热处理炉课程设计 炉型：外热式中温盐浴炉 学 院: 材料与冶金学院 专业班级: 金属材料工程 1303 班 学 号: 0 学生 指导教师: 日 期: 2016 年 5 月 前言 金属热处理是将固态金属通过特定的加热和冷却 ，使之获得工程技术上 所需性能的一种工艺过程的总称。热处理之所以能获得这样的效果，是因为固态 金属在温度（也 ）改变时，其组织和结构会发生变化，与其他 工艺 相比，热处理 不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部 的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或 工件的使用性能。其特点 是 工件的内在质量，而这 不是肉眼所能看到的。 热处理 是对工件进行退火、回火、淬火、加热等热处理工艺操作的 。 热处理炉的种类很多，不同工业部门所使用的炉型不同。冶金部门常用的炉 型有台车式炉、罩式炉、辊底式炉等，机械 部门常用的炉型有箱式炉、井式 炉、盐浴炉、气体渗碳炉等。为了便于分析比较，常按如下特征进行 。 1、按热能来源分：电阻炉、 炉。 2、按工作温度分：低温炉、中温炉、高温炉。 3、按炉膛介质分：自然介质炉、浴炉、可控气氛炉、线、按作业规程分：周期作业炉、连续作业炉。 5、按生产用途分：退火炉、淬火炉、回火炉、正火炉、渗碳炉、氮化炉。 6、按电源频率分：工频炉、中频炉、高频炉。 热处理 是对工件进行退火、回火、淬火、加热等热处理工艺操作的 . 盐浴炉指用熔融盐液作为加热介质、将工件浸入盐液内加热的工业炉。根据炉 子的工作温度，通常选用氯化钠、氯化钾、氯化钡、 化钠、 化钾、硝酸钠、 硝酸钾等盐类作为加热介质。盐浴炉的加热速度快，温度均匀。工件始终处于 盐液内加热，工件出炉时表面又附有一层盐膜，所以能防止工件表面氧化和脱 碳 。盐浴炉可用于碳钢、合金钢、工具钢、模具钢和铝合金等的淬火、退火、 回火、 化、 时效等热处理加热，也可用于钢材精密锻造时少氧化加热。盐 浴炉加热介质的蒸气对 有害，使用时必须通风。盐浴炉分内热式和外热式两 大类。外热式盐浴炉有以下特点： 其优点：1.不需昂贵的变压器； 2.启动操作方便。 当然外热式中温盐浴炉也有其不足之处： 1.必须使用坩埚加热，热惰性大； 2.坩埚内外温差大（100～150ºC）； 3.使用温度不能太高， 在 900ºC 以下，限制了使用范围。 目录 一、设计 ············································1 二、炉型选择············································2 三、确定炉体结构和 ··································2 四、砌体平均表面积计算··································3 五、炉子功率计算 ········································3 六、空炉升温时间的计算 ··································8 七、功率分配与接线······································9 八、电热元件材料选择及计算······························9 九、抽风罩 ·············································12 十、炉子技术指标（标牌）································12 十一、设计小结·········································13 十二、参考文献·········································13 一、外热式中温盐浴炉设计任务书 编号：06 材料冶金学院 专业年级班级：金属材料工程 13 级 3 班 学号： 0 一、基本条件 1．用途：金属零件在盐浴中淬火加热、液体碳氮共渗、等温淬火冷却、回火等 热处理； 2．最高工作温度：850℃； 3．炉壁外壳温度：≤70℃； 4．坩埚 ：Φ300×555； 5．空炉升温时间：≤3.5 小时； 6．电源：两相，380V。 二、设计要求 1.设计分工： （1）砌体部分； （2）坩埚、电热元件及接线部分、炉壳构架、排烟罩。 2.标定主要技术数据： （1）额定功率（2）额定电压（3）额定温度（4）电源相数（5）炉膛有效尺 （6）炉膛 （7）外形 （8）空炉升温时间（9）设计用盐（10）抽风罩 （11）接线）纸质和 本的《设计计算说明书》，规格：A4； （2）纸质和 本的炉子总图(AotuCAD 绘制)，幅面：A1。 1 二、炉型选择 根据设计任务书要求，选择外热式盐浴炉，不通保护气氛。 三、确定炉体结构和 1、坩埚 及盐的确定 根据任务书要求，坩埚有效 ：φ300×560，为防止盐浴炉在工作中盐溢 出，设定上溢距离为 135mm，则坩埚 即定为 φ300×700。由于任务书要求额 定温度为 850ºC，故坩埚材质选择耐热钢，厚度定为 20mm。 查【1】P189 附表 14，选择44%NaCl+56%KCl 作为热处理盐，其熔点为 663ºC， 使用温度为 700～870ºC，可以满足热处理要求。 2.砌体 的确定 由于坩埚为圆柱状，故可设计炉体为圆柱状，从而减少热量散失。考虑到坩 埚和耐火砖之间需要安装加热元件，为避免坩埚碰到加热元件，同时综合考虑扇 形砖标准，将炉体耐火砖层内径定为 540mm。此时坩埚外壁与耐火砖距离为 100mm。 参考【1】P191 附表 18，根据任务书要求额定温度，确定耐火层和保温层厚 度： 耐火层选择轻质耐火粘土砖 (QN-0.4)，其厚度定为 90mm；保温层选择膨胀 蛭石，其厚度定为 195mm。 由此即可确定炉体 ： 耐火层：内径 D 砖内=540mm，外径D 砖外=540+2×90 720mm 保温层：内径 D 蛭内=D 砖外=720mm，D 蛭外=720+2×195 1110mm 根据坩埚深度和扇形耐火砖 标准，同时考虑到加热元件的合理安装，确 定炉侧墙耐火层高度： h 侧砖=13×(65+2)-22+(50+2)=901mm h 侧蛭=901+(50+2)+2×(65+2)+150=1237mm h 底砖=2× (65+2)=134mm h 底蛭=150mm 2 h 盖砖=65+2=67mm h 盖蛭=140mm 炉体外壳用 5mm 厚钢板封装。 四、砌体平均表面积计算 1、炉墙平均面积 F = D h =   2  3.14 0.54 0.834 =1.414m 墙内 墙内 墙内 F =D h = 3.14 1.110 1.170 = 4.078m2 墙外 墙外 墙外 F F 2 墙内 墙外 故F = F F = 2.401 墙 墙内 墙外 2、炉底平均面积 F =r 2 = 3.14 0.272 = 0.229m2 底内 底内 F =r 2 = 3.14 0.5552 = 0.967m2 底外 底外 F F 2 底内 底外 故F = F F = 0.471m2 底 底内 底外 3、炉盖平均面积 F r 2 3.140.152 0.071m2 盖内 盖内 F r 2 3.140.32 0.283m2 盖外 盖外 F F 2 盖内 盖外 故F F F 0.142m2 盖 盖内 盖外 五、炉子功率计算 1、加热盐的热量消耗 Q件 =Q盐 3 2 3 2 2 3 2 V  r =+ r h =3.140.15 +3.140.15  0.56 −0.15 0 ( ) 3 3 0.036m3 查【1】P100 表 7-1 及 P189 附表 14 ρ =1600kg/m³ C =0.837kJ/(kgºC) C =1.089kJ/ (kgºC) 工作 固 液 λ =669.9kJ/kg t =663ºC 熔 熔点 Q =m[(Ct-Ct )+ λ 盐 0 熔] [C t )+C (t -t )+ λ ] = ρ工作 V0 液 (t1- 熔 固 熔 3 熔 =1600×0.036×[1.089×(850-663)+0.837×(663-20)+669.9] =81315.9kJ Q 件= Q 盐=1315.9kJ/h 2、通过炉衬的散热损失 炉衬散热损失计算公式【1】P8 式(1-15)和 P9 式（1-19） t1 −tn+1 2L (t1 −tn +1) = （平壁炉墙）； = （圆筒炉墙） Q散 n si Q散 n 1 ln ri+1   i=1 F i=1  ri i i i （1）炉墙散热 任务书要求炉壳温度不超过 75ºC，故可设为 t =70ºC，环境温度为 20℃， 3 查【1】P180 附表 2 可得： a  =12.83 W/(m²•ºC) 由任务书要求最高温度为850ºC 虑到盐浴炉坩埚内外温度相差比较大江南·体育(JN SPORTS)官方网站，可设 定跟过外温度为 t =900ºC 1 由前面设计可知,s =0.09m，s =0.195m 1 2 由【1】P6 公式(1-7)可知： t +t  =  +bt =  +b( 1 2 ) t 0 0 2 先设 t =700ºC 2 查【1】P181 附表 3，可知： 4 -3 轻质粘土砖（QN-0.4） λ=0.08+0.22×10 t W/(mºC) 1 -3 膨胀蛭石 λ=0.072+0.256×10 t W/(mºC) 2 分别代入(1-7)式得： -3 λ=0.08+0.22×10 ×(900+700)/2=0.256 W/(mºC) 1 -3 λ=0.072+0.256×10 ×(700+70)/2=0.171 W/(mºC) 2 由q=(t -t )/(s / λ+s / λ+1/ ) 1 4 1 1 2

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