目录
1 热处理设备课程设计的意义和目的 ---------------------------------------------------- 1
2 热处理设备课程设计的任务 ------------------------------------------------------------- 1
3 炉型的选择 ---------------------------------------------------------------------------------- 1
4 确定炉体结构和尺寸 ---------------------------------------------------------------------- 2
4.1 炉底面积的确定-------------------------------------------------------------------- 2
4.2 炉底长度和宽度的确定----------------------------------------------------------- 2
4.3 炉膛高度的确定-------------------------------------------------------------------- 3
4.4 炉膛尺寸的确定-------------------------------------------------------------------- 3
4.5 炉衬材料及厚度的确定----------------------------------------------------------- 3
5 砌体平均表面积计算 ---------------------------------------------------------------------- 4
5.1 砌体外廓尺寸----------------------------------------------------------------------- 4
5.2 炉顶平均面积----------------------------------------------------------------------- 4
5.3 炉墙平均面积----------------------------------------------------------------------- 4
5.4 炉底平均面积----------------------------------------------------------------------- 5
6 计算炉子功率 ------------------------------------------------------------------------------- 5
6.1 根据经验公式法计算炉子功率-------------------------------------------------- 5
6.2 根据热平衡法计算炉子功率----------------------------------------------------- 6
6.3 炉子的安装功率------------------------------------------------------------------- 10
7 炉子热效率计算 --------------------------------------------------------------------------- 11
7.1 炉子正常工作时的效率---------------------------------------------------------- 11
7.2 在保温阶段，关闭炉门时的效率---------------------------------------------- 11
8 炉子空载功率计算 ------------------------------------------------------------------------ 11
9 空炉升温时间计算 ------------------------------------------------------------------------ 11
9.1 炉墙和炉顶蓄热------------------------------------------------------------------- 11
9.2 炉底蓄热计算---------------------------------------------------------------------- 13
9.3 炉底板蓄热 ------------------------------------------------------------------------- 14
9.4 整个炉子蓄热量------------------------------------------------------------------- 14
9.5 空炉升温时间---------------------------------------------------------------------- 14
10 功率的分配与接线----------------------------------------------------------------------- 15
11 电热元件材料的选择及计算----------------------------------------------------------- 15
12 课程设计感想----------------------------------------------------------------------------- 18 附图：箱式电阻炉剖视图
25Cr2MoV车床变速器齿轮回火热处理
箱式电阻炉设计
1 热处理设备课程设计的意义和目的
热处理设备课程设计是在学生较为系统地学习了热处理原理与工艺、传热基本原理、气体力学、燃料与燃烧、耐火材料、电热原理、炉子构造等专业基础知识上开设的。是高等工业学校金属材料工程专业一次专业课设计练习，是继热处理工艺课程设计后的又一个教学环节。
其目的是：培养学生综合运用以上所学的知识独立分析和解决热处理工程技术问题的能力，掌握热处理设备（主要是热处理炉）设计的一般程序和方法，了解如何进行设计计算、设备工程图绘制，以及懂得如何查找和使用设计资料。
2 热处理设备课程设计的任务
设计一台台车式热处理炉，其技术要求如下：
（1）用途：25Cr2MoV车床变速器齿轮回火热处理
（2）生产率：200Kg/h
（3）最高工作温度：750℃
（4）生产特点：周期式成批装料，长时间连续生产
3 炉型的选择
根据设计任务的要求，综合工件的特点、技术要求、产量大小、劳动条件等多方面因素，以“优质、高效、低耗、清洁、灵活”为目标，选择箱式电阻炉，不通入保护气体。
4 确定炉体结构和尺寸
4.1 炉底面积的确定
由于该电阻炉主要用于尺寸较小的车床变速器齿轮回火热处理工序，生产批量大大，所以不宜采用实际排料法。因此炉底面积的确定采用加热能力指标法。既根据炉底单位面积生产率P 0来计算（单位面积生产率指炉子在单位时间内单位炉底面积所能加热的金属质量）。概略计算时，可按单位炉底生产率P 0的经验值计算。已知生产率P=200kg/h ，查得单位面积生产率P 0为100kg/(m 2.h)，故可求得炉底有效面积
F 1 = P/P 0=200/100=2m 2 式中 F 1—有效炉底面积（m 2）
P 0—单位炉底面积生产率（kg/(m 2.h)）
由于有效面积与炉底面积存在关系式F 1/F= 70%-85%，取比值系数为0.80，炉底实际面积
F= F 1 /0.80=2/0.80=2 .5m 2
4.2 炉底长度和宽度的确定
根据经验公式：
L=)67.0~50.0/(F B=L )3
2~21(
由于热处理箱式电阻炉设计时应考虑出料方便，取L=5.0/F ；B=21L 。 因此可求得：
L=5.0/F =5.0/5.2=2.236m B=21L=0.5×5=1.118m
根据标准砖尺寸（230×114×65），为了方便砌砖，取L=2.205m ，B=1.104m
4.3 炉膛高度的确定
据统计资料，炉膛高度H 与宽度B 之比H/B 多数在0.5-0.9范围内变动,根据电阻炉工作条件，取H/B=0.7左右，可计算炉膛高度：
H=0.7×B=0.7×1.118=0.783m
根据标准炉砖次村，选炉膛高度H=0.774m 。
4.4 炉膛尺寸的确定
综上，确定炉膛尺寸如下： 长 L=（230+2）×9+（230×
2
1
+2)=2205mm 宽 B=(120+2)×5+(65+2)×4+(114+2)×2=1110mm 高 H=(65+2)×11+37=774mm
注：为了避免工件与炉内壁或电热元件搁砖相碰撞，应使工件与炉膛内壁之间有一定的空间，确定工作室有效尺寸为
L 有效=2000mm B 有效=900mm H 有效=650mm
4.5 炉衬材料及厚度的确定
由于侧墙、前墙及后墙的工作条件相似，采用相同炉衬结构，即114 mmQN-0.6轻质黏土砖+114mm 硅藻土砖（C 级）+60 mm 密度为250 kg/m 3的普通硅酸铝纤维毡
炉顶采用114 mmQN-0.8轻质黏土砖+114 mm 膨胀珍珠岩+60 mm 密度为250 kg/m 3的普通硅酸铝纤维毡
炉底采用三层QN-0.8轻质黏土砖(67×3) mm +117mmB 级硅藻砖和膨胀珍珠岩复合炉衬+50mm 密度为250 kg/m 3的普通硅酸铝纤维毡。
炉门采用65 mm 轻质黏土砖+65mmA 级硅藻土砖+60mm 密度为250 kg/m 3的普通硅酸铝纤维毡.
炉底搁砖采用重质粘土砖（LZ-48），电热元件搁砖选用重质高铝砖。
炉底板材料选用Cr-Mn-N 耐热钢，根据炉底实际尺寸给出，分四块，厚度18 mm 。
5 砌体平均表面积计算
5.1 砌体外廓尺寸
L 外 = L+2×(116+116+60) =2789 mm B 外 = B+2×（116+116+60）=1694 mm H 外 = H+f+（116+116+60）+67×4+50+117 = 774+150+292+268+50+117= 1651mm
式中：f-拱顶高度，此炉子采用600标准拱顶，取拱弧半径R = B,则 f= R （1-cos300）求得f =150mm 。
5.2 炉顶平均面积
F 顶内=
L R
?6
2π=
6110.114.32??×2.205=2.562m 2 F 顶外=B 外×L 外=1.694×2.789=4.725m 2
F 顶均=顶内顶外F x F =725.4562.2?=3.479m 2
5.3 炉墙平均面积
炉墙面积包括侧墙及前后墙，为简化计算将炉门包括在前墙内。 F 墙内=2LH+2BH=2H （L+B ）=2×0.774×（2.205+1.110）=5.132m 2
F 墙外=2H 外（ L 外 +B 外）=2×1.651×（2.789+1.694）=14.803m 2
F 墙均=墙外墙内F F ?=802.14132.5?=8.716m 2
5.4 炉底平均面积
F 底内=B ×L=1.110×2.205=2.448m 2
F 底外=B 外×L 外=1.694×2.789=4.725m 2
F 底均=底外底内F F ?=708.3434.2?=3.401m 2
6 计算炉子功率
6.1 根据经验公式法计算炉子功率
由下式
P 安=C 5.0-升τF 0.9
（
1000
t
）1.55
取式中系数C=30[(KW ·h 0.5）/（m 1.8·℃1.55)],空炉升温时间定为升τ=3h ，炉温t=750℃，
炉膛内壁面积：
F 壁=2×（2.205×0.774）+2×（1.110×0.774）+2.205×1.110+2×3.14×1.110
×
36060×2.205 =10.141m 2 所以
P 安=C 5.0-升τF 0.9
（
1000
t
）1.55
=30×3-0.5×10.1410.9×（1000
750）1.55
=81.2KW
由经验公式法计算得到炉子的安装功率P 安： P 安≈85KW ）
6.2 根据热平衡法计算炉子功率
6.2.1 加热工件所需的热量Q 件
由附表6得，工件在750℃及20℃，时比热容分别为C 2件= 1.051kJ/(kg C ??)，C 1件= 0.486 kJ/(kg C ??)，根据下式：
Q 件= P(C 2件×t 2- C 1件×t 1)
=200×(1.051×750－0.486×20) =145196KJ/h 6.2.2 通过炉衬的散热损失Q 散
由于炉子的侧壁和前后墙炉衬结构相似，故作统一数据处理，为了简化计算，将炉门包括在前墙内。
根据计算公式：
Q 散=∑=+-n i i
i i n F s t t 111λ
对于炉墙散热，如图6.1所示
图6.1 炉墙结构图
对于炉墙散热，首先假定界面上的温度及炉壳温度，550t 2='墙℃，=400t 3='墙℃，
50t 4='墙℃则
耐火层1s 的平均温度 6502
550
750t 1s =+=
均℃ 硅藻土砖层2s 的平均温度 4752
400
550t 2s =+=均℃
硅酸铝纤维层3s 的平均温度 2252
50
400t 3s =+=均℃
1s 层炉衬的热导率由表6.1 查得：
表6.1 热处理常用耐火材料导热率[]
1
材料和牌号 导热率/（??-1
m
W ℃1-） 密度（g ??-3cm ） 比热容
膨胀珍珠岩 0.04+0.22t 310-? 0.31-0.135
轻质粘土砖（QN-0.6） 0.165+0.194t 3
10-? 0.60 0.84+0.26×10-3t
硅藻土C 级 0.159+0.31t 3
10-? 0.65 0.81+0.28×10-3t
0.286650100.194165.0t 100.1940.165-3s1-31=??+=?+=均黏λW/（m ·℃） =??+=??+=475100.310.159t 100.310.159-3s2-32均硅λ0.306W/（m ·℃） 普通硅酸铝纤维毡的热导率查表得，在与给定温度相差较小范围内近似认为其热 率与温度成线性关系：
由250t 3s =均℃，得079.02=纤λW/（m ·℃）。 表6.2 普通硅酸铝导热率[]
1
密度/3
-?m kg
100℃ 400℃ 700℃ 1000℃
100 0.058 0.116 0.21 0.337 250 0.064 0.093 0.14 0.209 350 0.070 0.081 0.121 0.122
当炉壳温度为50℃，室温为20℃时，由表经近视计算达a ∑=11.44W/（m ·℃） ① 求热流
∑
++
+
=
a 1s s t -t q 33
22
11
a
g 纤
硅
黏
墙λλλs
=
11.44
1
0.306116.00.0790.0600.2860.11620
-750+
++ =416.8W/2m
② 验算交界面上的温度墙2t 0.531286
.0116
.08.416750s q t t 11
12=?
-=-=粘
墙
墙墙λ℃ Δ=%5.3550505-135t t -t 222==
''墙
墙
墙%5<满足设计要求，不需重算。
0.373306
.0116
.016.8
4-0.531s q -t t 22
23=?==硅
墙
墙墙λ℃ Δ ===
''400
400-373t t -t 333墙
墙
墙 4.9%%5<满足设计要求，不需重算
③ 验算炉壳温度墙4t =?==0.079
0.060
416.8
-373s -q t t 32
34纤
墙
墙墙λ56.5℃<70℃ 满足一般热处理电阻炉表面温升<50℃的要求。 ④ 计算炉墙散热损失
墙墙散q Q =·墙均F =416.8×8.716=3632.8W 同理可求得
608.2t 2=顶℃，330.8t 3=顶℃，=顶q 341.9W /2m
551.6t 2=底℃，270.9t 3=底℃，47.5t 4=底℃，底q =315W /2m
炉顶通过炉衬散热 =?=顶均顶顶散F q Q 341.9×3.479=1189.5W 炉底通过炉衬散热 =?=底均底底散F q Q 315×3.401=1071.3W 整个炉体散热损失 底散顶散墙散散Q Q Q Q ++=
=3632.8+1189.5+1071.3=5893.6W=21217kJ/h 6.2.3 开启炉门的辐射热损失Q 辐
设装出料所需时间为每小时8分钟设有公式：
????
??????? ?????? ???=44g t 100a -100675.56.3T T FQ Q δ辐 因为K T 973273700g =+=，K T 29327320a =+=
由于正常工作时，炉门开启高度为炉膛高度的一半，故炉门开启面积
2m 43.02774
.0110.12=?=?
=H B F 炉门开启率0.1360
8
t ==δ 由于炉门开启后。辐射口为矩形，且H/2与B 之比为0.387/1.110=0.35,炉门开启高度与炉墙厚之比为0.387/0.28=1.38,查孔口的遮蔽系数得0.7?=5，
故
???
?
??????? ?????? ???=44g t 100a -100675.56.3T T FQ Q δ辐 =3.6×5.675×0.43×0.1×0.75×????
??????? ????? ??44100293-100973
= 5856.8KJ/h 6.2.4 开启炉门溢气热损失Q 溢
由溢气损失公式
t a g a a va t t c q Q δρ)('
-=溢
其中va q =1997BH H =1997×1.110×0.387×387.0=533.7m 3/h
冷空气密度,/29.13m kg a =ρ查表得 3a m 1.373kJ/C （=·℃), 20=a t C ?, g t '为溢气温度，近似认为
473.320-0073
2
20t -t 32t t a
g a g =?+=+='）（）（C ? t a g a a va t t c q Q δρ)('-=溢
=533.7×1.29×1.373×（473.3-20）×0.1=42849.2kJ/h 6.2.5 其他热损失Q 他
其他热损失约上述之和的10%―20%，故取15%，
）（溢辐散件它Q Q Q Q Q +++?=15.0
=0.15×(145196+21217+5856.8+42849.2) =32267.9kJ/h 6.2.6 热量总支出Q 总
其中 ，辅0=Q ，控0=Q 则
它控溢辐件散辅总Q Q Q Q Q Q Q Q ++++++= =145196+21217+5856.8+42849.2+32267.9 =247386.9kJ/h
6.3 炉子的安装功率
由式子 P 安=
3600
总
KQ 其中，K 为功率储备系数，本炉设计中K 取1.2，则 P 安=
3600总KQ =
5.823600
9
.2473862.1≈?KW 与标准炉子相比较，取炉子功率为85KW.
7 炉子热效率计算
7.1 炉子正常工作时的效率
由式子
η=
总
件Q Q =
9
.247386145196
=58.7%
7.2 在保温阶段，关闭炉门时的效率
=+=+=
）
（）（溢辐总件
2.284948.8565-247386.9145196
Q Q -Q Q η73.1%
8 炉子空载功率计算
P 空=
3600他散Q Q +=3600
9
.3226721217+=9.6KW
9 空炉升温时间计算
由于设计的炉子的耐火层结构相似，而保温层由于比热容小，蓄热量较少，为简化计算，将炉子侧墙、前后墙及炉顶按相同数据计算，炉底由于砌砖方法不同经行单独计算，因升温时炉底板也随炉升温，故也纳入计算中。
9.1 炉墙和炉顶蓄热
=侧
黏V 2×
[2.205×(12×0.067+0.135)×0.116]=0.480m 3 =前后
黏V 2×[(1.110+0.116×2)×(15×0.067+0.135)×0.116]=0.355m 3 =顶
黏V 0.97×
(2.205+0.276)×0.116=0.2793m
=侧硅V 2×
[(12×0.067+0.135)×(2.205+0.116) ×0.116]=0.4723m =前后硅V 2×[1.694×(25×0.067+0.135)×0.116]=0.7113m =顶珍V 2.789×
1.694×0.116=0.5483m =侧纤V 2×[(
2.205+0.116）×(12×0.067+0.135)×0.060]=0.2623m =前后
纤V 2×(0.67+0.116×2)×(15×0.067+0.135) ×0.060=0.1233m
=顶
纤V 1.071×
(2.205+0.276)×0.06=0.1593m 有如下公式
）（）（）（硅硅硅硅纤纤纤纤黏黏黏黏蓄000t -t c t -t c t -t c ρρρV V V Q ++=
①计算轻质粘土砖比热容C 黏 因为t 黏=
2
t 21墙t +=2531
750+=615.5℃
查附表经计算得轻质粘土砖比热容：
C 黏=0.84+0.26×10-3t 黏=0.8+0.26×10-3×615.5=0.96KJ/(kg C ??)
②计算硅藻土砖比热容C 硅 因为4522
3735312t -t t 32=+==
墙墙硅 ℃ 查附表经计算得硅藻土砖比热容：
c 硅= 0.84+0.25×10-3t 硅=0.84+0.25×10-3×425=0.95KJ/(kg C ??) ③计算硅酸铝纤维毡保温层比热容C 纤 因为75.1422
5
.657332t -t t 43=+==
墙墙纤C ? 查附表经计算得硅酸铝纤维毡比热容：
c 纤= 0.81+0.28×10-3t 纤=0.81+0.28×10-3×214.75=0.87KJ/(kg C ??)
炉顶珍珠岩按硅藻土砖进行近似计算，炉顶温度按侧墙温度进行近似计算，所以得：
=1蓄Q （+侧
黏V 前后黏V +顶黏V ））（黏黏黏0t -t c ρ+（侧硅V +顶珍V +前后硅V ））（硅硅硅0t -t c ρ +（侧纤V +前后纤V +顶
纤V ））
（纤纤纤0t -t c ρ =（0.480+0.355+0.279）×0.6×103×0.96×（615.5－20） ＋（0.472+0.711+0.548）×0.65×103×0.95×（452－20） ＋（0.262+0.123+0.159）×0.135 ×103×0.87×（214.75－20） =382110.9+461761.6+12443.1 =856315.6kJ
9.2 炉底蓄热计算
炉底高铝质电热元件搁砖，近似看成重质粘土砖。炉底的复合炉衬按硅藻土计算。
=底V 底
重黏V +底轻黏V +底纤V +底硅V
底
重黏
V =（0.120×0.020×5+0.065×0.230×4+0.114×0.230×2)×2.205=0.274m 3 底
轻黏
V =(0.114×0.065×5+0.114×0.065×3)×2.205+(1.694－0.114×2) ×(2.789－0.114)×0.065 =0.386m 3
底
纤
V =2,789×1.694×0.05=0.236m 3 底硅
V =2,789×1.694×0.114=0.539m 3
由于8.6252
6
.5517502t -t t 21=+==底底
粘
C ? 近视将重质砖和轻质砖平均温度看作相等。 经查表计算可得：
底
重黏
C =0.88+0.23×10-3t 底
重黏
=0.88+0.23×10-3
×625.8=1.04KJ/(kg C ??) 底
轻黏
C =0.84+0.26×10-3t 底
轻黏
=0.84+0.26×10-3×625.8=1.01KJ/(kg C ??) 25.1142
9
.702551.62t -t t 32=+==
底底底硅C ?
经查表计算得：
底
硅
C
=0.84+0.26×10-3
t 底
硅
=0.84+0.26×10-3
×411.25=0.95KJ/(kg C ??) 3.1582
7
.459.7022t -t t 43=+==
底底底
纤C ? 经查表计算得：
底
纤
C
=0.81+0.28×10-3t 底
纤
=0.81+0.28×10-3×158.3=0.854KJ/(kg C ??)
所以可以计算得到底
蓄Q ：
底蓄Q =底重黏V ）
（黏底重黏底重黏0t -t c ρ+底轻黏V ）（轻黏底轻黏底轻黏0t -t c ρ +底硅V ）（硅底硅底硅0t -t c ρ+底
纤V ）
（纤底纤底纤0t -t c ρ =0.274×2.4×103×1.04×(625.8-20)+0.368×0.8×103×1.01×(625.8-20)
+ 0.539×0.65×103×0.95×(411.25-20)+0.2360×0.125×103 ×0.854×(158.3-20)
=414309+188941.8+130220.7+3484.2=736955.7kJ
9.3 炉底板蓄热
知750C ?和20C ?时高合金钢的比热容分别为2板c =0.875kJ/(kg C ??)和1板c =0.437 kJ/(kg C ??)。经计算炉底板质量G=312kg ，所以有
板
蓄Q =G （2板c 1t -1板c 0t ）= 312×(0.875×750-0.437×20）=188373kJ
9.4 整个炉子蓄热量
蓄Q =1蓄Q + 底蓄Q + 板蓄Q =856315.6+736955.7+188373=1781644.4kJ
9.5 空炉升温时间
h 8.585
36001781644.4
3600t =?=
=
安
蓄升P Q
对于一般周期作业炉，其空炉升温时间在3-8h 内均可，故本炉子设计符合要。因计算蓄热时是按稳态计算的，误差大，时间偏长，实际空炉升温时间应在4h 以内
10 功率的分配与接线
85KW 功率均匀分布在炉膛两侧及炉底，组成YY 连线。供电电压为车间动力电网380V 。
核算炉膛布置电热元件内壁表面负荷，对于周期式作业炉，内壁表面负荷应在15-35KW/m 2 之间，常用20-25 KW/m 2 之间。
F 电=2F 电侧+F 电底=2×2.205×0.774+2.205×1.110=5.86m 2 W=
电安F P =86
.585=15KW/m 2 表面负荷在常用的范围15-25KW/m2之内，故符合设计要求。
11 电热元件材料的选择及计算
由最高使用温度750C ?，选用线状Cr15Ni60合金元件，接线方式采用YY 。 理论计算法：
（1）求700C ?时电热元件的电阻率t ρ
当炉温为700C ?时，电热元件温度取900C ?，由附表12查得Cr15Ni60在20C ?的电阻率20ρ=1.10?Ωmm 2/m ，电阻温度系数α=14×10-5C ?-1，则900C ?下的电热元件电阻率为
t ρ=20ρ（1+αt ）=1.10×(1+14×10-5×900)=1.24?Ωmm 2/m (2) 确定电热元件表面功率
根据本炉子电热元件工作条件取允W =1.5W/cm 2
(3)由于采用YY 接法，即三相双星形接法，每组元件功率
组P =
n 85=2
385
?=14.2kW
(4) 由于采用YY 接法，车间动力电网端电压为380V ，故组电热元件端电压即为每相电压
组U =
=3
380
220V (5) 电热元件直径
线状电热元件直径
d=34.3()=???=32232
t 25.12201.24/1.4134.3W /U P 允组组ρ 5.16mm
取d=6mm 。 (6) 每组电热元件长度 组L =0.785×10
-3t P d
U ρ组组2
2=0.785×10-3
× 1.24
1.4162202
2??=78.23m 每组电热元件重量 组G =4
2M
L d ρπ组
式中，M ρ=8.2g/cm 2
所以得3-2
M 2103.823.8764
3.14L d 4
G ????=
=
ρπ
组组=18.35kg (7) 电热元件的总长度和总重量
电热元件总长度组总L L 6==6×78.23=469.4m 电热元件总重量组总G G 6==6×18.35=110.1kg (8) 校核电热元件表面负荷
组组实dL P W π==
=???82370.63.14102.413
0.96W/cm 2 允实＜W W ，结果满足设计要求 (9) 电热元件在炉膛内的布置
将6组电热元件每组分为4折，布置在两侧炉墙及炉底上，则有 折L =
==4
78.23
4L 组15.65m
布置电热元件的炉壁长度L’=L -50=2205-50=2155mm
丝状电热元件绕成螺旋状，当元件温度高于900℃，查表可知，螺旋节经D=（4-6）d,取D=5d=5×6=30mm
螺旋体圈数N 和螺距h 分别为 N==??=31030
3.1415.65
D L π折166.1圈 h=
97.12166.1
2155N L =='mm h/d=12.97/6=2.16
按规定，在2-4范围内满足设计要求。
根据计算，选用YY 方式接线，采用d=6mm 用电热元件重量最小，成本最低。
电热元件节距h 在安装的适当调整，炉口部分增大功率。 电热元件引出棒材料选用1Cr18Ni9Ti ，φ=10mm ，l =400mm
11 炉子技术指标（标牌）
额定功率：85KW 额定电压：380V 最高使用温度：750℃ 生产率：200kg/h 相数：3 接线方法：YY
工作室有效尺寸：2000×900×650 外形尺寸：2789×1694×1651 重量：kg 出厂日期：
12 课程设计感想
通过本次热处理设备课程设计，在整个设计过程中学习到了许多新的知识，锻炼了动手和动脑能力。热处理设备为金属材料专业的一门理论加实践的基础课程，它是继金属学、材料科学基础、热处理原理课程学习完以后又一门专业课。通过热处理设备的设计可以了解到热处理炉设计的基本方法，可以根据热处理工件的大小、尺寸、型号和形状等。通过课程设计的实践训练，培养我们独立查阅文献资料的能力，在独自遇到相关问题的情况下，通过自己的努力，获得解决问题的方法。通过该课程设计的实践与锻炼，让我了解到热处理炉的原理及内部真正结构，也让我们能够根据具体要求，自己能够设计出所需的炉型、结构、功率等。使自己动手能力大大增强。另外，通过该课程设计的实践，让我们把理论与实践相结合，在实践过程中理解与消化课堂上学到的理论知识。同时经过反复的理论和实践的相互交流和印证，可以融汇贯通，对我们以后进入工作岗位会有极大的实践经验与理论支持。
在整个课程设计过程中，感谢张路宁老师，金光老师等老师的辛勤指导和答疑。
参考文献
[1] 吉泽升.《热处理炉》.哈尔滨工程大学出版社.1999年1月.
[2]叶宏.《热处理原理及工艺学》.北京：化学工业出版社.2011年6月
[3]樊东黎.《热处理数据手册》第二版.机械工业出版社.2006年4月
[3]张路.《宁热处理设备课程设计教学指导书》.2012年6月
常用金属材料及热处理代号 硬度 材料牌号 图纸热处理标注 HB HRc 热处理目的 Q235-A ─ 不热处理 16Mn─ 不热处理 渗碳淬硬S-C59 表面≥59表面耐磨，心部韧性高，去碳处可钻孔 20 20Cr 渗碳高频淬硬 S-G59 表面≥59表面耐磨，心部韧性高，不淬硬处可钻孔正火Z ≤230 组织均匀化，消除应力 调质T235 220～250提高性能，改善组织 调质T265 250～280提高性能，改善组织 淬硬C35 30～40 变形小，硬度略提高 淬硬C42 40～45 提高强度和耐磨性，有一定的韧性 淬硬C48 45～50 提高强度和耐磨性，有一定的韧性高频淬硬G48 表面45～50表面耐磨，心部韧性高，变形小 45 40Cr 高频淬硬G52 表面50～55表面耐磨，心部韧性高，变形小 调质T265 250～280提高性能，改善组织 38CrMoAlA 氮化D900 HV≥850 提高表面硬度及耐磨性，耐疲劳，耐腐蚀性能 退火Th ≤230 降低硬度 65Mn 60Si2MnA 50CrVA 淬硬C42 40～45 提高强度和弹性 退火Th ≤230 降低硬度 GCr15 淬硬C59 ≥59 提高硬度和耐磨性 退火Th ≤230 降低硬度 T8A 淬硬C58 55～60 提高硬度和耐磨性 退火Th ≤230 降低硬度 T10A T12A 淬硬C62 ≥62 提高硬度和耐磨性 退火Th ≤255 降低硬度 9SiCr Cr12MoV W18Cr4V 淬硬C62 ≥62 提高硬度和耐磨性 HT100 HT200 HT250 热时效去应力 QT400-15 QT600-3 热时效去应力 ZG200-400 ZG270-500 正火Z ZCuSn5Pb5Zn5 ─不热处理 ZAlSi7Mg ─不热处理 T2 ─不热处理 H62 ─不热处理 L2 ─不热处理
1．目的： 使设备有效性的能力维持在最佳状态，从而达到设备寿命周期最大经济化。2．范围： 包括公司所有直接或间接用于热处理的设备。 3．职责： 3.1车间生产人员负责设备的日常点检、运行维护保养。 3.2机电人员负责设备的维护保养的指导、定期检查、大/中修等工作。 3.3热处理技术员负责设备的定期检查.和校验。 3.4实验员负责产品硬度的校验，对实验数据进行记录，并出具产品实验报告。 4.流程：无 5.作业内容： 5.1设备操作 a．开机前，必须熟悉热处理炉传动系统和结构，各开关的功用。 b．升温前首先由机电工对电器.热电偶进行检查，确认正常后，操作工对照《设备日常点检卡》中规定的项目（包括各项报警项目）进行点检，正常后进行操作。c．先开淬火槽循环和水冷却，然后按照升温工艺进行升温。 d．淬火炉温度升到300℃时开启网带传动。 e．当淬火炉升温到600℃，开启回火炉进行升温；当回火炉温度升到设定温度后才开启网带传动（先开网带传送，然后拧涨紧螺杆）。 f. 温度设定：通过温度仪表的上下按键对温度设定值进行调节。 g. 网带速度设定：通过变频器的旋转钮左右旋转对网速进行调节。 5.2 设备运行 a．设备运行过程中操作工应每30分钟巡视一次设备，若发现异常应当即通知机电工进行排异。 b. 设备运行过程中遇设备故障或其它紧急情况，请按照《热处理通用规定》执行。 c. 淬火槽温度接近70℃时开启油冷却对油进行降温，油温接近50℃时关闭油冷却。 5.3 设备停止 a．炉内产品走完后关闭加热电源，（淬火加热炉的网带传动.淬火槽循环.回火炉风扇.水冷却必须开，其它可关。回火炉开始降温后必须停网带，并把涨紧螺杆松开，防止网带拉长变形）。 b. 停炉后必须继续通入甲醇，等淬火炉炉温低于700℃后方可关闭甲醇。 c. 淬火加热炉温低于300℃后才能停网带传动，低于200℃后关闭淬火槽循环泵。回火炉温度低于200℃后可停风扇。 d. 炉温冷却后关闭冷却水。 5.4 日常维护保养
热处理设备复习题 第一单元综合训练题答案 一、填空题 1．常用耐火材料有（粘土砖、高铝砖、耐火混凝土制品及各种耐火纤维），它们的最高使用温度分别为 （1350℃、1500℃、600~1460℃、1100~1600℃）。 2．荷重软化开始点是指在一定压力条件下，以一定的升温速度加热，测出样品开始变形量为 0.6% 的温度。 a.0.2% b.0.6% c.1.2% 3．抗渗碳砖是Fe 2O 3含量 a 的耐火材砖。 a. ＜1% b.＞1% c.＞2% 4．常用隔热材料有（硅藻土、蛭石、矿渣棉、石棉以及珍珠岩制品），其中最低使用温度及材料是 石棉 、 500℃ 。 5．传热的基本方式有 传导 、 对流 、 辐射 ，综合传热为 同时具有两种或两种以上的单一传热 。 6．电阻丝对炉墙的传热是 b ，炉墙对车间的传热是 b ，电阻丝对炉墙对车间的传热包括了 e ，通过炉墙的传热是 a ，上述四者中传热量较大或热阻较小（可忽略不计）的是 h 、 热阻较大的是 k ；燃气对工件的传热是 b 。 a.传导 b.对流+辐射 c.辐射+传导 d.辐射 e.辐射+传导+对流 g.传导+对流 h.电阻丝对炉墙的传热 i.炉墙对车间的传热 k.通过炉墙的传热 7．影响“黑度”的因素有 b 、d 、e 、g 、f 。 a.时间 b.表面粗糙度 c.传热面积 d.温度 e.物体的材料 f.物体的形状 g.物体的颜色 h.角度系数
8．增强传热（含炉温均匀性）有 a 、s 、d 、g 、h 、k 、n 、o ，削弱传热有d 、e 、f 、i 、j 、l 、m 、p 。 a.加大温差 b.增加传热面积 c.增加风扇 d.加大气孔率 e.减小热导率 f .增加隔板 g.增加导风系统 h .箱式炉膛改圆形炉膛 i.圆形炉膛改箱式炉膛 j .炉壳外刷银粉比砖墙或一般金属外壳 k.增加黑度（如工件或炉壁表面涂覆高黑度磷化处理层或CO 2红外涂料） l.降低黑度 m.工件表面不氧化（真空、可控、保护、中性气氛加热） 比工件表面氧化 n.高速燃气烧嘴比低速燃气烧嘴 o.燃气炉比空气炉 p.空气炉比燃气炉 三、简答题 1．比较重质砖、轻质砖以及硅酸铝耐火纤维的主要性能，说明它们在热处理炉中的应用及应注意的问题。试选择电阻丝搁板所用材料，并说明选择的依据。 答：重质砖使用温度高于同材质的轻质砖，硅酸铝耐火纤维兼有耐火及保温性能，新型耐火纤维的使用温度高于重质砖。重质砖多在炉底支撑砖，轻质砖多用于炉侧墙或炉顶，硅酸铝耐火纤维使用温度不要过高以防损坏。电阻丝搁板通常选择高铝砖或刚玉材料，并说明选择的依据。 2．比较三种基本传热方式的异同。 答：三种传热均与温差、传热面积、传热系数、传热时间成正比。不同的材料的传热系数差别很大，对流传热还与流体的流速、温度、黏度有关，辐射传热还与材料的黑度、角度系数、表面粗糙程度有关。 3．写出单层稳定态传导传热计算公式。 答：φ = S t t λδ ) (21- 或 q = λδ)(21t t - 4．有一双层炉墙，第一层是重质耐火粘土砖厚113mm ，第二层为硅藻土砖厚
1.LY12的介绍 LY12是旧牌号，新牌号是2A12，这是一种高强度硬 铝，可进行热处理强化，在退火和刚淬火状态下塑性中 等，点焊焊接性良好，用气焊和氩弧焊时有形成晶间裂 纹的倾向；合金在淬火和冷作硬化后其可切削性能尚 好，退火后可切削性低；抗蚀性不高，常采用阳极氧化 处理与涂漆方法或表面加包铝层以提高其抗腐蚀能力。 LY12为铝－铜－镁系中的典型硬铝合金，其成份比较 合理，综合性能较好。很多国家都生产这个合金，是硬铝中用量最大的。该合金的特点是：强度高，有一定的耐热性，可用作150°C以下的工作零件。温度高于125°C，2024合金的强度比7075铝合金的还高。热状态、退火和新淬火状态下成形性能都比较好，热处理强化效果显著，但热处理工艺要求严格。抗蚀性较差，但用纯铝包覆可以得到有效保护;焊接时易产生裂纹，但采用特殊工艺可以焊接，也可以铆接。 1.组织致密性： 独有的晶粒细化工艺保证,航空产品系列全部通过航空航天用铝合金制品的超声波探伤工序检验,无沙孔、裂纹、气泡及杂质等。 2.内应力（人工时效）： 完美的预拉伸消除内应力工艺处理，彻底消除内应力，产品在加工和受力时也不会翘曲、开裂及变形。 3.公差精度： 产品全部符合美国材料及试验学会规范(ASTM)和航空航天材料规范(AMS),大部分产品的公差指标可超过ASTM1/2公差精度,部分产品公差指标甚至可超过ASTM 1/4标准公差精度。 4.加工性能： 将化学成分、强度及硬度的偏差降至最小，加工中不会发生"粘刀"、"崩刀"现象。 5.均匀性： 热处理技术卓越，产品在300mm厚度（或直径）以下，强度、硬度可保持一致。 6.稳定性： 生产工序全部电脑控制，绝少人为偏差，不同批次生产也可保证性能一样。 7.染色效果： 染色处理效果均匀而有光泽，表面无“条纹”状或“斑点”状、颜色不一的现象发生。 8.抗腐蚀性能 :通过金属及合金的显微检验，具有优良的抗应力腐蚀性能及抗腐蚀鳞状剥落性能，在各种介质（如水蒸气、弱酸、弱碱等）环境下长久使用不会产生凹坑或发黑现象。 9.抗高温性能: 在400℃工作环境中不会产生永久变形。 10.弯曲性能: 板材全部通过半导弯曲检验，弯曲180度不会产生开裂现象。
常用材料热处理
材料热处理中的特性： 淬透性（可淬性）：指钢接受淬火的能力 零件尺寸越大，内部热容量也越大，淬火时冷却速度越慢，因此，淬透层越薄，性能越差，这种现象叫做“钢材的尺寸效应”。但淬透性大的钢，尺寸效应不明显。 由于碳钢的淬透性低，在设计大尺寸零件时用碳钢正火比调质更经济。 常用钢种的临界淬透直径De mm 常用材料的工作条件和热处理 渗碳钢：（含碳量0.1～0.25％） 10、15、20、 15Cr、20Cr、20Mn2、20CrMn、20CrMnVB 25MnTiB、18CrMnTi、20CrMnTi、20CrMnMo 30CrMnTi、20Cr2Ni4A、12CrNi3A、18Cr2Ni4W A
渗碳钢在高温下长时间保温，晶粒易于长大，恶化钢的性能。 表面含碳量在0.85～1.05％，表层硬度≥56～65(HRC) 心部含碳量在0.18～0.25％，HRC30~45 含碳量在0.3％时，HRC30~47 常用渗碳钢渗碳后的硬度 调质钢（含碳量0.25～0.5％） 40、45、40Cr、50Mn2、35CrMo、30CrMnSi、 40CrMnMo、40MnB、40MnVB、40CrNiMoA 38CrMoAlA 碳素调质钢淬透性低。 常用调质钢的调质硬度 调质钢对表面耐磨性要求较高时还需高频淬火，要求耐磨性更高时则需渗氮。
弹簧钢含碳量：碳素弹簧钢0.6～0.9％ 合金弹簧钢0.45-0.7％ 弹簧钢的选用： 钢丝直径<12～15mm 65、75 弹簧≤25mm 65Mn、55Si2Mn 60Si2Mn、70Si3MnA 钢丝直径≤30mm 50CrVA、50CrMnVA 重要弹簧 60Si2CrVA、65Si2MnVA 弹簧钢的热处理一般是淬火加中温回火 热处理的硬度一般为 HRC41-48 对于一般小弹簧（钢丝截面D<10mm）不淬火，只作250～300去应力处理。 65Mn淬硬性好，硬度≥HRC59。 轴承钢含碳量0.95～1.10％ 含铬量0.5～1.65％ GCr9 GCr15 GCr15SiMn GsiMnV GMnMoVRE GSiMnMoV GSiMnVRE GSiMnMoVRE GMnMoV 轴承承受高压集中周期性交变载荷，由转动和滑动产生极大的摩擦。 轴承钢一般首先进行球化退火—淬火—低温回火，硬度为HRC61-65。
第一单元综合训练题答案 一、填空题、选择填空题 1．常用耐火材料有（粘土砖、高铝砖、耐火混凝土制品及各种耐火纤维），它们的最高使用温度分别为 （1350℃、1500℃、600~1460℃、1100~1600℃）。 2．荷重软化开始点是指在一定压力条件下，以一定的升温速度加热，测出样品开始变形量为0.6% 的温度。 a.0.2% b.0.6% c.1.2% 3．抗渗碳砖是Fe2O3含量a的耐火材砖。 a.＜1% b.＞1% c.＞2% 4．常用隔热材料有（硅藻土、蛭石、矿渣棉、石棉以及珍珠岩制品），其中最低使用温度及材料是石棉、 500℃。 5．传热的基本方式有传导、对流、辐射，综合传热为同时具有两种或两种以上的单一传热。 6．电阻丝对炉墙的传热是 b ，炉墙对车间的传热是 b ，电阻丝对炉墙对车间的传热包括了e ，通过炉墙的传热是 a ，上述四者中传热量较大或热阻较小（可忽略不计）的是h 、 热阻较大的是k ；燃气对工件的传热是 b 。 a.传导 b.对流+辐射 c.辐射+传导 d.辐射 e.辐射+传导+对流g.传导+对流h.电阻丝对炉墙的传热i.炉墙对车间的传热k.通过炉墙的传热 7．影响“黑度”的因素有b 、d、e、g、f 。 a.时间 b.表面粗糙度 c.传热面积 d.温度 e.物体的材料 f.物体的形状 g.物体的颜色 h.角度系数 8．增强传热（含炉温均匀性）有a、s、d、g、h、k、n、o，削弱传热有d、e、f、i、j、l、m、p 。 a.加大温差 b.增加传热面积 c.增加风扇 d.加大气孔率 e.减小热导率 f.增加隔板 g.增加导风系统 h.箱式炉膛改圆形炉膛 i.圆形炉膛改箱式炉膛 j.炉壳外刷银粉比砖墙或一般金属外壳 k.增加黑度（如工件或炉壁表面涂覆高黑度磷化处理层或CO2红外涂料） l.降低黑度 m.工件表面不氧化（真空、可控、保护、中性气氛加热）比工件表面氧化 n.高速燃气烧嘴比低速燃气烧嘴 o.燃气炉比空气炉 p.空气炉比燃气炉 二、是非题 1．荷重软化开始点与最高使用温度基本相等或比较接近（是）。 2．重质砖、轻质砖可以是同一种原材料制成，热导率相同（非）。 3．耐火材料中Al2O3含量越高，其使用温度也越高（是），其颜色也越白（是）。 4．工程上把导热系数小于0.23 W/(m·℃)的材料称为隔热材料（是），其热导率低，热阻大，削弱传热（是）。主要是气孔率高、比重轻，发挥了空气是不良导体的作用（是），其使用温度高于耐火材料（非）。
《热处理设备》复习题 绪论 热处理设备主要有加热设备、冷却设备和炉用仪表。其中，加热设备是热处理过程中的主要设备。预备热处理通常使用电阻炉、燃气炉（箱式、井式、台车式），最终热处理通常使用浴炉、感应加热设备、井式气体渗碳路、电阻炉、燃气炉，高质量的最终热处理通常使用可控气愤炉、可控气愤多用炉、真空热处理炉。热处理炉主要技术性能指标有额定温度、额定功率、工作电压、炉膛尺寸、生产率、最大装炉量、空炉升温时间等。 第一单元热处理设备基础 模块一筑炉材料 主要的筑炉材料有砌筑炉衬所用的耐火材料、隔热材料（或称绝热材料、保温材料）、制作炉底板和炉罐的耐热钢。 耐火材料 凡能够抵抗高温，并能承受高温物理和化学作用的材料，称为耐火材料。 热处理炉对耐火材料的性能要求： 1有足够的耐火度。指耐火材料受热后软化到一定程度时的温度，但并不是它的熔点。根据耐火度的高低，耐火材料可分为普通耐火材料（耐火度为1580~1700℃）、高级耐火材料（耐火度为1770~2000℃）和特级耐火材料（耐火度大于2000℃）。 2有一定的高温结构强度。高温结构强度用荷重软化点来评定，荷重软化点是指式样（尺寸为φ36*50mm）在一定压力（0.2MPa）条件下，以一定的升温速度加热，测出试样开始变形（变形量为原试样的0.6%）的温度，此温度叫改耐火材料的荷重软化点开始点。 3高温化学稳定性好。 4有良好的耐急冷急热性。 5高温下的体积稳定性。 热处理炉常用的耐火材料及应用： 1粘土质耐火材料（重质砖） 2轻质（轻质砖）与超轻质耐火材料 3高铝质耐火材料 4刚玉制品 5硅酸铝耐火纤维 6耐火混凝土，与耐火砖相比，耐火混凝土的优点是：可在现场直接制造，取消了复杂的烧结工序：具有可塑性和整体性，忧虑与复杂制品的成型；较耐火砖砌炉及修炉的速度快，加强了炉体的整体性，寿命长。 热处理炉常用的耐火混凝土有以下几种： （1）铝酸盐耐火混凝土（2）磷酸盐耐火混凝土（3）水玻璃耐火混凝土 隔热材料 工程上把导热率小于0.23W/( m*℃)的材料成为隔热材料。隔热材料的主要性能特点是热导率低、体积密度小、比热小等。 硅藻土、蛭石、矿渣棉、石棉、珍珠岩、
热处理设备 Heat treating equipment 课程编号：07310510 学时：45（其中：讲课学时：43 实验学时： 2 上机学时：0） 学分：3 先修课程：《高等数学》、《传热学》、《电工学》、《金属材料学》、《物理化学》、《机械原理和机械零件》、《机械制图》、《计算机技术》 适用专业：金属材料工程 教材：《金属组织控制技术与设备》邵红红，纪嘉明编著，北京大学出版社，2011年9月第1版。 开课学院：材料科学与工程学院 一、课程的性质与任务 （一）本课程的性质 热处理设备是金属材料工程专业的必修课，是本专业材料、工艺、设备三条主线之一。实践证明，要提高钢铁等金属材料的使用性能，最有效的手段之一，就是对其进行热处理。如果说，冶金工作者已经赋予了材料优良的性能潜力，而热处理工艺可以发掘这样的潜力，使之具有最佳的使用性能，那么，热处理设备则是达到这种目的的必不可少的手段。所以作为一个金属材料工程学生，热处理设备方面的知识不可或缺。 （二）本课程的任务 1．熟悉热处理设备的类型、结构特点和应用范围，能够合理选择、正确使用热处理设备； 2．初步具备设计和改造普通热处理炉的能力； 3．对热处理设备发展动态有所了解，从而能充分利用现有设备，大胆合理运用和推广先进热处理设备，为保证产品质量提供必要条件。 二、课程的基本内容和要求 第一章（本教材第六章）传热学原理 1．教学内容 （1）传热的基本方式：传导、对流和辐射换热；温度场、稳定导热和不稳定导热、温度梯度的概念； （2）传导传热：基本定律和传热量计算表达式，单、多层平壁稳定导热及单多层圆筒壁稳定导热分析和计算； （3）对流换热：基本定律和传热量计算表达式，影响对流换热的因素，不同条
16米新型燃气热处理炉 16米新型燃气热处理炉的用途： 16米新型燃气热处理炉是我公司承制的新型燃气、燃气工业炉采用了全硅酸铝耐火纤维炉墙、高速调温自控烧咀、先进的计算机自控系统、余热回收装置、炉体全密封等多项先进技术。 16米新型燃气热处理炉拥有的结构特点： 1.全硅酸铝纤维炉墙： 将耐火纤维应用在工业炉上并成功地解决了硅酸铝纤维的固定和纤维的热收缩问题。硅酸铝纤维与普通的耐火砖相比，具有重量轻、隔热保温性能好（与普通耐火砖相比可节能28～30％）和使用寿命长的特点。同时，由于重量轻，与普通砖体炉相比，可大大减少钢材的用量。 2.余热回收和全密封技术： 通过余热回收装置，使预热空气温度～300°C，提高了炉子热效率。采用了全密封技术，消除了炉子漏火现象，节约燃料。 综上所述，天然气热处理炉(16米)具有以下卓越性能： 1)卓越的节能效果。炉子热效率可达35～40%。 2)控温精度高。 3)优良的环保性能。S02、NOx排放量远低于国家允许排放标准。燥声指标低于国家标准。 4)高度的自动化性能。操作工可以在仪表间完成所有操作。 3.先进的燃烧系统： 我公司开发研制的高速调温自控烧嘴、烧嘴控制器和各种自控阀，组成了自控燃烧系统。这种新型燃烧系统，具有出口速度高（70～100m/s)、燃烧充分、节能效果显著、NOx产物低的特点。由于火焰出口速度高，强化了炉内气体的循环和对流，提高了炉温的均匀性和热效率，从而提高了加热质量，缩短了加热时间。高速调温自控烧嘴系统，可实现点火、燃烧能力调节、熄火报警、自动保护及再点火等全过程的自动控制。为高精度炉温自动控制提供了技术保证。 4.先进的自控系统： (1)可靠的安全保护系统： 在仪表柜上设有温度、炉压、各烧嘴、各管路参数的操作值显示和异常情况报警及紧急保护措施。确保操作安全。 (2)炉内压力自控系统： 可设定和自动调节炉内压力，使炉压控制在最佳值，保证炉内工况稳定并充分利用炉气热量。 (3)管路参数自控系统： 燃烧系统所需的助燃空气管路和燃料管路，其压力可设定和自动调节，使助燃空气和燃料量控制在最佳比值，保证了极高的燃烧效率，消除了黑烟。 (4)炉内温度控制系统： 采用先进的西门子PLC，它和测温元件、自控烧嘴组成闭环控制。温控仪接口与上位计算机联接，组成BT-DCS型集散式热处理温度控制系统，配有高分辩率彩色屏幕、CRT操作控制台。语音报警，具有良好的用户界面。采用先进的模糊控制原理，具有高精度、高灵活性、抗干扰性和高可靠性。温控系统可对热处理生产工艺曲线进行自动计算、操作、显示、存储，实现全过程控制。
热处理工艺及设备概述 热处理工艺： 热处理是一种很重要的金属加工工艺方法，也是充分发挥金属材料性能潜力的重要手段。热处理的主要目的是改变钢材的性能，其中包括实用性能工艺性能。钢的热处理工艺特点是将钢加热到一定的温度，经一定时间的保温，然后以某种速度冷却下来，通过这样的过程能使钢的性能发生改变。 热处理之所以能使钢的性能发生显著变化，主要是由于钢的内部组织结构可以发生一系列变化。采用不同的热处理工艺过程，将会使钢得到不同的组织结构，从而获得所需要的性能。 钢的热处理基本方法有以下几种：
（一）钢的热处理工艺 （1）退火与正火 将工件加热到一定温度后保温，然后缓慢冷却（通常随炉冷却）的热处理工艺，称为退火。根据不同目的，可以将工件加热到昨临界温度以上退火，例如完全退火、不完全退火、球化退火；也可以在临界温度以下退火，例如再结晶退火、去应力退火等。 正火与退火相似，区别在于正火的加热温度较高（临界温度以上），冷却速度较快（通常在空气中冷却），因此正火后工件组织细密，强度、硬度都比退火高。生产中常使用正火或退火来消除铸件、锻件热处理件和轧材的组织缺陷，细化均匀组织，消除残余应力，调整硬度，以利于切削加或进一步热处理。 （2）淬火和回火 淬火是将工件加热到临界温度以上保温后快速冷却（通常水冷或油冷）的热处理工艺。其目的在于获得高硬度的马氏体等组织，并配以不同温度的回火，从而赋予工件所需要的组织和性能。所谓回火，则是淬火工件低于临界的重新加热、保温、冷却（一般空冷）的热处理工艺。尺寸不大、形状简单的非合金钢零件，可用一定配方的盐水作为淬火冷却的冷却介质；全金钢零件淬火介质可用矿物油，以避免过快冷却使工件产生过大的内应力导致裂纹。
主要包括各种加热炉和加热装置。在热处理设备中,应用最广泛的是各种电阻炉,它是以电为能源,通过炉内电热元件将电能转化为热能而加热工件的炉子。加热装置包括直接电热装置、接触电热装置、火焰加热装置、感应加热装置和激光加热装置等 感应加热热处理的设备主要由电源设备、淬火机床和感应器组成。电源设备的主要作用是输出频率适宜的交变电流。高频电流电源设备有电子管高频发生器和可控硅变频器两种。中频电流电源设备是发电机组。一般电源设备只能输出一种频率的电流,有些设备可以改变电流频率，也可以直接用50赫的工频电流进行感应加热。 电源设备的选择与工件要求的加热层深度有关。加热层深的工件，应使用电流频率较低的电源设备；加热层浅的工件，应使用电流频率较高的电源设备。选择电源设备的另一条件是设备功率。加热表面面积增大，需要的电源功率相应加大。当加热表面面积过大时或电源功率不足时，可采用连续加热的方法，使工件和感应器相对移动，前边加热，后边冷却。但最好还是对整个加热表面一次加热。
这样可以利用工件心部余热使淬硬的表层回火，从而使工艺简化，还可节约电能。 感应加热淬火机床的主要作用是使工件定位并进行必要的运动。此外还应附有提供淬火介质的装置。淬火机床可分为标准机床和专用机床，前者适用于一般工件，后者适用于大量生产的复杂工件。 进行感应加热热处理时，为保证热处理质量和提高热效率，必须根据工件的形状和要求，设计制造结构适当的感应器。常用的感应器有外表面加热感应器、内孔加热感应器、平面加热感应器、通用型加热感应器、特型加热感应器、单一型加热感应器、复合型加热感应器，熔炼加热炉等。 高频大功率感应加热装置，多年来一直采用电子管做为开关器件。由于电子管寿命短、效率低(50%-70%)负载稳定性差，在轻载运行过程逆变器输出电压出现间歇式振荡(电压型逆变器)，因此在高频大功率场合采用IGBT半导体器件代替电子管器件势在必行。采用IGBT半导体器件的感应加热装置具有效率高、电路简单。制造和使用都较方便，采用IGBT大功率感应加热电源对工件具有升温快，易于控制，养化脱碳少工艺质量可靠。因此采用IGBT来实现大功率感应加热电源是明智的选择。我公司生产的电源控制板具有数字触发，免调试，脉冲失真度低，抗干扰能力强，控制集中化，动态响应速度快，多种状态保护指示。
绪论 热处理设备，根据其在热处理生产过程中所完成的任务不同，通常分为加热设备、冷却设备、辅助设备和温度控制设备。 周期作业加热设备主要炉型有箱式电阻炉、井式电阻炉、周期式控制气氛炉、盐浴炉、感应加热装置等。 连续作业炉有推杆炉、输送带炉、滚动底式炉等。 热处理冷却设备主要包括各种淬火设备、缓冷设备和冷处理设备。 热处理车间常用的辅助设备由喷砂或喷丸机、机械滚筒、抛丸机、清洗机，各种酸洗槽、手动及机动校正机、起重运输设备等。 第一章传热理论 热处理炉的主要任务是加热金属工件，完成热处理工艺过程、使工件能达到使用的技术要求，保证生产率，并且在热处理过程中具有低的散热损失、加热速度快、降低生产成本的能力。 热量传递有三种基本形式，即传导、对流和辐射。 热量直接由物体的一部分传至另一部分，或由一个物体传向另一个与它直接接触的物体，而无需宏观的质点移动的传热现象，叫做传导传热。 当流体（气体和液体）中存在温度差时，流体的各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混所引起的热量传递方式，称为对流。 具有一定温度的任意物体都会通过电磁波向外传递能量，这种能量传递的方式称之为辐射。 在传热过程中，物体或传热体系内温度在空间和时间上的分布情况称之为温度场。 如果物体各点温度不随时间变化，此时的温度场称为稳定态温度场。 热流密度（q）表示单位时间内通过单位面积所传递的热量、其单位为W/m2。 热流（Q）表示单位时间内通过一定传热面积A所传递的热量，其单位为W。热流（q）表示单位时间内（时）通过单位面积（米2）所传递的热量，其单位为千卡/米2·时。 热量（Q ）表示单位时间内通过传热面积为 F 米2所传递的热量，其单位为千卡/时。 傅里叶定律：在导热过程中，单位时间内通过单位面积截面所传导的热量（即热流密度），与该截面法线方向上的温度梯度成正比。其数学表达式为：q=-λ，式中λ——热导率，W/(m·K)。
热处理设备和工艺的安全操作 (通用版) Security technology is an industry that uses security technology to provide security services to society. Systematic design, service and management. ( 安全管理 ) 单位：______________________ 姓名：______________________ 日期：______________________ 编号：AQ-SN-0568
热处理设备和工艺的安全操作(通用版) 1.操作重油炉（包括煤气炉）时，必须经常对设备进行检查，油管和空气管不得漏油、漏气，炉底不应存有重油。如发现油炉工作不正常，必须立即停止燃烧。油炉燃烧时不要站在炉口，以免火焰灼伤身体。如果发生突然停止输送空气，应迅速关闭重油输送管。为了保证操作安全，在打开重油喷嘴时，应该先放出蒸汽或压缩空气，然后再放出重油；关闭喷嘴时，则应先关闭重油的输送管，然后再关闭蒸汽或压缩空气的输送管。 2.各种电阻炉在使用前，需检查其电源接头和电源线的绝缘是否良好，要经常注意检查启闭炉门自动断电装置是否良好，以及配电柜上的红绿灯工作是否正常。无氧化加热炉所使用的液化气体，是以压缩液体状态贮存于气瓶内的，气瓶环境温度不许超过45℃。液化气是易燃气体，使用时必须保证管路的气密性，以防发生火灾
和伤事故。由于无氧化加热的吸热式气体中一氧化碳的含量较高，因此使用时要特别注意保证室内通风良好，并经常检查管路的密封。当炉温低于760℃或可燃气体与空气达到一定的混合比时，就有爆炸的可能，为此在启动与停炉时更应注意安全操作，最可靠的办法是在通风及停炉前用惰性气体及非可燃气体氮气或二氧碳吹扫炉膛及炉前室。 3.操作盐浴炉时应注意，在电极式盐浴炉电极上不得放置任何金属物品，以免变压器发生短路。工作前应检查通风机的运转和排气管道是否畅通，同时检查坩埚内溶盐液面的高低，液面一般不能超过坩吉埚容积的3/4。电极式盐浴炉在工作过程会有很多氧化物沉积在炉膛底部，这些导电性物质必须定期清除。 使用硝盐炉时，应注意硝盐超过一定温度会发生着火和爆炸事故。因此，硝盐的温度不应超过允许的最高工作温度。另外，应特别注意硝盐溶液中不得混入木炭、木屑、炭黑、油和其它有机物质，以免硝盐与炭结合形成爆炸性物质，而引起爆炸事故。 4.进行液体氰化时，要特别注意防止氰化物中毒。
热处理设备操作规程 一.热处理设备检查 1、热处理设备闲置时间超过一个月，再次使用前，必须由专业电工 对热处理设备的电器部份绝缘以及电器元件完好进行检查。 2、一次电缆必须采用三相四线制，电缆截面积不小于150mm2，电缆 与热处理设备接线牢固可靠。 3、检查热处理设备一次空气开关及二次输出保护开关是否完好，工 作正常。 4、检查热处理设备各仪表、记录仪是否在检定期内，并且工作正常。 5、通电检查：接上10KW的加热器，以及热电偶，通电后，观查电 脑显示数据及记录仪显示，分别检查每个炉区是否工作正常。 二.热处理工装 1、热处理操作人员必须严格执行热处理工艺，以及热电偶与加热板 工装图进行工装，合理划分炉区，控制热电偶尽可能设置在每个 炉区的中间，禁止控制热电偶设置在炉区边缘。保温宽度及厚度 按热处理工艺要求进行。 2、热处理操作人员进行加热器、热电偶工装时，必须对加热器、热 电偶作炉区编号标识，避免进行保温后无法进行炉区识别。 3、热处理操作人员在进行加热器、热电偶工装过程中，发现炉区划 分有问题时，立即向热处理技术员及热处理现场负责人汇报，并 参与问题的解决。 4、热电偶采用专用螺母压紧；对于设备局部热处理、以及重要特殊
的管道热处理，热电偶必须每一点设置两只（置双偶），以保证热 处理过程中因热电偶问题带来热处理质量事故。 5、热处理输出二次电缆、热电偶接线，应每炉区分别接线；并且二 次电缆、热电偶补偿导线必须分别作好标识，与对应炉区接线。 6、杜绝温度控制盲区，杜绝炉区温度控制交差。 三.热处理 1、热处理通电调试：热处理工装、接线完成后，必须进行通电调试。 分别对每个炉区进行通电升温、恒温调试（温度低于300℃以下），确认炉区划分、接线正确无误。 2、热处理：热处理通电调试确认炉区划分、接线正确无误后，进行 正式热处理升温。热处理工作人员必须在焊缝热处理过程中，使 热处理过程处于时时监控状态。热处理工作人员必须时时监控状 态观查各仪表、计算机显示参数，并根据显示参数作出正确判断，作出正确操作指令。杜绝热处理过程有无人监控状态出现。 3、热处理过程中，若出现异常升温情况，应及时停炉，作出正确判 断，并解决问题后方可继续升温。
一、重点 1.热处理基本操作，退火、正火、淬火与回火； 2.常用热处理工艺性能； 3.硬度测定。 二、难点 1.出炉操作要迅速准确； 2.硬度测定点选择。 三、分组 将人员分成四组进行实验，各组的实验内容安排如下： 第一组将45钢试样按正常退火和正火加热温度加热2个试样（请同学们自己查表确定）其中一个加热后缓慢冷却，另一个在空气中冷却，测定退火和正火后对硬度的影响。 第二组将45钢试样分别加热到680℃、780℃、900℃保温15min，然后水冷淬火，测定淬火加热温度对硬度的影响。 第三组将45钢试样加热至830℃保温15min，然后分别置于W NaCl=10%的水溶液、水、空气中冷却，测定冷却速度对45钢热处理后硬度的影响。 第四组将正常淬火的45钢试样，分别加热到200℃、400℃、600℃保温30min后空冷，测定回火温度对淬火硬度的影响。 四、实验目的 1.初步掌握碳钢的退火、正火、淬火和回火等热处理基本操作； 2.掌握热处理工艺对钢力学性能的影响； 3.进一步了解含碳量对钢力学性能的影响； 4.了解常用的热处理工艺装备。 五、实验设备及材料 1.箱式电阻炉及温度控制仪表； 2.洛氏硬度计； 3.淬火水槽和油槽； 4.淬火介质（水、油）； 5.铁丝钳子； 6.试样：20、T8钢试样各一个、T12钢试样8个，45钢试样12个，规格以Φ10mm ×15mm为宜，各试样应先打上编号。 六、实验原理 1. 碳钢普通热处理工艺碳钢的普通热处理包括退火、正火、淬火和回火，不同的 热处理方法可使碳钢获得不同的组织和性能。 2. 热处理加热炉热处理加热炉有箱式电阻炉、井式电阻炉和盐浴炉等，其中实验室 最常用的是箱式电阻炉，一种周期作业式的加热设备。 箱式电阻炉按其使用温度的不同，有低温、中温和高温之分。中温箱式电阻炉最高使用温度为950℃。 3. 热处理的温度测量与控制温度是热处理生产中一个非常重要的工艺参数。只有 对炉温进行准确的测量和控制，才能正确执行热处理工艺，保证产品质量。 利用热电偶将热处理炉内的温度信号转换为电信号，输入测量装置进行测量，并由显示仪表显示出实际炉温。与此同时，在调节器内，将测得的实际炉温值与给定的温度值进行比较，得出偏差值。再由调节机构根据偏差值的不同发出相应的调节信号，驱动执行机构动作，从而改变输送给热处理炉电流的大小，使偏差消除，将炉温控制在某一给定值附近。 七、实验步骤
热处理设备；节能；创新改造 高消耗、高污染、低效率一直是我国热处理设备的致命弱点。伴随着我国节能减排政策的提出，研究新型的热处理设备、对旧有的热处理设备进行创新改造成为热处理设备生产厂家和热处理领域专家的首要任务。本文将结合国外比较盛行的热处理设备以及我国在热处理技术上的弱势和弊端，对我国热处理设备改造和创新的方向和可能运用到的设备进行详细分析。 关键词：热处理设备；节能；创新改造 从苏联在哈尔滨援建我国的第一个电炉厂到建立专门的热处理车间，作为机械工业中涉及的一项重要技术，热处理技术在我国经过了半个多世纪的长足发展。但是，就目前形势来看，我国的热处理技术和生产出来的热处理设备仍然远远落后于国际水平。热处理设备生产工艺落后、产品氧化脱碳严重、高消耗、污染严重、产品质量差的问题普遍存在。俗话说，只有站在巨人的肩膀上才能看得更远，要想又快又好地改造热处理设备，使我国的热处理技术更上一个台阶，最快捷的办法就是借鉴和学习国外的先进技术。 一、国外热处理技术发展现状与我国的弊端 国外尤其是发达国家的热处理技术已经达到了相当高的水平。因为热处理技术涉及到环境污染、产品使用寿命、国家的可持续发展等方方面面，所以像日本、美国等国家早已对热处理未雨绸缪，早在上个世纪90年代就纷纷制定了关于本世纪热处理技术的远程目标和阶段规划。美国更是制定了截止到2020年的发展愿景，其文件中这样描述：“运用最新的CAD程序和热处理数据库，计算机模拟的仿真技术和精确控制技术实现对热处理进行高度柔性化和智能化的全面控制及系统管理。”有人对这种发展愿景进行了简单的实质性概括，污染少，畸变少，浪费少，氧化少，脱碳少，废品少、人工少。笔者认为，这也应该是全世界发展和创新热处理技术的理想。目前，许多国家针对“七少”不同的领域，开发了许多节能、可控制性强、控制精度度相对较高的设备。 例如，以燃烧炉为例，目前，国外普遍运用高效换热器来预热空气，并加设了具有蜂窝式周期蓄热器装置、发明了横向燃烧的烧嘴和辐射管，这些技术的应用都达到较好的节能效果。对于设备的改造，国外研究的重点都在相关参数上，与其说设备改造是头脑风暴的过程不如说是参数实验的过程。例如，研究发现，高温渗碳中如果把渗碳温度从930℃提高至1050℃就会减短40％的工艺周期；采用圆形截面的炉子要比采用矩形截面的炉子减少20％的散热量；用硫氮碳共渗和氧氮共渗替代渗碳和碳氮共渗可以将工艺温度从850℃－930℃降到550℃－580℃，把工艺时间从30小时～70小时减少到1.5小时～3小时。 有报道称，我国生产每吨钢材的耗电量要比欧美日本等国家高2倍到3倍，单位产值的能耗是美国的40倍，可见我国的热处理设备和热处理技术都处于一个相对低端的发展水平。事实也确实如此。如果经常翻看一些工业或者技术杂志中关于热处理之类的文章，你就会发现好多编辑记者都把我国现阶段的热处理水平和上世纪80年代欧美的水平相提并论。损耗高、资源浪费、污染严重、生产出来的产品性能差、使用寿命短等问题在我国的热处理领域广泛存在。 据调查，目前我国90%以上的热处理炉都是电炉为主；70％的热处理设备在空气中进行加热；大多数生产厂家使用的热处理设备都是文革时期生产制造的；热处理加工能力过剩，我国厂家对热处理设备的平均利用率只达到了30％；少无氧化热处理比重在30％左右；对于大多数设备的操作仍停留在手工阶段，劳动强度大；重产品轻单元技术技术研究，重产能轻质量。 目前，注视环节研究，充分利用废热、减少炉子蓄热和散热、燃烧脱脂、减轻料具质量、减少温室气体排放和有害剩余物料的排放已经成为我国改造和创新热处理设备的目标和原则。 笔者认为，要想以最快的速度摆脱我国热处理的落后局面，我们现在要做的就是师夷长技，学习外国的先进技术，借鉴国外的先进经验，进行本土化运用，并在运用过程中进行进一步的改良、改造和创新，生产出适应我国工业发展水平的设备，在这其中，重视理论和实践相结合，针对一个设备努力钻研细节上的改造和突破，充分发挥参与热处理工作人员的能动性和创造性，使我国的热处理水平有条不紊地向前推进。 二、热处理设备改造创新的几个方面 从我国与国外热处理设备的差距上，我们不难发现在下一步针对热处理设备的改造和创新上的工作重心，
热处理设备作用有哪些 【盛阳工业炉热处理设备】真空热处理是真空技术与热处理两个专业相结合的综合技术，是指金属制件在真空或先抽真空后通惰性气体条件下加热，然后在油或气体中淬火冷却的技术。真空热处理炉是将工件在真空条件下进行热处理的设备，真空热处理几乎可实现全部热处理工艺，如淬火、退火、回火、渗碳、氮化等；真空热处理和其他传统热处理方法相比较具有一些独特的优点： #详情查看#【盛阳工业炉：热处理设备】 1净化作用可使金属表面氧化物分解，从而获得光亮、清洁的工件表面。 2真空保护作用可使金属避免氧化、脱碳、增碳等不利影响，保持工件表面原有的化学成分和光亮度。
3除气作用在真空中可除去工件原来溶解、吸收的气体，使金属产品性能有明显提高。 4脱脂作用在真空中加热，金属零件在机械加工和冲压成型过程中使用的冷却剂、润滑剂等油脂能自行挥发，并被真空抽走，不致在高温时与零件表面产生反应。因此可以轻易得到无氧化、无腐蚀的非常光洁的表面。 5节省能源真空热处理炉蓄热和散热损失小、热效率高。 #详情查看#【盛阳工业炉：热处理设备】 6被处理的工件在炉内加热缓慢，内热温差较小，热应力小，因而变形小；不易开裂，产品合格率高；真空热处理可轻易地严格按照工艺要求控制温度变化，从而获得理想的金相组织，提高了工件的机械性能和使用寿命；真空热处理工艺的稳定性和重复性好。 7真空热处理后的产品可直接用于高精加工或作为终产品，免除了清洗、表面加工等辅助工序，大大降低生产成本。 8对环境没有污染和公害，自动化程度高，操作安全简单。 这一系列的优点，使真空热处理设备和工艺被越来越重视，其应用范围也越来越广,目前它已成为工
《热处理设备》复习内容 绪论 热处理设备主要有加热设备、冷却设备和炉用仪表。其中，加热设备是热处理过程中的主要设备。预备热处理通常使用电阻炉、燃气炉（箱式、井式、台车式），最终热处理通常使用浴炉、感应加热设备、井式气体渗碳路、电阻炉、燃气炉，高质量的最终热处理通常使用可控气愤炉、可控气愤多用炉、真空热处理炉。热处理炉主要技术性能指标有额定温度、额定功率、工作电压、炉膛尺寸、生产率、最大装炉量、空炉升温时间等。 第一单元热处理设备基础 模块一筑炉材料 主要的筑炉材料有砌筑炉衬所用的耐火材料、隔热材料（或称绝热材料、保温材料）、制作炉底板和炉罐的耐热钢。 耐火材料 凡能够抵抗高温，并能承受高温物理和化学作用的材料，称为耐火材料。 热处理炉对耐火材料的性能要求： 1有足够的耐火度。指耐火材料受热后软化到一定程度时的温度，但并不是它的熔点。根据耐火度的高低，耐火材料可分为普通耐火材料（耐火度为1580~1700℃）、高级耐火材料（耐火度为1770~2000℃）和特级耐火材料（耐火度大于2000℃）。 2有一定的高温结构强度。高温结构强度用荷重软化点来评定，荷重软化点是指式样（尺寸为φ36*50mm）在一定压力（0.2MPa）条件下，以一定的升温速度加热，测出试样开始变形（变形量为原试样的0.6%）的温度，此温度叫改耐火材料的荷重软化点开始点。 3高温化学稳定性好。 4有良好的耐急冷急热性。 5高温下的体积稳定性。 热处理炉常用的耐火材料及应用： 1粘土质耐火材料（重质砖） 2轻质（轻质砖）与超轻质耐火材料 3高铝质耐火材料 4刚玉制品 5硅酸铝耐火纤维 6耐火混凝土，与耐火砖相比，耐火混凝土的优点是：可在现场直接制造，取消了复杂的烧结工序：具有可塑性和整体性，忧虑与复杂制品的成型；较耐火砖砌炉及修炉的速度快，加强了炉体的整体性，寿命长。 热处理炉常用的耐火混凝土有以下几种： （1）铝酸盐耐火混凝土（2）磷酸盐耐火混凝土（3）水玻璃耐火混凝土 隔热材料 工程上把导热率小于0.23W/( m*℃)的材料成为隔热材料。隔热材料的主要性能特点是热导率低、体积密度小、比热小等。 硅藻土、蛭石、矿渣棉、石棉、珍珠岩、
热处理工艺及设备概述-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
热处理工艺及设备概述 热处理工艺： 热处理是一种很重要的金属加工工艺方法，也是充分发挥金属材料性能潜力的重要手段。热处理的主要目的是改变钢材的性能，其中包括实用性能工艺性能。钢的热处理工艺特点是将钢加热到一定的温度，经一定时间的保温，然后以某种速度冷却下来，通过这样的过程能使钢的性能发生改变。 热处理之所以能使钢的性能发生显著变化，主要是由于钢的内部组织结构可以发生一系列变化。采用不同的热处理工艺过程，将会使钢得到不同的组织结构，从而获得所需要的性能。 钢的热处理基本方法有以下几种： （一）钢的热处理工艺 （1）退火与正火
将工件加热到一定温度后保温，然后缓慢冷却（通常随炉冷却）的热处理工艺，称为退火。根据不同目的，可以将工件加热到昨临界温度以上退火，例如完全退火、不完全退火、球化退火；也可以在临界温度以下退火，例如再结晶退火、去应力退火等。 正火与退火相似，区别在于正火的加热温度较高（临界温度以上），冷却速度较快（通常在空气中冷却），因此正火后工件组织细密，强度、硬度都比退火高。生产中常使用正火或退火来消除铸件、锻件热处理件和轧材的组织缺陷，细化均匀组织，消除残余应力，调整硬度，以利于切削加或进一步热处理。 （2）淬火和回火 淬火是将工件加热到临界温度以上保温后快速冷却（通常水冷或油冷）的热处理工艺。其目的在于获得高硬度的马氏体等组织，并配以不同温度的回火，从而赋予工件所需要的组织和性能。所谓回火，则是淬火工件低于临界的重新加热、保温、冷却（一般空冷）的热处理工艺。尺寸不大、形状简单的非合金钢零件，可用一定配方的盐水作为淬火冷却的冷却介质；全金钢零件淬火介质可用矿物油，以避免过快冷却使工件产生过大的内应力导致裂纹。