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无锡市雪浪合金钢铸造厂
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热处理设备及加热装置的类别和特性
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1.热处理设备分类

热处理设备是指用于实施热处理工艺的装备。在热处理车间内还有维持热处理生产所需的燃料、电力、水、气等动力供应设备,起重运输设备和生产安全及环保设备。通常把完成热处理工艺操作的设备称为主要设备。把与主要设备配套的和维持生产所需的设备称为辅助设备。

1.1热处理主要设备

1热处理炉

热处理炉是指具有炉膛的热处理加热设备。因在加热过程中炉膛首先被加热,再参与对工件的热交换,所以热处理炉的加热性质属间接加热。

2加热装置

加热装置是指热源直接对工件加热的装置。因此,其加热性质属直接加热。其加热方法可以是火焰直接喷烧工件,电流直接输入工件将其加热,工件内产生感应电流加热工件及等离子体、激光、电子束冲击工件而加热等。

3表面改性装置

这类装置主要有气相沉积装置和离子注入装置等。气相沉积装置是指通过在气相中的物理、化学过程,在工件表面上沉积金属或化合物涂层的装置。子注入是把氮、金属等的离子注入材料表面。这类工艺方法不同于传统的通

过加热和冷却发生相变而强化金属的热处理方法,是现代新兴的一种改金属表面性能的方法。

4表面氧化装置

表面氧化装置是指通过化学反应在工件表面生成一层致密的氧化膜的装置。它由一系列槽子组成,通常称发蓝槽或发黑槽。

5表面机械强化装置

表面机械强化装置是指利用金属丸抛击或压力辊压或施加预应力,使工件形成表面压应力或预应力状态的装置,有抛丸机和辊压机等。

6淬火冷却设备淬火冷却设备是指用于热处理淬火冷却的装置,有各种冷却介质的淬火槽、喷射式淬火装置和压力淬火机等。

7冷处理设备

冷处理设备是指用于将热处理件冷却到0℃以下的设备。常用的装置有冷冻机、干冰冷却装置和液氨冷却装置。

8工艺参数检测、控制仪表

工艺参数检测、控制仪表,通常是指对温度、流量、压力等参数的检测、指示和控制仪表。随着计算机控制技术的应用,使对热处理工艺参数控制的概念发生了根本性的变化,除常规的工艺参数控制外,还有工艺过程静态和动态控制、生产过程机电一体化控制、计算机模拟仿真等。计算机的控制成为工艺过程和设备运行的指挥中心。

1.2热处理辅助设备

1.清洗和清理设备

清洗和清理设备是指对热处理前、后工件清洗或清理的设备。常用的清洗设备有碱水溶液、磷酸水溶液、有机溶剂(氯乙烯、二氯乙烷等)的清洗槽和清洗机以及配合真空、超声波的清洗装置。清理设备有化学法的酸洗设备,机械法的清理滚筒、喷砂机和抛丸机,燃烧法的脱脂炉等。

2.炉气氛、加热介质、渗剂制备设备

(1)热处理气氛生成设备。这类设备有:由可燃物形成吸热式和放热式气氛;从空气中提取N2;由液氨分解或燃烧制备H2和N2气氛;有机液分解气氛和制H2等设备。

(2)加热介质制备设备。这类设备主要有盐浴炉用盐、流态化粒子及油的储存、筛选、混料等装置。

(3)渗剂制备设备。这类设备主要有化学热处理用的固体、液体、气体渗剂,防工件加热氧化涂料,增强工件对辐射热吸收率的涂料等的储存、混料和再生设备。

3.淬火介质循环冷却装置

淬火介质循环冷却装置是指为维持淬火介质温度而设置的淬火介质循环冷却的装置,主要包括储液槽、泵、冷却器和过滤器等。

4.起重运输设备

车间起重运输设备是指用于车间内工件运输、设备维修吊装的机械设备,有时也用于工件装出炉的吊装。此类机械设备主要有:车间起重机、运工件的车辆、传输工件的辊道和传送链等。

5.质量检测设备

质量检测设备是指对热处理件进行质量检测的设备。此类设备范围很广,有金相组织、力学性能、工件尺寸、缺陷探伤和残余应力等检测设备。

6.动力输送管路及辅助设备

动力输送管路和辅助设备是指提供给热处理设备的电力、燃料、压缩空气、蒸汽、水等动力的管路系统和附属的装置。主要有管路系统、风机、泵、储气罐及储液罐等。

7.防火除尘等安全环保设备

防火除尘等安全环保设备是指防治热处理生产造成的粉尘、废气、废液的装置、预防和处理火灾、爆炸事故的装置,主要有抽风机、废气裂化炉、废液反应槽及防火喷雾器等。

2.1热处理炉的分类

为满足各种热处理件、各类热处理工艺和不同生产批量的需要,热处理炉有很多类型和规格。

2.2热处理炉的主要特性

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。

2.2.1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。

2.2.2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。

2.2.3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。

2.2.4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很重要的手段。

2.2.5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很简单的炉型。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。

2.2.5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。

2.2.7工件在炉内的传送机械

热处理炉的机械化状态是炉子优良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。

2.2.8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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