热处理手册：热处理设备和工辅材料

前言

第1章 绪论

1.1 热处理设备分类

1.1.1 热处理主要设备

1.1.2 热处理辅助设备

1.2 热处理炉的分类、特性和编号

1.2.1 热处理炉的分类

1.2.2 热处理炉的主要特性

1.2.3 热处理炉的编号

1.3 加热装置的类别和特性

1.3.1 感应加热装置

1.3.2 火焰加热装置

1.3.3 接触电阻加热装置

1.3.4 直接电阻加热装置

1.3.5 电解液加热装置

1.3.6 等离子加热装置

1.3.7 激光加热装置

1.3.8电子束加热装置

1.4 气相沉积装置的类别和特性

1.4.1 气相沉积装置

1.4.2离子束装置

1.5 热处理设备的技术经济指标

1.6 热处理设备设计的一般程序和基本要求

1.6.1 设计的初始资料

1.6.2 热处理设备设计的基本内容和步骤

1.7 热处理电热设备设计的一般要求

1.7.1 电热设备设计通用性技术要求

1.7.2 电阻炉的设计要求

第2章 热处理设备常用材料及基础构件

2.1 耐火材料

2.1.1 耐火材料的主要性能

2.1.2 常用的耐火制品

2.1.3 不定形耐火材料

2.1.4 耐火纤维

2.2 隔热材料

2.2.1硅藻土及其制品

2.2.2 石棉制品

2.2.3 矿渣棉及其制品

2.2.4 蛭石及其制品

2.2.5 岩棉制品

2.2.6 膨胀珍珠岩制品

2.2.7 硅酸钙绝热板

2.2.8 纳米绝热材料

2.3 耐热金属材料

2.4 电热材料及基础构件

2.4.1 金属电热元件

2.4.2 非金属电热元件

2.4.3 红外电热元件

2.4.4 管状电热元件

2.4.5 辐射管

2.5 常用设备和仪表

2.5.1 通风机

2.5.2 泵

2.5.3 真空泵

2.5.4 阀门

2.5.5 真空阀

2.5.6 流速、流量计

2.5.7 压力测量仪表

参考文献

第3章 热处理电阻炉

3.1 热处理电阻炉选择与设计内容

3.2 热处理电阻炉炉体结构

3.2.1 炉架和炉壳

3.2.2 炉衬

3.2.3 炉口装置

3.3 热处理电阻炉功率计算

3.3.1 间隙式炉功率计算

3.3.2 连续式热处理炉的功率计算

3.4 普通间隙式箱式电阻炉

3.4.1 炉型种类及用途

3.4.2 炉子结构及特性

3.5 台车炉

3.5.1 炉型种类及用途

3.5.2 炉子结构

3.6 RJ系列自然对流井式电阻炉

3.6.1 炉型种类及用途

3.6.2 炉子结构及特性

3.7 强迫对流箱式电阻炉

3.7.1 炉型种类及用途

3.7.2 炉子结构及特性

3.7.3 气体流量计算

3.8 强迫对流井式电阻炉

3.8.1 炉型种类及用途

3.8.2 炉子结构及特性

3.9 井式渗碳炉和渗氮炉

3.9.1 炉型种类及用途

3.9.2 炉子结构及特性

3.10 罩式炉

3.10.1 炉型种类及用途

3.10.2 炉子结构及特性

3.10.3 罩式炉功率分配

3.11 密封箱式炉

3.11.1 炉型种类及用途

3.11.2 炉子结构及特性

3.11.3 密封箱式炉生产线

3.11.4 炉内导轨

3.12 转筒式炉

3.12.1 炉型特征和用途

3.12.2 转筒式炉的结构

3.13 推杆式连续热处理炉及其生产线

3.13.1 推杆式炉的特性及用途

3.13.2 推杆式渗碳炉及其生产线

3.13.3 推杆式渗氮炉及其生产线

3.13.4 推杆式普通热处理炉

3.13.5 推杆式炉的结构

3.13.6 三室推杆式气体渗碳炉

3.14 输送带式炉及其生产线

3.14.1 输送带式炉的特性和用途

3.14.2 DM型网带式炉

3.14.3 TCN型网带式炉

3.14.4 无罐输送带式炉

3.14.5 网带式炉的基本结构

3.14.6 链板式炉

3.15 振底式炉

3.15.1 振底式炉的特性与用途

3.15.2 气动振底式炉

3.15.3 机械式振底炉

3.15.4 电磁振底炉

3.16 辊底式炉

3.16.1 炉型特征及用途

3.16.2 炉型结构

3.16.3 辊子

3.16.4 辊底式炉炉膛结构

3.17 转底式炉

3.17.1 转底式炉的特征和用途

3.17.2 炉型结构

3.17.3 转底式炉的主要结构组成

3.18 滚筒式（鼓形）炉

3.18.1 炉型特征和用途

3.18.2 滚筒式炉结构

3.19 步进式和摆动步进式炉

3.19.1 步进式炉特征及用途

3.19.2 摆动步进式炉及生产线

3.20 牵引式炉

3.20.1 牵引式炉的特征及用途

3.20.2 钢丝固溶处理、淬火炉及生产线

3.20.3 牵引式钢丝等温淬火炉及生产线

3.20.4 双金属锯带热处理生产线

参考文献

第4章 热处理浴炉及流态粒子炉

4.1 浴炉的特性和种类

4.1.1 浴炉的特性

4.1.2 按浴液分类的浴炉

4.1.3 按加热方式分类的浴炉

4.1.4 浴炉的品种和代号

4.1.5 浴炉的热工性能

4.2 低温浴炉

4.2.1 结构形式

4.2.2 浴液需要量

4.2.3 浴槽

4.2.4 浴炉功率计算

4.2.5 加热装置

4.2.6 浴剂搅拌

4.2.7 浴剂冷却

4.2.8 浴槽的清理

4.2.9 硝盐浴炉安全防护

4.2.10 低温浴炉示例

4.3 外部电加热中温浴炉

4.3.1 结构形式

4.3.2 浴槽

4.3.3 炉子功率

4.3.4 加热装置

4.3.5 炉型示例

4.4 燃料加热中温浴炉

4.4.1 结构形式

4.4.2 燃烧装置

4.4.3 炉子功率

4.4.4 燃料加热浴炉示例

4.5 插入式电极盐浴炉

4.5.1 结构形式

4.5.2 浴槽

4.5.3 电极盐浴炉的功率

4.5.4 插入式电极布置

4.5.5 电极材料及结构

4.5.6 电极设计参数

4.6 埋人式电极盐浴炉

4.6.1 结构形式

4.6.2 埋入式电极盐浴炉炉膛尺寸（浴槽内尺寸）

4.6.3 埋入式电极盐浴炉浴槽结构

4.6.4 埋入式电极盐浴炉钢板槽

4.6.5 埋入式电极盐浴炉的功率

4.6.6 埋入式盐浴炉的电极形式和布置

4.6.7 电极冷却装置

4.6.8 电极盐浴炉示例

4.6.9 电极盐浴炉的启动

4.6.10 盐浴炉的变压器

4.6.11 电极盐浴炉汇流板

4.7 盐浴炉排烟装置

4.8 盐浴炉设备机械化与自动化

4.8.1 盐浴炉用的工件运送机构

4.8.2 回转式盐浴炉生产线

4.8.3 盐浴渗碳热处理生产线

4.9 浴炉的使用、维修及安全操作

4.10 流态粒子炉

4.10.1 流态粒子炉技术性能

4.10.2 流态粒子炉工作原理

4.10.3 流态粒子炉的基本类型

4.10.4 流态粒子炉的应用

参考文献

第5章 真空与等离子热处理炉

5.1真 空热处理炉

5.1.1 真卒热处理炉的基本类型

5.1.2 真空热处理炉的结构与设计

5.1.3 真空系统

5.1.4 真空测量与供气

5.1.5 真空热处理炉的性能考核与使用维修

5.1.6 真空热处理炉实例

5.2 等离子热处理炉

5.2.1 等离子热处理炉的基本类型

5.2.2 等离子热处理炉的主要构件

5.2.3 等离子热处理炉的电源及控制系统

5.2.4 等离子热处理炉实例

5.2.5 等离子热处理炉的性能考核与使用维修

参考文献

第6章 热处理燃料炉

6.1 燃料炉概述

6.1.1 常用燃料炉分类

6.1.2 燃料炉炉型选择

6.2 炉用燃料及燃烧计算

6.2.1 燃料分类

6.2.2 燃料燃烧计算

6.2.3 燃料换算

6.3 燃料炉设计与计算

6.3.1 常用燃料炉设计

6.3.2 燃料消耗量计算

6.3.3 炉架设计与计算

6.3.4 炉衬设计

6.4 燃料炉附属设备

6.4.1 燃烧装置

6.4.2 预热器

6.4.3 管道设计

6.4.4 炉用机械

6.5 排烟系统

6.5.1 烟道布置及设计要点

6.5.2 烟道阻力计算

6.5.3 烟囱设计

6.6 燃料炉的运行

6.6.1 烘炉

6.6.2 燃料炉操作规程

6.6.3 燃料炉的调节

参考文献

第7章 热处理感应加热及火焰加热装置

7.1 感应加热电源

7.1.1 概况

7.1.2 晶闸管（SCR）中频感应加热电源

7.1.3 MOSFET和IGBT固态感应加热电源

7.1.4 真空管（电子管）高频感应加热电源

7.1.5 工频感应加热装置

7.2 感应热处理设备

7.2.1 概况

7.2.2 感应淬火机床

7.2.3 感应淬火机床实例

7.3 火焰表面加热装置

7.3.1 乙炔

7.3.2 气瓶与管道

7.3.3 火焰加热用工具与阀类

7.3.4 火焰淬火机床

参考文献

第8章 表面改性热处理设备

8.1 激光表面热处理装置

8.1.1 激光表面热处理装置的构成

8.1.2 激光热处理装置实例

8.1.3 激光加工的安全防护措施

8.2 电子束表面改性装置

8.2.1 电子束表面改性装置的进展

8.2.2 电子束热处理装置组成

8.3 气相沉积装置

8.3.1 化学气相沉积装置

……

第9章 热处理冷却设备

第10章 热处理辅助设备

第11章 热处理和生产过程控制

第12章 热处理工艺材料

第13章 热处理节能与环境保护

第14章 热处理车间设计

第15章 热处理炉设计基础资料表2100433B

《热处理手册(第3卷):热处理设备和工辅材料(第4版)》可供热处理工程技术人员、质量检验和生产管理人员使用，也可供科研开发、设计人员、高校和中专材料学与工程专业师生参考。

原辅材料（ Raw and Auxiliary Materials）是“原材料和辅助材料”的简称。

原材料（Raw Materials）是原料和材料的简称，是生产某种产品的主要用料。

辅助材料（Auxiliary Materials）是生产某种产品时为了达到生产目的或使主要材料发挥应有的功效和作用而添加的用料。

原料一般是指来自自然界的初级产品。

材料一般是指经过加工的原料。

聚烯烃填充母料是由载体树脂、填料和各种助剂三部分组成，其中填料占主要成分，最多可达90%。聚烯烃填充母料主要用于聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃塑料的生产。如：聚乙烯中空吹塑制品、聚乙烯注塑制品和聚乙烯薄膜、聚丙烯编织袋、编织布和打包带等。一般选择烯烃填充母料的原辅材料时，要考虑到其使用性能好、成本低。

填充母料填料

聚烯烃填充母料所用的填料主要是重质碳酸钙，其次是滑石粉、高岭土、钙粉等无机填料。对任何无机填料、粒径和粒径分布是重要的技术指标。通常粒径越小、分布越窄，填充效果越好。此外，填充效果好坏还与分散性有关，粒径越小分散越困难，价格也越高。纯度是无机填料另一项重要技术指标，杂质含量越少、纯度越高越好。一般选用重质碳酸钙时，其含量和白度尽可能要高，一般要求在94%以上。保证其它各项指标达到要求后，价格要低，以利于降低母料成本。

填充母料载体树脂

聚烯烃填充母料的使用性能和成本主要取决于载体树脂，通常根据母料的用途不同，载体树脂一般含量为10%~20%。聚烯烃填充母料所用载体树脂应当与所填充的塑料基体树脂具有良好的相容性。从这一方面考虑，一般载体树脂最好选用基体树脂。此外，选用填充母料载体时，还要考虑其熔点和熔体流动性，载体树脂的熔点不得高于基体树脂。仍有部分企业至今还在采用LDPE（1F7B）作为载体树脂，这主要是因为这种牌号的树脂熔点低、熔体流动速率高（7g/10min）。但是由于聚丙烯熔融温度高（比一般聚乙烯高20~40℃）限制了它在聚乙烯塑料中使用，而无规聚丙烯或用液相本体法合成的粉状聚丙烯的熔点不超过100℃，所以被广泛用作聚烯烃填充母料的载体。

用LDPE（1F7B）作聚烯烃填充母体载体树脂，其最大优点是熔点低，熔体流动速率高，熔体强度大，但突出的缺点是价格高。如果选用成本低的熔体流动速率较低的低密度聚乙烯树脂，如1I2A-1或2F2B等，由于它们的熔体流动速率低，一般为2g/10min左右，在加工时，需要加入更多的石蜡等助剂，以利于母料在基体树脂更好地分散。通常用聚乙烯作载体制作的填充母料，更适用于聚乙烯塑料制品，主要原因是载体树脂与基体树脂性能相同，相容性好。用于聚乙烯薄膜的填充母料对载体树脂的要求更高更严些。

用于聚丙烯制品的填充母料，其载体树脂最好选用聚丙烯。从理论上讲，无规聚丙烯最好，因为它的熔点低、熔体流动性好，分散性好。但具体到我国国情，选择液相本体法合成的粉状聚丙烯更为合适，因为它的价格低廉，本身又是粉状，极易与无机填料混合均匀，即使在加料斗中也不会分层。采用聚丙烯作载体，由于聚丙烯热稳定性差，必须同时加入抗氧剂和润滑剂。为了使只占树脂总量千分之几的助剂能均匀分布在树脂中，最好先将树脂与各种助剂混合均匀，再按一定比例与填料混合造粒。

为了使用的广泛性，可以选用熔融指数相近的聚丙烯和聚乙烯按一定比例配合起来做载体树脂，这样母料与聚乙烯配合使用还可提高一些性能，与聚丙烯配合可以提高延伸率。

回收聚苯乙烯广泛用在合成革制造工艺中，即使载体树脂与基体树脂相容性不够好，但是载体树脂对塑料制品性能影响远比填料的影响要小，能带来可观的经济效益。在用其它树脂作载体制作填充母料时，为了提高填充母料的加工流动性和在基体树脂中的分散性，常常加入少量的回收聚苯乙烯。

由于填充母料的生产成本主要取决于载体树脂，又因载体树脂在母料中的含量较少，对一般填充改性的塑料制品的性能影响不大，为了降低母料成本，常常选用废旧聚乙烯、聚丙烯塑料或聚乙烯一聚丙烯复合膜的边角料作载体。

填充母料助剂

聚烯烃填充母料使用的助剂品种主要是分散剂和表面处理剂。分散剂的作用是改善母料加工流动性，有利于母料在基体树脂中更均匀地分散。常用的分散剂有：白油（液体石蜡）、石蜡、邻苯二甲酸二辛酯（BOP）、低相对分子质量聚乙烯（聚乙烯蜡）及硬脂酸等。常用分散剂的主要性能，可以根据填料和载体树脂的性能特征选择使用。表面处理剂可以改变无机填料表面活性，使之由亲水性转化为亲油性，以利于和载体树脂混合，主要有偶联剂和硬脂酸两类，为了产品分散性更好，更光亮可以添加EBS，流动改性剂等。