第五章 热处理浴炉及流动粒子炉
热处理车间加热设备的安全使用技术
热处理车间加热设备的安全使用技术（图文）热处理车间加热设备，除上一章已对油炉、煤气炉和各种形式的电加炉作过介绍以外, 这里仅对热处理车间专用的浴炉作简要叙述。
一、热处理浴炉的安全使用技术热处理浴炉是工件的加热或冷却设备。
浴炉中液体介质的选用，主要取决于所要求的工作温度。
加热用的介质有熔融的金属铅，铅浴具有加热速度快，工件淸洁的优点。
但当温度超过400C时，铅浴即向空气放出大量蒸气并氧化凝结为烟，悬浮于空气中，可使人慢性中毒。
表现为：颜而苍白，口中金属味，食欲不振;严重时有四肢关节及肌肉酸痛，腹绞痛等症状。
为了保护工人的健康，铅浴炉趋于淘汰。
热处理常用的浴炉加热介质是熔融的盐类，如氯化领、氯化钾、氯化钠和碳酸钠（用于600~1300°C）;硝酸钠、亚硝酸钠和硝酸钾（用于140~550°C）。
油浴炉采用机械汕作为加热介质，工作温度不超过210°C。
各种浴炉的加热介质在其工作温度下，都不同程度的蒸发，产生的蒸气对人体有一泄的害处。
如氯化换就有毒。
各种硝盐在较高温度和零件的汕污燃烧相互作用，挥发出棕黄色的五氧化二氮，造成车间空气污染。
因此，工作温度高于300°C的硝酸盐浴炉和600°C以上的中温和高温盐浴炉，炉口旁应有吸烟尘的装置，将烟尘排岀车间，条件许可的话，应采取措施回收有害成分，将废气净化后排岀。
工件进浴炉前，必须进行烘干预热。
潮湿的工件和工夹具，一律不得进入浴炉。
因为水分急剧气化，瞬时可产生大量气体，极易引起液态加热介质的崩爆和飞溅，飞溅出来的融盐, 粘附在人体皮肤上将造成灼伤事故。
汕浴炉若有水分随工件带入，温度髙于100°C后水汽化会引起热油翻滚，产生大虽:气泡和油沫而溢岀油槽，很容易引起火灾。
油浴炉在设汁结构上, 应保证油沫溢出时，不使苴流到加热元件上。
用闷头压紧密封的中空零件，不能进行加热，因为这类零件在加热时，中间空腔内的气体，受热后膨胀，压力急剧增大，会使闷头象子弹一样射出，造成伤害事故。
第四章 热处理浴炉
第四章热处理浴炉浴炉是利用液体介质加热或冷却工件的一种热处理炉。
介质为熔盐、熔融金属或合金、熔碱、油等。
常用盐（碱）配比及使用温度范围见附表14（P187）。
优点：1.工作温度范围较宽（60－1350℃），可完成多种工艺，但退火不行；2.加热速度快，温度均匀，不易氧化、脱碳；3.炉体结构简单，高温下使用寿命较长；4.适用于尺寸不大、形状复杂、表面质量要求高的工件（如刃具、模具、量具及一些精密零件；5.炉口敞开，便于吊挂、工件变形小。
缺点：1.装料少，只适用于中小零件加热；2.需用较多辅助时间，如启动、脱氧等；3.介质消耗多，热处理成本高；4.炉口经常敞开，盐浴面散热多、降低热效率；5.介质蒸发，恶化劳动条件，污染环境；6.操作技术要求高，需防止带入水分，引起飞溅或爆炸等；7.需配置变压器、抽风机等辅助设备。
§4.1热处理浴炉的基本类型按介质的不同，可分为盐浴炉、碱浴炉、铅浴炉、油浴炉等。
按热源供给方式的不同可分为外热式和内热式。
一、外热式浴炉（图7－1，P97）主要由炉体和坩埚组成，热源可以为电热或油、煤、焦炭。
坩埚材料：耐热钢、低碳钢、不锈钢焊接或耐热钢、铸铁。
缺点：1.必须使用坩埚加热，热惰性大；【紫砂电饭煲】2.坩埚内外温差大（100－150℃）；3.使用温度不能太高，一般在900℃以下。
优点：1.不需昂贵的变压器；2.启动操作方便。
二、内热式浴炉内热式浴炉是将热源放在介质内部，直接将介质熔化，并加热到工作温度。
按工作原理分为电极式和辐射管式，其中电极式又分为插入式和埋入式两种。
1. 插入式电极盐浴炉插入式电极盐浴炉电极从坩埚上方垂直插入熔盐、熔盐中插入的一对电极，通入低电压(6～17.5伏)大电流(几千安培)的交流电，由熔盐电阻热效应，将熔盐加热到工作温度。
其结构如图7－2（P98）所示。
插入式存在许多缺点：①炉口只有2/3的面积能使用，其它被电极占据，效率低，耗电量大；②由于电极自上方插入，与盐面交界处易氧化，寿命短，电极损耗大；③电极在一侧，远离电极侧法度低；④工件易接触电极，而产生过热或过烧。
热处理设备
2 热处理加热炉的工作原理及特点
热处理加热炉主要通过控制温度、压力、流量、气氛等工艺参数， 同时对传动机械、工艺过程、预测产品质量等加以控制达到所需的性能 指标。控制方法可以是单纯的参数控制、可编程序控制器控制、计算机 模拟仿真控制等。
通用热处理电阻炉在我国已有系列产品，其型号采用汉语拼音字母和数字 的组合的方式来表示，具体格式如下。
例如，RJ2-65-9井式电阻加热炉，其额定功率为65 kW，最高使用温度为 950℃，有的型号最后还可以加上表示炉子气氛种类的字母，如Q表示通保护气 体，D表示可用滴注式保护气氛等。
电阻炉按炉膛形状的不同，可分为箱式电阻炉和井式电阻炉。
（2）井式电阻炉
井式电阻炉在热处理车间应用得也比较广泛，常用的有井式回火炉（见图5-2） 和井式气体渗碳炉（见图5-3）。井式炉密封性良好、热效率高，并且工件进出炉方 便。为了操作维修时安全方便，大中型井式电阻炉通常安装在地坑中，只有上部露在 地面上。
图5-2 井式回火炉
图5-3 井式气体渗碳渗碳。热处 理生产中，还常用井式电阻炉 做单件和小批量工件的正火、 退火、淬火和回火处理用。
2）盐浴炉
热处理浴炉是采用液态的熔盐或油类作为加热介质，按所用介质的不同， 可分为盐浴炉及油浴炉等，其中以盐浴炉应用最为普遍。盐浴炉适应范围广， 可完成多种热处理工艺，如淬火、回火、分级淬火、等温淬火、化学热处理、 局部加热淬火或正火等。
工件在盐浴炉中加热，与电阻炉相比，具有炉体结构简单、加热速度快、 温度均匀和不易氧化、脱碳等优点。但盐浴炉有启动升温时间长、热损失大、 原料（盐）和电力消耗大、劳动条件差等缺点。
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热处理炉内的传热讲解
流体与固体表面间的换热量可用牛顿公式计算。 假设：1）单位时间内对流换热量为 Q（单位 W）；2）流体与固体表面间的接触面积为 F（m2）；3）流 体与固体表面间的温度差为 t1-t2(单位℃)；4）对流换热系数为α（单位 W/ m2℃）。 则根据牛顿公式有：Q=α（t1-t2）F，该式表明，对刘欢热所传递的热流量与流体和固体表面间的温度 差、两者间的接触面积成正比。此外，由该公式可见，计算热流量的关键是确定对流换热系数。故下面先 介绍影响对流换热的因素，然后再介绍如何确定对流换热系数。
由公式 q=
t1 tn1
得：q= 950 50 666W / m2
s1 s2 sn
0.115 0.230
1 2
n
0.519 0.204
t2=t1-qs1/λ1=950-666*0.115/0.519=803℃ 可见，计算温度和假设温度非常接近。通常前后两次的近似温差小于 5%时，即可认为计算正确。因 为（807-803）/807=0.5%， 因此，界面温度为 803℃，热流密度为 666W/m2。
则：q1=q2=q3=q，
根据导热基本方程有：第一层：q=
1 s1
(t1
t2
)
→t1-t2=qs1/λ1
第二层：q=
2 s2
(t 2
t3 ) →t2-t3=qs2/λ2
第三层:q=
3 s3
(t3
t4
)
→t3-t4=qs3/λ3
上述三式相加并变换可得：q= t1 t4 s1 s2 s3 1 2 3
二、温度场与温度梯度 1、温度场
温度场是描述物体中温度分布情况的，它是空间坐标和时间坐标的函数。 如果物体的温度沿空间三个坐标方向都有变化，则该温度场称为三向温度场；如物体的温度仅沿空间 坐标的一个方向有变化，则称该温度场为单向温度场。 如果物体各点的温度不随时间而变化，则称该温度场为稳定温度场。稳定温度场中的传热为稳定态传 热，如长时间横温后的炉壁的传热。 如果物体各点的温度随时间的变化而变化，则称该温度场为不稳定态稳定场。不稳定态温度场中的传 热为不稳定传热，如升温时炉壁的传热。
燃料热处理炉节能监测
《燃料热处理炉节能监测》国家标准宣贯材料编写人：扬州市节能监察中心严乐荣第一章概述第一节热处理炉概况热处理是机械电子工艺生产中及其重要的工艺，该工艺所用的主要加热设备是热处理炉。
通过对热处理炉的加热来改变炉内的金属的材料机械性能。
因为金属材料在不同的温度下其内部组织的性能是不同的，所以通过对金属材料进行热处理可以得到人们所需要的组织结构，从而得到人们所需要的更好的机械性能。
例如对金属材料进行退火，就是为了通过加热来消除材料的内应力，而对金属材料进行淬火、回火、渗碳等热处理，都是为了通过准确地控制加热温度、保温和冷却速度来获得人们需要地金属结晶组织结构，从而获得人们需要地材料机械性能。
一、热处理炉的分类热处理的工艺因人们所需要的材料的性能不同，其种类很多，正由于热处理的工艺不同，也就需要不同种类的热处理炉来完成。
热处理炉是工业炉的一种，它的种类繁多，其主要分类按照如下原则进行：1、按照炉温分类（1）低温炉一般炉温在6500C以下，主要供钢制工件淬火后的回火、氮化、铝镁合金淬火加热和时效等。
（2）中温炉炉温在650－10000C，供钢件淬火、退火、渗碳等加热用。
这类炉子热处理车间最多。
（3）高温炉炉温在10000C以上，主要供高速钢、模具钢、耐热钢和耐热合金的热处理用。
2、按照炉内传热方式分类（1）以对流传热为主的热处理炉：这类热处理炉一般属于低温炉。
为了增强对流换热，提高炉温的均匀性，炉内应该安装风扇；（2）以辐射传热为主的热处理炉：在温度高于6500C，炉内工件主要靠辐射方式加热，所以中温炉和高温炉皆以辐射加热为主的热处理炉。
但当炉内装有高速烧嘴时，虽然炉温很高，炉内工件主要还是靠对流换热加热为好，真空炉皆属于辐射方式加热。
远红外加热炉：一般称波长8－1000微米的红外线为远红外线。
远红外加热为辐射加热的一个特例，远红外对某些工件在低温范围内加热较为有效。
3、以热能和发热方式来分（1）电阻炉凡是借电流通过电热元件把炉膛加热的炉子称为电阻炉。
热处理设备复习资料
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二-入三，式中人一一热导率，W/（m・K）。
…1/17热导率也叫做导热系数，它代表物体导热能力的大小。
热处理基础知识
热处理第一节1.定义：把金属材料加热到一定的温度并保温一定时间，然后以一定的进度进展冷却，得到所需的显微组织和性能的工艺过程。
解释：一定温度：根据要求的某一温度。
淬火：完全奥氏体化的温度。
各种钢的加热温度都是根据临界点ＡＣ１、3来确定的。
影响因素，原始组织，加工状态，工件尺寸等。
以一定的速度进展冷却——因为速度不同所获得的显微组织不同，因而机械性能不同。
热处理这一方法历史上，例如刀、剑、钢针加热——放入水中——用锅炒——炒。
金属材料是现代化工业中的主要材料，例如：汽车齿轮、刀具、机床部件都需进展热处理。
热处理作用：A提高硬度B降低硬度便于切削或其它切削加工C消除因在各种加工中所引起的内应力。
D改善金属的内部组织和性质，使其满足不同的要求。
E提高外表耐磨耐腐性。
热加工的对象是半成品，出现错误时会产生废品，损失大。
哈量生产的产品——通用量具，标准刃具、精细量仪、数控刀具、数控机床。
97%的零部件都需要经过热处理。
热处理分厂有160人，除了一些辅助工段有3个主要工段。
1）合金钢工段——主要处理量具，仪器配件、数控机床配件。
所用钢种：T10A——优质碳素工具钢〔游标卡尺〕15——轴承钢〔换塞规，块规〕9——合金工具钢〔板牙、自用工具〕40——合金构造钢〔机床配件〕45#——碳素构造钢〔板牙〕20——合金构造钢〔渗碳件、数控刀柄〕2）高速钢工段：W654V2、W954V、W184V——产品：钻头、丝锥、铣刀。
3）综合处理工段：渗碳、真空淬火、多用炉淬火。
第二节：钢的分类钢是由的合金元素组成铁碳合金按其含碳量的质量分数表示：钢——0.02182.11%工业纯铁——<0.0218%铸铁——>2.11%按化学成分分类1.碳素钢：碳的质量分数小于2.11%而不含有特意参加的合金元素的钢称为碳素钢，简称碳钢2.合金钢：低合金钢：按合金元素的总质量分数小于等于5%如40、20。
中合金钢：按合金元素的总质量分数大于等于5%小于10%例如：38高合金钢：按合金元素的总质量分数大于等于10%例W654V2。
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第五章热处理浴炉及流态粒子炉
5.1 热处理浴炉的特性及分类
5.2 电极盐浴炉的设计概要
5.3 流态粒子炉
5.1 热处理浴炉的特性及分类
浴炉是一种利用熔融液体作为介质进行加
热的热处理炉。
Ø综合传热系数大，工件加热速度快；
Ø工件加热均匀，变形小；
Ø浴炉的热容大，温度波动小，易实现恒温加热；Ø盐液保持中性，易实现无氧化无脱碳加热；
Ø热损失大、启动较难、劳动条件差、消耗盐碱量大、不易实现连续化生产。
按浴液分类：
Ø盐浴炉低温盐浴炉用于550℃以下的等
温淬火、分级淬火、和回火；中高温盐浴
炉用于600～1300℃范围内工模具零件加热和液态化学热处理
Ø熔融金属浴炉（铅浴炉）传热速度快但毒性大；
Ø油浴炉使用温度低于230℃的低温回火
和分级淬火；
按加热方式分类：
Ø电加热浴炉外部电加热浴炉
内部电极加热浴炉
内部管状加热元件加热浴炉Ø燃料加热浴炉
外热式浴炉：利用电热元件在浴槽外进行加热
的浴炉
Ø电热元件与加热介质不接触，介质成分容易保持稳定
Ø金属浴槽寿命较短；热惰性较大，浴液内温度梯度大；启动时，浴槽的侧壁和底部易过热，产生喷盐。
外热式中温浴炉
1.接线柱
2.炉罩
3.炉盖
4.浴槽
5.电热元件
6.炉衬
7.清理孔
燃料加热外热式中温浴炉
1.点火机
2.炉衬
3.燃烧器
4.清理孔
5.烟道
6.炉壳
外热式低温浴炉
1.硝盐液
2.搅拌器
3.挡板
4.隔离板
5.电热元件
内热电极盐浴炉：将电极布置在熔盐内，直接通
电，以熔盐为发热体产生热量
Ø热量主要发生在熔盐内部
Ø交流电通过两电极间熔盐时产生较强的电磁
力，驱使熔盐在电极附近循环流动
Ø升温快，可采用非金属浴槽
Ø熔盐内的温度场与电极的布置有很大关系，
电极间的熔盐易过热而分解
内热式电极盐浴炉
插入式侧埋式顶埋式
插入式电极盐浴炉
1.钢板槽 2.炉膛 3.浴槽 4.炉盖 5.电极 6.电极柄 7.汇流板 8.冷却水管
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埋入式电极盐浴炉
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内部管状加热元件加热浴炉：将管状加热元件直
接插入浴液中加热
Ø 炉体结构简单紧凑，热效率高，炉温均匀度 好，炉温便于控制； Ø 管状加热元件使用温度受金属管材料耐热及 耐蚀性的限制
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采用管状加热元件加热的硝盐炉
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5.2 电极盐浴炉设计概要
电极盐浴炉的设计原理及步骤与一般加热炉相同，但由于其 结构特点及传热方式的特殊性，其设计方法尚不完善。
大多数采用近似方法或经验公式
Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø
炉型选择及炉体结构设计； 浴槽尺寸确定； 盐浴炉功率确定； 电极材料、尺寸及布置方法； 启动电阻的计算； 变压器的选择； 抽风机及自动化装置设计等。
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5.2.1 炉型选择及炉体结构设计
浴槽一般用耐火砖砌筑或耐火混凝土浇铸而成 炉壳用钢板焊接并用型钢加固，底部配有钢架，离开地面一 定距离，顶部需适当保温 炉衬内部设一厚度不小于6mm的钢板槽，钢板槽与炉壳间砌 保温砖，与浴槽间填以厚度大于30mm的耐火粘土捣固层 炉衬厚度如下表所示
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5.2.2 浴槽尺寸的确定
浴槽尺寸
寸确定 根据工件尺寸形状及装料量、参考标准浴炉尺
类别
方形 圆形
最小规格
浴槽尺寸 其余规格
宽×长×高= 宽和长按50递增，到600后按100递 200×200×400 增；高按100递增，到800后按200递增 直径×高= 直径按50递增，到500后按100递增； 200×300 高按100递增，到800后按200递增
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Ø 耐火材料浴槽常用重质粘土砖、高铝砖和异形耐 火砖砌筑或者耐火混凝土捣打成型，砖缝处用磷 酸盐耐火泥浆做粘接剂； Ø 金属浴槽一般采用优质碳素钢或渗铝碳素钢焊接 而成，厚度12～38mm，外部焊上加强筋。
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5.2.3 盐浴炉功率的确定
盐浴炉的功率可通过热平衡的理论计算来确定， 其热消耗主要有：加热工件和夹具的热量、炉壁 散热、电极散热、浴面辐射和对流热损失、盐熔 化和蒸发 吸收热量、变压器、汇流排的热损失 等。
实际常采用经验公式进行计算： P = VP0 其中：V为熔盐体积，P0为单位容积功率
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电极盐浴炉单位容积所需功率P0，（kW ·dm-3）
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5.2.4 电极材料、尺寸和布置
Ø电极和电极柄一般采用低碳钢制造，保证良好的导电性，电极也有采用耐热钢制造的；
Ø电极与电极柄之间的焊接必须保证足够的焊接断面，并要求焊透；
Ø电极尺寸及数目由经验数据根据功率确定：
炉子功率/kW相数电极数目电极截面变长或直径/mm 101235
151240
201245
251250
301255
501275
353345
603360
753380
1003380～99
Ø电极的布置分为近置（侧置）和远置（对置）两种；
Ø侧置式电极，间距一般为50～70mm，对置式电极，间距取决于炉膛尺寸；
Ø电极至槽底距离一般保持80～100mm；
Ø电极插入深度通常不超过1.5m，深井式浴炉，电极分层布置。
电极柄水冷套
5.2.5 启动电阻
固态盐的电阻值很大，无法在工作电压下使其导通，因此在浴炉开始工作时需使电极间的盐熔化，电极盐浴炉的启动方法很多，其中常用的是传统的启动电阻法。
将电阻置于坩埚底部，加入一定数量的盐，将启动电阻覆盖，逐渐加盐，当熔盐升高接触电极后，再将启动电阻取出。
当生产结束停炉前，再将启动电阻重新置于坩埚，备下次启动用。
注意不能靠近电极．不能过高
此外，对插入式盐浴炉还可采用碳棒接通两极直接启动。
近年来还有许多新的启动方法问世，有高电压击穿法、副电极快速启动法、加入“654”碳粉直接启动法、小熔池法、导流器法等，但都不很成熟
电阻加热器的结构形状及放置示意图
a.单层启动
b.双层启动
c.波纹体启动
d.星形启动
e.三角形启动
5.2.6 盐浴炉变压器
Ø变压器可根据炉子功率和生产条件选择，变压器额定功率应大于计算功宰的15％～20％，作为储备。
Ø常用的变压器有空气变压器、双水内冷盐浴炉变压器、油浸式带电抗器的盐浴炉变压器、磁性调压器等。
5.2.7 抽风机
由于盐炉有盐蒸气挥发，污染环境，必须进行排气、通风。
常用的排烟装置有两种，一种是在炉口上部设置排气罩；二是在炉口侧面装设排气罩。
排气量：V= 3600Av
1
V——排气量（m3/h）
A——操作口截面积（m2）
v1——操作口吸入气体流速（m/s）
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5.3 流态粒子炉
流态粒子炉是炉膛内具有流动状态粒子的
间歇式热处理炉。
工作原理
炉罐底部安放布风板，气
体通过布风板进入炉膛
，是炉罐内的固态粒子
形成流态床，工件在流
态床中加热、冷却或进
行化学热处理。
流态化过程
固定床起始流态化平稳流态化
沸腾流态化腾涌稀相
态
流态粒子炉的基本类型
直接电阻加热式流
态粒子炉：通过
设置在炉膛侧壁
上的电极炉膛的
碳粒子导电加热。
加热介质
导电体
发热体
外部电阻元件加热式流态粒子炉：炉罐外加热，粒子选用耐火材料粒子。
内部电阻元件加热式流态粒子炉
内部燃烧加热流态粒子炉：混合气作为流态化气体和热源
外部燃烧加热流态粒子炉：可燃混合气在布风板下燃烧
The End。