热处理设备复习题Word文件下载.docx

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不同的材料的传热系数差别很大，对流传热还与流体的流速、温度、黏度有关，辐射传热还与材料的黑度、角度系数、表面粗糙程度有关。

3．写出单层稳定态传导传热计算公式。

φ=

或q=

4．有一双层炉墙，第一层是重质耐火粘土砖厚113mm，第二层为硅藻土砖厚230mm，炉墙内表面温度为950℃，炉墙平均散热面积为2m2，试求通过炉墙的散热损失。

根据我国部颁标准，当环境温度为20℃时、工作温度为700～1000℃的电炉，炉壳温升为≤50℃。

预先假设炉墙外表面温度为50℃，则

t1－t3=900℃且δ1=0.113mδ2=0.230m

为计算各层炉衬材料的导热系数，还需假设t2=900℃。

则轻质耐火粘土砖的导热系数λ1为：

λ1=0.698+0.64×

t均1=0.698+0.64×

=1.29〔W/（m·

℃）〕

硅藻土砖的导热系数λ2为：

λ2=0.104+0.232×

=0.214〔W/（m·

将求得的λ1和λ2代入公式，就可求得比热流量。

q=

=774.5（W/m2）

验算交界面温度t2

t2=t1－q

=950－774.5

=882℃

与原假设误差为

≈2%

误差小于5%，故原假设可用。

验算炉墙外表面温度t3略

最后就可以求出2m2炉墙的传导热损失量φ=q·

S=774.5×

2=1549（W）。

5．写出黑体及灰体全辐射力公式。

Eb=

=Cb

φ=ES=εCb

S

Cb黑体的辐射系数，φ灰体或实际物体的辐射力，ε灰体或实际物体的黑度。

6．根据被加热工件黑度的不同，比较普通加热炉与真空炉对工件的加热速度（即炉膛对工件的辐射热交换量）。

另一种比较，当工件散放的表面积比堆放的表面积增加1倍时，炉膛对工件的辐射热交换量的增减倍数是＞1、＜1、＝1？

为什么？

普通炉加热时工件有氧化，工件表面黑度大，而真空加热工件表面黑度小，加热速度慢于普通炉。

当工件散放的表面积比堆放的表面积增加1倍时，炉膛对工件的辐射热交换量的增减倍数是＜1，主要原因参见例1-4，S1虽然增加了一倍，但φ12不是1而是小于1。

7．有一浴炉，浴面面积为0.5m2，试比较其在1200℃、540℃时的热损失。

φ=ES=εCb

S=0.89×

5.67

=118.78（kW）

S=0.74×

=9.165（kW）

8．说明影响对流换热系数的因素，比较铅浴、盐浴、空气的加热速度以及盐浴、水、空气的冷却速度，为什么？

对流传热与流体的流速、流体性质（层流、紊流）、温度、黏度、密度有关，铅、盐、水、空气的密度有较大差异，密度大者的加热速度以及冷却速度均大于密度小者。

第二单元综合训练题答案

1、填空题

1．热平衡计算法中热量支出项目有加热工件的有效热、炉衬散失的热、炉墙积蓄的热量、

通过炉门和缝隙溢出热气损失的热量、炉门和缝隙辐射出的热量、炉内工夹具、支架等所消耗的热量、

加热可控气氛所需的热量、其它热损失。

连续加热炉不考虑哪项热量支出炉墙积蓄的热量，炉子热效率表达公式为η=Φ效/Φ总。

2．金属电热元件加热的高温电阻炉的最高工作温度一般是1200℃，非金属电热元件加热的高温电阻炉的最高工作温度是1350℃。

3．电热元件数目及元件电阻值相同，相电压相同时，∆接法的功率是Y接法的a。

a.3倍b.1/3倍c.1倍

4．电阻炉低、中、高温度的划分是d、b、a，对应炉型号表示方式为g、

h、i。

a.＞1000℃b.650℃～1000℃c.≦650℃d.≦550℃e.12f.13g.6h.9i.12或13

5．电阻炉中常用的电热元件材料有a,b，0Cr25Al5优于Cr20Ni80的原因f,g,I,k,n。

a.铁铬铝系b.镍铬系c.石墨d.碳化硅e.二硅化钼f.合金及贵重合金质量分数低g.电阻率高h.电阻率低i.W允高J.W允低k.工作温度高l.工作温度低m.电热元件长方便布置n,电热元件短便于布置

6．高温电阻炉使用的电热元件材料有c,d,e,f,g。

a.铁铬铝系b.镍铬系c.石墨d.碳化硅e.二硅化钼f.钨或钼g.高温高电阻合金

1．W允、敞露型、封闭型。

在计算电热元件尺寸时，表面负荷率应有一个允许的数值，称为允许表面负荷率W允。

炉侧墙电热元件为敞露型，炉底、有罐、服饰管电热元件属于封闭型。

2．举例说明影响W允的三个主要因素并解释之。

W允的确定与元件的材料、工作温度、散热条件等因数有关。

如0Cr25Al5 

比CR20Ni80高，为防止电热元件烧坏，电热元件表面温度越高，W允不能高了。

散热条件好，不易烧坏电热元件，故W允可以取高些。

3．说明低温井式电阻炉的结构特点、结构的作用及选用，比较低温井式电阻炉与中温井式电阻炉结构。

低温井式电阻炉的结构特点有电风扇、料框、导风装，为了增加低温的对流传热。

低温退火、低温回火、时效均可以选用低温井式电阻炉。

中温井式电阻炉结构无电风扇、料框、导风装置，多用于退火、淬火。

4．比较井式气体渗碳炉与低温井式电阻炉结构的异同，比较两者电风扇作用的主次。

均有电风扇和料框，炉体结构相同。

低温炉的炉盖在炉面以上，渗碳炉的炉盖在炉面以下，低温炉料框既有导流作用，又有防止电热元件对工件直接辐射造成工件局部过热的作用，渗碳炉的马弗罐是个密封罐。

渗碳炉电风扇主要作用是增加渗碳气氛的流动以使气氛均匀，低温炉电风扇主要作用是增加炉气的对流以使炉温均匀。

5．根据热平衡计算法，说明如何提高电阻炉的热效率？

试提出改造、维修、提高电阻炉性能的措施。

1.减少炉衬散失的热，使用低导热系数的筑炉材料。

2.减少炉墙积蓄的热量，一是使用低导热系数的筑炉材料，二是采用连续式作业。

3.减少炉内工夹具、支架等所消耗的热量，使用耐热钢材料制作工装夹具及支架。

4.减少通过炉门和缝隙溢出热气损失的热量、炉门和缝隙辐射出的热量，增加炉体及炉门的密封性。

使用耐火纤维替代耐火砖，使用耐火纤维贴在炉墙内侧或炉墙外侧，增加炉体及炉门的密封性，尽量使用电风扇，使用带状电热元件等。

6．45kW低温井式电阻炉，选用0Cr25Al5线状电热元件，供电电压为380V，试计算电热元件的尺寸及结构尺寸（绘出炉型及电热元件结构尺寸的布置草图）。

选择另一种接线方法进行设计。

参考例2-1，采用星形接法，相电压为220V，低温炉W允取40-50kw/m2，电阻丝直径4.0mm，总长度约3×

27=81m。

采用三角形接法，相电压为380V，低温炉W允取40-50kw/m2，电阻丝直径3.0mm，总长度约3×

47=141m。

7．有一箱式电阻炉，炉膛尺寸为1200×

900×

850mm，最高工作温度为950℃，试用经验法确定炉子所需要的功率并分别设计两种线状0Cr25Al5、Cr20Ni80电热元件的基本尺寸和在炉膛侧墙的布置（绘出草图）。

当电阻丝的功率、位置一定时，说明影响电阻丝长度的四个因素及原因。

1.炉膛体积（，1.2×

0.9×

0.85=0.92m3）对应炉子功率见图2-14约90KW，0Cr25Al5电热元件的基本尺寸和在炉膛侧墙的布置,参见例2-2。

Cr20Ni80，采用星形接法，相电压为220V，W允取8kw/m2，

d=

=

≈10.5（mm）

每相电热元件长度L和总长度L总：

L=

=

=116（m）

L总=116×

3=349（m）

电热元件的布置提示，因电阻丝很长，布置时要增加电阻丝的排数方能布置的下。

8．设计一台炉膛尺寸为1000×

500×

400，最高工作温度为1200℃的箱式电阻炉。

设计出该炉的功率、炉体结构、电热元件尺寸及电热元件在炉门炉底炉侧墙炉后墙的布置。

提示，1.注意炉温、电热元件材料、炉底侧墙所对应的W允，2.可以考虑炉底、两炉侧墙、炉门及炉后墙各占总功率的1/4。

第三单元综合训练题答案

1．盐浴炉对环境污染的形式有盐蒸气，残盐，残盐对工件表面有腐蚀作用，特别是硝盐盐，需对残盐进行清理。

2．浴炉中加热速度最快的是铅浴炉、其次是盐浴炉或碱浴炉、最慢的是油浴炉，原因是

主要是在对流传热和传导传热时，传热介质的密度越大传热量也越大。

3．电极盐浴炉的发热体是f,h，常用电极材料是e,g；

外热式浴炉的发热体是b,c，电发热体材料是b,e。

a.固态的盐b.合金电阻丝c.燃料d.低碳钢e.不锈钢f.液态的盐g.石墨h.熔盐

4．侧埋式电极盐浴炉的电极间距为炉膛尺寸的c；

炉膛宽度受限最大的是h，其次是g。

a.高b.长c.宽d.外热式电阻加热浴炉e.内热式电阻加热浴炉f.插入式电极盐浴炉g.顶埋式电极盐浴炉h.侧埋式电极盐浴炉

5．中、高温顶埋式电极盐浴炉的电极端部的间距一般为d。

a.炉膛宽b.炉膛长c.50～100mmd.65～130mme.＞230mm

6．高温浴炉用盐主要是b，中温浴炉用盐主要是c，低温浴炉用盐主要是a，三硝、二硝、NaCl、BaCl2、NaOH使用温度（℃）范围分别是e、d、g、f、h。

a.硝盐b.钡盐c.钠盐d.150~550e.140~260f.1100~1350g.850~1100h.350~700

1．热处理浴炉的浴剂有哪几种？

最常用的浴剂是哪一种？

应用范围更广的是电极盐浴炉还是电阻加热浴炉？

。

铅浴、碱浴、盐浴、油浴，最常用的是盐浴，高、中、低温性均好。

电极盐浴炉高温性好，电阻加热浴炉主要是低温性好。

2．从加热介质、发热体、加热方式、性能（炉温高低、加热速度、温度均匀性等）与应用（适用工艺、工件大小等）方面，比较电极盐浴炉、电阻加热浴炉、箱式电阻炉、井式电阻炉突出的优缺点。

电极盐浴炉高中低温性均好、加热速度快、炉温均匀性较好、工件氧化脱碳少、除能进行多种加热工艺外还可进行冷却工艺，高温炉只能处理小型工件。

3．说明电极盐浴炉的节能措施，如何选择浴剂？

根据表3-13可以分析出接纳方法及措施。

浴剂的选择是炉温不能超出浴剂熔点太多。

4．设计一台内热式低温电阻加热浴炉，其生产率为200kg/h。

P=Vyp0=（G1/τ）g/熔盐密度p0=〔200×

7.5/1850〕×

0.09=810dm3×

0.09=72.9KW。

取整，该浴炉的功率为80KW。

5．设计一台高温插入式电极盐浴炉，其一次装炉量为50kg。

设计出该炉的功率、坩埚尺寸、炉体尺寸、电极尺寸和布置，绘出结构草图。

1.计算工件尺寸，边长为50/7.8≈6.4dm3185×

185×

185mm，高温加热按12秒/毫米计算，约需0.5小时。

2.计算功率P=Vyp0=（G1/τ）g/熔盐密度p0=〔（50/0.5）×

1.5〕/2980×

1=50dm3×

1=50KW。

炉膛尺寸用类比法确定，类比表3-2RYD-45-13340×

260×

600/45KW=340×

炉宽×

600/50KW，

50KW炉宽为289mm。

3.坩埚及保温层尺寸见表3-7，炉体尺寸还要加上炉胆和炉壳尺寸。

4.电极尺寸参见表3-8为单相两极，边长为75mm。

5.结构草图参见图3-7。

6．已知盐浴炉炉膛尺寸为300mm×

250mm×

550mm（长×

宽×

深），最高工作温度为900℃，盐浴成分为78%BaCl2+22%NaCl，求炉子功率及顶埋式电极尺寸。

炉子功率使用类比法，参见表3-4，RDM-30-8，300×

200×

700/30KW=300×

550/炉功率，炉功率计算值23.6KW,取整为25KW。

电极尺寸参见RDM-30-8，注意：

当炉膛尺寸或炉子功率与类比表中差别大时，电极尺寸用P66页

（2）埋入式电极盐浴炉参数的经验数据法确定。

7．设计一台单相侧埋式电极盐浴炉，最高工作温度850℃，盐浴成分28%NaCl+72%CaCl2，料筐尺寸为150×

300mm，试确定炉膛尺寸、炉子功率、炉子生产率、电极尺寸，并选择变压器。

1.炉膛尺寸为料筐尺寸每边加50mm左右，高度方向多加一些，长宽方向少加一些，粗部确定炉膛尺寸为210×

450mm。

2.炉子功率按表3-3，DM-50-8类比确定，300×

350×

600/50KW=230×

280×

460/炉子功率，炉子功率23.5KW，取整为25KW。

3.炉子生产率可以按照料筐装填工件重量/工件加热时间。

4.电极尺寸参考DM-50-8。

8．根据上题计算结果，确定坩埚尺寸及炉体结构，确定启动电阻体的形状和尺寸。

坩埚及炉体尺寸的确定同上面第5题，启动电阻体的形状和尺寸参见图3-15.

第四单元综合训练题答案

1．高频感应加热装置常用频率为d，装置种类有f、h；

中频感应加热装置常用频率为a,b，装置种类有e、g。

a.2500Hzb.8000Hzc.30~40kHzd.200~300kHze.机械式f.电子管式g.晶闸管式h.晶体管式

2．感应加热的效应有集肤效应、环流效应、尖角效应、邻近效应。

3．零件表面过热度由大到小是a，原因是f。

a.高频感应加热、中频感应加热、火焰加热b.火焰加热、高频感应加热、中频感应加热c.火焰加热不是传导加热d.火焰加热是传导加热，比透热式加热的速度慢易过热e.透热式加热速度快不易过热f.高频集肤效应大于中频易过热g.中频集肤效应大于高频易过热

4．中频感应器最高输出电压为d，高频淬火变压器电压降到a。

a.1000伏左右b.10000伏左右c.15~100伏d.650伏

5．100kW8kHz中频电源同时加热淬火的最大面积为c。

a.50cm2b.100cm2c.125cm2

6．感应连续加热比功率a同时加热比功率，连续感应加热淬火常用于e。

a.大于b.小于c.长型工件d.小型工件e.设备容量小，工件大f.设备容量大，工件小

1．冷透入深度，热透入深度，透热式加热，传导式加热，深层加热，导磁体。

1.导磁率μ值在低温时很大，在居里点以下的透入深度称为冷透入深度，以Δ冷表示，Δ冷≈40/

2.在居里点以上时，其失磁层μ值降低为1，在居里点以上的透入深度，称为热透入深度，以Δ热表示，Δ热≈500/

3.透热式加热，即淬硬层深度δ≤Δ。

4.传导式加热，即δ＞Δ。

5.低频率易实现深层加热。

6.感应加热内孔表面以及感应加热平面，需要导磁体的驱流作用。

2．有一直径为40mm的钢制零件，要求表面淬火深度为2mm，若进行连续淬火，感应圈高度为lcm，问应选用何种类型设备为宜？

设计并绘制出感应器结构图。

1.采用高频设备，P总＝PbS=比功率3×

3.14×

（4+间隙0.3）×

1=40.5KW。

2.感应器结构参见图4-10，表4-10序号19f。

3．晶闸管中频与机式中频相比有哪些主要优点？

目前尚存在那些问题？

1.产品设计简单，制造方便，不需大量的加工设备，生产周期较短。

体积小、重量轻，节省硅钢片、铜材和钢材。

电效率高，感应加热用的晶闸管中频电源装置效率一般在90%以上。

由于晶闸管中频电源没有旋转部分，故运行可靠，维护简单，运行中噪声和振动较小。

晶闸管中频电源在运行中，能根据负载变化自动调整频率，无需频繁切换补偿电容器,使设备在工作过程中功率因数基本上保持不变。

系统的输出功率一直保持在额定值上，从而能在较短时间内完成对工件的感应加热。

易于实现自动控制，适用于加热过程自动化。

安装简单，不需特殊的基础，运输移动方便。

2．晶闸管中频电源与发电机组相比，也存在一定的缺点，主要是由于受晶闸管元件过流和过压能力的限制，晶闸管中频电源的过载能力较差，因此整个设备的保护系统较复杂。

4．有一直径为40mm的轴，要求淬硬深度为4～6mm，采用连续加热淬火工艺，感应圈高度为100mm，问电源输出功率应为多少（比功率取2.6kW/cm2）？

选何种型号的感应加热设备为宜？

1.P总＝PbS=比功率2.6×

10=351KW，选择晶闸管中频装置KGP350。

2.感应器结构参见图4-11，表4-11序号3e。

第五单元综合训练题答案

1．仪表的指示值与被测量的真值之差称为d,e，绝对误差的最大允许值与仪表测量范围（即量程）的百分比称为b，仪表的基本误差限去掉“%”的绝对值称为仪表的f。

a.基本误差b.基本误差限c.指示误差d.误差e.绝对误差f.精确度g.灵敏度

2．常用热电偶WRP、WRN、WRE的名称铂铑10-铂、镍铬-镍硅、镍铬-铜镍，它们对应的测温范围是0~1600℃、-200~1000℃、-200~800℃，高温炉、中温炉、低温炉对应热电偶为铂铑10-铂、镍铬-镍硅、镍铬-铜镍。

3．碳势测量精度由高到低的方法分别为氧探头、CO2红外仪、露点仪，其反应速度由快到慢分别是氧探头、CO2红外仪、露点仪，其中氧探头是直接测量，所以误差小、反应速度也快。

4．P、I、D的名称c、b、d，P、I、D、PID、PID调节作用的特点分别是f、

g、h、i、j。

a.位式调节b.积分调节c.比例调节d.微分调节e.位式调节器具有结构简单、使用方便等优点f.比例调节的特点是偏差大时，粗调作用明显，反应快，当偏差出现时，调节作用立即见效，它但不能消除静差g.积分调节能消除静差，但调节作用缓慢，有滞后现象h.微分调节是一有偏差，即产生大幅度的校正信号，调节作用变化最快，但不能消除静差。

i..比例调节是对大偏差的粗调作用快、对小偏差作用慢、其静差可结合积分调节加以消除，能根据偏差大小，按比例输出信号使偏差较快地得到校正，而积分调节最终能消除静差，微分调节对炉温的突然变化有作用则实现了所谓的“超前”调节作用（能快速产生大幅度校正信号，调节速度和幅度远大于比例调节）、微分调节+积分调节有克服积分调节速度慢滞后的作用、微分调节+比例调节有克服单纯比例调节对小偏差调节速度慢的作用大大缩短了调节时间。

J.调节精度高，死区小。

K.调节精度低，死区大。

1．二位式控制，连续控制，炉温均匀性，炉温稳定性。

1.只有通、断两种控制状态。

2.PID属于连续控制。

3.炉膛不同位置温度的差异，为炉温达均匀性。

4.炉膛同一位置温度随时间的变化而出现的不同值，为炉温的稳定性。

2．有一测量范围为0~1100℃的测温仪表，最大允许误差在500℃测温点上，其指示值为505℃，试求：

①该温度点的绝对误差；

②仪表的精确度。

1.△x=x—A=505—500=5℃2.k=（5/1100）×

100=0.45

3．用铂铑一铂热电偶测量炉温，冷端温度t0=25℃，用直流电位差计测得热电势E（t、t0）=10.723mV，求炉内实际温度。

E（t、0℃）＝E（t、25℃）+E（25℃、0℃）＝10.723mV＋0.143mV＝10.866mV，查附录可知炉温t为1112℃。

4．说明热电偶保护管的尺寸及材料、热电偶的安装位置及深度、控温仪表精确度对炉温波动及测温精度的影响，将上述情况确定，说明减小炉温波动的主要方法及理由。

1.热电偶保护管尺寸大、材料的传热慢的瓷管、安装太靠近电热元件、安装深度不够时，炉温波动大、测温精度低。

2.炉子功率过大（升温快）、保温性好（升温快）、工件装炉量过大（热惯性大）、二位式控制（保温阶段功率过大）、炉膛内未加电风扇或导风装置不良（炉内热气流不均）等情况均增加了炉温的波动，反之则炉温波动减少。

5．用WRP热电偶测量实际炉温为1000℃的炉温时，热电偶接线盒处的温度为40℃，若不用补偿导线而用铜导线与测温仪表连接，连接处的温度为20℃，仪表指示温度为多少？

若用补偿导线，仪表指示温度又为多少？

若补偿导线极性接反，仪表指示温度应为多少？

（以上三种情况均不计仪表本身误差，仪表按有冷端温度自动补偿与无冷端温度自动补偿两种情况分别进行计算）。

当仪表有冷端温度自动补偿时

1.E（t、0℃）＝E（1000℃、40℃）+E（20℃、0℃）＝9.098mV＋0.113mV＝9.211mV，查附录可知仪表指示温度为970℃（未接补偿导线）。

2.E（t、0℃）＝E（1000℃、20℃）+E（20℃、0℃）=9.326mv+0.113mV=