1、1热处理的常用设备一、加热设备热处理加热设备的主体是热处理加热炉。其种类很多，通常按下列方式进行分类： 按热源分类 可分为电阻炉和燃料炉。 按工作温度分类 可分为高温炉（工作温度1000） 、中温炉（工作温度 6501000） 、低温炉（工作温度650） 。 按加热介质分类 可分为空气炉、浴炉、可控气氛炉、流动粒子炉、真空炉等。 按作业规程分类 可分为周期作业炉、半连续作业炉及连续作业炉等。随热源、用途、工作温度、工件材料及热处理工艺要求的不同，热处理炉的结构形式又有很多种，如箱式炉、井式炉等。为保证加热质量，适应热处理工艺的需要，热处理加热炉一般应满足如下要求： 必须有与被加热工件相适应的炉
2、膛尺寸及工作温度； 炉温均匀，炉膛各处的最大温差不应超出工艺规范所允许的范围。必须配有较精确的测温控温仪表。以便能准确地指示炉膛温度并可靠地将炉温控制在规定的温度范围内； 必须有足够的加热功率，以保证加热工件能迅速达到所要求的温度。 炉体结构应具有足够的强度、承载能力和节能效果，炉墙保温性能及炉门的密封性能要好，操作要方便、安全。以下介绍几种热处理炉的工作原理、基本结构及其用途。1热处理电阻炉热处理电阻炉与其他类型的热处理炉相比，具有结构简单，体积小、操作方便、炉温分布均匀及温度控制准确等特点，因此在热处理生产中得到十分广泛的应用。电阻炉的基本工作原理是：电流通过电热元件时由于电流的热效应而产
3、生热能，使工件加热。电阻炉根据其作业方式可分为周期作业炉和连续作业炉。目前使用较多的周期作业炉，是指工件一次成批装入炉内，待加热、保温完毕后再成批取出的炉子，如箱式炉、井式炉、台车式炉及罩式炉等。周期作业炉的特点是结构简单、便于建造，购置费低，可以完成多种工艺，适用于多品种、小批量生产的各种温度及各种形式的热处理。其缺点是劳动条件较差、工艺过程不易掌握、产品质量也不如连续作业炉稳定。2（1） 箱式电阻炉 箱式电阻炉是应用最广泛的热处理电阻炉。按其工作温度，可分为高温、中温及低温炉，其中以中温箱式炉应用最广。 中温箱式电阻炉 这种炉子可用于碳钢、合金钢件的退火、正火、淬火和回火以及固体渗碳等。最
4、高使用温度为 950。RJX 系列为旧型号，如RJX459；RX 系列为新型号，如 RX759；而 RXQ 系列是可通入保护气体的新型号，如 RXQ759。与旧系列相比，新系列炉子额定功率有所增大，升温时间也缩短，热处理工件的加热质量大大提高。图 141 是中温箱式电阻炉的结构简图。其炉壳 5 用角钢或槽钢作骨架，外覆钢板焊接而成。炉门 7、门框及工作台用生铁铸成。工作室（炉膛）3 用轻质耐火砖砌，侧墙和炉顶耐火砖层与炉壳之间为保温层，用硅藻土砖砌。炉底由炉底板 4、炉底板支撑砖、搁砖和耐火砖及保温砖构成。螺旋状或带状的电热元件安置在炉膛两侧内壁搁砖和炉底搁砖上。电热元件一般采用铁铬铝合金或镍
5、铬合金。炉门内砌有轻质耐火砖及保温砖，炉门中央开有窥视孔。通过手摇或电动链轮 8 升降炉门，并设置有平衡重锤 6，使炉门启闭轻便（目前，新型大功率电阻炉门已多数改用液压控制系统启闭炉门） 。为了操作安全，炉门上设有开启时能切断电源的行程开关 9。测温热电偶安在热电偶孔 2 中（大型炉为使整个炉膛内测温、控温的准确，通常在不同部位留有多个热电偶安装孔） 。电热元件 1 的引出棒集中于炉后，外设安全罩。为保证安全操作，炉壳有可靠的接地。 高温箱式电阻炉 这类炉子主要用于高速钢、高铬钢和其他高合金钢的淬火加热。以及一般工件的快速加热和高温固体渗碳。我国生产的高温箱式炉，最高工作温度为 1350。与中
6、温炉一样，高温炉也有旧型号（RJX 系列）与新型号（RX 系列）之分。RJX 系列有 RJX3013 等；RX 系列有 RX1413 等。3高温箱式电阻炉的工作特点是：工件在高温炉中加热。主要靠辐射传热。因此，电热元件直接布置在工作室内，炉膛应有足够的辐射面积。其结构特点是：炉墙较厚、炉门口较深，以减少炉墙热损失和炉门热辐射损失，密封性要求高，炉内不设金属构件，砌筑材料的质量要求较高，常采用高铝砖或碳化硅制品。高温箱式电阻炉的结构，如图 142 所示。高温电阻炉的电热元件，用得最多的是硅碳棒。硅碳棒 4 可垂直布置在炉膛的左右两侧，也可水平布置在炉顶和炉底。炉底铺有碳化硅板或重质高铝砖。炉衬
7、5 分三层，内层为高铝重质耐火砖，中间层为轻质耐火砖，外层为硅藻土，侧墙有热电偶孔 7。由于电热元件的电阻在加热过程中变化很大，为了避免损坏元件，在 850以下，碳化硅元件的升温速度不能太快。在使用过程中，碳化硅元件会老化，电阻值随之逐渐增加，功率降低，故配有能分小档调压的调压变压器 3，以调节电炉的输入功率。硅碳棒耐急冷急热性差，高温强度低、脆性大，这就限制了硅碳棒的长度和炉膛尺寸，也影响炉子的应用范围。高温电阻炉也采用二硅化铝或 OCr27A17Mo2 电热元件，使用温度可达1600。 低温箱式电阻炉 这种炉子主要用于回火和有色金属的热处理。由于使用温度低，传热主要靠对流，所以炉内均装有通
8、风机或风扇，以促进气流循环，4提高传热效果、缩短加热时间和提高加热均匀性。图 143 为一电热元件与炉膛分离的低温箱式电阻炉的结构示意图。目前，我国尚无低温箱式炉的系列化产品，工厂采用的多为低温井式电阻炉或电热鼓风烘箱。（2）井式电阻炉 井式电阻炉一般适用于需垂直悬挂加热的较长工件。井式炉密封性良好，热效率高，工件进出炉方便，所以应用很广。我国生产的井式电阻炉有中温井式电阻炉、低温井式电阻炉、高温井式电阻炉、井式气体渗碳炉。常用的井式炉已经系列化生产，用于特大特长件热处理的井式炉最大功率可达到 1000 千瓦以上，炉膛深度达 2030 米。 中温井式电阻护 这种炉子的炉膛通常可做成圆形或方形截
9、面，深度不等。炉子常分为几个加热区，实行分段控温，以保持整个高度上的温度均匀。使用时可用吊车进出料，炉子占地面积小。炉盖可用砂封、油封或水封等方法严密封闭，因而热损失较小。我国生产的中温井式电阻炉的最高工作温度为 950，主要用于轴类工件的退火、正火和淬火加热，高速钢拉刀的淬火预热及回火等。RJJ 系列为旧型号中温井式电阻炉，如 RJJ-709。其主要缺点是：炉温不易均匀，靠近炉口及炉底处温度易偏低，同时，由于开启炉盖的手动液压缸常漏油，且劳动强度大、加热速度慢。经改进的 RJ 新系列，如 RJ759，增大了功率，并通过提高炉口附近电热元件排列密度，使升温速度加快，提高炉温的均匀性。另外改用了
10、结构简单的手动杠杆式炉盖启闭机构，使用灵活可靠。可通保护气体的RJQ 系列与 RJ 系列基本相同。 低温井式电阻炉 又称井式回火炉。我国生产的低温井式炉的最高工作5温度为 650，主要用于淬火工件的回火及有色金属的热处理加热。新型号 RJ 系列的井式回火炉如 RJ- 35-6，旧型号 RJJ 系列如 RJJ366。图 144 为 RJJ366 型井式回火炉结构图。低温井式电阻炉的炉膛结构与中温井式炉相似，由炉壳、炉衬及电热元件等组成。炉盖开启机构目前多为杠杆式。低温炉主要靠对流传热，为强迫炉气流动，在炉盖上设有风扇，风扇转动，强迫炉气沿炉罐外侧向下，再由炉罐底孔板进入炉罐；将热量传给工件使之加
11、热，这种炉子装炉量多，生产率高，装卸料方便，炉内气流循环良好，因此应用较广泛。但还存在工件不能分层布置的缺点，因为小型工件若堆积过密，将阻碍炉气循环，使工件加热不均匀。 井式气体渗碳护 这种炉子是专为气体渗碳设计的，稍经改装后，也可用来进行渗氮、碳氮共渗及蒸汽处理等。另外，还可以用于某些重要零件的淬火、退火加热。井式气体渗碳炉新系列 RJT 与旧系列 RJJ 各型号的技术数据一样，如RJT60-9 与 RJJ609TG，其最高工作温度均为 950，20开始空炉升温时间均6 小时，一次最大装料量均为 150 千克。6井式气体渗碳护结构如图 145 所示。炉罐开口外缘设砂封装置，炉罐与炉盖之间用石
12、棉衬垫和螺钉紧固，以保证炉罐的密封性。渗碳介质经滴量器滴入炉罐内，流量大小可控制。渗碳废气经炉盖上的管道排出。为了保证安全，设有炉盖开启时切断电源的限位开关。为加速气体循环，使炉内渗碳气体成分、温度均匀，井式气体渗碳炉顶部都装有风扇。（3）其他类型周期作业电阻炉 箱式电阻炉的主要缺点之一是装出料困难，劳动强度大。为了解决这一问题，对箱式电阻炉进行了改进，归纳起来有两大类改进型：一是活动炉底式，如台车式炉、滚底式炉等；二是活动炉膛式，炉底固定不动，炉膛可以吊起移动，如罩式电阻炉。 台车式电阻炉 这种炉子的特点是加热室（炉膛）固定而炉底可活动。加热室的构造与箱式护相似，活动炉底是一个台车，台车可沿
13、地面上铺设的轨道靠机械结构拉出炉外，便于装卸工件，减轻了工人劳动强度。台车式电阻炉可供大型工件（大型铸锻件及锻模等）的正火、退火、淬火加热及固体渗碳等热处理之用。常用台车式电阻炉的标准系列如 RT1059 等，非标准系列的有SL68-57 等。与箱式电阻炉比较，台车式电阻炉增加了炉底通电装置、台车密封装置、台车行走驱动装置等。图 146 为 SL6857 型台车式电阻炉的结构图。炉壳 3用钢板焊成，炉体内层炉衬 4 为轻质砖，外层为超轻质砖与蛭石粉混合结构，电热元件 5 布置在除炉顶外的五个面上。炉门 1 用机械传动装置启闭，其上侧设有安全限位开关。台车 6 由机械拖动。在台车构架下安装两对行
14、轮，由拖动装置 8（电动机带蜗轮减速器）拖动。台车上的电源由一组特殊设计的台车接7线板 7 上引入。炉体与台车接触的四周均采用砂封，当台车进出加热室时，可通过装在台车上的操纵机构使砂封槽放下或抬起。为了能在较低的温度下使用这种炉子，在炉顶上装有风扇 2。 罩式电阻炉 这种炉子的特点是：炉底固定、炉身炉膛可以活动。炉身象一个罩子，开口向下，横截面有圆形、方形和长方形，里面有耐火砖砌体和保温层，四壁均安装电热元件，外面是钢板外壳。炉子底座建在地面基础上，通常一个炉身可轮流用到几个炉底座上。使用时先把工件放到炉底上，然后用吊车把炉身罩上。加热完毕后，再把炉身用到另一个炉底上加热。罩式电阻炉密封性好，
15、开炉时热损失较小，同时因炉身连续工作，蓄热损失低，有较高的热效率。由于可通入保护气体（亦可抽成真空） ，因此这种炉子常用于硒钢片钢板、钢带、钢丝等的光亮退火及其他大件的热处理。2热处理盐浴炉浴炉是利用熔融液体介质对工件进行加热的一种热处理炉。按所用介质的不同，浴炉可分为盐浴炉、碱浴炉、油浴炉、铅浴炉等。这里，这里仅介绍用得最普遍的盐浴炉。盐浴炉与电阻炉相比，具有以下主要优点： 加热速度快、温度均匀，工件氧化脱碳现象减少；8 适应范围广，可完成多种热处理工艺，如正火、淬火、回火、分级淬火、等温淬火、局部加热及化学热处理，特别宜于细长工件的悬挂加热。 炉体结构简单，制造容易且费用较低。但是，盐浴炉
16、也有一些缺点： 起动升温时间长，热损失大，原料（盐）和电力消耗大，不适用于处理大件； 辅助操作多，需经常捞渣、加脱氧剂及添加新盐。工件绑扎、夹持和进出料等操作复杂，劳动强度较大； 盐浴挥发气体影响车间卫生状况，并腐蚀设备。盐浴炉按加热方式不同，可分为外热式和内热式两种。内热式以电极盐浴炉应用最普遍；外热式按热源不同有电热式（电阻浴炉）和燃料加热式两种，其中以外热式电阻盐浴炉（又称电热坩埚盐浴炉）应用较多。（1）电极式盐浴炉 电极式盐浴炉是在井状炉膛内插入或在炉墙中埋入电极。当电极接通盐浴炉专用的降压变压器次级线圈后，电极上得到低压（5535 伏） 、大电流（10008000 安）的交流电。由于
17、熔盐能导电，并且有一定的电阻，因此当电流通过熔盐时，电能借助熔盐电阻转换为热能，使熔盐达到要求的温度，加热熔盐中的工件。变换变压器上电压档数，即可改变电极上的工作电压以及通过熔盐的电流大小，从而控制盐浴炉的功率以适应各种使用要求。电极式盐浴炉由于电流通过熔盐时产生强电磁循环，使熔盐翻腾，具有明显的搅拌作用，因而使盐浴温度均匀。电极盐浴炉的规格种类较多，按其最高工作温度可分为高温（额定温度为1300） 、中温（额定温度为 850）和低温（额定温度为 650）三种。高温炉主要用于高速钢或高合金钢工件的淬火加热；中温炉用于碳钢及合金钢工件的淬火加热或高速钢工件的淬火预热；低温炉则用于高速钢工件的预热
18、、分级淬火及一般钢件的回火。电极盐浴炉按其电极安置方式不同，可分为插入式和埋入式两种。 插入式电极盐浴炉 插入式电极盐浴炉的电极是由盐浴炉上方插入盐裕的。它的主要部分是炉体、变压器、工作电极以及测温及控制系统等。其中炉体是主要部分，它由用钢板焊接成的外壳、用异形耐火砖砌筑的耐火层，以及位于两者之间的用硅藻土保温砖砌成的绝热保温层组成。图 147 为插入式电极盐浴炉的结构图。这种炉体结构的缺点是在使用中盐浴会通过砖缝渗漏，盐的损失较大，严重时甚至会使盐浴炉外壳变形。为防止盐液渗漏到外壳，常将炉体结构改进为内、外层两部分。外层是钢板焊成的外壳，并在其内壁砌上保温层；内层是用钢板焊成的坩埚外壳，并在
19、内部砌上异形耐火砖。内外层之间留有一定间隙。这样，可使熔盐不会一直渗漏到外壳，且便于检修。坩埚损坏后，可单独吊出更换。盐浴炉的坩埚截面形状和电极布置方式如图 148 所示。9长方形坩埚（图中和）砌造容易，操作方使。其缺点是坩埚利用率小，其四角熔盐流动性差，故温度偏低，靠近电极区域有 1/31/4 容积不能利用。电极相对的一端，由于无电磁循环作用而使盐浴温度偏低，甚至形成死角。圆形和多边形坩埚利用率较大，但不易彻造。插入式电极盐浴炉通常采用砌造坩埚，近年来开始采用耐火混凝土坩埚，其成本低，应用效果好。金属坩埚盐浴炉结构紧凑，但坩埚寿命较短，主要用于低温浴炉。盐浴炉内电极布置方式主要有侧置和对置两
20、种。侧置法是将一组或几组电极布置在坩埚的一侧。这样电极容易安装，电极间距小可使用较低电压（518伏） ，电磁循环作用强，工件加热迅速。但存在电极对面炉温偏低，熔渣易于沉积凝固，炉膛利用率较低等缺点。对置法是将一组电极布置在坩埚相对两边或三边上。这样，可使电流通过大部分熔盐，使炉温均匀，炉膛利用率提高，且容易更换和修理电极。但由于电磁循环作用弱，上下炉温均匀性较差。电极间距大，盐浴炉起动较困难，需用较高电压（825 伏） ，且电流通过工件易引起局都过热，因此一般只用于小型盐浴炉。有些大型盐浴炉，常采用混合布置电极的方法，同取二者之优点。电极数目与供电相数及坩埚尺寸有关。单相供电时，电极数目常为
21、2 或 2的倍数，三相供电时则为 3 或 3 的倍数。功率较小的盐浴炉，一般采用单相一对电极，较大型的盐裕炉，常用三相三个或六个电极，甚至更多些。电极可用工业纯铁、低碳钢、不锈钢、耐热钢、石墨和碳化硅等材料制造。生产上大部分采用低碳钢电极，只是个别特殊情况下才用其他材料。插入式电极形状有棒状和板状两种。棒状截面有圆形、正方形和长方形。板状电极导电效果好。圆形截面电极使用效果差，但容易加工，常用于低温盐浴炉。插入式电极通常做成直角形，一端垂直插入盐浴内，另一端以水平位置与铜牌相连，形成电极和电极柄两部分，两者焊接而成，电极更换时，电极柄可重复使用。为保护盐浴炉变压器和延长电极使用寿命，常用水冷装
22、置对电极柄部进行冷却。10我国生产的插入式盐浴炉的常用型号有RYD258，RYD506，RYD7513 等。插入式电极盐浴炉虽然结构简单，使用维修也方便，但是由于使用效率低，耗电量大，电极损耗也大，因此目前埋入式电极盐浴炉的应用日趋普遍。 埋入式电极盐浴炉 埋入式电极盐浴炉的炉体结构与插入式电极盐浴炉基本相同，只是电极在坩埚中的安装方式不同。埋入式电极盐浴炉的电极完全浸在盐浴液面以下，电极埋入方式有顶埋和侧埋两类，如图 149 所示。顶埋式盐浴炉，电极以垂直方向由上方插在坩埚侧壁中，使其下部高出坩埚内壁与盐浴接触（见图 14.9a） ，这种盐浴炉不易漏盐。但电极和坩埚制造比较困难，电极柄都较长
23、，会产生电压降和热损失。侧埋式电极盐浴炉的电极以水平方向横穿坩埚侧壁（见图 14.9C） ，这种盐浴炉电极形状简单，容易制造。但熔盐易沿电极外漏，需用水套冷却。埋入式盐浴炉所用电极材料与插入式基本相同，一般为低碳钢。只有不易更换电极的深井式电极盐浴炉和电极烧损较快的高温盐浴炉有时采用耐热钢和石墨电极。电极一般采用棒形，其截面为正方形或长方形。这种电极形状简单，加工容易，电流密度均匀，使用寿命长，功率稳定，易产生强烈电磁循环作用，也便于筑炉和重叠布置。埋入式盐浴炉的坩埚大多数情况下用耐火混凝土浇注而成。这种坩埚为整体的，没有砖缝，不易漏盐，使用寿命比耐火砖砌坩埚长，且制造方便，成本低。与插入式相
24、比，埋入式电极盐浴炉有下列优点：1）炉膛利用率高，热损失较小，可节约电能。高、中温盐浴炉一般可节约用电 20-30%。2）电极寿命长，可节约金属（减少 20的钢材消耗） ，降低造价 1/3，减少停炉时间，提高劳动生产率。电极处于盐浴的液面之下，可避免在液面处被腐蚀形成“细颈”现象，使用寿命大大延长。尤以高温炉最为显著。3）炉温均匀性好，有利于提高工件的加热质量。由于电极处于盐浴液面下，有利于克服插入式盐浴炉上部温度高于下部的现象。而常用的平置电极安装在11炉底附近，更有利于盐浴的自然对流，促使温度均匀。4）升温迅速，开炉启动时间缩短，一般比插入式缩短近一半时间。5）操作方便，如工件放置及捞渣方
25、便等。但埋入式盐浴炉也还存在一些问题有待进一步解决。这些问题主要是：电极埋在炉墙中位置固定，不能借调节电极间距来改变炉子的功率；电极间距较大，常需改变变压器的接线方法来提高电压。此外，埋入式盐浴炉尽管提高了炉膛有效使用面积，但较长工件加热时应注意不能靠近炉壁（即电极） ，否则同样会被电极吸住而使工件局部烧损。我国生产的埋入式电极盐浴炉常用型号有DM506，DM758，DM7513 等。 盐炉变压器 盐浴炉变压器是向盐浴炉输送低压大电流的专用配套设备。初级（输入）电压为 380/220 伏，次级（输出）电压为 5535 伏，分档调节。我国生产的主要有 ZUDG（单相）和 ZUSG（三相）两类干式
26、空冷盐炉变压器，技术规格见表 141。表中第 15 种次级电压较低，在 55176 伏范围内，分 57 档调节，专为插入式电极盐浴炉配套。表中第 613 种，其次极电压比前一类有所提高（但不超过 36 伏） ，适用于埋入式电极盐浴炉。上述干式空冷变压器均不能带负载调节电压，必须断开电源才能调档，调档时炉子功率变化很大。这对于大批量连续处理高速钢、高合金工具钢工件的盐浴炉，用这种变压器容易造成炉温波动，影响热处理质量。为克服这一缺点，工具热处理中已有不少盐浴炉改用油浸式磁性调压器、用可控硅装置无级调压的变压器及油浸式的带电抗器的变压器等。（2）外热式坩埚盐浴炉 外热式盐浴炉常由坩埚（一般用耐热钢
27、制成，也可用低碳钢或铸铁等制成） 、坩埚支承架及加热坩埚的炉体等部分构成。坩埚用于盛放盐浴。加热热源一般为电能，也可用燃料，图 1410 为外热式坩埚盐浴炉结构示意图。12外热式坩埚盐浴炉工作时，热源的热量需通过坩埚壁传导给融盐，再加热工件。因此热效率较低，炉内温度不够均匀，坩埚寿命也不长。但由于其不受热源限制，又不需配专用变压器，故仍在生产中得到应用。一般外热式坩埚盐浴炉可用于碳钢、合金钢的淬火加热和预热，等温淬火、分级淬火的冷却及回火和化学热处理等，是低温硝盐浴及油浴炉的常用炉型。我国生产的外热式坩埚电阻浴炉常用型号有 RYG208，RYG308 等。3典型连续作业热处理炉连续作业炉借助某
28、些机构连续地或间歇地进行装料和出料，工件顺序地通过不同温度区完成加热过程。连续作业炉一般采用电阻丝加热，也可使用气体或液体燃料加热。使用连续作业炉可以提高热处理工件加热质量，提高劳动生产率，改善劳动条件。连续作业炉主要用于品种较单一，批量较大的零件。既可进行普通的热处理（正火、淬火、回火等） 。也可用于化学热处理。根据传动机构不同，连续作业炉有振底式、推杆式、传动带式、旋转式鼓形炉、转底式和步进式等多种类型。这里介绍振底式和推杆式两种较典型的常用炉型。（1）振底式炉 振底式是炉底板在振动机构的作用下往复振动的炉子。由于炉底板往返两个方向的运动速度不同，因此炉底板上的工件便靠本身的惯性作用产生相
29、对于炉底板的位移，自进料端脉动地移向出料端。振底炉一般用于尺寸较小、形状简单、生产批量较大的工件的热处理。大型耐火混凝土底板的振底炉，也可用于尺寸较大的毛坯件的正火及调质。振底式炉由于炉子结构和振动机构都较简单，且炉底板始终处在炉内，无须料盘，热效率较高，热处理质量较好，且自动化程度和生产效率高，操作维修方便，造价低。稍加改装即可向炉内通入保护气体，进行工件的光亮淬火加热，因此，振底炉广泛用于汽车、拖拉机零件及标准零件等热处理。（2）推杆式炉 推杆式炉是借助推杆机构推动工件或装有工件的料盘，使其沿着贯通炉膛底部的导轨间断地前进。当推杆从推料端推进一个工件（或料盘）时，就会有一个工件（或料盘）从
30、出料端出炉进入淬火冷却槽，或转入空13冷。改变推料周期即可调节工件的加热时间。推杆炉的特点是结构简单，制造方便，可在较高温度下（1000）下工作，生产率大，机械化自动化程度高。可用于大、中、小型工件的多种热处理工艺，故推杆炉应用较为广泛。其主要缺点是料盘材料消耗量大，且料盘带走的热量也较多，热损失大。4其他类型热处理护（1）热处理燃料炉 燃料炉虽不及电阻炉在热处理生产中应用广泛，但由于其能因地制宜地利用各种能源，成本较低，因此目前仍有使用。根据燃料的种类，热处理燃料炉可分为固体燃料炉、液体燃料炉和气体燃料炉三类。 固体燃料炉 煤、焦炭、煤粉等都可用作为加热炉的燃料，但其中以煤用得最多。热处理煤
31、炉主要由炉膛、燃烧室、烟道等部分组成。其主要优点是结构简单，建造容易，燃料来源广，成本低。主要缺点是炉体庞大，热效率低，测温控温困难，炉温均匀性差，燃烧过程中产生的炭黑多，有害气体多，工件加热质量差，对环境污染较严重，操作者劳动强度大等等。由于热处理煤炉缺点较多，因此其应用越来越少，主要用于技术要求不高的铸、锻毛坯件的退火和固体渗碳等。 液体燃料炉 这类炉子主要是油炉，一般以重柴油作为燃料，与固体燃料炉相比，液体燃料炉结构简单，操作简便，炉膛温度较为均匀，只要设计和操作得当，基本上可满足常规热处理工艺的加热要求。 气体燃料炉 这类炉子是以各种煤气作为燃料的，由于气体燃料易于同空气混合，燃烧完全
32、，且其燃烧过程比油易于实现自动控制，便于保持炉温均匀，可满足各种常规热处理工艺的加热要求。热处理燃料炉除了按燃料的种类分为上述三类外，还可以根据炉型分为室式炉、台车式炉、井式炉及连续作业炉等。一般说来，气体燃料及液体燃料能适用于上述各种炉型，而固体燃料一般仅适用于室式炉及部分台车式炉，与电阻炉相似。台车式燃料炉由固定的炉体和活动的台车炉底组成，便于装炉、出炉。（2）可控气氛热处理炉 一般说来，箱式电阻炉、井式渗碳炉、各种连续作业炉等，只要稍加改装，加强炉子的密封性，都可以使用可控气氛，成为所谓可控气氛热处理炉。 可控气氛炉的基本要求 无论何种炉子，要能正常地使用可控气氛，并达到满意的效果，都必
33、须满足下列要求：1）炉膛密封性良好；2）炉内气流能均匀循环；3）耐火材料及构件必须保证炉内气氛的稳定。耐火材料在气氛中应具有足够的强度；144）耐火材料和电热元件除应具有一定的耐热性和足够的高温强度外，且需具有耐气体腐蚀及抗渗碳能力；5）能较方便地实现碳势和炉气成分的自动控制，具有一定的机械化和自动化程度。 常见的可控气氛炉 根据不同的零件和不同的热处理工艺，应用可控气氛的热处理炉可分为多种类型，目前较常见的有三种：1）可控气氛多用炉 这种炉子是箱式电阻炉的改装型。通入可控气氛后，既可用于钢的光亮正火、退火和淬火，又可用于渗碳和碳氮共渗等，所以称为多用炉。常用的可控气氛多用炉如图 1411 所
34、示。工作时，将工件装入前推料机上的料盘中，按一下电钮、全部过程可实现自动程序控制。其顺序是：打开外炉门，前推料机将料盘推入前室，置于前室升降机的上层辊道上，前推料机返回，外炉门关闭，内炉门打开，后推料机把料盘从前室拉入炉膛，关上内护门，按预定热处理工艺进行淬火、退火和正火加热或渗碳、碳氮共渗等。完毕后，对于需立即淬火的工件，升降机上升，内炉门打开，后推料机将料盘送入前室的下层淬火辊道后即自动返回，关闭内炉门，升降机下降使工件在油槽中冷却，油搅拌器同时开始动作。工件加热和冷却时间均由时间继电器控制。工件淬火后，升降机上升，外炉门打开。前推料机进入前室把料盘拉出，外炉门自动关闭。对于需缓冷的工件，
35、则在缓冷室（前室上半部或侧面）中冷却。图中的火帘管是密封装置，当外炉门打开时，从火帘管中喷出的可燃气体经自动点燃后形成气幕封住外炉门，从而防止外部15空气进入炉内，还可避免前室发生爆炸。防爆装置能在万一发生爆炸时，使膨胀气体自动溢出，迅速降低炉内压力，保证人身和设备安全。可控气氛多用炉虽然结构较复杂，但性能可靠，能进行碳势自动控制和自动操作。2）连续式可控气氛炉 前述的振底式、推杆式等连续作业炉，稍加改装，加强密封性和安全措施，通入可控气氛，便成为连续式可控气氛炉。3）滴注式可控气氛炉 这种炉子实际上就是经改进密封性并附加滴液装置的箱式炉或井式炉。图 1412 为常见的井式滴注式可控气氛渗碳装
36、置的结构示意图。该装置由经过改装的井式气体渗碳炉、滴注系统和炉内气氛碳势自动控制系统等部分组成。（3）新型热处理设备（简介） 为了提高工件的热处理质量，缩短生产周期，提高劳动生产率，节约能源，降低成本，近来许多新的科技成果被应用于热处理生产上，研制和发展了多种新型热处理设备，如真空热处理电阻炉、流动粒子炉、离子渗氮炉、激光及电子束热处理装置等。其中离子渗氮炉将在在后面章节作介绍。这里简单介绍其余几种新型热处理设备。 流动粒子炉 流动粒子炉是以固体颗粒和气体的混合物作为加热介质的热处理炉。按热源不同，流动粒子炉分为电炉和燃气炉，两种流动粒子炉结构示意图分别如图 I4.13a、b 所示。16流动粒
37、子燃气炉可使用各种气体燃料加热并促使粒子“沸腾” ，粒子可用刚玉砂、硅砂等非导电性粒子。流动粒子电炉用电极加热流动粒子，粒子不仅起传热作用并起电阻发热体作用。因此粒子应为导电体，一般采用石墨、碳化硅等。 真空热处理电阻炉 真空热处理电阻炉是将工件处于真空（负压）状态下进行加热、保温和冷却的热处理设备。按其炉内的真空度可分为低真空炉（炉内真空度为 110 -1托，1 托=133 帕斯卡） 、中真空炉（10 -110 -4托）和高真空炉（10 -410 -6托）三类。按其工作温度不同又分为低温（炉子工作温度低于 700）真空炉、中温（工作温度为 7001000之间）真空炉以及高温（工作温度在 10
38、00以上）真空炉三种。按电热元件与真空室的相互位置，又区分为外热式（又称有罐式、热壁式）真空炉（见图 1414） ，以及内热式（又称为无罐式、冷壁式）真空炉， （见图 1415） 。普通淬火冷却介质不能用于真空淬火，真空淬火需用专门的真空淬火油。真空炉气体冷却介质通常用纯氮，也可用氢、氦和氩等气体。1718二、冷却设备冷却设备的结构和性能直接影响到热处理效果和产品质量。根据工件要求冷却速度的不同，常采用的冷却设备有缓冷设备、淬火冷却设备和冷处理设备三大类。1缓冷设备缓冷设备主要用于退火冷却，也用于正火冷却和渗碳后预冷。它可使工件的冷却以低于空冷速度进行。在缓冷设备中，若通保护气氛，还可防止工件
39、在冷却过程中氧化、脱碳。较常用的缓冷设备有：（1）用于退火的箱式电阻炉、燃料炉 箱式电阻护和燃料炉在退火加热、保温时是加热设备，在随炉冷却时，采用适当方法（如改变供热、停止供热、打开炉门、向炉内吹送冷气等）控制冷却速度，又可成为冷却设备，起缓慢冷却作用。（2）冷却室或冷却坑 冷却室用钢板焊成，有的还砌有炉衬，并设有炉门（或炉盖） ，密封性好，冷速缓慢，而且可通保护气氛，要求高的常配有风扇、冷却水管等，用以调节冷却速度。冷却坑是无盖的地坑，主要用于大型铸、锻件及型材的退火冷却。工件放入地坑后，上面覆盖铁屑、本炭屑或黄砂等，任其冷却。2淬火冷却设备淬火冷却设备主要是淬火槽，另外，还有用于分级淬火和
40、等温淬火的中、低温盐浴炉及硝盐槽，使工件处于压力下淬火，或使工件与淬火介质保持相对运动下淬火的淬火压床及淬火机等。淬火槽是为工件淬火提供足够冷却能力的装置。其结构一般比较简单，主要为箱形或圆筒形槽体，有的另附有溢流装置、加热装置、冷却装置、搅拌装置、排烟防火装置及淬火机械装置等。常见的淬火槽类型如图 14.16 所示。19（1）淬火糟体 淬火槽体通常用钢板焊成，大型淬火槽要用型钢加固。槽内、外都涂以防锈漆。有的采用混凝土制成淬火槽，效果也很好，可有效地防止某些水溶液的腐蚀。常用淬火糟的横截面形状有长方形、圆形和正方形，以长方形应用最广。配合井式炉的常为圆形。有些小型淬火槽做成油水并置的双联淬火
41、槽或移动淬火槽。淬火槽介质入口多设在槽底部附近，溢流槽设在淬火槽上口边缘。（2）主要附加设施 加热装置 淬火介质的加热，主要用于各种淬火油类和硝盐，以提高流动性，改善冷却能力，或用来进行等温淬火或分级淬火。最常用的加热方法有在淬火槽内安装管状电热元件及槽外加热法。 冷却装置 连续工作的淬火槽，应对冷却介质进行适当冷却，使其冷却到原来的工作温度，维持一定的淬火冷却能力。淬火介质冷却装置以置换冷却及蛇形管冷却两种方法应用较广。一般设在整个车间的淬火介质总循环系统之中。也可对单个淬火槽进行冷却。 搅拌装置 为促使冷却介质循环流动，温度均匀并提高其冷却能力，常在淬火槽中设置搅拌装置，搅拌器转速应在 4
42、00 转/分以下。3冷处理设备20冷处理主要用于精密刀具、量具及滚动轴承钢件的淬火后处理，以达到提高硬度、稳定组织和工件尺寸的效果。常用冷处理设备有：使用干冰的冷处理设备、使用液化气体的冷处理设备和冷冻机式冷处理设备。目前生产上较普遍的是冷冻机式冷处理设备（俗称低温箱） 。这种设备利用冷冻机的气化室作为冷却室处理工件，常用的冷冻机为一压缩机，利用低沸点气体作冷冻剂。根据循环级数的多少，冷冻机可分为单级式和多级式两类。 （单级式工作原理如电冰箱，是利用了一种叫氟利昂的物质作为热的“搬运工” ，把冰箱冷冻室里的“热”搬运到冰箱外边。氟利昂是一种既容易汽化，又容易液化的物质。工作时，电动压缩机将氟利
43、昂蒸气压缩并把它压入冰箱的冷凝管里，在这里蒸气变成液体并放热放热，这些热被周围空气带走。冷凝器里的液态氟利昂，经过一段很细的毛细管进入冰箱内冷冻室的管子里，在这里迅速汽化吸热，使冰箱内温度降低，生成的蒸气又被压缩机抽走，压入冷凝器，再液化并把从冰箱内带出来的热放出。氟利昂这样循环流动，冰箱冷冻室里就可以保持相当低的温度。 ）21多级式冷冻机可获得较低的工作温度，但结构更复杂。热处理中应用最广泛的是二级冷冻机式冷处理设备。图 14.17 为二级冷冻机式冷处理装置工作原理图。第一级冷冻机用氟里昂 F22，第二级为氟里昂 F13。气压缩机 1 作用下进入油分离器 2 内，除去混入的油，再进入冷凝器
44、3 中，被冷却水冷却而液化。液态 F-22 在 20和 9 个大气压下，经过冷凝器 4 进入汽化器 5 中减压汽化和降温，可产生-40的温度。气化的 F22 经压缩机 1 再循环利用。在第二级循环中，气态 F-13 受压缩机 8 的作用，经油分离器 9 和热交换器 7 进入第二循环的冷凝器 5（即第一循环的汽化器）中，在-35左右液化后，由下部沿管道向上流进冷凝器 6 和控制阀进入冷却室 10 中汽化降温。汽化后的气体又经冷凝器6 和热交换器 7 进入压缩机 8 中，继续工作，这种设备的工作温度可达-80。冷冻机式冷处理设备操作安全，冷却室尺寸范围大，生产成本低，不受地区条件限制，应用较方便。
45、三、辅助设备热处理的辅助设备包括工件表面清理、清洗、校正、起重运输等设备。1清理设备清理设备用于清除工件表面氧化皮。按其原理可分为化学法清理设备和机械法清理设备。用化学法清除工件表面氧化皮的设备主要是酸洗槽。机械法清理设备是利用速度很大的砂粒或铁丸喷射工件表面，或者靠工件22之间、工件与设备构件之间的碰撞和摩擦作用，除去工件表面的氧化皮。常用的设备有喷砂机、抛丸机及清理滚筒等。喷砂机的工作原理是利用高速运动的砂子撞击工件表面，使氧化皮脱落，获得光洁的表面。常用压缩空气使砂子高速运动。抛丸机的工作原理是将铁丸通入一快速旋转的叶轮中，借旋转产生离心力将铁丸抛射到工件表面，使氧化皮脱落。与喷砂机相比
46、，抛丸机作用力大、效率高，工件表面清洁程度好，并有显著表面强化作用。但不适用于形状复杂的精密零件，设备投资大，叶片消耗量也大。2清洗设备清洗设备用于清洗工件表面粘附的油、盐及其他污物，清洗设备有清洗槽和清洗机。清洗槽的结构与淬火槽大致相同，只是槽内增加了清洗液的加热装置。生产规模较大的热处理车间采用清洗机清洗工件。清洗机装有喷浴装置，将清洗液直接喷射到工件表面进行清洗，并装有机械化装料及运送工件的机构。3校正设备工件在热处理过程中产生的变形，可用各种校正方法加以校正。常用的校正设备有手动压力机、液压校正机及回火压床等。校正较小、较长的工件时，多采用手动压力机。手动压力机结构简单、操作方便，但生产效率低，压力较小。液压校正机工作压力大，动作迅速平稳，常用于大型工件热处理后的校正。回火压床可将回火加热和校正合并在一起进行，常用于很薄的圆盘形工件。
