沈阳理工大学-大创版-热处理设备课程教学大纲-张路宁

1、热处理设备课程教学大纲课程代码：050231006课程英文名称：Heat-treatment Equipment课程总学时：48 讲课：48 实验：0 上机：0适用专业：金属材料工程大纲编写（修订）时间： 2012.7一、大纲使用说明本大纲根据金属材料工程专业2012年培养计划制定。（一）课程的地位及教学目标“热处理设备”课程是金属材料专业学生的必修专业课，是在学生们学习了材料科学基础、 传热学、热处理原理与工艺学、材料现代分析技术等相关课程后开设的一门涉及金属材料热处理 设备的基础理论、基本原理和基本构造方面知识，并具有较强实践性的专业主干课程。本课程的教学目标是： 使学生掌握传热学、 气体

2、力学、燃料燃烧、耐火材料的基本理论及在 热处理炉上的应用。掌握常用筑炉材料、电热元件的性能及选用原则，掌握燃料燃烧的计算方法。 了解常用热处理设备的种类、型号、构造、设计步骤及计算方法。使学生能够根据产品产量及热 处理工艺特点选用合适的热处理设备，使学生具有一般热处理炉设计的基础知识，为后续的课程的学习以及相关课程设计、毕业设计等奠定重要的基础。（二）知识、能力及技能方面的基本要求1 .知识方面的基本要求：掌握三种传热方式的机理和基本公式，能够对炉内综合传热过程进行分析和计算；掌握气体力学的基本原理，能够熟练应用伯努利方程计算炉窑系统内气体流动问题；掌握烟囱的热工计算方法；掌握常用耐火材料的基

3、本性能及使用方法；掌握热处理电阻炉的设计步骤，包括炉型的选择、炉膛尺寸的确定、功率的计算、电热元件 的选择与计算等，了解炉体砌筑、安装等工程方面的知识。掌握燃料燃烧计算方法，了解燃烧基本理论，了解常用燃烧装置的结构及工作原理。掌握燃料热处理炉的设计步骤；掌握热处理浴炉的特点及分类，了解电极浴炉的设计概要；掌握真空热处理炉的分类。掌握常用类型真空热处理炉的结构、工作原理及系统组成。了解真空热处理炉发展趋势。了解离子渗氮炉工作原理；掌握感应加热的基本原理，了解感应器设计概要。掌握可控气氛加热的基本原理，了解可控气氛碳势与氧势的控制方法；了解、掌握热处理炉的节能与改造的技术措施。2 .技能方面的基本

4、要求：具备常规热处理电阻炉、燃料炉、盐浴炉等炉型的设计计算、结构设计的能力；具备正确选用耐火材料、保温材料的能力，以及编制技术文件的技能。（三）实施说明本教学大纲依据专业指导性教学计划制定并指导各教学环节。1 .教学方法：课堂讲授中要重点对基本概念、基本方法和解题思路进行讲解。采用启发式教学方法。培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力。引导和鼓励学生通过实践和自学获取 知识，培养学生的自学能力。注意培养学生提高利用标准、规范及手册等技术资料的能力。讲课 要联系实际并注重培养学生的创新能力。2 .教学手段：教学以课堂讲授为主，以多媒体、实用设计图纸、实物样品等为辅助教学手段。 以基本理论一基

5、本结构一设计计算一主要炉用设备选型一构思设计图纸为主线。对课程中的重点、难点问题着重讲解。由于本课程既具有理论性又具有实践性，因此在教学过程中要注意理论联系实际，通过实例锻炼学生的基本设计能力。采用启发式教学方法，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；通过作业调动学生学习的主观能动性，培养学生的自学能力。（四）对先修课的要求本课程的教学必须在完成先修课程之后进行。本课程主要的先修课程有工程制图、机械设计基础、传热学、热处理原理与工艺学、材料现代分析技术 等。此外，金工实习、生产实习也应先期完。（五）对习题课、实践环节的要求1 .对重点、难点章节（如：三种基本传热方式在炉窑中的应用、伯努利

6、方程在炉窑中的应用、燃料燃烧计算等）应安排习题课，例题的选择以培养学生消化和巩固所学知识，用以解决实际问题为目的。2 .课后作业要少而精， 内容要多样化，作业题内容必须包括基本概念、基本理论及设计计算方面的内容，作业要能起到巩固理论，掌握计算方法和技巧，提高分析问题、解决问题能力，熟 悉标准、规范等的作用，对作业中的重点、难点，课上应做必要的提示，并适当安排课内讲评作 业。学生必须独立、按时完成课外习题和作业，作业的完成情况应作为评定课程成绩的一部分。3 .本课程的课程设计单独设课，单独考核，具体要求参见相应的课程设计教学大纲。（六）课程考核方式1 .考核方式：考试2 .考核目标：学生对该课程

7、基本知识、基本原理和设计方法的掌握。3 .成绩构成：本课程的总成绩由两部分组成：平时成绩（包括作业情况、出勤情况等）占20%期末考试成绩占 80%平时成绩由任课教师视具体情况按百分制给出。（七）参考书目1 .热处理炉，吉泽升编著，哈尔滨工程大学出版社，19992 .热处理手册，中国机械工业学会热处理专业分会热处理手册编委会编，机械工业 出版社，19923 .热处理炉，曾详模编著，西北工业大学出版社，19964 .热处理设备及设计，热处理设备及设计编写组编，山东人民出版社，19775 .热处理节能的途径，朱培瑜等编著， 机械工业出版社，19866 .实用节能技术，刘义洁编著，国防工业出版社，19

8、98二、中文摘要本课程是 金属材料 专业学生必修的一门实践性很强的专业课程。课程通过热处理设备内容的讲授，使学生掌握热处理工艺过程中相关设备的基本知识、基本原理和和计算方法，进而使学生掌握常规热处理炉的设计方法。课程主要内容包括传热及气体力学基础知识、燃料燃烧、筑炉材料、常用类型热处理炉、可控气氛热处理炉、冷却及热处理辅助设备等。本课程将为后续课程的 学习以及相关课程设计、毕业设计等奠定重要的基础。三、课程学时分配表序号教学内容学时讲课实验上机1传热基本原理10101.1传热基本原理传导传热21.2对流传热21.3辐射传热121.4辐射传热221.5综合传热22气体力学882.1气体静力学22

9、.2气体流动的连续性方程22.2伯努利方程22.2伯努利方程的应用23筑炉材料443.1耐火材料23.2保温材料及炉用金属材料24热处理电阻炉概述224.1热处理电阻炉25热处理电阻炉的设计445.1炉型的选择和炉膛尺寸的确定及功率计算25.2电热元件的计算26热处理燃料炉446.1燃料炉的基本类型及燃烧计算26.2热处理燃料炉的燃烧装置27热处理浴炉及流动粒子炉227.1电极盐浴炉的设计概要及流动粒子炉28真空热处理炉448.1真空系统及真空热处理炉28.2真空热处理炉技术的发展及离子渗氮炉29感应热处理设备及其它方面加热炉229.1感应热处理的基本原理及感应器设计概要210可控气氛热处理炉

10、4410.1可控气氛加热的基本原理及可控气氛的制备210.2可控气氛的碳势与氧势控制212热处理炉的节能与改造2212.1热处理节能概述213总复习22合计4848四、教学内容及基本要求第1部分传热基本原理总学时（单位：学时）:10讲课:10 实验:0上机:0第1.1部分 传导传热（讲课2学时）具体内容：1） 掌握导热的基本概念及定律；2）理解导热系数物理意义及影响因素；3） 了解导热微分方程式的导出过程；4）掌握多层炉墙导热计算方法；重 点：炉墙稳定态导热难 点：导热微分方程的建立习 题：基本概念题、多层炉墙导热计算题第1.2部分 对流传热（讲课2学时）具体内容：1） 掌握对流换热的基本概念

11、及定律；2） 了解对流换热微分方程组；3） 了解对流换热过程的相似原理；4）掌握炉壁与车间空气间的对流换热系数的计算方法;重 点：对流换热的基本概念及定律难 点：对流换热过程的数学描述习 题：基本概念题、自然对流、强制对流换热计算题第1.3部分 辐射换热1 （讲课2学时）具体内容：1） 掌握辐射换热的基本概念；2）掌握热辐射的基本定律：普朗克定律、斯蒂芬-波尔兹曼定律、克希霍夫定律等;3） 掌握灰体概念及实际物体的辐射能力；重 点：热辐射的基本定律难 点：灰体概念习 题：基本概念题、思考题第1.4部分辐射换热2 （讲课2学时）具体内容：1）掌握物体间的辐射换热计算方法；2） 掌握通过孔口的辐射

12、换热计算方法;3） 了解气体与固体间的辐射换热；重 点：物体间的辐射换热计算难点：气体与固体间的辐射换热习题：物体间的辐射换热计算第1.5部分 综合传热（讲课2学时）具体内容：1） 对流和辐射同时存在时的传热；2）炉墙的综合传热；重 点：炉墙的综合传热难 点：综合传热系数的确定习 题：综合传热计算第2部分气体力学总学时（单位：学时）:8 讲课:8 实验:0上机:0第2.1部分气体静力学（讲课2学时）具体内容：1） 掌握静止气体的能量概念：压力、静压能、静压头、位能、位压能、位压头;2） 掌握静止气体平衡方程式的建立过程；3） 掌握静止气体沿高度方向的压力分布规律及能量平衡关系；4） 掌握静止气

13、体沿高度的压头分布规律。重 点：气体平衡方程式推导难 点：气体平衡方程式导出习 题：基本概念题、思考题、气体平衡方程式应用计算题第2.2部分 气体流动的连续性方程（讲课 2学时）具体内容：1） 了解气体连续性方程的建立；2）掌握连续性方程应用条件；3） 掌握连续性方程的应用；重 点：气体连续性方程难 点：气体连续性方程的导出习 题：思考题第2.3部分 伯努利方程（讲课 2学时）具体内容：1）掌握气体流动的性质；2）掌握炉气在运动中的能量（压头）损失；4） 了解伯努利方程导出过程；5） 掌握伯努利方程表达式及其应用条件；重 点：伯努利方程的导出难 点：伯努利方程的导出习 题：思考题第2.4部分

14、伯努利方程应用（讲课 2学时）具体内容：1）熟练掌握气体通过小孔的溢气量、吸入量计算方法;2）熟练掌握气体通过炉门的溢气量、吸入量计算方法;3）掌握烟囱热工计算方法；重 点：炉门溢气量、吸入量计算，烟囱热工计算难点：烟囱热工计算习题：气体通过炉门的溢气量、吸入量的计算，烟囱热工计算。第3部分筑炉材料总学时（单位：学时）:4讲课:4 实验:0上机:0第3.1部分耐火材料（讲课2学时）具体内容：1） 了解耐火材料的主要分类及化学矿物组成；2） 掌握炉用耐火材料的物理及工作性能；3） 掌握主要耐火制品及耐火浇注料的砌筑及使用方法。重 点：耐火材料的物理及工作性能难点：耐火制品及耐火浇注料的砌筑及使用

15、方法习题：论述题第3.2部分保温材料及炉用金属材料（讲课 2学时）具体内容：1） 掌握主要保温材料性能及使用方法；2） 掌握主要炉用金属材料的规格及使用方法；重 点：保温材料的物理及工作性能难点：保温材料的砌筑及使用方法习题：问答题、论述题第4部分热处理电阻炉概述总学时（单位：学时）:2讲课:2 实验:0上机:0第4.1部分热处理电阻炉概述（讲课 2学时）具体内容：1） 掌握热处理电阻炉的基本要求；2） 掌握箱式电阻加热炉基本结构及工作原理；3） 掌握井式电阻加热炉基本结构及工作原理；4） 了解台车式炉及罩式炉基本结构及工作原理；重 点：箱式电阻加热炉及井式电阻加热炉基本结构及工作原理习 题：

16、问答题、论述题第5部分 热处理电阻炉的设计总学时（单位：学时）:4 讲课:4 实验:0上机:0第5.1部分 炉型选择及电阻炉功率计算（讲课2学时）具体内容：1） 掌握不同炉型的选择原则和炉膛尺寸的确定方法；2） 掌握电阻炉功率计算方法：热平衡法、经验法；3） 掌握电热元件材料的选用原则及使用特性；重 点：电阻炉功率计算难 点：电阻炉功率计算习 题：问答题第5.2部分 热处理电阻炉设计计算（讲课 2学时）具体内容：1） 掌握电热元件的计算方法：金属电热元件、硅碳棒电热元件；2） 掌握热处理电阻炉设计计算方法；重 点：热处理电阻炉设计计算难 点：电热元件计算及结构设计习 题：热处理电阻炉设计计算第

17、6部分热处理燃料炉总学时（单位：学时）:4 讲课:4 实验:0上机:0第6.1部分 燃料炉的基本类型及燃烧计算（讲课 2学时）具体内容：3） 掌握燃料炉的基本类型及特点；2） 了解燃料化学组成，掌握燃料燃烧计算方法：燃料热值计算、空气需要量计算、烟气生 成量计算、燃烧温度计算等；3）掌握燃料消耗料计算方法；重 点：空气量、烟气量及燃烧温度的计算难 点：燃料燃烧计算式的导出习 题：燃料燃烧计算第6.2部分 热处理燃料炉的燃烧装置（共讲课2学时）具体内容：1） 掌握气体、液体燃料的燃烧过程；2） 了解气体、液体燃料的燃烧设备；重 点：气体、液体燃料的燃烧特点难点：液体燃料的燃烧方法习题：问答题、论

18、述题第7部分热处理浴炉及流动粒子炉总学时（单位：学时）:2讲课:2 实验:0上机:0第7.1部分热处理浴炉及流动粒子炉（共讲课2学时）具体内容：1） 掌握浴炉的特点及分类；2）掌握电极盐浴炉基本结构和设计方法；3） 了解流动粒子炉的基本结构及工作原理；重 点：电极盐浴炉基本结构和设计方法难点：电极盐浴炉的设计方法习题：问答题、论述题第8部分真空热处理炉及离子渗氮炉总学时（单位：学时）:4讲课:4 实验:0上机:0第8.1部分真空热处理炉分类（共讲课2学时）具体内容：1） 掌握真空系统组成；2） 掌握真空热处理炉分类及工作原理；重 点：内热式真空热处理炉工作原理难点：真空系统设备及所用材料习题：问答题、论述题2学时）第8.2部分 真空热处理炉技术发展及离子渗氮炉（共讲课具体内容：1） 了解真空热处理炉技术发展；2）掌握离子渗氮炉工作原理；重 点：真空热处理炉技术发展难点：离子渗氮炉工作原理习题：问答题、论述题第9部分感应热处理设备总学时（单位：学时）:2讲课:2 实验:2上机:0第9,1部分 感应热处理设备（讲课 2学时）具体内容：1） 掌握感应热处理设备的工作原理；2） 掌握感应热处理设备的选择原则；3） 了解感应器设计的基本方法。重 点：感应热处理设备的工作原理难点：感应器设计习题：问答题、论述题第10部分可控气氛热处理炉总学时（单位：学时）:4讲课:4 实