熱處理爐的主要特性

熱處理爐的種類很多，但其基本組成和特性是由幾個主要組成部分和特性參數(shù)所限定的。

2.2.1 溫度 

爐子溫度決定了爐子的傳熱特性。由于輻射能與溫度T成正比，所以高溫爐的結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計成輻射傳熱型。其主要特征是電熱元件應(yīng)能直接輻射加熱工件。低溫爐主要依靠對流傳熱，其爐子結(jié)構(gòu)應(yīng)有強烈的氣流循環(huán)。

2.2.2 熱源 

電加熱的熱處理爐，因電熱元件容易在爐內(nèi)安裝和控制，所以有較高的溫度均勻度和精度。天然氣、煤氣和油加熱的熱處理爐直接利用能源，比電熱爐有較高的能源利用率。燃?xì)饧訜釥t和燃油加熱爐也能實現(xiàn)計算機控制，爐子的溫度控制精度也可滿足熱處理工藝要求。

燃煤加熱的熱處理爐，控溫精度低，熱效率低，CO2排放量大，所以如今已很少應(yīng)用。

2.2.3 爐膛結(jié)構(gòu)與爐襯材料 

爐膛是熱處理爐的主體，是爐襯包圍的空間。對它們的基本要求是，在爐膛內(nèi)形成均勻的溫度場，對被加熱件有較高的傳熱效果，較少的積蓄熱和散熱量。爐襯材料和結(jié)構(gòu)向輕質(zhì)化、纖維化、預(yù)制結(jié)構(gòu)、復(fù)合結(jié)構(gòu)、不定型材料澆注，以及噴涂增強輻射涂料的方向發(fā)展。

2.2.4 燃燒裝置和電熱元件 

燃燒裝置和電熱元件是爐子的主要部件。對燃燒裝置的基本要求是，使燃料充分燃燒，達(dá)到所需的溫度和所需的氣氛狀態(tài)，形成高輻射或強對流的火焰，滿足熱處理工藝要求，有較高的熱效率和較輕的環(huán)境污染。燃燒裝置的種類很多，較新型的燒嘴有：平焰燒嘴、自身預(yù)熱燒嘴、高速燒嘴及調(diào)焰燒嘴等；目前迅速發(fā)展的有：高熱效率的蓄熱式燒嘴、燃燒器、輻射管和計算機控制燃燒。

熱處理爐所用的電熱元件，主要是電阻絲（或帶）制成的元件或輻射管。在低溫浴爐中多用管狀加熱元件；在可控氣氛爐中多數(shù)用輻射管；在高溫爐中主要用碳化硅、二硅化鉬、鑭鉻氧化物質(zhì)和石墨質(zhì)電熱元件。

電熱元件和燃燒裝置的合理布置以及組織好火焰流向或熱風(fēng)循環(huán)是提高爐子溫度均勻度和熱效率最重要的手段。

2.2.5 爐氣氛 

實現(xiàn)熱處理保護(hù)加熱和氣氛碳勢可控制是我國熱處理長期的戰(zhàn)略任務(wù)。熱處理爐氣氛狀態(tài)有如下幾類：

（1)空氣氣氛。空氣氣氯爐是一種結(jié)構(gòu)最簡單的爐型。工件在該爐內(nèi)高于560℃以上加熱時會氧化脫碳。

（2)火焰氣氛。火焰氣氛是燃料爐燃燒產(chǎn)物氣氛。燃燒產(chǎn)物的組成主要是CO2、H2O和N2。還可能有過剩的O2或未完全燃燒的CO，火焰氣氛的性質(zhì)主要是氧化性，只有當(dāng)CO量較多時才為弱氧化性或弱還原性。

（3)可控氣氛。可控氣氛是人們特意加入爐內(nèi)的氣氛，主要是控制碳勢、氮勢或氣氛還原性。按可控氣氛的性質(zhì)分類有：

 1)中性氣氛。主要是N2,在N2基礎(chǔ)上附加其他組分，形成氮基氣氛，其性質(zhì)隨附加劑的性質(zhì)而變化。

 2)還原性氣氛。主要是H2。H2密度小、粘度低、熱導(dǎo)率高、還原性強，因此它有熱容量小、流動狀態(tài)好、溫度均勻度高的優(yōu)點。

 3)含碳?xì)夥铡：細(xì)夥沼商細(xì)浠衔锪鸦虿煌耆紵桑形鼰崾胶头艧崾絻纱箢悾藲夥湛稍跓崽幚頎t外或爐內(nèi)生成。

4)浴態(tài)介質(zhì)。常用的浴態(tài)介質(zhì)有鹽浴、鉛浴和油浴，其性質(zhì)是中性，有時在中性鹽浴基礎(chǔ)上加上其他物質(zhì)，形成具有相應(yīng)物質(zhì)特性的鹽浴，如含碳、含氮和含硼等鹽浴。

5)真空狀態(tài)。低于101. 325kPa的稀薄氣體狀態(tài)，均稱真空狀態(tài)。在高真空狀態(tài)下熱處理有提高產(chǎn)品質(zhì)量和保護(hù)環(huán)境的雙重作用，是熱處理設(shè)備發(fā)展主要方向之一。

2.2.5 作業(yè)方式 

熱處理設(shè)備按作業(yè)方式分間歇式作業(yè)爐和連續(xù)式作業(yè)爐兩大類。

間歇式爐一般為單一爐膛結(jié)構(gòu)，工件成批裝、出料，在爐內(nèi)固定位置上周期地完成一個工序的操作。簡單型的間歇式爐有空氣介質(zhì)的箱式爐、井式爐等，其結(jié)構(gòu)簡單，但其生產(chǎn)產(chǎn)品的穩(wěn)定性、再現(xiàn)性、統(tǒng)一性都很差。近代，在間歇式簡單爐型基礎(chǔ)上，配備了傳動機械、可控氣氛、計算機控制等裝置，使這類爐子的特性發(fā)生了質(zhì)的變化，如密封式箱式爐，它可完成高質(zhì)量的淬火、滲碳等功能，還可與清洗、回火等設(shè)備組成柔性生產(chǎn)線。真空間歇式爐還被發(fā)展成在一個爐膛工位上完成加熱、冷卻、回火等一個完整的熱處理操作程序的生產(chǎn)模式。

連續(xù)式爐的爐膛為貫通式，多為直線貫通，亦有環(huán)形貫通。其操作程序是工件順序地通過爐膛。熱處理工藝規(guī)程是沿爐膛長度方向設(shè)置的，

運行長度則為工藝時間。因此，每一個工件（或料盤）在爐內(nèi)運行過程中都同樣準(zhǔn)確地執(zhí)行同一個工藝程序，可獲得同一性的品質(zhì)。

2.2.7 工件在爐內(nèi)的傳送機械 

熱處理爐的機械化狀態(tài)是爐子先進(jìn)程度的重要標(biāo)志之一。各種形式的輸送機械幾乎都被應(yīng)用于熱處理爐。選擇爐內(nèi)工件傳送機械應(yīng)考慮：該機械是否與熱處理件的形狀、尺寸或料盤相適應(yīng)；是采用連續(xù)式還是脈動式傳送；工件與機械相對運動狀態(tài)是相對靜止還是相對運動的；工件支持點（或面）的接觸狀態(tài)；該機械與上下工序機械的銜接方式；該機械（包括料盤）是一直停留在爐內(nèi)，還是反復(fù)進(jìn)出爐，周期地被加熱和冷卻；傳動機械的可靠性和使用壽命；調(diào)整工藝的靈活性等。這些因素對提高產(chǎn)品質(zhì)量和節(jié)能都有重大影響。

2.2.8 控制方式 

熱處理爐的控制，包括控制范圍、控制方法和控制裝置。控制范圍有：對溫度、壓力、流量及氣氛等工藝參數(shù)控制，傳動機械控制，工藝過程控制和預(yù)測產(chǎn)品質(zhì)量控制。由于計算機控制技術(shù)的應(yīng)用，控制方法和裝置正進(jìn)入一個新時代，從單純參數(shù)控制，向用可編程序控制器控制生產(chǎn)過程和計算機模擬仿真的方向發(fā)展。