《热处理设备》复习题.docx

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《热处理设备》复习题

热处理设备复习题

第一单元综合训练题答案

一、填空题

1．常用耐火材料有（粘土砖、高铝砖、耐火混凝土制品及各种耐火纤维），它们的最高使用温度分别为

（1350℃、1500℃、600~1460℃、1100~1600℃）。

2．荷重软化开始点是指在一定压力条件下，以一定的升温速度加热，测出样品开始变形量为0.6%

的温度。

3．抗渗碳砖是Fe2O3含量a的耐火材砖。

a.＜1%b.＞1%c.＞2%

4．常用隔热材料有（硅藻土、蛭石、矿渣棉、石棉以及珍珠岩制品），其中最低使用温度及材料是石棉、500℃。

5．传热的基本方式有传导、对流、辐射，综合传热为同时具有两种或两种以上的单一传热。

6．电阻丝对炉墙的传热是b，炉墙对车间的传热是b，电阻丝对炉墙对车间的传热包括了e，通过炉墙的传热是a，上述四者中传热量较大或热阻较小（可忽略不计）的是h、

热阻较大的是k；燃气对工件的传热是b。

a.传导b.对流+辐射c.辐射+传导d.辐射e.辐射+传导+对流g.传导+对流h.电阻丝对炉墙的传热i.炉墙对车间的传热k.通过炉墙的传热

7．影响“黑度”的因素有b、d、e、g、f。

a.时间b.表面粗糙度c.传热面积d.温度e.物体的材料f.物体的形状g.物体的颜色h.角度系数

8．增强传热（含炉温均匀性）有a、s、d、g、h、k、n、o，削弱传热有d、e、f、i、j、l、m、p。

a.加大温差b.增加传热面积c.增加风扇d.加大气孔率e.减小热导率f.增加隔板g.增加导风系统h.箱式炉膛改圆形炉膛i.圆形炉膛改箱式炉膛j.炉壳外刷银粉比砖墙或一般金属外壳k.增加黑度（如工件或炉壁表面涂覆高黑度磷化处理层或CO2红外涂料）l.降低黑度m.工件表面不氧化（真空、可控、保护、中性气氛加热）比工件表面氧化n.高速燃气烧嘴比低速燃气烧嘴o.燃气炉比空气炉p.空气炉比燃气炉

三、简答题

1．比较重质砖、轻质砖以及硅酸铝耐火纤维的主要性能，说明它们在热处理炉中的应用及应注意的问题。

试选择电阻丝搁板所用材料，并说明选择的依据。

答：

重质砖使用温度高于同材质的轻质砖，硅酸铝耐火纤维兼有耐火及保温性能，新型耐火纤维的使用温度高于重质砖。

重质砖多在炉底支撑砖，轻质砖多用于炉侧墙或炉顶，硅酸铝耐火纤维使用温度不要过高以防损坏。

电阻丝搁板通常选择高铝砖或刚玉材料，并说明选择的依据。

2．比较三种基本传热方式的异同。

答：

三种传热均与温差、传热面积、传热系数、传热时间成正比。

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。

答：

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。

答：

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。

答：

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？

答：

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。

答：

φ=ES=εCb

S=0.89×5.67

=118.78（kW）

φ=ES=εCb

S=0.74×5.67

=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？

答：

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

三、简答题

1．W允、敞露型、封闭型。

答：

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。

答：

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。

答：

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。

答：

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。

答：

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。

答：

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。

答：

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、填空题

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