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热处理炉

供炉料热处理加热用的电炉或燃料炉

热处理炉是指供炉料热处理加热用的电炉或燃料炉。常用的热处理炉有箱式电阻炉、井式电阻炉、气体渗碳炉和盐浴炉等。通常使用连续式炉，工件从加料门连续装入，通过炉膛，从出料门连续卸出。一般常用的炉内传送方式是，将工件载于耐热钢导轨上，以步进式移动梁或推杆移送。近年来， 逐渐采用耐热钢制输送带运料的方式。这样一来，热处理操作更加合理化，大大增加了热处理过程自动化和无人管理的可能性。

分类
由于热处理工艺种类和热处理工件形状尺寸的多样性，热处理炉炉型和构造也呈现各式各样，热处理炉分类方法很多，不同分类方法代表它不同的特征：
(1)按照机械化方式分：辊底式炉、步进式炉、台车式炉、外部机械化室式炉、链式炉、转底式炉、振底式炉、罩式炉等；
(2)按照最高温度分：炉温大于1000℃为高温热处理炉；650～1000℃为中温热处理炉；650℃以下为低温热处理炉；
(3)按照主要热处理工艺种类分：固溶、淬火、正火、回火、退火和渗碳等化学热处理炉；
(4)按照生产作业方式分：周期式和连续式热处理炉；
(5)按照加热方式分：分为直接加热方式，如明火炉等；间接加热方式，如辐射管炉、马弗炉等；
(6)按照加热热源分：有以燃料燃烧为热源的燃煤炉、燃油炉和燃气炉；此外还有以电能为热源的电阻炉、电极炉、感应加热炉等；
(7)按炉内加热介质分：以气体为加热介质的，如空气、烟气、控制气氛、真空等；以液体为加热介质的，如熔盐、熔铅等；以固体为加热介质的，如流动粒子炉等。
常用类型
常用的热处理炉有箱式电阻炉、井式电阻炉、气体渗碳炉和盐浴炉等。
(1)箱式电阻炉。其工作原理是利用电流通过布置在炉膛内的电热元件发热，通过电流和辐射对零件进行加热。它是热处理车间应用很广泛的加热设备。适用于钢铁材料和非钢铁材料（有色金属）的退火、正火、淬火、回火及固体渗碳等的加热。具有操作简便、控温准确、可通入保护性气体防止零件加热时氧化、劳动条件好等优点。
(2)井式电阻炉。井式电阻炉的工作原理与箱式电阻炉相同，其炉口向上，形如井状而得名。常用的有中温井式炉、低温井式炉和气体渗碳炉三种。井式电阻炉采用吊车起吊零件，能减轻劳动强度，故应用较广。
中温井式炉主要应用干长形零件的淬火、退火和正火等热处理，其最高工作温度为950℃。井式炉与箱式炉相比，井式炉热量传递较好，炉顶可装风扇，使温度分布较均匀，细长零件垂直放置可克服零件水平放置时因自重引起的弯曲变形。
(3)盐浴炉。盐浴炉是利用熔盐作为加热介质的炉型。盐浴炉结构简单，制造方便，费用低，加热质量好，加热速度快，因而应用较广。但往盐浴炉加热时，存在着零件的扎绑、夹持等工序，操作复杂，劳动强度大，工作条件差，同时存在着启动时升温时间长等缺点。因此，盐浴炉常用于中、小型且表面质量要求高的零件。
特点
热处理炉具有以下特点：
(1)热处理炉的温度范围大。主要目的是得到塑性好的奥氏体钢，其温度范围为900～1200℃；热处理由于工艺要求不同，温度高的可达1300℃，低的只有100℃左右。温度相差如此之大，其炉子结构也有很大不同。炉温高于650℃的叫高温热处理炉，热量的传递以辐射方式为主，对流为辅；炉温低于650℃的叫低温热处理炉，热量的传递主要依靠对流方式。热处理要求炉膛温度均匀，避免局部温度过高，所以热处理炉的炉膛与燃烧室有时是分开的。
(2)热处理炉的炉温控制比较严格。压力加工前的加热，金属温度波动一二十度，一般对质量没有多大影响。但热处理炉能否保证热处理工艺所要求的温度，对产品质量有很大影响，一般上下不超过3~10℃。被加热物断面上的温度分布应尽可能地均匀，温差不得超过5～15℃。就控制炉温而言，电炉比较优越。为了达到准确控制温度的目的，最好采用均匀地布置功率小的无焰烧嘴、平焰烧嘴的办法，这样便于分段控制，烧嘴太少，过于集中，容易出现局部过热。同时，烧嘴或电热体的布置及炉子结构应有利于炉气的循环，使炉内温度趋于均匀，为此目的在炉内可采用风扇。
(3)热处理炉应尽量减少金属的氧化与脱碳。对钢材的热处理，不允许有表面的氧化与脱碳，应保持表面的光洁。热处理炉往往需要密封，以便控制炉气成分，有时还要保持炉膛内某种特定的气氛。例如冷加工钢材的光亮退火，多半在保护气体介质或在真空中进行，所以马弗罩和辐射管在热处理炉上应用很多。当工件或钢材进行化学热处理时，如渗碳、渗氮、氰化等，都要保持在一定成分的活性介质中加热，须用马弗炉或浴炉。
(4)热处理炉的生产率及热效率低。热处理时，为了使金属断面上温度均匀，使结晶组织转变得完全，需要使金属在炉内停留较长的时间，不论是哪一种热处理，材料在炉内都有一个或几个均热或保温阶段，冷却过程也往往在炉内进行。有些品种的热处理，甚至要进行多次加热、保温和冷却。许多热处理炉是周期性作业的。由于以上缘故，热处理炉的生产率和热效率比轧锻加热用炉低得多。
安全操作
热处理炉操作不当，各种安全事故极易发生，诸如触电、烫伤、烧伤等等。燃气和可控气氛又都是易燃易爆气体，若使用不当，更会发生中毒和爆炸事故。所以，必须严格遵照各种安全规程来操作和使用热处理炉，以防止人身和设备事故的发生。热处理炉的安全操作包括如下内容：
1)烘炉操作。烘炉是避免热处理炉在使用过程中产生砌体开裂和剥落现象，确保其使用寿命的关键措施之一，必须按照预先制定的烘炉工艺曲线进行，以排除砌体中的水分，使砖的转化完全。
2)开炉和停炉操作。操作得当，完全可以确保不发生人身和设备事故，为此，必须严格遵照热处理炉的操作规程，合理使用设备，做好开炉和停炉前的准备、使工艺操作按部就班地进行。
3)热工调节操作。在炉子的运行过程中，要密切观察炉子燃料燃烧或电能利用情况，及时调节好供热、炉温、炉压等热工参数，确保证设备正常运转。
4)日常维护。是热处理炉在使用过程中，为保持其完好状态或维持其工作能力而进行的维护检查作业，如设备点检、定期检查、设备润滑以及维护保养等。
发展趋势
一、在工艺控制技术方面，包括：
(1)开发适时过程控制技术，安装在炉中和淬火槽中测量气流、淬火烈度、碳、氮势的灵巧传感器。
(2)用多种传感器和技术按AMS规范（Aerospace Material Specification）鉴别炉子的更优化系统。
(3)更好的设备故障诊断、预防、维护方法，如烧嘴裂纹预测，防止炉内气氛恶化。
(4)建立标准/预见设备易变可行性的研究，例如不可能有两台完全一样的炉子。
(5)预测炉子几何尺寸、风扇速度、装炉量和装炉形状的模型。
二、在材料方面，包括：
(1)改进氧探头的抗炭黑能力——开发能用于700℃以下的氧探头。
(2)新的功能材料（如绝热材料）和结构材料（如在高温下工作的结构材料）。
(3)炉用经济耐热构件材料。
(4)提高炉子的耐热构件合金性能，包括抗渗碳合金夹具、料盘的廉价涂层。
三、在硬件方面，包括：
(1)高效（大于80%）燃烧器。
(2)高流速换热器，高转速风扇，增加传热面积等提高炉料受热条件的措施。
(3)减少散热的筑炉廉价绝热材料。
(4)节能、无内氧化渗碳气氛。
(5)单件流动和机加工同步热处理设备。
四、在能源与环境方面，包括：
(1)开发回收低级热的经济方法，废热的收集和利用，例如工业热和烟道热。
(2)高效热传导的加热技术和设备，例如能提高传热速度的等离子加热。
(3)高温热回收技术。
(4)进一步开发可提高热效率的富氧燃烧技术，例如流体薄膜技术。
(5)收集热处理设备能源利用底线数据，用于确立未来节能标准数字。
(6)控制加热炉气氛的方法。
(7)积累热、电与热处理协调的先进技术。
(8)开发高温气体循环系统，以改善加热炉效率，例如冲击加热法。
五、在环境方面，包括减少CO、和的燃烧技术和后处理技术。
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