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1、热处理电阻炉热处理电阻炉第第 2 章章n热处理电阻炉是热处理生产中应用最广泛热处理电阻炉是热处理生产中应用最广泛的加热设备。本章将围绕间接加热周期作的加热设备。本章将围绕间接加热周期作业电阻炉的设计，讲述热处理电阻炉设计业电阻炉的设计，讲述热处理电阻炉设计时基本内容；主要包括电阻炉的设计步骤时基本内容；主要包括电阻炉的设计步骤和方法；炉子主要组成局部的设计要点；和方法；炉子主要组成局部的设计要点；有关炉用材料的选择：以及设计计算公式有关炉用材料的选择：以及设计计算公式的应用和炉子技术经济指标等。的应用和炉子技术经济指标等。材料工程学院 金属材料系热处理电阻炉的结构热处理电阻炉的结构材料工程学院
2、 金属材料系电阻炉常用筑炉材料电阻炉常用筑炉材料筑炉材料主要包括耐火材料和保温材料。筑炉材料主要包括耐火材料和保温材料。筑炉材料主要包括耐火材料和保温材料。筑炉材料主要包括耐火材料和保温材料。耐火材料耐火材料耐火材料耐火材料:主要用作炉体内衬耐火层，直接承主要用作炉体内衬耐火层，直接承主要用作炉体内衬耐火层，直接承主要用作炉体内衬耐火层，直接承受高温作用，受高温作用，受高温作用，受高温作用，耐火度高于耐火度高于耐火度高于耐火度高于15801580 C C的材料，称为耐火材料的材料，称为耐火材料的材料，称为耐火材料的材料，称为耐火材料。保温材料保温材料保温材料保温材料:主要用作炉体外衬保温层起保
3、温作主要用作炉体外衬保温层起保温作主要用作炉体外衬保温层起保温作主要用作炉体外衬保温层起保温作用，减少炉体散热。用，减少炉体散热。用，减少炉体散热。用，减少炉体散热。筑炉材料应能经受炉内物理和化学作用并有较筑炉材料应能经受炉内物理和化学作用并有较筑炉材料应能经受炉内物理和化学作用并有较筑炉材料应能经受炉内物理和化学作用并有较好的耐高温和保温能力，有的还要求不与电热好的耐高温和保温能力，有的还要求不与电热好的耐高温和保温能力，有的还要求不与电热好的耐高温和保温能力，有的还要求不与电热元件发生化学作用。这就要求筑炉材料具有相元件发生化学作用。这就要求筑炉材料具有相元件发生化学作用。这就要求筑炉材料
4、具有相元件发生化学作用。这就要求筑炉材料具有相应的耐火度和高温强度，较小的密度和热导率应的耐火度和高温强度，较小的密度和热导率应的耐火度和高温强度，较小的密度和热导率应的耐火度和高温强度，较小的密度和热导率以及较高的化学稳定性。以及较高的化学稳定性。以及较高的化学稳定性。以及较高的化学稳定性。材料工程学院 金属材料系耐火材料耐火材料热处理炉对耐火材料性能的要求热处理炉对耐火材料性能的要求 耐火度耐火度耐火度耐火度 耐火度是耐火材料抵抗高温作用耐火度是耐火材料抵抗高温作用耐火度是耐火材料抵抗高温作用耐火度是耐火材料抵抗高温作用的性能，指的是耐火材料受热后软化到的性能，指的是耐火材料受热后软化到的
5、性能，指的是耐火材料受热后软化到的性能，指的是耐火材料受热后软化到一定程度时的温度。一定程度时的温度。一定程度时的温度。一定程度时的温度。a)b)耐火度测定方法：取一定尺寸的三角形锥体，在规定的加热耐火度测定方法：取一定尺寸的三角形锥体，在规定的加热耐火度测定方法：取一定尺寸的三角形锥体，在规定的加热耐火度测定方法：取一定尺寸的三角形锥体，在规定的加热条件下进行加热，当试样顶部因受温度及本身质量影响而弯倒到条件下进行加热，当试样顶部因受温度及本身质量影响而弯倒到条件下进行加热，当试样顶部因受温度及本身质量影响而弯倒到条件下进行加热，当试样顶部因受温度及本身质量影响而弯倒到刚接触底平面时的温度作
6、为耐火度。耐火材料的耐火度，主要取刚接触底平面时的温度作为耐火度。耐火材料的耐火度，主要取刚接触底平面时的温度作为耐火度。耐火材料的耐火度，主要取刚接触底平面时的温度作为耐火度。耐火材料的耐火度，主要取决于它的化学成分和材料中易熔杂质决于它的化学成分和材料中易熔杂质决于它的化学成分和材料中易熔杂质决于它的化学成分和材料中易熔杂质如如如如FeOFeO和和和和NaNa2 2OO的含量。的含量。的含量。的含量。根据耐火度的上下，耐火材料可分为：根据耐火度的上下，耐火材料可分为：根据耐火度的上下，耐火材料可分为：根据耐火度的上下，耐火材料可分为：普通耐火材料：耐火度为普通耐火材料：耐火度为普通耐火材料
7、：耐火度为普通耐火材料：耐火度为1580177015801770 C C ，高级耐火材料：耐火度为高级耐火材料：耐火度为高级耐火材料：耐火度为高级耐火材料：耐火度为1770200017702000 C C ，特级耐火材料：耐火度大于特级耐火材料：耐火度大于特级耐火材料：耐火度大于特级耐火材料：耐火度大于20002000 C C 材料工程学院 金属材料系热处理炉对耐火材料性能的要求热处理炉对耐火材料性能的要求2高温结构强度高温结构强度高温结构强度高温结构强度 耐火材料的高温结构强度用荷重软化点来评定耐火材料的高温结构强度用荷重软化点来评定耐火材料的高温结构强度用荷重软化点来评定耐火材料的高温结构
8、强度用荷重软化点来评定。荷重软。荷重软。荷重软。荷重软化点是指在一定压力化点是指在一定压力化点是指在一定压力化点是指在一定压力重质耐火材料重质耐火材料重质耐火材料重质耐火材料196kPa196kPa，轻质耐火，轻质耐火，轻质耐火，轻质耐火材料为材料为材料为材料为98 kPa98 kPa下，以一定的升温速度加热，样品开始下，以一定的升温速度加热，样品开始下，以一定的升温速度加热，样品开始下，以一定的升温速度加热，样品开始变形的温度或压缩变形达变形的温度或压缩变形达变形的温度或压缩变形达变形的温度或压缩变形达4 4或或或或4040的温度。前者叫荷的温度。前者叫荷的温度。前者叫荷的温度。前者叫荷重软
9、化开始点，后者叫荷重软化重软化开始点，后者叫荷重软化重软化开始点，后者叫荷重软化重软化开始点，后者叫荷重软化4 4或或或或4040的软化点。的软化点。的软化点。的软化点。高温化学稳定性高温化学稳定性高温化学稳定性高温化学稳定性 高温化学稳定性是指耐火材料在高温下抵抗炉气、熔盐高温化学稳定性是指耐火材料在高温下抵抗炉气、熔盐高温化学稳定性是指耐火材料在高温下抵抗炉气、熔盐高温化学稳定性是指耐火材料在高温下抵抗炉气、熔盐和金属氧化物等的侵蚀作用的能力。和金属氧化物等的侵蚀作用的能力。和金属氧化物等的侵蚀作用的能力。和金属氧化物等的侵蚀作用的能力。高温化学稳定性常高温化学稳定性常高温化学稳定性常高温
10、化学稳定性常用抗渣性来评定，它取决于组成物的化学性质及其物理用抗渣性来评定，它取决于组成物的化学性质及其物理用抗渣性来评定，它取决于组成物的化学性质及其物理用抗渣性来评定，它取决于组成物的化学性质及其物理结构如与密度有关的结合强度。结构如与密度有关的结合强度。结构如与密度有关的结合强度。结构如与密度有关的结合强度。材料工程学院 金属材料系热处理炉对耐火材料性能的要求热处理炉对耐火材料性能的要求3 热振稳定性耐激冷急热性热振稳定性耐激冷急热性热振稳定性耐激冷急热性热振稳定性耐激冷急热性 热振稳定性是指耐火制品对急冷急热的温度反复变化时抵抗破坏和剥落热振稳定性是指耐火制品对急冷急热的温度反复变化时
11、抵抗破坏和剥落热振稳定性是指耐火制品对急冷急热的温度反复变化时抵抗破坏和剥落热振稳定性是指耐火制品对急冷急热的温度反复变化时抵抗破坏和剥落的能力的能力的能力的能力，取决于耐火制品的化学成分和组织结构等因素。，取决于耐火制品的化学成分和组织结构等因素。，取决于耐火制品的化学成分和组织结构等因素。，取决于耐火制品的化学成分和组织结构等因素。重质耐火材料热振稳定性的测定方法是将试样加热至重质耐火材料热振稳定性的测定方法是将试样加热至重质耐火材料热振稳定性的测定方法是将试样加热至重质耐火材料热振稳定性的测定方法是将试样加热至850850，然后在流动，然后在流动，然后在流动，然后在流动的冷水中冷却，反复
12、进行直至破碎或剥落至质量损失到达的冷水中冷却，反复进行直至破碎或剥落至质量损失到达的冷水中冷却，反复进行直至破碎或剥落至质量损失到达的冷水中冷却，反复进行直至破碎或剥落至质量损失到达2020时为止，时为止，时为止，时为止，其所经历的加热冷却次数被作为耐火制品的热振稳定性指标。冷炉的升其所经历的加热冷却次数被作为耐火制品的热振稳定性指标。冷炉的升其所经历的加热冷却次数被作为耐火制品的热振稳定性指标。冷炉的升其所经历的加热冷却次数被作为耐火制品的热振稳定性指标。冷炉的升温，电极盐浴炉的启动都要经受温度的急变，如果耐火材料没有足够的温，电极盐浴炉的启动都要经受温度的急变，如果耐火材料没有足够的温，电
13、极盐浴炉的启动都要经受温度的急变，如果耐火材料没有足够的温，电极盐浴炉的启动都要经受温度的急变，如果耐火材料没有足够的耐激冷急热性能，就会过早地损坏。耐激冷急热性能，就会过早地损坏。耐激冷急热性能，就会过早地损坏。耐激冷急热性能，就会过早地损坏。轻质耐火制品热振稳定性的测定，是将标准砖加热至轻质耐火制品热振稳定性的测定，是将标准砖加热至轻质耐火制品热振稳定性的测定，是将标准砖加热至轻质耐火制品热振稳定性的测定，是将标准砖加热至10001000，在静止空，在静止空，在静止空，在静止空气中冷却，反复进行，直至砖体的质量损失为气中冷却，反复进行，直至砖体的质量损失为气中冷却，反复进行，直至砖体的质量
14、损失为气中冷却，反复进行，直至砖体的质量损失为2020时的加热一冷却次数时的加热一冷却次数时的加热一冷却次数时的加热一冷却次数作为热振稳定性指标。作为热振稳定性指标。作为热振稳定性指标。作为热振稳定性指标。高温体积稳定性高温体积稳定性高温体积稳定性高温体积稳定性 高温体积稳定性是指耐火制品在高温下使用时，由于相的成分发生变化、发高温体积稳定性是指耐火制品在高温下使用时，由于相的成分发生变化、发高温体积稳定性是指耐火制品在高温下使用时，由于相的成分发生变化、发高温体积稳定性是指耐火制品在高温下使用时，由于相的成分发生变化、发生再结晶或进一步烧结等所产生的不可逆剩余膨胀或收缩生再结晶或进一步烧结等
15、所产生的不可逆剩余膨胀或收缩生再结晶或进一步烧结等所产生的不可逆剩余膨胀或收缩生再结晶或进一步烧结等所产生的不可逆剩余膨胀或收缩，通常以热膨胀系，通常以热膨胀系，通常以热膨胀系，通常以热膨胀系数和重烧线收缩率来表示。在一般情况下，要求各种耐火制品的剩余胀缩不数和重烧线收缩率来表示。在一般情况下，要求各种耐火制品的剩余胀缩不数和重烧线收缩率来表示。在一般情况下，要求各种耐火制品的剩余胀缩不数和重烧线收缩率来表示。在一般情况下，要求各种耐火制品的剩余胀缩不超过超过超过超过0.50.51.01.0。粘土砖和高铝砖的重烧线收缩率为。粘土砖和高铝砖的重烧线收缩率为。粘土砖和高铝砖的重烧线收缩率为。粘土砖
16、和高铝砖的重烧线收缩率为0.50.513501350，硅，硅，硅，硅砖的重烧线收缩率为砖的重烧线收缩率为砖的重烧线收缩率为砖的重烧线收缩率为-0.8-0.8。材料工程学院 金属材料系耐火材料耐火材料 粘土砖粘土砖 其成分其成分其成分其成分主要为主要为主要为主要为AlAl2 2OO3 348%20002000 C C和较高的热导率，和较高的热导率，和较高的热导率，和较高的热导率，常用作穿入电热元件的马弗罐、高温炉的炉底板和导轨。常用作穿入电热元件的马弗罐、高温炉的炉底板和导轨。常用作穿入电热元件的马弗罐、高温炉的炉底板和导轨。常用作穿入电热元件的马弗罐、高温炉的炉底板和导轨。因其黑度较大因其黑度
17、较大因其黑度较大因其黑度较大0.920.92；又常用作远红外加热板或用其；又常用作远红外加热板或用其；又常用作远红外加热板或用其；又常用作远红外加热板或用其粉末粉末粉末粉末配制远红外涂料。配制远红外涂料。配制远红外涂料。配制远红外涂料。耐火混凝土耐火混凝土 系由骨料高铝砖土熟料或粘土砖细块和胶粘剂混合系由骨料高铝砖土熟料或粘土砖细块和胶粘剂混合系由骨料高铝砖土熟料或粘土砖细块和胶粘剂混合系由骨料高铝砖土熟料或粘土砖细块和胶粘剂混合而成，常用来制造电极浴炉的坩埚等炉衬预制构件。而成，常用来制造电极浴炉的坩埚等炉衬预制构件。而成，常用来制造电极浴炉的坩埚等炉衬预制构件。而成，常用来制造电极浴炉的坩
18、埚等炉衬预制构件。材料工程学院 金属材料系耐火材料耐火材料耐火纤维耐火纤维耐火纤维耐火纤维 由各种耐火物质制成的一种纤维状两次材料。热处理护由各种耐火物质制成的一种纤维状两次材料。热处理护由各种耐火物质制成的一种纤维状两次材料。热处理护由各种耐火物质制成的一种纤维状两次材料。热处理护申常用的有硅酸铝质耐火纤维和碳质耐火纤维。根据其申常用的有硅酸铝质耐火纤维和碳质耐火纤维。根据其申常用的有硅酸铝质耐火纤维和碳质耐火纤维。根据其申常用的有硅酸铝质耐火纤维和碳质耐火纤维。根据其内部结构，硅酸铝质耐火纤维又可分为结晶态纤维和玻内部结构，硅酸铝质耐火纤维又可分为结晶态纤维和玻内部结构，硅酸铝质耐火纤维又
19、可分为结晶态纤维和玻内部结构，硅酸铝质耐火纤维又可分为结晶态纤维和玻璃态纤维。璃态纤维。璃态纤维。璃态纤维。硅酸铝耐火纤维具有耐热度高、密度小、热导率低、热硅酸铝耐火纤维具有耐热度高、密度小、热导率低、热硅酸铝耐火纤维具有耐热度高、密度小、热导率低、热硅酸铝耐火纤维具有耐热度高、密度小、热导率低、热容量小、化学稳定性和抗热震性好等优点容量小、化学稳定性和抗热震性好等优点容量小、化学稳定性和抗热震性好等优点容量小、化学稳定性和抗热震性好等优点 玻璃态纤维经长期高温使用后会重新结晶，降低使用温玻璃态纤维经长期高温使用后会重新结晶，降低使用温玻璃态纤维经长期高温使用后会重新结晶，降低使用温玻璃态纤维
20、经长期高温使用后会重新结晶，降低使用温度，承受负荷的能力很小，抗高速炉气冲刷的性能差；度，承受负荷的能力很小，抗高速炉气冲刷的性能差；度，承受负荷的能力很小，抗高速炉气冲刷的性能差；度，承受负荷的能力很小，抗高速炉气冲刷的性能差；作炉衬时电热元件固定较困难，在含氢气氛中会因氢充作炉衬时电热元件固定较困难，在含氢气氛中会因氢充作炉衬时电热元件固定较困难，在含氢气氛中会因氢充作炉衬时电热元件固定较困难，在含氢气氛中会因氢充满纤维的间隙而增大热导率。满纤维的间隙而增大热导率。满纤维的间隙而增大热导率。满纤维的间隙而增大热导率。材料工程学院 金属材料系耐火材料耐火材料不定型耐火材料不定型耐火材料 不定
21、型耐火材料的特点是可随意制成各种形状的预制块，也可在加不定型耐火材料的特点是可随意制成各种形状的预制块，也可在加不定型耐火材料的特点是可随意制成各种形状的预制块，也可在加不定型耐火材料的特点是可随意制成各种形状的预制块，也可在加热炉上整体浇捣，从而加强炉体的整体性，便于改进炉型结构。热炉上整体浇捣，从而加强炉体的整体性，便于改进炉型结构。热炉上整体浇捣，从而加强炉体的整体性，便于改进炉型结构。热炉上整体浇捣，从而加强炉体的整体性，便于改进炉型结构。不定型耐火材料有耐火混凝土浇注料、可塑料、喷涂料、捣打不定型耐火材料有耐火混凝土浇注料、可塑料、喷涂料、捣打不定型耐火材料有耐火混凝土浇注料、可塑料
22、、喷涂料、捣打不定型耐火材料有耐火混凝土浇注料、可塑料、喷涂料、捣打料、涂抹料、投射料等。耐火混凝土可用于制造盐浴炉的盐槽与坩料、涂抹料、投射料等。耐火混凝土可用于制造盐浴炉的盐槽与坩料、涂抹料、投射料等。耐火混凝土可用于制造盐浴炉的盐槽与坩料、涂抹料、投射料等。耐火混凝土可用于制造盐浴炉的盐槽与坩埚，制造炉顶与炉衬的预制件。埚，制造炉顶与炉衬的预制件。埚，制造炉顶与炉衬的预制件。埚，制造炉顶与炉衬的预制件。耐火混凝土的组成耐火混凝土的组成耐火混凝土的组成耐火混凝土的组成 骨料骨料骨料骨料 是主要的耐火基体，应具有高的耐火度，不应与胶结料生成是主要的耐火基体，应具有高的耐火度，不应与胶结料生成
23、是主要的耐火基体，应具有高的耐火度，不应与胶结料生成是主要的耐火基体，应具有高的耐火度，不应与胶结料生成较多的低熔物。较多的低熔物。较多的低熔物。较多的低熔物。胶结料结合剂。起胶结硬化作用，使制品有一定的强度胶结料结合剂。起胶结硬化作用，使制品有一定的强度胶结料结合剂。起胶结硬化作用，使制品有一定的强度胶结料结合剂。起胶结硬化作用，使制品有一定的强度 常用常用常用常用的胶结料有矾土水泥、硅酸盐水泥、水玻璃、磷酸等。的胶结料有矾土水泥、硅酸盐水泥、水玻璃、磷酸等。的胶结料有矾土水泥、硅酸盐水泥、水玻璃、磷酸等。的胶结料有矾土水泥、硅酸盐水泥、水玻璃、磷酸等。掺合料掺合料掺合料掺合料 与骨料的材料
24、相同，只是颗粒度较小。掺合剂可使制品的与骨料的材料相同，只是颗粒度较小。掺合剂可使制品的与骨料的材料相同，只是颗粒度较小。掺合剂可使制品的与骨料的材料相同，只是颗粒度较小。掺合剂可使制品的气孔率降低，密度增加，耐压强度提高，抗渣性提高，但使收缩增气孔率降低，密度增加，耐压强度提高，抗渣性提高，但使收缩增气孔率降低，密度增加，耐压强度提高，抗渣性提高，但使收缩增气孔率降低，密度增加，耐压强度提高，抗渣性提高，但使收缩增加，耐急冷急热性降低。加，耐急冷急热性降低。加，耐急冷急热性降低。加，耐急冷急热性降低。材料工程学院 金属材料系保温材料保温材料 习惯上把常温下热导率小于习惯上把常温下热导率小于习
25、惯上把常温下热导率小于习惯上把常温下热导率小于0.23W/0.23W/mm C C的材料称为保温材料的材料称为保温材料的材料称为保温材料的材料称为保温材料。常用的保温材料有如下几种：常用的保温材料有如下几种：常用的保温材料有如下几种：常用的保温材料有如下几种：硅藻土及其制品硅藻土及其制品硅藻土及其制品硅藻土及其制品 硅硅硅硅藻藻藻藻土土土土是是是是由由由由微微微微海海海海藻藻藻藻类类类类的的的的介介介介壳壳壳壳构构构构成成成成的的的的沉沉沉沉积积积积岩岩岩岩。其其其其主主主主要要要要成成成成分分分分为为为为非非非非晶晶晶晶体体体体二二二二氧氧氧氧化化化化硅硅硅硅，并并并并含含含含有有有有少少少
26、少量量量量粘粘粘粘土土土土杂杂杂杂质质质质。其其其其耐耐耐耐火火火火度度度度高高高高于于于于14001400 C C，有有有有良良良良好好好好的的的的保保保保温温温温能力，最高使用温度为能力，最高使用温度为能力，最高使用温度为能力，最高使用温度为90090010001000 C C，可以制成型砖或粉料使用。，可以制成型砖或粉料使用。，可以制成型砖或粉料使用。，可以制成型砖或粉料使用。膨胀珍珠岩膨胀珍珠岩膨胀珍珠岩膨胀珍珠岩 是是是是一一一一种种种种由由由由酸酸酸酸性性性性的的的的火火火火由由由由玻玻玻玻璃璃璃璃质质质质珍珍珍珍珠珠珠珠岩岩岩岩结结结结构构构构的的的的熔熔熔熔岩岩岩岩，经经经经破
27、破破破碎碎碎碎后后后后在在在在高高高高温温温温下下下下焙焙焙焙烧烧烧烧膨膨膨膨胀胀胀胀而而而而成成成成，呈呈呈呈白白白白色色色色小小小小颗颗颗颗粒粒粒粒，内内内内有有有有蜂蜂蜂蜂窝窝窝窝状状状状空空空空隙隙隙隙。其其其其主主主主要要要要成成成成分分分分一一一一般般般般为为为为 SiOSiO2 2 6974%6974%，A1A12 2OO3 3 1214%1214%，密密密密 度度度度 为为为为40120kg/m40120kg/m3 3，有良好的保温能力，最高使用温度为，有良好的保温能力，最高使用温度为，有良好的保温能力，最高使用温度为，有良好的保温能力，最高使用温度为800800 C C。膨膨
28、膨膨胀胀胀胀珍珍珍珍珠珠珠珠岩岩岩岩散散散散料料料料可可可可与与与与水水水水玻玻玻玻璃璃璃璃、水水水水泥泥泥泥、磷磷磷磷酸酸酸酸铝铝铝铝等等等等结结结结合合合合剂剂剂剂制制制制成成成成各各各各种种种种成成成成形形形形保保保保温材料。温材料。温材料。温材料。材料工程学院 金属材料系保温材料保温材料膨胀蛭石膨胀蛭石膨胀蛭石膨胀蛭石 蛭蛭蛭蛭石石石石也也也也叫叫叫叫黑黑黑黑云云云云母母母母或或或或金金金金云云云云母母母母，易易易易于于于于剥剥剥剥成成成成薄薄薄薄片片片片，内内内内含含含含有有有有5-10%5-10%水水水水分分分分，受受受受热热热热后后后后水水水水分分分分蒸蒸蒸蒸发发发发而而而而形形
29、形形成成成成膨膨膨膨胀胀胀胀蛭蛭蛭蛭石石石石。蛭蛭蛭蛭石石石石的的的的成成成成分分分分为为为为SiOSiO2 26974%6974%3840%3840%，FeFe2 2OO3 3423%423%，A1A12 2OO3 31418%1418%，MgOMgO1121%1121%，少少少少量量量量CaOCaO。蛭蛭蛭蛭石石石石的的的的熔熔熔熔点点点点为为为为13701370 C C，最最最最高高高高使使使使用用用用温温温温度为度为度为度为10001000 C C。蛭石也可用高铝水泥、水玻璃作粘结剂制成各种成型保温材料。蛭石也可用高铝水泥、水玻璃作粘结剂制成各种成型保温材料。蛭石也可用高铝水泥、水玻璃
30、作粘结剂制成各种成型保温材料。蛭石也可用高铝水泥、水玻璃作粘结剂制成各种成型保温材料。矿渣棉制品矿渣棉制品矿渣棉制品矿渣棉制品 是是是是一一一一种种种种将将将将煤煤煤煤渣渣渣渣，高高高高炉炉炉炉渣渣渣渣和和和和某某某某些些些些矿矿矿矿石石石石在在在在1250125013501350 C C熔熔熔熔化化化化后后后后，用用用用压压压压缩缩缩缩空空空空气气气气或或或或蒸蒸蒸蒸汽汽汽汽将将将将其其其其熔熔熔熔液液液液吹吹吹吹成成成成丝丝丝丝状状状状，然然然然后后后后压压压压制制制制成成成成制制制制品品品品，是是是是优优优优良良良良的的的的保保保保温温温温材料。材料。材料。材料。微孔硅酸钙微孔硅酸钙微孔
31、硅酸钙微孔硅酸钙 这种制品的密度小这种制品的密度小这种制品的密度小这种制品的密度小250 kg/m250 kg/m3 3，热导率低，最高使用温度为，热导率低，最高使用温度为，热导率低，最高使用温度为，热导率低，最高使用温度为650650 C C。材料工程学院 金属材料系保温材料保温材料石棉石棉 石棉是一种纤维结构矿物，其主要成分为蛇纹石石棉是一种纤维结构矿物，其主要成分为蛇纹石石棉是一种纤维结构矿物，其主要成分为蛇纹石石棉是一种纤维结构矿物，其主要成分为蛇纹石3MgO3MgO 2SiO2SiO2 2 2H2H2 2OO，熔点大于，熔点大于，熔点大于，熔点大于15001500。但在。但在。但在。
32、但在500500时开始失去结晶水，使强度降低，在时开始失去结晶水，使强度降低，在时开始失去结晶水，使强度降低，在时开始失去结晶水，使强度降低，在700800700800时变时变时变时变脆而粉化。所以长期使用温度应低于脆而粉化。所以长期使用温度应低于脆而粉化。所以长期使用温度应低于脆而粉化。所以长期使用温度应低于500500。其制品有石棉粉、石棉板及石棉绳等形式。其制品有石棉粉、石棉板及石棉绳等形式。其制品有石棉粉、石棉板及石棉绳等形式。其制品有石棉粉、石棉板及石棉绳等形式。高温超轻质珍珠岩高温超轻质珍珠岩 高温超轻质珍珠岩制品是以膨胀珍珠岩为主要原料，分别以水玻高温超轻质珍珠岩制品是以膨胀珍珠
33、岩为主要原料，分别以水玻高温超轻质珍珠岩制品是以膨胀珍珠岩为主要原料，分别以水玻高温超轻质珍珠岩制品是以膨胀珍珠岩为主要原料，分别以水玻璃、水泥、磷酸盐等为胶结剂，按一定比例混合经成型、枯燥、璃、水泥、磷酸盐等为胶结剂，按一定比例混合经成型、枯燥、璃、水泥、磷酸盐等为胶结剂，按一定比例混合经成型、枯燥、璃、水泥、磷酸盐等为胶结剂，按一定比例混合经成型、枯燥、烧结而制成的制品。它具有密度小、热导率很小、耐火度高最烧结而制成的制品。它具有密度小、热导率很小、耐火度高最烧结而制成的制品。它具有密度小、热导率很小、耐火度高最烧结而制成的制品。它具有密度小、热导率很小、耐火度高最高使用温度可达高使用温度
34、可达高使用温度可达高使用温度可达10001000等特点，是一种很好的隔热、保温材等特点，是一种很好的隔热、保温材等特点，是一种很好的隔热、保温材等特点，是一种很好的隔热、保温材料。料。料。料。材料工程学院 金属材料系传热理论传热理论 在热处理炉内进行着各种复杂的传热过程，因此掌握传热的在热处理炉内进行着各种复杂的传热过程，因此掌握传热的在热处理炉内进行着各种复杂的传热过程，因此掌握传热的在热处理炉内进行着各种复杂的传热过程，因此掌握传热的基本规律，对于热处理炉的设计及其操作是至关重要的。基本规律，对于热处理炉的设计及其操作是至关重要的。基本规律，对于热处理炉的设计及其操作是至关重要的。基本规律
35、，对于热处理炉的设计及其操作是至关重要的。传热有传导，对流和辐射三种基本形式。在热处理炉内实际传热有传导，对流和辐射三种基本形式。在热处理炉内实际传热有传导，对流和辐射三种基本形式。在热处理炉内实际传热有传导，对流和辐射三种基本形式。在热处理炉内实际进行的热交换过程也是由这三种基本形式组成的综合传热过进行的热交换过程也是由这三种基本形式组成的综合传热过进行的热交换过程也是由这三种基本形式组成的综合传热过进行的热交换过程也是由这三种基本形式组成的综合传热过程。程。程。程。如果在传热过程中，物体的温度场是稳定的，则传递的热流如果在传热过程中，物体的温度场是稳定的，则传递的热流如果在传热过程中，物体
36、的温度场是稳定的，则传递的热流如果在传热过程中，物体的温度场是稳定的，则传递的热流也是恒定的，此时的温度场称为稳定态温度场，这种传热称也是恒定的，此时的温度场称为稳定态温度场，这种传热称也是恒定的，此时的温度场称为稳定态温度场，这种传热称也是恒定的，此时的温度场称为稳定态温度场，这种传热称为稳定态传热。例如长时间保温的炉子或连续作业炉的炉墙为稳定态传热。例如长时间保温的炉子或连续作业炉的炉墙为稳定态传热。例如长时间保温的炉子或连续作业炉的炉墙为稳定态传热。例如长时间保温的炉子或连续作业炉的炉墙传热，就属于稳定态传热过程。如果所传递的热流随时间变传热，就属于稳定态传热过程。如果所传递的热流随时间
37、变传热，就属于稳定态传热过程。如果所传递的热流随时间变传热，就属于稳定态传热过程。如果所传递的热流随时间变化而变化，这种温度场称为不稳定态温度场，这种传热过程化而变化，这种温度场称为不稳定态温度场，这种传热过程化而变化，这种温度场称为不稳定态温度场，这种传热过程化而变化，这种温度场称为不稳定态温度场，这种传热过程称为不稳定态传热。本章主要讨论稳定态传热称为不稳定态传热。本章主要讨论稳定态传热称为不稳定态传热。本章主要讨论稳定态传热称为不稳定态传热。本章主要讨论稳定态传热。材料工程学院 金属材料系传导传热传导传热传导传热的基本方程式传导传热的基本方程式传导传热的基本方程式传导传热的基本方程式 通
38、过单位截面、单位时间内传递的热流通过单位截面、单位时间内传递的热流通过单位截面、单位时间内传递的热流通过单位截面、单位时间内传递的热流q qW/mW/m2 2与该截面的温度与该截面的温度与该截面的温度与该截面的温度梯度成正比梯度成正比梯度成正比梯度成正比 单向稳定态传热中，单位时间通过单位面积所传递的热量为单向稳定态传热中，单位时间通过单位面积所传递的热量为单向稳定态传热中，单位时间通过单位面积所传递的热量为单向稳定态传热中，单位时间通过单位面积所传递的热量为 热导率热导率热导率热导率 材料工程学院 金属材料系平壁炉墙的导热平壁炉墙的导热 在平壁内取一单元薄层，其厚度为在平壁内取一单元薄层，其
39、厚度为在平壁内取一单元薄层，其厚度为在平壁内取一单元薄层，其厚度为d dx x，两侧的温，两侧的温，两侧的温，两侧的温度差为度差为度差为度差为d dt t，则通过此单元层的热流为，则通过此单元层的热流为，则通过此单元层的热流为，则通过此单元层的热流为 别离变量后别离变量后别离变量后别离变量后 将上式积分将上式积分将上式积分将上式积分 积分后得积分后得积分后得积分后得 所以所以所以所以 单层平壁的导热单层平壁的导热单层平壁的导热单层平壁的导热t t0 0 x xt t1 1t2dxdt假设平壁面积为假设平壁面积为假设平壁面积为假设平壁面积为A Amm2 2，则单位时间，则单位时间，则单位时间，则
40、单位时间1h1h内内内内通过通过通过通过A A面积所传递的热量为面积所传递的热量为面积所传递的热量为面积所传递的热量为 材料工程学院 金属材料系多层平壁炉墙的导热多层平壁炉墙的导热 第一层热流第一层热流第一层热流第一层热流 第二层热流第二层热流第二层热流第二层热流 t1tOxt2t11122 在稳定态传热过程中，根据能量守恒原理，通过双层在稳定态传热过程中，根据能量守恒原理，通过双层在稳定态传热过程中，根据能量守恒原理，通过双层在稳定态传热过程中，根据能量守恒原理，通过双层炉墙的热量炉墙的热量炉墙的热量炉墙的热量QQqAqAq q1 1A Aq q2 2A A，即，即，即，即 q qq q1
41、1q q2 2。将第一层与第二层热流公式相加后得：将第一层与第二层热流公式相加后得：将第一层与第二层热流公式相加后得：将第一层与第二层热流公式相加后得：材料工程学院 金属材料系 如果多层平壁炉墙各层面积相等时均为如果多层平壁炉墙各层面积相等时均为如果多层平壁炉墙各层面积相等时均为如果多层平壁炉墙各层面积相等时均为A A，其传热量公式为，其传热量公式为，其传热量公式为，其传热量公式为 当外墙的面积当外墙的面积当外墙的面积当外墙的面积f f2 2与内墙的面积与内墙的面积与内墙的面积与内墙的面积f f1 1之比小于等于之比小于等于之比小于等于之比小于等于2 2时炉墙的平均时炉墙的平均时炉墙的平均时炉
42、墙的平均面积面积面积面积 当外墙的面积当外墙的面积当外墙的面积当外墙的面积f f2 2与内墙的面积与内墙的面积与内墙的面积与内墙的面积f f1 1之比大于之比大于之比大于之比大于2 2时炉墙的平均面时炉墙的平均面时炉墙的平均面时炉墙的平均面积积积积 假设各层面积不等，其传热量计算公式为假设各层面积不等，其传热量计算公式为假设各层面积不等，其传热量计算公式为假设各层面积不等，其传热量计算公式为 材料工程学院 金属材料系圆筒炉墙的导热圆筒炉墙的导热 在单位时间内通过该在单位时间内通过该在单位时间内通过该在单位时间内通过该薄层所传导的热量为薄层所传导的热量为薄层所传导的热量为薄层所传导的热量为 单层
43、圆筒壁的导热单层圆筒壁的导热单层圆筒壁的导热单层圆筒壁的导热t1t2r1rdrr2r2L 别离变量后别离变量后别离变量后别离变量后 将上式积分将上式积分将上式积分将上式积分 自然对数项的分子与分母同乘以自然对数项的分子与分母同乘以自然对数项的分子与分母同乘以自然对数项的分子与分母同乘以2 2 L L，则可改写成，则可改写成，则可改写成，则可改写成 即即即即 材料工程学院 金属材料系箱式电阻炉箱式电阻炉 材料工程学院 金属材料系高温箱式炉高温箱式炉材料工程学院 金属材料系井式电阻炉井式电阻炉 材料工程学院 金属材料系低温井式电阻炉低温井式电阻炉21材料工程学院 金属材料系RQ系列井式气体渗碳电阻
44、炉系列井式气体渗碳电阻炉 材料工程学院 金属材料系热处理电阻炉的设计步骤热处理电阻炉的设计步骤 收集设计资料收集设计资料收集设计资料收集设计资料 在炉子设计前应详尽收集有关资料，包括：炉子的生产任务产量、在炉子设计前应详尽收集有关资料，包括：炉子的生产任务产量、在炉子设计前应详尽收集有关资料，包括：炉子的生产任务产量、在炉子设计前应详尽收集有关资料，包括：炉子的生产任务产量、作业制度一、二班或连续生产；被加热工件的材料、形状、尺寸和作业制度一、二班或连续生产；被加热工件的材料、形状、尺寸和作业制度一、二班或连续生产；被加热工件的材料、形状、尺寸和作业制度一、二班或连续生产；被加热工件的材料、形
45、状、尺寸和质量；工件的热处理工艺规程和质量质量；工件的热处理工艺规程和质量质量；工件的热处理工艺规程和质量质量；工件的热处理工艺规程和质量 要求，电源及车间厂房等条件；炉子的制造维修能力和投资金额等。要求，电源及车间厂房等条件；炉子的制造维修能力和投资金额等。要求，电源及车间厂房等条件；炉子的制造维修能力和投资金额等。要求，电源及车间厂房等条件；炉子的制造维修能力和投资金额等。首先初步确定几种设计方案，再广泛征求有关人员的意见，反复进行技首先初步确定几种设计方案，再广泛征求有关人员的意见，反复进行技首先初步确定几种设计方案，再广泛征求有关人员的意见，反复进行技首先初步确定几种设计方案，再广泛征
46、求有关人员的意见，反复进行技术、经济性的比较和论证，确定最正确方案。术、经济性的比较和论证，确定最正确方案。术、经济性的比较和论证，确定最正确方案。术、经济性的比较和论证，确定最正确方案。设计步骤设计步骤设计步骤设计步骤 炉型设计或选择。炉型设计或选择。炉型设计或选择。炉型设计或选择。炉膛尺寸确定。炉膛尺寸确定。炉膛尺寸确定。炉膛尺寸确定。炉体结构设计包括炉墙、构架、炉门等。炉体结构设计包括炉墙、构架、炉门等。炉体结构设计包括炉墙、构架、炉门等。炉体结构设计包括炉墙、构架、炉门等。电阻炉功率计算及功率分配。电阻炉功率计算及功率分配。电阻炉功率计算及功率分配。电阻炉功率计算及功率分配。电热元件材
47、料选择。电热元件材料选择。电热元件材料选择。电热元件材料选择。电热元件设计计算。电热元件设计计算。电热元件设计计算。电热元件设计计算。炉用机械设备和电气、控温仪表设计与选用。炉用机械设备和电气、控温仪表设计与选用。炉用机械设备和电气、控温仪表设计与选用。炉用机械设备和电气、控温仪表设计与选用。技术经济指标核算。技术经济指标核算。技术经济指标核算。技术经济指标核算。绘制炉子总图、砌砖体、零部件图和编制电阻炉使用说明书绘制炉子总图、砌砖体、零部件图和编制电阻炉使用说明书绘制炉子总图、砌砖体、零部件图和编制电阻炉使用说明书绘制炉子总图、砌砖体、零部件图和编制电阻炉使用说明书 材料工程学院 金属材料系
48、炉型的选择和炉膛尺寸确实定炉型的选择和炉膛尺寸确实定 炉型选择炉型选择炉型选择炉型选择 电阻炉的类型很多，各有其特点和用途。因此，根据炉子的生产量和作业制度、电阻炉的类型很多，各有其特点和用途。因此，根据炉子的生产量和作业制度、电阻炉的类型很多，各有其特点和用途。因此，根据炉子的生产量和作业制度、电阻炉的类型很多，各有其特点和用途。因此，根据炉子的生产量和作业制度、工件的特点和热处理工艺要求，以及劳动条件等有关方面进行综合的技术经济分工件的特点和热处理工艺要求，以及劳动条件等有关方面进行综合的技术经济分工件的特点和热处理工艺要求，以及劳动条件等有关方面进行综合的技术经济分工件的特点和热处理工艺
49、要求，以及劳动条件等有关方面进行综合的技术经济分析，选定炉型。炉型选择的一般原则简述如下：析，选定炉型。炉型选择的一般原则简述如下：析，选定炉型。炉型选择的一般原则简述如下：析，选定炉型。炉型选择的一般原则简述如下：生产量生产量生产量生产量：对于产量大，品种单一，工艺稳定的热处理工件，可选用连续作业炉；反之，量对于产量大，品种单一，工艺稳定的热处理工件，可选用连续作业炉；反之，量对于产量大，品种单一，工艺稳定的热处理工件，可选用连续作业炉；反之，量对于产量大，品种单一，工艺稳定的热处理工件，可选用连续作业炉；反之，量小，品种多，工艺多变者，则宜采用周期作业、通用性好的炉子，如箱式电阻炉。小，品
50、种多，工艺多变者，则宜采用周期作业、通用性好的炉子，如箱式电阻炉。小，品种多，工艺多变者，则宜采用周期作业、通用性好的炉子，如箱式电阻炉。小，品种多，工艺多变者，则宜采用周期作业、通用性好的炉子，如箱式电阻炉。工件特点和工艺要求工件特点和工艺要求工件特点和工艺要求工件特点和工艺要求：加热细长轴类工件，为防止加热时的弯曲变形，用井式电阻炉吊装加热。对中小加热细长轴类工件，为防止加热时的弯曲变形，用井式电阻炉吊装加热。对中小加热细长轴类工件，为防止加热时的弯曲变形，用井式电阻炉吊装加热。对中小加热细长轴类工件，为防止加热时的弯曲变形，用井式电阻炉吊装加热。对中小型轴承钢球或短滚柱，则选用滚筒式电阻