热工设备及仪表

热工设备及仪表课程考试复习提纲 第一章 传热的方式；不同的热处理炉的传热特点，描述工件和炉墙的综合传热过程。方式:1.传导传热温度不同的接触物体间或一物体中各部分之间热能的传递过程。 2.对流传热物体在流动时，流体质点发生位移和相互混合发生的热量传递 3. 辐射传热物体间通过辐射能进行的热能传递过程。 特点：对于不同的类型的炉子，辐射和对流在炉内所起的作用并不同，在中高温电阻炉和真 空电阻炉内，炉膛传热以辐射换热为主，而对流换热的作用极小以致可以忽略，在低温空气 循环电阻炉以及盐浴炉内，炉膛传热以对流换热为主，而其他传热方式可以忽略，对装有风 扇的中温电阻炉和燃烧炉来说，对流和辐射的作用均不可忽略。 炉墙传热过程：炉气以对流和辐射方式传给内壁；内壁以传导方式传到外壁；外壁则以对流 和辐射方式传给周围的空气。 工件传热过程：工件在热处理炉内加热时，热源与工件表面不仅有辐射换热，而且还有对流 换热。 第二章 如何判断热处理炉的不同位置发生溢气和吸气；如何判断炉气的上浮能力，解释烟囱的作 用； 静压头和位压头的区别；气体辐射特性；1 利用静压头来判断，在相对零压面以上，炉内的静压头为正，越往上其正值越大，从炉壁 开口会向外溢气，同理，零压面以下，炉气的静压头为负，越往下其负值越大，从炉壁开口 处会吸入冷空气。 2.用位压头来判断，位压头的绝对值越往下数值越大，炉气的上浮能力越强，反之上浮能力 小。 3. 烟囱的左右：造成位压头，使炉气具有上浮能力，在烟囱底部形成相对负的静压头。4. 单位体积炉气的压强能Pg与同一水平面上炉外单位体积空气的压强能Pa之差，称为静压头；单位体积炉气的压强能Pg与同一水平面上炉外单位体积空气的位能之差，称为位压头5. 第三章 根据热处理处理条件，从耐火材料的高温化学稳定性等方面解释选材的原因；陶瓷涂料的 作用；保温材料的作用；炉用金属材料的要求； 1. 原因： 根据各种热处理情况如,使用温度;热处理气氛是否与耐火砖的成分发生化学反应;电热元件 是否与电热隔砖发生化学反应等要求对耐火材料进行选用:例如制造无罐气体渗碳炉时，高 碳气氛对普通黏土砖有破坏作用，炉墙内衬的耐火材料需用含Fe2O3 小于1%的耐火砖，即 抗渗砖。制造电极盐浴炉时，由于熔盐对耐火材料的冲刷作用，坩埚材料必须采用重质耐火 砖或耐火混泥土，电热元件搁砖不得与电热元件材料发生化学作用，对铁铬铝电热元件要用 高铝砖作搁砖。 2. （1）耐火材料用陶瓷涂料的作用：陶瓷材料的辐射能力强，因而炉子升温速度快、炉温 均匀，可降低能耗 15%-30%。涂料的气孔率低，化学稳定性好，可阻止使耐火材料损坏的 各种氧化性气氛扩散渗透，能成倍地提高耐火材料的使用寿命。 （2）金属构件用陶瓷涂料的作用：不影响炉内气氛；不影响被涂金属的物理化学性质和 机械性能，还可以防止被涂金属氧化、脱碳或渗碳，防化学腐蚀；与金属间的结合牢固，耐 磨性好，经固化处理后，表面比基体更细密。可大幅提高金属构件的使用寿命。 3. 保温材料的作用：减少炉子热传导引起的热损失，提高炉子的热效率。 4.炉用金属的要求：在高温下工作时，承受一定的载荷，并受高温介质的化学腐蚀，要求具 有良好的抗高温氧化性和高温强度，所以要用耐热钢来制造。炉子的外壳和构架可用普通金 属材料制作。 第四章 高中低温箱式电阻炉的特点与区别；井式气体渗碳炉进行化学热处理时所产生的废气处理方式；井式电阻加热炉采取什么措施实现炉内的温度均匀；1.2. 废气经排气管引出点燃。3. 井式电阻炉炉膛较深，上下散热条件不一样，为使炉膛温度均匀，常分区布置电热元件，各 区单独供电并控制温度；还可以在炉盖上安装风扇，一般是直通式结构，强迫炉气沿料框向下流动，再有料框底部板孔进入料框讲热量传递给工件，筐内气体受风机负压吸入而循环流动使温度均匀。 第五章 根据工件的特点等情况选择合适的热处理炉电阻炉；电热元件的性能要求；电热元件引出 与焊接的要求； 1. 根据工件的特点：加工细长轴类工件，为防止变形宜用井式炉；加工大中型铸、锻毛坯件 的退火、正火、回火等处理，宜用台车炉；小型轴承钢球、滚子等则选用滚筒式炉。2.性能要求：具有良好的耐热性及高温强度；具有较大的电阻率；具有较小的电阻温度系数； 具有较少的热膨胀系数；具有良好的加工性。 3. 要求：（1）电热元件引出端需穿过炉壁，散热条件很差，为防止引出端温度过高，应加大 引出端尺寸。.对金属元件常另外焊接一不锈钢引出棒，其界面积应为元件的 3 倍以上。对 硅碳棒引出端，其界面应为其工作部分的1.5 倍以上。在硅碳棒引出端还常涂覆金属层以减 少接触电阻。元件引出端应保证与壳体剧院良好，拆卸方便和炉子密封。 （2） 电热元件的焊接采用成分与电热元件相同或相近的焊条，并严格按照焊接工艺 规程进行焊接。（镍铬元件焊接性较好，可采用电弧焊或气焊。铁铬铝元件，一般质量要求 的可用电弧焊，质量高要求较高时应采用氩弧焊。）元件各部分之间的焊接常采用搭焊，元 件与引出棒之间采用钻孔焊或铣槽焊。 第6章 燃料燃烧的阶段，每个阶段的作用； 1. 混合：可燃气体与空气中的氧适当混合是燃烧的前提，燃料燃烧速度，主要取决于混合 速度。 活化：将可燃物加热到着火温度，混合物活化后才能顺利燃烧。 燃烧反应：混合物中的可燃成分急剧与氧反应形成火焰放出大量的热和强烈的光的过 程。 3. 回火和脱火的原因； 回火：可燃气喷出速度低于火焰传播速度，火焰会回到燃烧装置或管道中进行燃烧，甚至引 起爆炸， 脱火：可燃气喷出速度大于火焰传播速度，则火焰会脱离燃烧装置向前移动，变得不稳定， 甚至熄灭。 5. 无焰烧嘴和有焰烧嘴燃烧特点； 无焰嘴特点：由于煤气与空气混合充分，燃烧所需过剩空气量少，燃烧完全，燃烧速度快， 火焰短，热量集中，热效率高。但容易发生“回火”，甚至有爆炸危险。为避免爆炸和回火， 混合气的预热温度不能过高。 有焰嘴特点：由于煤气与空气边混合边燃烧，燃烧能力强，所需煤气压力低，结构紧凑，不 易回火，煤气可以预热到较高温度。主要特点是：空气过剩系数大，管道系统以及仪表自调 系统复杂。 6. 提高燃烧炉热效率的途径； 1. 减少烟气带走的热量：Q 烟=B V n t 烟 c 烟，要减少烟气带走的热量，则需降低烟气温度t 烟或 减少烟气体积V 烟，即控制好过剩空气量 2. 有效地利用烟气余热：（1）预热空气或燃料气；（2）预热工件或辅助工具；（3）作为回火 炉的热源；（4）作为废热锅炉生产蒸气 7. 提高火焰传播速度方式及原因；火焰的传播速度跟燃料的温度、压力、流动状态、空气过剩系数等因素有关，常用预热燃料和增加燃料气的紊乱程度的方法来提高火焰传播速度。第七章 1 热处理浴炉为何不能进行退火处理； 退火是将钢加热到临界点Ac1以上温度，保温后随炉冷却的工艺。而盐浴炉，盐类在随炉冷却的时候，有熔融状态变成固态在凝固过程中工件也和在冷却中的盐类结合在一起，难以取出，所以热处理浴炉为何不能进行退火处理2 启动电阻的作用； 由于固态盐不导电，电极盐浴炉不能利用工作电极直接启动，启动时必须启动电阻，通过电 阻热效应，将熔盐加热到工作温度 第八章 1. 真空热处理炉的优点； 真空热处理炉使工件具有不氧化、不脱碳，处理后可保持表面光亮和原有色泽，表面通常可 不加工且工件不变形，提高了耐磨性和使用寿命，并对工件有脱脂、脱气作用。 2. 离子氮化炉的工作原理； 离子渗氮炉包括炉体、真空系统、供气系统、测温系统及控制系统组成。其工作原理：工件 放入炉内作为阴极，炉体作为阳极，抽真空到 13.3-1.33Pa 后再通入少量氨、氮或氮氩混合气体，使炉内压强达 133-1333Pa，然后在两极间施加一定电压使氮电离，氮电离后即以高 速冲击工件，离子的动能转化为热能将工件加热至渗氮温度。轰击表面的一部分氮夺取电子 喉直接渗入工件表面，在工件表面上形成含氮很高的呈蒸发状态的FeN，并不断向工件内部 扩散，从而达到渗氮目的。3. 实现各类真空度的所需设备及仪表；4. 真空系统组成包括真空容器、真空泵、真空阀、连接件及真空测量仪表等 第九章 感应热处理炉的基本原理和应用特点； 基本原理：当感应器（施感导体）通过交变电流时，在其周围产生交变磁场，将工件放入交 变磁场中，按电磁感应定律，工件内将产生感应电动势和感应电流，感应电流做功，将工件 加热。 应用特点：高频、超音频：齿轮、轴等中小零件表面淬火，深度0.13mm中频：中型毛坯锻前加热，曲轴凸轮等零件表面淬火，深度在3mm以上工频：大型毛坯锻前加热，冷轧辊及车轮表面淬火，深度在10mm以上。中、高频电流的特点： 1. 集肤效应当交流电通过导体时，在导体表面电流最大，越向内部电流密度越小；2. 邻近效应电流瞬时方向相反时，则最大电流密度就出现在两导体相邻的一面；当导体 内电流的瞬时方向相同，则最大电流密度将出现在两导体相背的一面。3. 圆环效应当交变电流通过环形导体时，电流在导体横截面上的分布将发生变化，此时 电流仅仅集中在圆环的内侧。 4. 尖角效应当感应器与工作间的距离相同，但在工件尖角处的加热强度远较其他光滑部 位强烈。 第10章 根据平衡常数判断气体与钢发生的是氧化还是还原反应； 钢在CO2CO 气氛中的反应 （10-1） 在一定温度下，反应达平衡时，气氛中各种气体浓度不再改变，其平衡常数为： K P1 P CO/ P CO 2 =CO/ CO 2 =(CO)/( CO 2 ) 在一定温度状态下，平衡常数总保持为定值 如在1000时，Kp2.486，此时氧化还原处于平衡状态，当实际炉气(CO)/(CO 2 )2.486 时， 即CO 的浓度低于平衡值，公式（10-1）式反应向右进行，CO 2 使Fe 氧化称FeO，CO 2 浓度 降低，同时CO 的浓度增加，钢件氧化。 1常用测温仪器的原理；2炼铁设备的组成；高炉炼铁生产流程比较定型，它由高炉本体及若干辅助系统组成。3炼铁原理与工艺流程；4铁水前处理和钢水二次精炼原因与目的；5各类炼钢设备的区别；6炼钢中间包的作用； 1、分流作用。对于多流连铸机，由多水口中间包对钢液进行分流。 2、连浇作用。在多炉连浇时，中间包存储的钢液在换盛钢桶时起到衔接的作用。 3、减压作用。盛钢桶内液面高度有56m，冲击力很大，在浇铸过程中变化幅度也很大。中间包液面高度比盛钢桶低，变化幅度也小得多，因此可用来稳定钢液浇铸过程，减小钢流对结晶器凝固坯壳的冲刷。 4、保护作用。通过中间包液面的覆盖剂，减少中间包中的钢液受外界的污染。 7曲柄压力机、液压压力机和挤压机及压力铸造设备的工作原理；单动和双动的区别；第十二章 热处理节能途径； 1. 从设备入手，重点进行新型热处理设备的研制、推广、应用和进行旧设备的全面技术改 造。 2. 推广节能热处理工艺及材料的研究与应用。从实际出发，优选热处理工艺方案的原则有： （1）.合理选择零件材料，简化热处理工艺； （2）.根据零件的实际服役条件，合理选择处理工艺； （3）。根据不同材料合理确定保温时间，达到缩短加热时间的目的； （4）提高加热温度，缩短加热时间； （5）充分利用淬火余热或采用等温淬火工艺实现自回火，酌情省去回火工艺； （6）根据零件与整机寿命配比，酌情减少硬化层深度； （7）锻造余热热处理 3. 热处理生产的节能管理 （1）组织化生产，实现设备的连续作业。 （2）提高热处理产品合格率。 热处理