材料加熱爐基礎

前言

材料的制備、成型及其性能的提升總是離不開受熱，比如，金屬材料的成型及熱處理，無機非金屬材料的燒結，大多數(shù)高分子材料的成型等，這些都需要各種加熱設備作保證。因此，加熱裝備及其性能和特點成為材料工作者與生產(chǎn)技術人員越來越關注的焦點。加熱爐是實現(xiàn)材料加熱工藝過程的主要設備，加熱爐性能的優(yōu)劣對材料的制備、處理工藝過程及組織性能會產(chǎn)生直接影響。為了實現(xiàn)不同的加熱過程，不同材料行業(yè)采用加熱設備的形式和結構有所不同。近年來，不同行業(yè)加熱爐設計技術相互融合，發(fā)展較快，新的加熱技術和加熱爐層出不窮。為滿足材料科學與工程專業(yè)的教學需要和材料研究、開發(fā)、生產(chǎn)對加熱爐設計和使用的需求，在繼承以往相關教材及專著精華的基礎上，筆者結合多年來從事加熱爐教學和科研工作的體會與經(jīng)驗，吸納有關加熱爐研究的新成果編寫了本教材。本教材融合了各類材料加熱爐的設計基礎，注重材料加熱爐設計的基本思路和方法。其主要內(nèi)容包括材料加熱爐的類型及特點，爐內(nèi)氣氛特性、選用及設計，爐氣運動分析與控制，加熱爐內(nèi)傳熱分析與計算，材料加熱爐設計內(nèi)容及步驟，爐用材料及選擇，加熱爐爐體結構及設計，加熱爐功率的設計計算方法，加熱元件材料選用和尺寸設計，材料加熱爐技術指標及測試。在最后一章介紹了幾種高溫加熱技術及設備特點。在介紹加熱爐設計基礎知識和方法時，給出了若干例題、思考題和習題，借以使學生在更好地掌握基本內(nèi)容的同時，有利于培養(yǎng)分析和解決實際問題的能力。本書也可作為科研工作者和生產(chǎn)技術人員的參考書籍。主審谷臣清教授對教材的編寫提出了許多寶貴的修改意見，在此表示感謝。在編寫過程中得到西安理工大學材料學院同事的熱情關心和支持，在此一并表示致謝。本教材的部分設計用數(shù)據(jù)、圖片及資料，選自有關書刊，在此謹向各原著者表示謝意。由于學術水平所限，書中不妥之處在所難免，敬請讀者批評指正。

內(nèi)容概要

《材料加熱爐基礎》主要內(nèi)容包括材料加熱爐爐內(nèi)氣氛、加熱爐傳熱分析計算以及材料加熱爐結構尺寸、功率設計基礎。書中分別介紹了爐用保護氣氛選用與設計、真空氣氛的特點、爐內(nèi)氣體運動狀態(tài)分析、爐內(nèi)傳熱分析計算、爐型選擇及爐膛尺寸設計、爐用材料、電阻爐爐體結構及功率設計、電熱元件（體）結構及尺寸設計、常用材料加熱爐及獲得高溫的材料先進加熱技術和設備。在注重加熱爐基礎介紹的同時，列舉了大量例題、思考題和習題以及設計實例，以便于讀者對相關內(nèi)容的進一步理解，以及對加熱爐設計方法的掌握。
《材料加熱爐基礎》可以作為材料類專業(yè)本科生教材或教學參考書，也可供從事材料研究和開發(fā)的生產(chǎn)、科技人員學習與參考。

書籍目錄

第1章 概述1.1 材料工程裝備及分類1.2 材料加熱爐類型及其選用1.3 材料加熱爐技術的發(fā)展趨勢思考題第2章 材料加熱爐內(nèi)氣氛選用及設計基礎2.1 材料在加熱氣氛中的氧化還原反應分析2.2 材料無氧加熱氣氛的選擇與設計基礎2.3 材料加熱常用保護氣氛的種類及選用2.4 真空及真空氣氛加熱技術特點2.5 材料制備用活性氣氛及其控制思考題習題第3章 加熱爐內(nèi)爐氣的運動狀態(tài)3.1 靜止爐氣的能量和能量轉(zhuǎn)換3.2 運動爐氣的能量與能量轉(zhuǎn)化3.3 爐內(nèi)爐氣運動的動力和形態(tài)思考題習題第4章 加熱爐內(nèi)傳熱過程分析與計算基礎4.1 傳熱的基本概念4.2 加熱爐內(nèi)傳導傳熱分析與計算4.3 加熱爐內(nèi)對流換熱分析與計算4.4 加熱爐內(nèi)輻射換熱分析與計算4.5 加熱爐內(nèi)綜合傳熱的分析與計算思考題習題第5章 材料加熱爐爐型及爐膛尺寸設計5.1 材料加熱爐的設計內(nèi)容與步驟5.2 爐型的確定5.3 爐膛尺寸的設計思考題習題第6章 材料加熱爐爐用材料及選用6.1 加熱爐用耐火材料6.2 加熱爐用保溫材料6.3 加熱爐耐熱構件用金屬材料6.4 加熱爐用電熱材料及其主要性能指標6.5 電熱合金6.6 高熔點金屬電熱材料6.7 非金屬電熱材料思考題第7章 材料加熱爐爐體結構及設計7.1 爐體結構及設計技術要求7.2 熱壁式爐體結構及設計7.3 冷壁式爐體結構及設計思考題第8章 材料加熱爐功率設計8.1 加熱爐的功率確定8.2 加熱爐功率的分配8.3 接線方法8.4 加熱爐功率的調(diào)節(jié)思考題習題第9章 材料加熱爐電熱元件設計9.1 電熱材料的表面允許功率負荷確定9.2 電熱合金電熱元件設計9.3 高熔點金屬電熱體的設計9.4 非金屬電熱元件設計與安裝思考題習題第10章 實現(xiàn)高溫的加熱技術簡介10.1 氧化物高溫電阻爐10.2 感應加熱及感應加熱爐10.3 電弧爐與弧像爐10.4 電子束爐10.5 等離子爐10.6 太陽能加熱爐10.7 微波加熱爐思考題參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：中國是最早使用加熱手段進行材料生產(chǎn)的國家之一，早在半坡文化時期就燒制了各種陶器，2000多年前已掌握銅和鐵冶煉的加熱技術。在陶瓷燒制鼎盛時期，陶瓷器以不同地區(qū)不同窯爐命名，如燒制耀州瓷器的窯爐稱為耀州窯。到了近代，由于歐洲工業(yè)生產(chǎn)的迅猛發(fā)展，工業(yè)加熱技術和加熱爐性能得到全面提升。中國從20世紀50年代以后才開始大力發(fā)展自己的工業(yè)，加熱技術主要來自蘇聯(lián)。20世紀80年后代引進歐、美、日技術，如德國的德固沙技術、奧地利的愛協(xié)林技術、美國的易普生技術。20世紀90年代，在引進、消化、吸收國外技術的基礎上，國內(nèi)工業(yè)加熱技術得到全面發(fā)展，其設計制造水平大幅度地提高。進入21世紀后，隨著傳統(tǒng)材料工藝改進和先進材料開發(fā)的需要，各類加熱爐層出不窮。目前已形成了較為完整的材料工程裝備體系。1.1 材料工程裝備及分類材料裝備是所有材料制備及處理用設備的總稱，它是為保證材料的成分、改善材料的組織結構、提升材料的性能、實現(xiàn)材料工藝過程而設計的硬件設備。目前，材料裝備種類繁多、功能豐富，主要用于新材料研制、開發(fā)和生產(chǎn)。按材料工作的性質(zhì)，可將材料裝備分為材料研究裝備、材料開發(fā)裝備及用于生產(chǎn)的材料工程裝備。由于工作的性質(zhì)和側(cè)重點不同，對材料裝備的要求也就不同。材料研究裝備主要為了滿足研究者弄清材料組織結構與性能的變化規(guī)律的需要。材料開發(fā)裝備主要用于先進材料的研制和生產(chǎn)工藝的中試。材料工程裝備主要完成材料生產(chǎn)工藝過程，保證在較高生產(chǎn)效率和較低生產(chǎn)成本要求下的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。一般用作材料研制和開發(fā)使用的材料裝備尺寸較小，但功能要求更齊全，氣氛和溫度控制要求更嚴格，工藝適應性要求更強。它除了采用與材料工程裝備相類似的裝備外，還包括了大量用于材料成分、組織結構和性能的分析與檢測，以及工藝過程參數(shù)測量與控制的各種設備和裝置。作為材料生產(chǎn)用的材料工程裝備，按其在工藝過程中的作用和地位可將其分為主要裝備及輔助裝備兩大類，如表1.1所示。主要裝備包括加熱爐、加熱裝置、冷卻設備、熱工測量控制儀表及計算機。它用于完成材料工藝過程中的主要操作，包括加熱及冷卻。輔助裝備包括清理設備、檢驗設備、矯正設備、加熱冷卻介質(zhì)制備及處理設備等，用于完成材料工藝過程中的輔助操作、各種輔助工序、動力供應及保證生產(chǎn)安全等任務。材料工程裝備要求其性能穩(wěn)定、工藝運行可靠、操作方便和便于維盧維修，一般采用技術較成熟的裝備。

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《材料加熱爐基礎》為高等學校教材·材料科學系列

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