工业热处理炉的主要特性
发布人：admin 时间：2022-01-19 点击量：460
热处理炉的种类很多，但其基本组成和特性是由几个主要组成部分和特性参数所限定的。
（1）温度
炉子温度决定了炉子的传热特性。由于辐射能与温度T成正比，所以高温炉的结构应设计成辐射传热型。其主要特征是电热元件应能直接辐射加热工件。低温炉主要依靠对流传热，其炉子结构应有强烈的气流循环。
（2）热源
电加热的热处理炉，因电热元件容易在炉内安装和控制，所以有较高的温度均匀度和精度。天然气、煤气和油加热的热处理炉直接利用能源，比电热炉有较高的能源利用率。燃气加热炉和燃油加热炉也能实现计算机控制，炉子的温度控制精度也可满足热处理工艺要求。
燃煤加热的热处理炉，控温精度低，热效率低，CO2排放量大，所以如今已很少应用。
（3）炉膛结构与炉衬材料
炉膛是热处理炉的主体，是炉衬包围的空间。对它们的基本要求是，在炉膛内形成均匀的温度场，对被加热件有较高的传热效果，较少的积蓄热和散热量。炉衬材料和结构向轻质化、纤维化、预制结构、复合结构、不定型材料浇注，以及喷涂增强辐射涂料的方向发展。
（4）燃烧装置和电热元件
燃烧装置和电热元件是炉子的主要部件。对燃烧装置的基本要求是，使燃料充分燃烧，达到所需的温度和所需的气氛状态，形成高辐射或强对流的火焰，满足热处理工艺要求，有较高的热效率和较轻的环境污染。
燃烧装置的种类很多，较新型的烧嘴有：平焰烧嘴、自身预热烧嘴、高速烧嘴及调焰烧嘴等；目前迅速发展的有：高热效率的蓄热式烧嘴、燃烧器、辐射管和计算机控制燃烧。
热处理炉所用的电热元件，主要是电阻丝（或带）制成的元件或辐射管。在低温浴炉中多用管状加热元件；在可控气氛炉中多数用辐射管；在高温炉中主要用碳化硅、二硅化钼、镧铬氧化物质和石墨质电热元件。
电热元件和燃烧装置的合理布置以及组织好火焰流向或热风循环是提高炉子温度均匀度和热效率最重要的手段。
（5）炉气氛
实现热处理保护加热和气氛碳势可控制是我国热处理长期的战略任务。热处理炉气氛状态有如下几类：
1）空气气氛。空气气氯炉是一种结构最简单的炉型。工件在该炉内高于560℃以上加热时会氧化脱碳。
2）火焰气氛。火焰气氛是燃料炉燃烧产物气氛。燃烧产物的组成主要是CO2、H2O和N2。还可能有过剩的O2或未完全燃烧的CO，火焰气氛的性质主要是氧化性，只有当CO量较多时才为弱氧化性或弱还原性。
3）可控气氛。可控气氛是人们特意加入炉内的气氛，主要是控制碳势、氮势或气氛还原性。按可控气氛的性质分类有：
①中性气氛。主要是N2,在N2基础上附加其他组分，形成氮基气氛，其性质随附加剂的性质而变化。
②还原性气氛。主要是H2。H2密度小、粘度低、热导率高、还原性强，因此它有热容量小、流动状态好、温度均匀度高的优点。
③含碳气氛。含碳气氛由碳氢化合物裂化或不完全燃烧而成，有吸热式和放热式两大类，此气氛可在热处理炉外或炉内生成。
④浴态介质。常用的浴态介质有盐浴、铅浴和油浴，其性质是中性，有时在中性盐浴基础上加上其他物质，形成具有相应物质特性的盐浴，如含碳、含氮和含硼等盐浴。
⑤真空状态。低于101.325kPa的稀薄气体状态，均称真空状态。在高真空状态下热处理有提高产品质量和保护环境的双重作用，是热处理设备发展主要方向之一。
（6）作业方式
热处理设备按作业方式分间歇式作业炉和连续式作业炉两大类。
间歇式炉一般为单一炉膛结构，工件成批装、出料，在炉内固定位置上周期地完成一个工序的操作。简单型的间歇式炉有空气介质的箱式炉、井式炉等，其结构简单，但其生产产品的稳定性、再现性、统一性都很差。
近代，在间歇式简单炉型基础上，配备了传动机械、可控气氛、计算机控制等装置，使这类炉子的特性发生了质的变化，如密封式箱式炉，它可完成高质量的淬火、渗碳等功能，还可与清洗、回火等设备组成柔性生产线。
真空间歇式炉还被发展成在一个炉膛工位上完成加热、冷却、回火等一个完整的热处理操作程序的生产模式。
连续式炉的炉膛为贯通式，多为直线贯通，亦有环形贯通。其操作程序是工件顺序地通过炉膛。热处理工艺规程是沿炉膛长度方向设置的，
运行长度则为工艺时间。因此，每一个工件（或料盘）在炉内运行过程中都同样准确地执行同一个工艺程序，可获得同一性的品质。
（7）工件在炉内的传送机械
热处理炉的机械化状态是炉子先进程度的重要标志之一。各种形式的输送机械几乎都被应用于热处理炉。
选择炉内工件传送机械应考虑：该机械是否与热处理件的形状、尺寸或料盘相适应；是采用连续式还是脉动式传送；工件与机械相对运动状态是相对静止还是相对运动的；工件支持点（或面）的接触状态；
该机械与上下工序机械的衔接方式；该机械（包括料盘）是一直停留在炉内，还是反复进出炉，周期地被加热和冷却；传动机械的可靠性和使用寿命；调整工艺的灵活性等。这些因素对提高产品质量和节能都有重大影响。
（8）控制方式
热处理炉的控制，包括控制范围、控制方法和控制装置。控制范围有：对温度、压力、流量及气氛等工艺参数控制，传动机械控制，工艺过程控制和预测产品质量控制。
（1）温度
炉子温度决定了炉子的传热特性。由于辐射能与温度T成正比，所以高温炉的结构应设计成辐射传热型。其主要特征是电热元件应能直接辐射加热工件。低温炉主要依靠对流传热，其炉子结构应有强烈的气流循环。
（2）热源
电加热的热处理炉，因电热元件容易在炉内安装和控制，所以有较高的温度均匀度和精度。天然气、煤气和油加热的热处理炉直接利用能源，比电热炉有较高的能源利用率。燃气加热炉和燃油加热炉也能实现计算机控制，炉子的温度控制精度也可满足热处理工艺要求。
燃煤加热的热处理炉，控温精度低，热效率低，CO2排放量大，所以如今已很少应用。
（3）炉膛结构与炉衬材料
炉膛是热处理炉的主体，是炉衬包围的空间。对它们的基本要求是，在炉膛内形成均匀的温度场，对被加热件有较高的传热效果，较少的积蓄热和散热量。炉衬材料和结构向轻质化、纤维化、预制结构、复合结构、不定型材料浇注，以及喷涂增强辐射涂料的方向发展。
（4）燃烧装置和电热元件
燃烧装置和电热元件是炉子的主要部件。对燃烧装置的基本要求是，使燃料充分燃烧，达到所需的温度和所需的气氛状态，形成高辐射或强对流的火焰，满足热处理工艺要求，有较高的热效率和较轻的环境污染。
燃烧装置的种类很多，较新型的烧嘴有：平焰烧嘴、自身预热烧嘴、高速烧嘴及调焰烧嘴等；目前迅速发展的有：高热效率的蓄热式烧嘴、燃烧器、辐射管和计算机控制燃烧。
热处理炉所用的电热元件，主要是电阻丝（或带）制成的元件或辐射管。在低温浴炉中多用管状加热元件；在可控气氛炉中多数用辐射管；在高温炉中主要用碳化硅、二硅化钼、镧铬氧化物质和石墨质电热元件。
电热元件和燃烧装置的合理布置以及组织好火焰流向或热风循环是提高炉子温度均匀度和热效率最重要的手段。
（5）炉气氛
实现热处理保护加热和气氛碳势可控制是我国热处理长期的战略任务。热处理炉气氛状态有如下几类：
1）空气气氛。空气气氯炉是一种结构最简单的炉型。工件在该炉内高于560℃以上加热时会氧化脱碳。
2）火焰气氛。火焰气氛是燃料炉燃烧产物气氛。燃烧产物的组成主要是CO2、H2O和N2。还可能有过剩的O2或未完全燃烧的CO，火焰气氛的性质主要是氧化性，只有当CO量较多时才为弱氧化性或弱还原性。
3）可控气氛。可控气氛是人们特意加入炉内的气氛，主要是控制碳势、氮势或气氛还原性。按可控气氛的性质分类有：
①中性气氛。主要是N2,在N2基础上附加其他组分，形成氮基气氛，其性质随附加剂的性质而变化。
②还原性气氛。主要是H2。H2密度小、粘度低、热导率高、还原性强，因此它有热容量小、流动状态好、温度均匀度高的优点。
③含碳气氛。含碳气氛由碳氢化合物裂化或不完全燃烧而成，有吸热式和放热式两大类，此气氛可在热处理炉外或炉内生成。
④浴态介质。常用的浴态介质有盐浴、铅浴和油浴，其性质是中性，有时在中性盐浴基础上加上其他物质，形成具有相应物质特性的盐浴，如含碳、含氮和含硼等盐浴。
⑤真空状态。低于101.325kPa的稀薄气体状态，均称真空状态。在高真空状态下热处理有提高产品质量和保护环境的双重作用，是热处理设备发展主要方向之一。
（6）作业方式
热处理设备按作业方式分间歇式作业炉和连续式作业炉两大类。
间歇式炉一般为单一炉膛结构，工件成批装、出料，在炉内固定位置上周期地完成一个工序的操作。简单型的间歇式炉有空气介质的箱式炉、井式炉等，其结构简单，但其生产产品的稳定性、再现性、统一性都很差。
近代，在间歇式简单炉型基础上，配备了传动机械、可控气氛、计算机控制等装置，使这类炉子的特性发生了质的变化，如密封式箱式炉，它可完成高质量的淬火、渗碳等功能，还可与清洗、回火等设备组成柔性生产线。
真空间歇式炉还被发展成在一个炉膛工位上完成加热、冷却、回火等一个完整的热处理操作程序的生产模式。
连续式炉的炉膛为贯通式，多为直线贯通，亦有环形贯通。其操作程序是工件顺序地通过炉膛。热处理工艺规程是沿炉膛长度方向设置的，
运行长度则为工艺时间。因此，每一个工件（或料盘）在炉内运行过程中都同样准确地执行同一个工艺程序，可获得同一性的品质。
（7）工件在炉内的传送机械
热处理炉的机械化状态是炉子先进程度的重要标志之一。各种形式的输送机械几乎都被应用于热处理炉。
选择炉内工件传送机械应考虑：该机械是否与热处理件的形状、尺寸或料盘相适应；是采用连续式还是脉动式传送；工件与机械相对运动状态是相对静止还是相对运动的；工件支持点（或面）的接触状态；
该机械与上下工序机械的衔接方式；该机械（包括料盘）是一直停留在炉内，还是反复进出炉，周期地被加热和冷却；传动机械的可靠性和使用寿命；调整工艺的灵活性等。这些因素对提高产品质量和节能都有重大影响。
（8）控制方式
热处理炉的控制，包括控制范围、控制方法和控制装置。控制范围有：对温度、压力、流量及气氛等工艺参数控制，传动机械控制，工艺过程控制和预测产品质量控制。
由于计算机控制技术的应用，控制方法和装置正进入一个新时代，从单纯参数控制，向用可编程序控制器控制生产过程和计算机模拟仿真的方向发展。
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