熱處理爐的主要特性
熱處理爐的種類很多,但其基本組成和特性是由幾個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特性。由于輻射與T 成正比,所以高溫爐的結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計成輻射傳熱型,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。
煤氣和油加熱的熱處理爐直接利用能源,比電熱爐有效高能源利用率。
煤氣加熱爐和油加熱爐也能實現(xiàn)計算機控制,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,控溫度低熱效率低, 排放量大,所以其應(yīng)用將受限制,僅應(yīng)用于技術(shù)要求不嚴格的熱處理生產(chǎn),如可鍛鑄鐵退火等。
3.爐膛結(jié)構(gòu)與爐襯材料 爐膛是熱處理的主體,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,較少的積蓄熱和散熱量,爐襯材料和結(jié)構(gòu)輕質(zhì)化,纖維化,預制結(jié)構(gòu),復合結(jié)構(gòu),不定型材料澆注以及噴涂增強輻射涂料的方向發(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,達到所需的溫度和所需的氣氛狀態(tài),形成高輻射或強對流的火焰,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,較新型燒嘴有,平焰燒嘴,自身預熱燒嘴,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,輻射管和計算機控制燃燒。
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。在低溫熔爐中多用管狀加熱元件;在可控氣氛中多數(shù)用輻射管。在高溫爐中主要用碳化硅,二硅化 ,鑭鉻氧化物和石墨電熱元件。
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循環(huán)是提高爐子溫度均勻度和石墨電質(zhì)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循環(huán)是提高爐子溫度均勻度和熱效率最重要的手段。
5.氣氛臺車爐實現(xiàn)熱處理保護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,空氣氣氛爐是一種結(jié)構(gòu)最簡單的爐型。工件在該爐內(nèi)高于560 以上加熱時會氧化脫碳。
(2)火焰氣氛,火焰氣氛是燃料爐燃燒產(chǎn)物氣氛。燃燒產(chǎn)物的組成主要是二氧化碳,水和氮氣。還可能有過剩的氧氣或未完全燃燒的一氧化碳?;鹧鏆夥盏男再|(zhì)主要是氧化性,只有當一氧化碳較多時才為弱氧化性或人還原性。
(3)可控氣氛,可控氣氛是人們特意加入爐內(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,主要是氮氣,在氮氣的基礎(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,主要是氫氣。氫氣的密度小,粘度低,熱導率高,還原性強,因此它有熱容量小,流動狀態(tài)好,溫度均勻度高的優(yōu)點。
3)含碳氣氛,含碳氣氛由碳氫化合物裂化或不完全燃燒而成,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)溶態(tài)介質(zhì),常用的溶態(tài)介質(zhì)有鹽溶和油溶,其性質(zhì)是中性,有時在中性鹽溶基礎(chǔ)上加上其他物質(zhì),形成具有相應(yīng)物質(zhì)特性的鹽溶,如含碳,含氮和含硼等鹽溶。
5)真空狀態(tài),低于101.325kPa的稀薄氣體狀態(tài),均稱真空態(tài)。在高真空狀態(tài)下熱處理設(shè)備發(fā)展的主要方向之一。
6.作業(yè)方式 熱處理設(shè)備按作業(yè)方式間歇式作業(yè)爐連續(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工序的操作。簡單型的簡歇式爐有空氣介質(zhì)的箱式爐,井式爐等,其結(jié)構(gòu)簡單,但其生產(chǎn)的產(chǎn)品的穩(wěn)定性,再現(xiàn)性,同一性都很差。近代,在間歇式簡單爐型基礎(chǔ)上,配備了傳動機械,可控氣氛,計算機控制等裝置,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)展成在一個爐膛工位上完成加熱,冷卻,回火等一個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,運行長度則為工藝時間。因此,每一個工件(或料盤)在爐內(nèi)運行過程中都同樣準確地執(zhí)行同一個工藝程序,可獲得同一性的品質(zhì)。
7.工件在爐內(nèi)的傳送機械 熱處理爐的機械化狀態(tài)是爐子先進程度的重要標志之一。各種型式的輸送機械幾乎都被應(yīng)用于熱處理爐。選擇爐內(nèi)工件傳送機械應(yīng)考慮;該機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;工件與機械相對運動狀態(tài)是相對靜止還是相對運動的;工件支持點(或面)的接觸狀態(tài);該機械與上下工序機械的銜接方式;該機械(包括料盤)是一直停留在爐內(nèi),還是反復進出爐,周期地被加熱和冷卻;傳動機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,傳動機械控制,工藝過程控制和預測產(chǎn)品質(zhì)量控制。由于計算機控制技術(shù)的應(yīng)用,控制方法和裝置正進入一個新時代,從單純參數(shù)控制,向用可編程控制器控制生產(chǎn)過程和計算機模擬仿真的方向發(fā)展
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