热处理设备(3).ppt

热处理原理、工艺及设备热处理原理、工艺及设备PRINCIPLES,TECHNOLOGY AND EQUIPMENTS FOR HEAT TREATMENT第三部分第三部分 热处理设备（热处理设备（3 3）Equipments for Heat Treatment13 13 浴炉及流动粒子炉浴炉及流动粒子炉浴炉：利用液体介浴炉：利用液体介质加加热或冷却工件的一种或冷却工件的一种热处理炉。理炉。浴炉的介浴炉的介质熔熔盐（使用最（使用最为普遍）普遍）BaCl2、KCl、NaCl、NaNO3、KNO3熔融金属或合金熔融金属或合金熔碱熔碱油油13.1 13.1 浴炉的特点及分类浴炉的特点及分类一、浴炉的优缺点一、浴炉的优缺点1、优点、优点工作温度范围较宽（工作温度范围较宽（601350），可完成多种工），可完成多种工艺，艺，如淬火、正火、回火、局部加热、化学热处理、如淬火、正火、回火、局部加热、化学热处理、等温淬火等，等温淬火等，只只有随炉冷却的退火工艺不有随炉冷却的退火工艺不能进行能进行；加热速度快，温度均匀，不易氧化、脱碳；加热速度快，温度均匀，不易氧化、脱碳；炉体结构简单，高温下使用寿命较长；炉体结构简单，高温下使用寿命较长；能满足特殊工艺要求能满足特殊工艺要求，对尺寸不大、形状复杂、表，对尺寸不大、形状复杂、表面质量要求高的工件，如刃具、模具、量具及一些面质量要求高的工件，如刃具、模具、量具及一些精密零件特别适用；精密零件特别适用；炉口敞开，便于吊挂，工件变形小。炉口敞开，便于吊挂，工件变形小。13.1 13.1 浴炉的特点及分类浴炉的特点及分类2、缺点、缺点装料少，装料少，只适于中小零件加热；只适于中小零件加热；需要较多辅助时间，需要较多辅助时间，如启动、脱氧等；如启动、脱氧等；介质消耗多，热处理成本高；介质消耗多，热处理成本高；炉口经常敞开，盐浴面散热多、降低热效率炉口经常敞开，盐浴面散热多、降低热效率;介质蒸发，介质蒸发，恶化劳动条件，污染环境；恶化劳动条件，污染环境；操作技术要求高，操作技术要求高，需防止带入水分，引起飞溅或需防止带入水分，引起飞溅或爆炸等；爆炸等；需需配置变压器、抽风机等配置变压器、抽风机等辅助设备辅助设备。13.1 13.1 浴炉的特点及分类浴炉的特点及分类二、浴炉的分类二、浴炉的分类1、按介质分类、按介质分类盐浴炉盐浴炉碱浴炉碱浴炉铅浴炉铅浴炉油浴炉油浴炉2、按热源供给方式分类、按热源供给方式分类外热式浴炉外热式浴炉内热式浴炉内热式浴炉13.2 13.2 外热式浴炉外热式浴炉外热式浴炉：外热式浴炉：将热源放将热源放置在介质的外部，间置在介质的外部，间接将介质熔化并加热接将介质熔化并加热到工作温度。到工作温度。构成：构成：炉体坩锅炉体坩锅坩锅：坩锅：耐热钢、低碳钢、耐热钢、低碳钢、不锈钢焊接或耐热钢、不锈钢焊接或耐热钢、铸铁铸造而成。铸铁铸造而成。13.2 13.2 外热式浴炉外热式浴炉热源：热源：电热或油、煤、焦炭等。电热或油、煤、焦炭等。适用性：适用性：适用于淬火、正火、回火，特别是液体适用于淬火、正火、回火，特别是液体化学热处理化学热处理优点优点不需要昂贵的变压器不需要昂贵的变压器启动操作方便启动操作方便缺点缺点必须使用坩锅加热，热惰性大；必须使用坩锅加热，热惰性大；坩锅内外温差大坩锅内外温差大（100150）；）；使用温度不能太高，使用温度不能太高，一般在一般在900以下。以下。13.2 13.2 外热式浴炉外热式浴炉13.3 13.3 内热式浴炉内热式浴炉内热式浴炉：内热式浴炉：将热源放置在介质的内部，直接将介将热源放置在介质的内部，直接将介质熔化并加热到工作温度。质熔化并加热到工作温度。分类（工作原理）分类（工作原理）电极式电极式 插入式和埋入式插入式和埋入式辐射管式辐射管式优点：优点：与外热式浴炉相比，与外热式浴炉相比，工作温度范围广，温度工作温度范围广，温度均匀，热效率较高，启动升温快，炉子结构简单均匀，热效率较高，启动升温快，炉子结构简单，适用于多种热处理工艺。适用于多种热处理工艺。13.3 13.3 内热式浴炉内热式浴炉一、插入式电极盐浴一、插入式电极盐浴炉炉1、结构和工作原理、结构和工作原理 电极从坩锅上方垂电极从坩锅上方垂直插入熔盐，通入低直插入熔盐，通入低电压（电压（617.5V）大）大电流（几千安培）的电流（几千安培）的交流电，由熔盐电阻交流电，由熔盐电阻热效应，将熔盐加热热效应，将熔盐加热到工作温度。到工作温度。13.3 13.3 内热式浴炉内热式浴炉功率：功率：PUIU2/R电阻：阻：RL/(A)A极极间熔熔盐导电面面积 L极极间距距电极极间熔熔盐电流密度分流密度分布不均匀，上下布不均匀，上下产生温生温差，差，产生生对流；流；交流交流电通通过电极和极和电极极间熔熔盐产生生较强的的电磁磁力，将力，将驱动熔熔盐在在电极极附近循附近循环流流动。13.3 13.3 内热式浴炉内热式浴炉优点：优点：工作温度范围广，温度均匀，热效率较高，工作温度范围广，温度均匀，热效率较高，启动升温快，炉子结构简单，适用于多种热处理工启动升温快，炉子结构简单，适用于多种热处理工艺。艺。缺点缺点炉口只有炉口只有2/3的面积能使用，其它被电极占据，效的面积能使用，其它被电极占据，效率低，耗电量大；率低，耗电量大；由于电极自上方插入，与盐面交界处易氧化，寿由于电极自上方插入，与盐面交界处易氧化，寿命短，电极损耗大；命短，电极损耗大；电极在一侧，远离电极侧温度低；电极在一侧，远离电极侧温度低；工件易接触电极，而产生过热或过烧。工件易接触电极，而产生过热或过烧。13.3 13.3 内热式浴炉内热式浴炉二、埋入式电极盐浴炉二、埋入式电极盐浴炉1、结构和工作原理、结构和工作原理 将电极埋入浴槽砌体，只让电极工作面接触熔盐，在将电极埋入浴槽砌体，只让电极工作面接触熔盐，在浴面上无电极浴面上无电极。根据电。根据电极引入炉膛的方式不极引入炉膛的方式不同分为同分为侧侧埋式埋式和和顶埋式顶埋式电极盐浴炉。电极盐浴炉。浴浴槽槽耐耐火砖砌成或用耐火混凝土制成火砖砌成或用耐火混凝土制成保温保温层层保保温砖或粉料温砖或粉料13.3 13.3 内热式浴炉内热式浴炉13.3 13.3 内热式浴炉内热式浴炉优点点有效面有效面积大，生大，生产率提高，率提高，热效率高，效率高，节能能25 30；炉温相炉温相对均匀均匀（深度方向温差（深度方向温差10以内，同一水以内，同一水平面平面34），介，介质流流动性好；性好；电极不接触空气，寿命极不接触空气，寿命长；（中温炉和高温炉的；（中温炉和高温炉的电极寿命分极寿命分别为半年和半年和4045天，而插入式天，而插入式电极极寿命相寿命相应的只有一个月和一周左右）的只有一个月和一周左右）工件接触工件接触电极可能性小，极可能性小，废品率低。品率低。13.3 13.3 内热式浴炉内热式浴炉缺点缺点砌体与电极一体，不能单独更换电极，电极损砌体与电极一体，不能单独更换电极，电极损坏时，浴槽也要相应更换，对于高温炉，则插坏时，浴槽也要相应更换，对于高温炉，则插入电极优势大；入电极优势大；形状复杂，不易焊接，砌体麻烦；形状复杂，不易焊接，砌体麻烦；电极间尺寸不能调节，电极形状、尺寸、布置电极间尺寸不能调节，电极形状、尺寸、布置要求高，功率不可调。要求高，功率不可调。13.4 13.4 电极盐浴炉的设计概要电极盐浴炉的设计概要 电极盐浴炉的设计与电阻炉设计相似，但大多采电极盐浴炉的设计与电阻炉设计相似，但大多采用近似计算或经验公式。用近似计算或经验公式。设计内容设计内容炉型选择及浴槽尺寸的确定；炉型选择及浴槽尺寸的确定；炉体设计及结构设计；炉体设计及结构设计；炉子功率确定炉子功率确定电极尺寸及布置方法的确定；电极尺寸及布置方法的确定；启动电阻的计算；启动电阻的计算；变压器的选择；变压器的选择；抽风机及自动化装置设计。抽风机及自动化装置设计。13.4 13.4 电极盐浴炉的设计概要电极盐浴炉的设计概要一、浴槽尺寸的确定一、浴槽尺寸的确定原则：原则：应应尽可能使浴面面积减少尽可能使浴面面积减少，以减少辐射热损失；，以减少辐射热损失；浴槽深度要比熔盐的深度大一些浴槽深度要比熔盐的深度大一些，以免放工件后熔盐，以免放工件后熔盐外溢。外溢。1、类比法、类比法 根据工件尺寸形状及装料量，参考标准浴炉尺寸确定。根据工件尺寸形状及装料量，参考标准浴炉尺寸确定。13.4 13.4 电极盐浴炉的设计概要电极盐浴炉的设计概要2、经验计算法算法 根据生根据生产率率g（kg/h）确定熔）确定熔盐重量重量G（kg）低温浴炉低温浴炉 G=(510)g (kg)中温浴炉中温浴炉 G=(23)g (kg)高温浴炉高温浴炉 G=(1.52)g (kg)13.4 13.4 电极盐浴炉的设计概要电极盐浴炉的设计概要根据熔根据熔盐的重量的重量G(kg)及熔及熔盐在工作温度下的密在工作温度下的密度度t（kg/m3），可算出在工作温度下熔），可算出在工作温度下熔盐的的体体积：Vt=G/t 13.4 13.4 电极盐浴炉的设计概要电极盐浴炉的设计概要根据熔根据熔盐体体积Vt，确定浴槽尺寸，确定浴槽尺寸 VtVABH V事先估算出来的事先估算出来的电极所占体极所占体积(m3)（插入式（插入式电极极 盐浴炉需考浴炉需考虑）A熔熔盐所占所占长度（度（m）B熔熔盐所占所占宽度（度（m）H熔熔盐所占深度（所占深度（m）13.4 13.4 电极盐浴炉的设计概要电极盐浴炉的设计概要二、炉体二、炉体结构构设计炉体炉体结构：构：耐火材料坩耐火材料坩锅炉胆保温炉胆保温层电极极炉壳（炉盖和抽炉壳（炉盖和抽风罩）罩）坩坩锅：采用耐火重采用耐火重质砖、高、高铝砖砌筑，也可用耐砌筑，也可用耐火混凝土火混凝土捣制成形。制成形。炉胆：炉胆：加固坩加固坩锅，防止坩，防止坩锅因因热胀冷冷缩而开裂，而开裂，也可防止也可防止盐液外漏。液外漏。保温保温层：粉状保温料粉状保温料炉壳：炉壳：25mm厚的厚的钢板板13.4 13.4 电极盐浴炉的设计概要电极盐浴炉的设计概要三、功率的确定三、功率的确定1.电极盐浴炉的功率计算电极盐浴炉的功率计算电极盐浴炉的功率理论上可以依据热平衡计算，电极盐浴炉的功率理论上可以依据热平衡计算，热消耗主要有以下几项：热消耗主要有以下几项：加热工件和夹具的热量、加热工件和夹具的热量、炉壁散热、电极散热、浴面辐射和对流热损失、炉壁散热、电极散热、浴面辐射和对流热损失、盐熔化和蒸发吸收的热量，以及变压器、汇流排盐熔化和蒸发吸收的热量，以及变压器、汇流排等的热损失等的热损失。但这种方法麻烦，且计算不准确。但这种方法麻烦，且计算不准确。13.4 13.4 电极盐浴炉的设计概要电极盐浴炉的设计概要通常采用通常采用熔盐容积法熔盐容积法，即在一定温度下，利用，即在一定温度下，利用熔盐容积与功率的经验式计算：熔盐容积与功率的经验式计算：PKV （kW）P 盐浴炉的功率盐浴炉的功率 K单位容积功率（单位容积功率（kW/m3）q V 熔盐体积（熔盐体积（m3）13.4 13.4 电极盐浴炉的设计概要电极盐浴炉的设计概要K又称又称功容比功容比。K可由下表查得。可由下表查得。有时为了增大炉子有时为了增大炉子功率储备，缩短升温时间，功率储备，缩短升温时间，K常采用上限数据。对埋常采用上限数据。对埋入式电极盐浴炉，常采用大一级别的功率。入式电极盐浴炉，常采用大一级别的功率。13.4 13.4 电极盐浴炉的设计概要电极盐浴炉的设计概要2.电极极盐浴炉功率与浴炉功率与变压器器额定容量的关系定容量的关系变压器器额定容量定容量应与与盐浴炉功率适当匹配。一浴炉功率适当匹配。一般般认为，电极极盐浴炉功率浴炉功率P（kW）与）与变压器器额定容量定容量C（kVA）之）之间存在如下关系：存在如下关系：C=（1.11.2）P13.4 13.4 电极盐浴炉的设计概要电极盐浴炉的设计概要3.影响影响盐浴炉浴炉实际功率的因素功率的因素盐浴炉浴炉实际功率可由下式功率可由下式计算：算：P=UI=U2/R=U2 /(L/A)I流流经熔熔盐的的电流流(A）；）；U电极极间电压(V);R电极极间熔熔盐电阻阻()；熔熔盐电阻率阻率(m);L电极极间距距(mm)；A电极极间熔熔盐导电面面积(mm2)13.4 13.4 电极盐浴炉的设计概要电极盐浴炉的设计概要（1）电极极间熔熔盐导电面面积：指参加指参加导电的熔的熔盐总截面截面积，包括，包括电极极间熔熔盐的横截面的横截面积和和电极极附近参与附近参与导电的熔的熔盐横截面横截面积，但，但实际常以常以电极极对置的面置的面积计算。算。由于参与由于参与导电的熔的熔盐截面面截面面积很大，降低了很大，降低了总电阻，因此阻，因此一般采用低一般采用低电压供供电，以保，以保护变压器和人身安全，器和人身安全，电压范范围为534V。13.4 13.4 电极盐浴炉的设计概要电极盐浴炉的设计概要（2）电极间距）电极间距L对电极间距对电极间距L较大的盐浴炉，较大的盐浴炉，可用提高电压的方可用提高电压的方法，也可采用增大导电面积以减少电极间熔盐法，也可采用增大导电面积以减少电极间熔盐电阻的方法来提高炉子的实际功率。电阻的方法来提高炉子的实际功率。对非对置的平板电极，电极间距对非对置的平板电极，电极间距L是可变的，可是可变的，可利用电极间距利用电极间距L的变化来调节炉子的实际功率。的变化来调节炉子的实际功率。（3）熔盐电阻值）熔盐电阻值R电极也存在电阻，通常要求熔盐和电极的电阻电极也存在电阻，通常要求熔盐和电极的电阻值之比应大于值之比应大于20或或30。13.4 13.4 电极盐浴炉的设计概要电极盐浴炉的设计概要（4）电极间电压）电极间电压U从公式上可看到，盐浴炉功率与从公式上可看到，盐浴炉功率与U的平方成正比，的平方成正比，因此因此调节电压对功率影响最大，也最有效。调节电压对功率影响最大，也最有效。（5）其他因素）其他因素随随浴盐种类浴盐种类和和工作温度工作温度的变化，熔盐的电阻率的变化，熔盐的电阻率也会变化，因而炉子的实际功率也随之变化。也会变化，因而炉子的实际功率也随之变化。13.4 13.4 电极盐浴炉的设计概要电极盐浴炉的设计概要四、电极材料尺寸确定四、电极材料尺寸确定1、材料、材料 常用材料：常用材料：纯铁、低碳钢、不锈钢、耐热钢、石纯铁、低碳钢、不锈钢、耐热钢、石墨、碳化硅等。墨、碳化硅等。纯铁、低碳钢：纯铁、低碳钢：插入式电极盐浴炉插入式电极盐浴炉不锈钢：不锈钢：硝盐炉硝盐炉耐热钢：耐热钢：高温盐浴炉，耐高温，寿命长。高温盐浴炉，耐高温，寿命长。13.4 13.4 电极盐浴炉的设计概要电极盐浴炉的设计概要2、尺寸、尺寸 电极尺寸可根据极尺寸可根据电极所承受的功率及其截面允极所承受的功率及其截面允许电流密度来确定。流密度来确定。如果通如果通过的的电流流为I，则：I=Ai （A）A电极截面极截面积（cm2）i电极允极允许截面截面电流密度，可取流密度，可取6080A/cm2另外，另外，I=1000P/U （A）P一一对电极极发出的功率，一般出的功率，一般为5060kWU电极之极之间的工作的工作电压（V）所以，所以，A=1000P/(Ui)（cm2）13.4 13.4 电极盐浴炉的设计概要电极盐浴炉的设计概要计算算电极工作部分的直径极工作部分的直径d或或边长a、b 13.4 13.4 电极盐浴炉的设计概要电极盐浴炉的设计概要电极参数确定极参数确定 电极极长度度根据浴槽深度确定，根据浴槽深度确定，一般距底一般距底60 100mm，以利于，以利于捞渣，并防止炉渣沉淀而短路。渣，并防止炉渣沉淀而短路。电极极间距：距：对于近置式于近置式电极，极，电极极间距一般距一般为5070mm，远置式置式电极的极的间距决定于距决定于炉膛尺寸炉膛尺寸。13.4 13.4 电极盐浴炉的设计概要电极盐浴炉的设计概要电极插入熔极插入熔盐的深度：的深度：电极插入熔极插入熔盐的深度通的深度通常常不超不超过1.5m。对于深井式于深井式盐浴炉，浴炉，电极极应分分层布置两布置两组或三或三组，以保，以保证炉温均匀。炉温均匀。电极极导电面的面的电流密度：流密度：电极极导电面上的面上的电流流密度随密度随盐浴温度而异，浴温度而异，一般在一般在540A/cm2范范围内。内。电极柄截面尺寸：电极柄截面尺寸：电极柄部的截面应比工作部分大电极柄部的截面应比工作部分大约约1.251.25倍，倍，以减少电耗；以减少电耗；电极柄部与炉台之间应留有电极柄部与炉台之间应留有4065mm4065mm空隙，空隙，以便安设电极的固定装置；电极的尾以便安设电极的固定装置；电极的尾部的截面应更大些部的截面应更大些(因为有螺栓孔因为有螺栓孔)，与铜排连接部位要，与铜排连接部位要倒平以便用螺栓连接。倒平以便用螺栓连接。电极的厚度对浴炉产生的功率电极的厚度对浴炉产生的功率没有影响，没有影响，但它影响电极寿命；但它影响电极寿命；增加厚度，可以降低增加厚度，可以降低截面电流密度，增加电极寿命。截面电流密度，增加电极寿命。13.4 电极盐浴炉的设计概要电极盐浴炉的设计概要13.4 电极盐浴炉的设计概要电极盐浴炉的设计概要五、变压器的选择五、变压器的选择电极式盐浴炉用变压器大部电极式盐浴炉用变压器大部分分属属于空冷的干式降压变压器于空冷的干式降压变压器，其容量应为浴炉额定功率的其容量应为浴炉额定功率的1.11.2倍。变压器的初级电压倍。变压器的初级电压为为380V，次级电压为，次级电压为5.517.5V（插入式），或（插入式），或1235V(埋入式埋入式)。变压器与浴炉之间距通常变压器与浴炉之间距通常在在1m左右左右，间距过大，铜，间距过大，铜排长度增加，电耗就增加，排长度增加，电耗就增加，间距过小，浴炉的热量促间距过小，浴炉的热量促使变压器温升。使变压器温升。13.4 13.4 电极盐浴炉的设计概要电极盐浴炉的设计概要六、起六、起动电阻阻 由于由于固固态盐不不导电，不能在工作，不能在工作电压下使其下使其导通，通，因此因此电极式极式盐浴炉不能利用浴炉不能利用电极直接起极直接起动，工作，工作时需先使需先使电极极间的的盐熔化，必熔化，必须用起用起动电阻阻（即（即电阻加阻加热体）。体）。起起动电阻：阻：是一个是一个电热元件，通常用低碳元件，通常用低碳钢棒棒（16 20mm），），绕制成螺旋形使用；也有用制成螺旋形使用；也有用板条制成波板条制成波纹形。形。13.4 13.4 电极盐浴炉的设计概要电极盐浴炉的设计概要起动电阻置于工作电极之间起动电阻置于工作电极之间，通电后发热而将，通电后发热而将附近的固态盐熔化，使工作电极导通，进而使附近的固态盐熔化，使工作电极导通，进而使盐全部熔化。盐全部熔化。13.4 13.4 电极盐浴炉的设计概要电极盐浴炉的设计概要使用方法：使用方法：开炉、停炉前起动开炉、停炉前起动二次开炉时，变压器选低档，防止电流过大。二次开炉时，变压器选低档，防止电流过大。当当起动电阻温度升高后，再选高档，使盐尽快熔化，起动电阻温度升高后，再选高档，使盐尽快熔化，取出起动电阻进行生产。取出起动电阻进行生产。缺点：缺点：起动时间长，耗电多，操作麻烦。起动时间长，耗电多，操作麻烦。新的起动方法：新的起动方法：高电压击穿法、副电极快速起动法、高电压击穿法、副电极快速起动法、小熔池法、导流器法等，但大多不成熟。小熔池法、导流器法等，但大多不成熟。13.4 13.4 电极盐浴炉的设计概要电极盐浴炉的设计概要七、排气通风装置七、排气通风装置盐浴炉设有排气装置以便随时将盐蒸气排除到车间盐浴炉设有排气装置以便随时将盐蒸气排除到车间之外。之外。最常用的排气装置有上部抽气罩及侧面抽气最常用的排气装置有上部抽气罩及侧面抽气罩。罩。上部抽气罩与浴炉外壳相接，高度在上部抽气罩与浴炉外壳相接，高度在600mm左右，左右，上部为圆锥体形与排气管相连接。上部为圆锥体形与排气管相连接。侧抽气罩一般安设在浴炉上口边侧，单侧开口（也侧抽气罩一般安设在浴炉上口边侧，单侧开口（也有环形开口）。为了便于吊车装料卸料及设置机械有环形开口）。为了便于吊车装料卸料及设置机械化设备，化设备，最好采用侧面抽气罩最好采用侧面抽气罩。13.4 电极盐浴炉的设计概要电极盐浴炉的设计概要一、基本概念一、基本概念 q流动粒子炉：流动粒子炉：采用流态化固体粒子作为加热或采用流态化固体粒子作为加热或冷却介质的炉子。冷却介质的炉子。q在炉膛内装上一定数量的固体小粒子（如石英在炉膛内装上一定数量的固体小粒子（如石英砂、刚玉砂、锆砂、金属微粒、石墨粒子等），砂、刚玉砂、锆砂、金属微粒、石墨粒子等），从炉底向炉膛内供给一定流量的气体，造成固体从炉底向炉膛内供给一定流量的气体，造成固体粒子悬浮翻腾，粒子悬浮翻腾，形成类似液体沸腾一样的假液态形成类似液体沸腾一样的假液态的加热炉。的加热炉。13.5 流动粒子炉流动粒子炉13.5 流动粒子炉流动粒子炉流态粒子炉对的基本结流态粒子炉对的基本结构构由由炉体炉体、炉罐炉罐、粒子粒子、布风板布风板等部分组成。等部分组成。炉罐底部安放具有均匀炉罐底部安放具有均匀透气性的布风板，气体透气性的布风板，气体通过布风板进入炉膛，通过布风板进入炉膛，使炉罐内的固态粒子形使炉罐内的固态粒子形成成流态床流态床，工件在流态，工件在流态床中加热、冷却或进行床中加热、冷却或进行化学热处理。化学热处理。13.5 流动粒子炉流动粒子炉流态化：流态化：圆形容器的透气微孔布风板上堆放着圆形容器的透气微孔布风板上堆放着固体颗粒状物料固体颗粒状物料(石英砂、刚玉砂，石墨粒子或石英砂、刚玉砂，石墨粒子或其它粒子其它粒子)，高度为，高度为H H，形成一个固定床。从容，形成一个固定床。从容器底部通入具有一定压力的气体，使气体穿过器底部通入具有一定压力的气体，使气体穿过布风板均匀地进入容器中，使容器内的物料的布风板均匀地进入容器中，使容器内的物料的形成流态，形成流态，流化后形成流化床，或称床层。流化后形成流化床，或称床层。13.5 流动粒子炉流动粒子炉流流态化曲化曲线固定床：固定床：当气流速度当气流速度较小小时，气，气体从静止粒子体从静止粒子间的空隙穿的空隙穿过，床，床层高度不高度不变，称，称为固定床。固定床。膨膨胀床：床：当气流速度达到当气流速度达到B点点时，颗粒粒层加速松加速松动，孔隙度加大，孔隙度加大，床床层高度上升，出高度上升，出现膨膨胀现象象；流化床：流化床：当气流速度达到当气流速度达到C点，颗粒聚集成团块，彼此点，颗粒聚集成团块，彼此间失去接触，呈悬浮状态而产生流态化间失去接触，呈悬浮状态而产生流态化；飞散床：飞散床：当流速超过当流速超过D点时，颗粒将被气流从容器中吹点时，颗粒将被气流从容器中吹出来，进入飞散床阶段，又称出来，进入飞散床阶段，又称气力输送阶段气力输送阶段。13.5 流动粒子炉流动粒子炉得到正常的流得到正常的流态化要注意的事化要注意的事项：颗粒的密度要小而粒度要适当；粒的密度要小而粒度要适当；布布风板透气均匀有适宜的板透气均匀有适宜的压力，力，以以产生生较大射流速度；大射流速度；容器以容器以圆形截面形截面为最有利最有利，高度在，高度在600mm以下，以下，H/D比比值取取1.52.0，比，比值过大容易大容易产生沸涌，比生沸涌，比值过小小容易容易产生沟流。生沟流。13.5 流动粒子炉流动粒子炉q如果在流化床中如果在流化床中加入热源加入热源，使介质温度升高，再，使介质温度升高，再附加上温度控制系统，即可组成附加上温度控制系统，即可组成流动粒子炉流动粒子炉；q如果在流化床中如果在流化床中加入冷源加入冷源可组成冷却用的可组成冷却用的流动粒流动粒子槽。子槽。13.5 流动粒子炉流动粒子炉二、流态化粒子二、流态化粒子在流态化炉子中，在流态化炉子中，粒子是加热介质粒子是加热介质，在气流作，在气流作用下形成紊流，与被加热工件进行无规则碰撞，用下形成紊流，与被加热工件进行无规则碰撞，从而进行传热和传质，完成热处理过程。从而进行传热和传质，完成热处理过程。常用的粒子有：常用的粒子有：石墨粒子、刚玉粒子。氧化铝石墨粒子、刚玉粒子。氧化铝空心球空心球13.5 流动粒子炉流动粒子炉1、石墨粒子：、石墨粒子：导电性粒子，导电性粒子，除作为加热介质外，除作为加热介质外，还起导电体和发热体作用，还起导电体和发热体作用，主要用于电极加热主要用于电极加热的流态化炉。的流态化炉。800以下：弱氧化性以下：弱氧化性800900：中性：中性1000以上：渗碳性以上：渗碳性13.5 流动粒子炉流动粒子炉2、刚玉粒子：玉粒子：主要成分是主要成分是Al2O3（质量分数量分数为62%77%）颗粒，粒，随随Al2O3含量提高，流含量提高，流态化化能力提高。能力提高。Al2O3是中性粒子是中性粒子，与，与热处理气氛一般不理气氛一般不发生反生反应，耐高温、耐磨。耐高温、耐磨。13.5 流动粒子炉流动粒子炉3、氧化铝空心球：、氧化铝空心球：密度小，有利于降低初始化密度小，有利于降低初始化速度，圆形度好，易均匀流化。速度，圆形度好，易均匀流化。主要缺点：主要缺点：强度较低，易破碎，使用时需定期强度较低，易破碎，使用时需定期筛分。市场购入的空心球需经水选筛分。筛分。市场购入的空心球需经水选筛分。13.5 流动粒子炉流动粒子炉三、流三、流态粒子炉的特性粒子炉的特性 流化床介流化床介质的的热容量比气体介容量比气体介质大大，传热系数大，系数大，加加热速度快速度快；流化床流化床介介质温度均匀温度均匀，炉温在，炉温在8001300时，炉，炉膛温差在膛温差在37。因此工件在流。因此工件在流动粒子炉内加粒子炉内加热时变形小。形小。炉子的炉子的热惰性小惰性小，启，启动快，快，热效率高，效率高，节省能源。省能源。改改变粒子种粒子种类与流化介与流化介质种种类，可以，可以调节炉内气炉内气氛性氛性质，实现无氧化加无氧化加热或化学或化学热处理。理。13.5 流动粒子炉流动粒子炉四、流态粒子炉的类型四、流态粒子炉的类型 流动粒子炉热源分流动粒子炉热源分煤气煤气和和电热电热两种两种1、煤气流动粒子炉、煤气流动粒子炉 内部燃烧式（有回火危险）内部燃烧式（有回火危险）和和外部燃烧式外部燃烧式13.5 流动粒子炉流动粒子炉2、电热流动粒子炉、电热流动粒子炉外热式：外热式：将电热元件放在将电热元件放在流化床容器的外部，通过流化床容器的外部，通过炉罐壁加热粒子，用于低炉罐壁加热粒子，用于低温炉；温炉；内热式：内热式：是将管状电热元是将管状电热元件或电极放在流化床容器件或电极放在流化床容器的内部，根据炉子工作温的内部，根据炉子工作温度，可选用度，可选用电热辐射管电热辐射管或或碳化硅元件碳化硅元件作为加热元件。作为加热元件。用于中、高温炉。用于中、高温炉。13.5 流动粒子炉流动粒子炉石墨流动粒子炉石墨流动粒子炉在流化床中放一对石墨或钢质电极，使用能导在流化床中放一对石墨或钢质电极，使用能导电的石墨粒子，电的石墨粒子，用空气做流化介质用空气做流化介质。电极通电后使流化床中石墨粒子处于不断接触电极通电后使流化床中石墨粒子处于不断接触而又不断分断的状态，在而又不断分断的状态，在分离瞬间产生微电弧分离瞬间产生微电弧放出热量，使流态化介质升温放出热量，使流态化介质升温；另外当；另外当石墨粒石墨粒子冲击工件表面时也会产生微电弧，使工件表子冲击工件表面时也会产生微电弧，使工件表面迅速升温。面迅速升温。因此，因此，石墨粒子既是发热体又是石墨粒子既是发热体又是加热介质。加热介质。13.5 流动粒子炉流动粒子炉石墨粒子炉的石墨粒子炉的气源使用气源使用压缩空气空气，压力要力要稳定，定，除水。除水。空气空气进入下入下风室的室的压力称力称送送风压力力，其，其大小要大于空气大小要大于空气经布布风板、砂板、砂层、透气、透气砖和石和石墨粒子墨粒子层时所所产生的生的压降的降的总和，和，一般在一般在5880Pa左右左右。石墨粒子在高温下石墨粒子在高温下发生氧化而粒子生氧化而粒子变小，容易小，容易被气流被气流带走走，炉子要，炉子要设除除尘设备。常用的。常用的设备有旋有旋风式和布袋式和布袋过滤式除式除尘器。器。13.5 流动粒子炉流动粒子炉优点：优点：启动快，炉温均匀，操作方便、耗电少，启动快，炉温均匀，操作方便、耗电少，其加热速度与盐浴炉接近；其加热速度与盐浴炉接近；缺点：缺点：床面起伏大，不适予局部加热、石墨粒子床面起伏大，不适予局部加热、石墨粒子消耗多、要有除尘设备。消耗多、要有除尘设备。13.5 流动粒子炉流动粒子炉五、流五、流动粒子炉的用途粒子炉的用途 淬火、正火、退火、回火等中性加淬火、正火、退火、回火等中性加热，并已，并已扩大大应用于渗用于渗C、渗、渗N以及以及C、N共渗以及渗硼、氧氮共渗以及渗硼、氧氮化、蒸汽化、蒸汽处理等，理等，还可用于分可用于分级淬火、等温淬火淬火、等温淬火及冷却。及冷却。