在标准箱式炉中，热量通过热辐射和对流的动态组合传递给工件。主要热源——无论是电加热元件还是燃气燃烧——加热内部气氛和炉壁，然后将能量传递给正在加工的材料。在炉操作的典型高温下，辐射是主要的传热机制。
需要理解的核心原则是，虽然对流和辐射始终同时存在，但它们的重要性随温度的变化而显著改变。随着炉子温度升高，辐射传热迅速超越对流传热，成为加热材料的主要方式。
热传递的双重机制
箱式炉不是通过单一方法加热材料的。相反，它依赖于两种截然不同但相互补充的物理过程协同作用。
热辐射：主要驱动力
热辐射是通过电磁波传递能量。它不需要介质，这就是为什么即使距离较远也能感受到火焰的热量。
在炉子中，辐射主要来自两个来源：热炉气（如果存在）和热的内壁（耐火衬里）。这些表面向各个方向辐射热量，撞击工件、其他炉壁和炉顶。
循环辐射的概念
这个过程并非简单的单向传递。当辐射撞击工件表面或对面的炉壁时，一部分能量被吸收，一部分被反射。
然后，这些反射能量继续传播，直到撞击另一个表面，在那里它可能再次被吸收或反射。这创造了一种“循环辐射”效应，确保热量分布在整个炉膛中，而不仅仅是加热元件的直接视线范围内。
对流传热：气体运动的作用
对流是通过流体（在此情况下是炉内的热气体或气氛）的运动进行的热传递。
当气体被加热时，它在炉膛内循环，携带热能。当这种热气体接触到工件较冷的表面时，它会直接传递热量。这在初始加热阶段最为显著。
温度的关键作用
辐射和对流之间的平衡不是静态的；它完全取决于炉子的工作温度。
临界点
在较低温度下，对流和辐射对热传递的影响几乎相等。热气体的运动是使零件达到初始温度的一种非常有效的方式。
然而，辐射传热的功率随温度的四次方而增加（斯特潘-玻尔兹曼定律）。这意味着随着炉子变得更热，其效应呈指数增长。
辐射主导时
资料表明，临界点大约在 800°C（约1475°F）。高于此温度时，对流传热的贡献变得不那么重要，而辐射传热则占据绝对主导地位。
对于淬火、退火或烧结等高温工艺，您可以假设几乎所有的热传递都是由炉壁、炉顶和加热元件的辐射驱动的。
理解效率低下和热损失
理想的炉子会将其产生的100%热量传递给工件。然而，在现实中，能量总是会损失到周围环境。
通过传导的热损失
热损失的主要途径是通过炉子结构的传导。热量缓慢地穿过绝缘材料本身，并更快地沿着任何穿透件传递。
这些穿透件包括结构部件，如元件支架、炉膛支柱以及热电偶或气体喷嘴的开口。它们充当热桥，将热量从炉膛传导到炉架和周围空气中。
不均匀加热的挑战
深入理解这些传热模式对于确保工件均匀加热至关重要。过度依赖单一机制或糟糕的炉子设计可能导致热点和冷点，从而导致材料性能不一致、翘曲或其他工艺故障。
为您的工艺做出正确的选择
了解热量如何在您的炉子中传递是优化工艺效率和质量的关键。
- 如果您的主要重点是低温工艺（低于800°C）： 请密切关注气体循环，因为对流在实现均匀加热方面起着主要作用。
- 如果您的主要重点是高温工艺（高于800°C）： 您的主要关注点是辐射。确保工件能清晰地“看到”热炉壁和元件，以实现高效均匀的热吸收。
- 如果您在真空环境中工作： 对流是不可能的。热传递几乎完全通过辐射发生，与炉膛接触点之间有一些微小的传导。
掌握这些原理能让您从简单地操作炉子转变为真正控制热处理过程。
摘要表：
| 机制 | 在热传递中的作用 | 主要特点 |
|---|---|---|
| 热辐射 | 在高温下（>800°C）占主导地位 | 通过电磁波传递能量，不需要介质 |
| 对流 | 在低温下（<800°C）显著 | 涉及热气体的运动以传递热量 |
| 传导 | 热损失的主要来源 | 通过炉子结构和穿透件发生 |
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