。保温材料的特点：体积密度小，气孔率高，热容量小，热导率小。保温材料：导热系数λ0.25W/(m·℃)常用的保温材料：石棉、矿渣棉、蛭石、硅藻土、膨胀珍珠岩、岩棉以及轻质耐火砖等。34§11.3保温材料一、石棉石棉是天然纤维矿物，主要成分是3MgO·2SiO2·2H2O。使用温度：≤500℃（500℃以上会脱水而粉化）常加工成石棉绳、石棉板、石棉布等形状使用。35§11.3保温材料二、矿渣棉矿渣棉是高炉炉渣经加工处理而成纤维状材料。使用温度：≤750℃优点：体积密度小，导热系数小，吸湿性也小缺点：容易被压碎而降低保温性能36§11.3保温材料三、蛭石蛭石又名黑云母或金云母主要成分：SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO和5~10%的化合水。使用温度：≤1000℃可以散状使用，也可以胶结成各种保温制品使用。37§11.3保温材料四、硅藻土硅藻土是有机藻类腐败形成的天然疏松多孔物质。主要成分：SiO2使用温度：≤900℃大多制成硅藻土砖使用，也可散状使用。38§11.3保温材料五、膨胀珍珠岩由火山喷出的酸性岩浆急剧冷却的产物主要成分：SiO270%优点：体积密度小，热导率小使用温度：可达1000℃可以散状使用，也可以制成不同形状的砖使用。39§11.4炉用金属材料炉用金属材料分为炉外用金属材料和炉内用耐热钢。一、普通金属材料普通金属材料用作炉子的外壳和构架。如Q235A钢板，角钢，槽钢，工字钢等。二、炉用耐热钢我国早期多用3Cr18Ni25Si2、1Cr25Ni20Si2等。由于这类钢含Ni高，60年代后期普遍采用铬锰氮和铬锰硅钢铸造构件。80年代研制出3Cr24Ni7SiNRE耐热钢，具有良好性能。