材料成形装备及自动化：第八章 热处理工业炉及其控制

1、EAMP材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 1第八章 热处理工业炉及其控制8.1 工业炉的种类及特点8.2 热处理工业炉及其生产线8.3 热处理生产自动线8.4 其它工业用炉8.5 炉温监测及控制系统EAMP材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 28.1 工业炉的种类及特点 在许多情况下，材料的成形加工都是在加热的状态下完成的。涉及到热能的产生、传递和交换，而完成这些热过程的主要装备是各种工业用炉。 EAMP材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 38.1.1 热能的产生与热交换概述EAMP材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 48.1.2 工业炉的种类

2、及特点由于传统的工业组合和分工不同，“工业炉”的范围不是很严格。在我国，工业炉仅指轧钢加热炉、锻造炉、热处理炉、窑炉、铸造熔化炉等，不包括冶金行业的高炉、平炉和转炉，而焦炉和动力锅炉属于能量转换装置、煤气发生装置属于化工用炉。通常，工业炉的种类、作用及特点可归纳为表8-1所示（详见参考书）。按使用行业的不同进行分类，有：铸造熔化炉、轧钢加热炉、锻造炉、热处理加热炉（又分退火炉、渗碳炉等）、陶瓷烧结炉、玻璃退火炉等等。本章主要介绍热处理炉及其它工业用炉的结构原理与控制 EAMP材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 58.1.3 工业炉基本要求及主要组成基本要求控制方便，生产率高保证产品

3、质量达到工艺要求热效率高，单位能耗低使用寿命长，维护方便，维护费用低机械化、自动化程度高造价低，投资少污染少EAMP材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 68.2 热处理工业炉及其生产线8.2.1 热处理工艺概述热处理的作用可归纳为：改变工件的机械、加工性能，或获得某种使 用性能；使工件内部成分均匀化、消除内应力；化学热处理（渗碳等） 可以改变工件表面成本，使工件得到特殊的性能（耐磨性等）。热处理工艺有：淬火（水冷、油冷）、退火（炉冷、砂冷）、正火（ 空气冷却）、回火和化学热处理。无论何种热处理，从热工角度看，都是由三个阶段组成，即：加热、 保温、冷却。对热处理炉的要求为：从炉型结构

4、和热工制度上能保证热处理工艺的 实现；温度均匀性好，要求温差不大于10；炉内气氛可以控制；在 优质的基础上力求高产、节能；易于机械化和自动控制。EAMP材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 78.2.2 连续淬火热处理炉推杆式淬火热处理炉 由前室、炉体、后室、清洗机、炉外运输机构和各种动作的液压缸组成。1前推料液压缸 2前室3防爆装置 4前室门液压缸5前炉门液压缸 6炉体风扇装置7炉体 8后炉门液压缸9后室 10升降台11后拉料机构 12淬火油槽13纵向运输机构 14炉底电阻板15清洗机 16炉墙电阻板17前侧进料机构18油下平推液压缸19变压器推杆式光亮淬火连续炉EAMP材料加工中

5、的环境保护装备 华中科技大学材料学院 82. 连续式热处理炉的控制系统炉子共有：前室门、前炉门、前推料机、侧推料机、升降台等11个运动部件。图8-6 可控气氛连续式热处理炉（立体图）前EAMP材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 9可控气氛连续式炉液压系统前侧推料液压缸前推料液压缸升降台II液压缸后炉门液压缸升降台I液压缸油下推料液压缸纵向运输液压缸后侧拔料液压缸前室门液压缸清洗机门液压缸前炉门液压缸EAMP材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 108.2.3 多室可控气氛渗碳炉多室炉，把加热室、渗碳室、扩散室等用门严格隔开，创造了各区段不同碳势精确控制的条件。三室渗碳炉1

6、,3,5,6,8,10,12,13,14推料机2前室4加热室7渗碳室9扩散室11冷却室15炉门EAMP材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 118.2.4 真空热处理炉在真空下进行熔炼和热处理，可减少或防止氧化、具有脱气和脱脂作用等。将真空技术用于热处理炉，几乎可实现全部的热处理工艺。自冷式真空电阻炉结构示意图1炉盖2冷却水管3工件4电热元件5隔热屏6炉体7机械泵8罗茨泵9旁路阀10真空阀11冷阱12油扩散泵EAMP材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 128.3 热处理生产自动线 盐浴炉热处理生产线：由盐浴加热炉、淬火油槽、淬火水槽、硝盐回火炉和清洗槽组成。 可以处理各种

7、中碳钢和中碳合金钢零件。盐浴炉热处理生产线的布置8.3.1 盐浴炉及其热处理生产线EAMP材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 138.3.2 气体渗碳淬火自动线气体渗碳淬火自动线I渗碳炉II淬火装置III清洗机IV回火炉V液压系统VI拉料机构VII侧进料推杆1进料端2进料炉门3导轨4电热元件5砌体6骨架7密封器8炉顶密封盖9风扇10变压器11侧推料机12出料炉门13后炉门14淬火装置15-取气装置16-进气装置17-料盘EAMP材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 148.3.3 钢板弹簧热处理生产线由推料机构、板簧成形淬火机、回火炉和应力喷丸机等组成板簧热处理生产线1电

8、容器箱2感应器3推料机4淬火机5油箱 6回火电炉 7水槽 8应力喷丸机EAMP材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 158.4 其它工业用炉最高工作温度为50，电热元件常用铁铬铝电阻丝绕成螺旋体。8.4.1 多用途厢式电阻炉中温箱式电阻炉中温箱式电阻炉结构1电热元件2热电偶孔3工作室4炉底板5外壳6重锤筒7炉门8手摇链轮9行程开关EAMP材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 162. 高温箱式电阻炉按其最高工作温度可分为1200和1350两种。1200高温箱式电阻炉的电热元件采用 0Cr27Al7Mo2高温铁铬铝电热材料，炉底板用碳化硅板制成。1350高温箱式电阻炉，一般均

9、采用碳化硅棒为电热元件。高温箱式电阻炉结构1观察孔2炉门3变压器4碳硅棒5炉衬6炉壳7热电偶孔EAMP材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 178.4.2 室式锻造加热炉 一些钢锭、钢坯或大型零部件，常采用锻锤或压力机进行加工变形，在锻压前将工件加热往往使用锻造加热炉，简称锻造炉。1. 锻造炉的基本特征一般加热温度在11501280之间，大型锻件加热终了断面温度差要求在5080以内。 采用燃油、燃气加热。 锻造炉内气体运动图EAMP材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 182. 锻造炉的常用炉型烧油室式加热炉车底式加热炉1炉膛2烧嘴中心线3总烟道EAMP材料加工中的环境保护

10、装备 华中科技大学材料学院 198.5 炉温检测及控制系统8.5.1 常用的测温方法 检测温度的方法很多，基本上可分为两大类： 一类是由温度敏感元件（传感器）直接与被测介质接触，当传感器与被测介质处于热平衡状态时，传感器感受的温度就是被测介质的温度。 另一类是非接触式温度测量。它是根据光和热辐射原理，将被测介质的辐射能量，通过适当方式聚集并投射在光敏或热敏元件上，热能转换为电信号输出以测定温度。EAMP材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 208.5.2 温度检测系统组成 温度检测系统，一般由温度传感器及显示纪录仪表构成，通称为温度计或测温仪表。温度检测系统组成原理a) 最简单的系统

11、 b)较完整的系统EAMP材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 218.5.3 炉温自动控制系统举例1. 箱式电阻炉的自动控制系统一种箱式电阻炉的自动控制系统EAMP材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 222. 连续加热炉的温度控制系统加热炉温度控制系统方框图 EAMP材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 233. 罩式退火炉生产过程控制系统罩式退火炉罩式炉热处理曲线EAMP材料加工中的环境保护装备 华中科技大学材料学院 24本章思考题1、简述工业炉的种类及特点，工业炉通常由哪几部分组成。2、概述热处理工艺特点，举例说明热处理工业炉的结构原理及系统组成。3、简述气体渗碳淬火自动线的组成原理与特点。4、简述室式锻造加热炉的组成与特点。5、常用的测温方法有哪几种？简述炉温自动控制系统