热处理浴炉.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 热处理浴炉,3.1,概述,3.2分类,3.3 排气装置和特殊的启动方式,3.4 热处理电极浴炉的工作特点,3.5 节能方法,3.6 电极盐浴炉结构设计,1,3.1 概述,一 热处理浴炉：以液态物质作为加热介质的炉子。,特点：加热速度快，无氧化，无脱碳且可局部加热工件等优点。,加热速度约为空气加热炉的25倍,热处理工艺中等温淬火及分级淬火的唯一常规冷却设备,2,主要缺点：,（1）炉膛尺寸小，高温炉主要处理小型工件；,（2）炉体寿命低，需经常修炉；,（3）工件表面残盐(特别对于硝盐)需清理,（4）盐蒸气及残盐对环境有污染；,（5）需定期脱氧,（6）需定期捞渣,脱氧和捞渣均需消耗SiO,2,、TiO,2,、硼砂、木炭等脱氧剂或校正剂等,3,3.2,热处理浴炉的分类,一 分类,1.按热源,燃料炉和电炉,两大类。电炉又可分为电阻加热浴炉和电极加热浴炉两种。,2.按工作温度,低温炉(工作温度150550),中温炉(工作温度5501000),高温炉(工作温度10001350)三类,4,3.2,热处理浴炉的分类,一 分类,3.按加热方式,外热式浴炉和内热式浴炉两大类。,内热式又分为电阻加热式和电极加热式。,4.按浴剂种类,盐浴炉、碱浴炉、油浴炉和铅浴炉等。,5,6,二 电阻加热浴炉,1.,概述,电阻加热浴炉用,电热元件加热浴剂,多为低温炉和中温炉,根据电热元件安装和加热方式，电阻加热浴炉可分为内热式和外热式两类。,内热式与外热式相比具有炉膛尺寸范围大，温度均匀性好，可自行设计等优点，但外热式可直接购买。,电阻加热浴炉是回火、等温淬火、分级淬火、等温退火、球化退火热处理的主要设备。,7,2、外热式电阻加热浴炉（外热式坩埚浴炉）,特点：,利用电热元件或其它热源装置，在坩埚外进行加热的浴炉。,加热介质可根据工艺要求任意配制，可以是熔盐、油类或铅等熔融金属。,电热元件与加热介质不直接接触介质成分稳定，有利于化学热处理。,缺点：,金属坩埚寿命短；,热惰性大，影响控温精度。,8,3、外热式电阻加热浴炉结构,（1）主要由炉体、坩埚和炉罩组成。,坩埚4支撑在炉面板上，,上口安有两扇可旋开的半圆炉盖3，,炉膛底部一侧有一开口：供清扫和坩埚破裂时浴液流出用。,平时应用硬纸板等堵塞，以防冷空气侵入炉膛中。,炉罩2支持在炉盖上。,炉前操作口处安有两扇炉门或悬挂一排铁索以防盐液飞溅伤人。,因浴渣沉积坩埚底部，不利于导热，故电热元件仅布置在坩埚四周，不布置在坩埚下方，以免烧毁坩埚,。,9,（2）用途,适于进行液体渗硫、渗氮等化学热处理操作，用作等温淬火槽以及回火炉等,10,3、内热式电阻加热浴炉(内热式管状加热器浴炉),内热式电阻加热浴炉利用管状电热元件浸入浴剂中加热，故又称为管状电热元件加热的内热式浴炉，其结构如图所示。,11,3、内热式电阻加热浴炉,12,13,管状加热器结构：,在金属管内装入电热元件，并用绝缘的导热性较好的耐火材料填充，制成直形、U形、W形等。,14,3、内热式管状加热器浴炉,特点：,将管状加热器浸埋在加热介质内的一种浴炉。,加热介质：,硝酸盐、碱类和油类,炉子结构简单，加热器安装方便，热效率高，,加热和冷却都较快,。,工作温度为120550,缺点：,管状加热器只能在较低的温度下工作，主要用于油浴炉、硝盐炉和碱浴炉。,主要用于低温淬火、分级淬火、回火。,15,三电极盐浴炉,1.工作原理,用某些盐类作为浴剂，电源电压经盐浴炉变压器降压后，经电极，流经熔盐形成电流回路。由于流经熔盐的电流很大，使得熔盐作为发热体而产生很大的热量，工件得以加热。,电极盐浴炉的高温加热性能明显优于其他加热炉。,16,2.特点,电极布置在导电介质里，直接通电产生热量。,采用盐类作加热介质电极盐浴炉,炉子升温快，无需金属坩埚，可进行高、中、低温加热。,应用广泛。,缺点：,盐液面热损失大,盐蒸气污染环境,17,（1）依电极浸入介质的方式：分为插入式和埋入式,（2）结构,3,电极盐浴炉分类,18,19,20,21,22,23,24,3.插入式和埋入式电极浴炉的特点,主要构件：耐火材料坩埚和电极。（共同点）,（1）、插入式电极浴炉,电极从坩埚上方垂直插入熔盐内。,电极结构简单，易于更换，且可随意调节电极间距。,缺点：,电极占据液面较大位置，液面热损失大，炉膛利用率低。,电极受空气和盐蒸气氧化腐蚀，寿命短。,25,坩埚内熔盐温度也不均匀。,远离电极处的熔盐温度偏低，电极对面炉底的盐不易熔化而形成固态盐斜坡。,26,27,（2）、埋入式电极浴炉,工作电压高。,插入式盐浴炉电压为5.517.4V,埋入式盐浴炉电压为1436V,电极从坩埚侧壁插入，埋在坩埚砌体中，只有一面与熔盐接触。,电极不占据液面位置，无该区域的辐射热损失，提高炉膛利用率，节能好。,缺点：,电极结构复杂，无法更换和调节间距,28,侧埋式电极盐浴炉的主要特点是：电极为直条状，电极由炉后侧壁埋入。为防止漏盐，电极引出柄处有水冷装置。,顶埋式电极盐浴炉的主要特点是：电极不加水冷套，电极不穿过炉体，电极结构和坩埚结构较复杂。,29,3.3,电极盐浴炉的排气装置,和特殊的启动方式,一 排气装置,目的：,为防止和减少熔盐蒸气对环境的污染，维护生产人员的身体健康，设排气装置,不仅是盐浴炉、各种浴炉都应装设排气装置,排气装置一般有两种形式：,一种是在炉体上部装设排气罩，另一种是在炉口侧面装设排气口。,排气罩出口与通风机相连。,30,3.3,电极盐浴炉的排气装置,和特殊的启动方式,一 排气装置,排气量按下式计算：,31,32,排气罩出口直径按下式计算：,33,若采用排气口装置排气时，排气口的宽度等于坩埚口的宽度，高度为100mm左右，也可按下式计算：,34,排气口的面积S,k,为：,式中v,4,排气口气体流动速度(m/s)，常在515m/s范围内。,35,原因：熔盐电阻率随温度降低而迅速增大。纯净固态盐电阻率很大，在炉子正常工作电压作用下不能导通，故需采用特殊启动法。,方法：先使电极间的盐熔化，工作电极导通，浴炉方可工作。,二 采用特殊的启动方式,36,1 常规启动法,（1）启动电阻法：最常用。,启动电阻是一个电热元件,启动功率,主要是将电极之间的那部分盐加热到该盐熔点以上约100250，然后再利用电极继续加热，使坩埚内的盐全部熔化。启动所需功率可按熔化1/3盐量计算。,启动电阻的形状和尺寸,启动电阻通常用低碳钢制造，可为方形、圆形或扁带形。前两种做成螺旋形，扁带弯成“之”字形。螺旋形的热量集中，强度较高，制造较方便,37,启动电阻的电阻和电压要适当配合，否则会烧坏。,启动电阻安置在电极附近或电极之间。,深炉膛的电极浴炉采用双层启动电阻，以免在上部的盐未熔化之前底部的盐已熔化，体积脚胀，冲破凝固层而喷出，造成事故。,38,启动电阻体的固定方法,应设法使电极柄与电极连接处夹紧,否则因接触不良而发热、打火甚至烧损,39,启动方法,空炉启动时,将启动电阻体放在炉膛底部电极区内，加入能将启动电阻体盖没的盐并使其熔化，然后，将启动电阻体取出，再使用高挡电极通电加热，将陆续加入的盐熔化。,二次启动时,由于开始启动时的启动电阻处于冷态，其电阻值比热态时小的多，为使启动电流不过载，,应用低挡启动,，当启动电阻体的温度升高后，再调至高挡，以加快盐的融化速度，缩短升温时间，待盐基本融化后，就可脱开启动电阻，直接由电极通电加热。,40,（2）启动盐法,在坩埚底上或凝固盐表面上主电极间加一层,可导电,的启动盐，即可由主电极导通加热，将启动盐及基体盐一起熔化。,启动盐：适当导电率，不影响基体盐的性能。,654渗碳盐：,纯净炭粉60%、KCl 10%、NaCl 10%、水分20%,因含有C，不能用于硝盐炉。,41,启动方法,在盐面上加上“654”，经充分搅拌并在900下烧炼，使其中的炭能吸附在盐浴中密度较大的金属氧化物及杂质上，停电后即一同沉积炉底成为电阻率较低的炉渣，有时，还可加入适量铁粉以减小电阻，铁粉量以盐浴炉工作时不超过变压器额定电流值为准,42,（3）电弧启动法：易烧损主电板，应用少,利用612mm的圆钢或石墨棒作辅助电极，将其一端与主电极相连，另一端接近另一主电极保持一定距离，通电后即可产生电弧将极间固体盐熔化，而后移动辅助电极，拉长间距逐渐使两主极间形成一熔盐沟槽，主电极即可导通加热。,43,2 新型启动法,主电极启动法,直接利用主电极作为启动电阻。,将多层钢板重叠在一起，各极之间相隔35mm，中间夹云母片、耐火材料等绝缘材料，然后焊接成来回弯曲状。每一电极的两端各有一引出端，一端连变压器，一端为自由端。,启动时，把电极的自由端连接起来，即为启动电阻。,待盐熔化后，断开自由端，电极起主电极作用。,操作简单，易于保持炉面平整。,缺点：电极制造和砌造都比较复杂。,44,盐渣启动法,利用盐渣电阻率小的原理，在电极间施加较高电压（110380V）,即可将沉积炉底的盐渣击穿导通，也称高压击穿法。,启动快，有效节约电能和工时，但操作复杂，有时因盐渣电阻率大，启动困难甚至启动不了。,45,小熔池启动法,利用辅助电极或导电极缩短启动时的电极间距，减少浴盐电阻，可在工作电压下导通，先形成一小熔池。,启动迅速，效果好，但操作困难。,46,3.4,热处理电极浴炉的工作特点,1、以熔盐作为发热体,加热过程：交流电电极熔盐形成电加热回路,熔盐的电阻远大于金属电极熔盐主要起发热体的作用,变压器,降压,47,电磁力驱动熔盐循环流动,电流（i）通过电极2时，电极周围产生强磁场。,磁力线3的方向按右手定则决定。,根据左手定则，磁场、电流与导体的受力方向应互相垂直，两电极间任一位置的熔盐1（导体）即受向下的力而向下运动，上部的熔盐随之补充。,当电流改变方向时，磁力线3的方向也随之改变，因此受力方向始终向下。在电极间距很小时，熔盐强烈循环，促使盐浴温度均匀，工件迅速加速。,2、加热速度快，炉温均匀性好,48,3、传热的主要形式是导热,工件受热主要靠导热，当有较大电磁力驱动盐液循环流动时，对流换热量也起作用。,4盐液面的辐射、对流热损失很大。将电极压缩在一个狭小的区域或将电极移到炉膛下部。,5、热量集中在电极间的熔盐内,浴炉工作时，绝大部分电流从电极间或邻近的熔盐流过，转化为热能，在该处形成高温，向外传递。电极间不能放置工件；电极间熔盐温度过高分解，成分不稳定。,49,3.5,节能方法,1、热消耗主要有如有几项：,加热工件和夹具的热量，浴面辐射，电极辐射，对流热损失，盐熔化和蒸发吸收的热量，变压器、汇流层的热损失。,50,例子：,表3-13所示为一功率是100kW、坩埚上口尺寸为600mm,900mm的插入式电极盐浴炉在800时的各项热量消耗。,其他热损失是盐熔化和蒸发所需的热量及变压器、汇流排消耗的热量损失等。,由表可见，在各项热损失中以浴面热辐射损失为最大，,而这项热损失又与浴面热力学温度的四次方成正比。,由此可知，高温炉的这项热损失更大，,所以，减少浴面热辐射损失是浴炉节能最有效的措施。,51,3.5 节能方法,2、方法,（,1）炉型选择,要优先采用内热式浴炉，以使热量得到充分的利用；尽量采用埋入式电极盐浴炉代替插入式电极盐浴炉，可减少电极区中电极和浴面辐射和对流热损失。,（,2）坩埚尺寸,在保证工件加热要求的前提下，应尽量减小坩埚上口面积，以减少浴面的热辐射，也有利于浴盐的快速加热和升温。,52,（,3）浴盐表面覆盖石墨粉、木炭、Al,2,O,3,颗粒等其他隔热物质，以减少热辐射损失。,（,4）坩埚上口处加一活动盖，减少辐射热损失并缩短启动过程时间。,（,5）采用快速启动法。,缩短启动过程时间，提高炉子利用率，可有效节能。,（,6）,采用不脱碳无氧化盐或无渣脱氧剂，可有效缩短辅助操作时间，减少热损失。,（,7）制订合理的操作工艺、合理的装炉量，正确的加热温度和保温时间，保证工件的加热质量，减少返工等都可以有效减少热损失。,炉子间歇操作、装料量不当或停炉期间保温不合理也常来热损失，科学的织织管理、改进操作方法即可有效节能,53,（8）按时维修炉子设备，防止变压器发热及电极与汇流排连接处的发热。,（9）浴剂选用恰当，避免熔点过低而使蒸发量过大，以减少热损失。,54,3.6 电极盐浴炉结构设计,1.炉型选择,2 结构及其尺寸确定,3 功率确定,4 电极设计,5 电极柄设计,6 启动电极的设计,7 汇流排的选用,8.变压器选择,55,1.炉型选择,原则：根据加热温度和热处理工艺要求,低温炉(温度150650)：回火，等温冷却，分级淬火冷却,中温炉(温度6501000)：碳素钢、合金结构钢的淬火,高温炉(工作温度10001350)：高合金工具钢的淬火,56,2 结构及其尺寸确定,（1）炉壳,（2）炉衬材料及其厚度,（3）盐槽,（4）炉胆(炉膛)：根据工艺和熔盐体积,57,（5）熔盐重量和体积：,需要量与炉子的额定温度有关，根据经验计算,低温 G=（510）g,中温 G=（23）g,高温 G=（11.5）g,G:熔盐重量，kg,g：炉子所必须的生产率，kg/h,V:熔盐体积 G/,（6）确定浴槽尺寸,58,3 功率确定,（1）根据经验：参照表中数据,（2）根据热平衡法,P=KV,P：电极所需功率,K:单位容积所需功率,V:熔盐体积,59,4 电极设计,（1）插入式电极,由工作部分和电极柄组成，参考经验,计算边长或直径；长度,确定电极之间的距离,60,（2）单相埋入式直条电极尺寸确定,1）功率,2）确定导电面积和实际导电面积,3）确定电极的长度和高度,电极长度与炉膛长度相同,电极高度：,电极厚度：,61,5.电极柄的设计,材料：低碳钢,允许电流密度为75100A/cm,2,横截面积比工作电极大1.25倍左右,焊接,62,6 启动电极的设计,（1）插入式：20*20方截面*1500mm长度的低碳钢制成波纹状，电流密度20A/cm,2,（2）埋入式：低碳钢,直径1620mm,螺旋直径80120mm,螺距2530mm,46圈,安装：尽量靠近电极,63,7 汇流排：连接变压器次级与电极柄之间,64,8.变压器选择,功率：比炉子额定功率大1020%,相数：与炉子相同,65,