井式爐課程設(shè)計(jì)說明書

1、試驗(yàn)設(shè)計(jì)及計(jì)算數(shù)據(jù)及結(jié)果一、設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)要求： 1、碳鋼淬火用爐中溫淬火爐；2、最高使用溫度900，生產(chǎn)率；3、畫出總裝圖、畫出爐襯圖、爐殼圖、電熱元件圖。二、爐型的選擇因?yàn)楣ぜ牧蠟樘间摚瑹崽幚砉に嚍榇慊?，?duì)于碳鋼最高溫度為900，選擇中溫爐（上限900）即可，同時(shí)工件為圓棒長軸類工件，因而選擇井式爐，并且無需大批量生產(chǎn)、工藝多變，則選擇周期式作業(yè)。綜上所述，選擇周期式中溫井式電阻爐，最高使用溫度900。三、爐膛尺寸的確定1、爐膛有效尺寸（爐底強(qiáng)度指標(biāo)法）1.1確定爐膛有效高度H由經(jīng)驗(yàn)公式可以得知，井式爐爐膛有效高度H應(yīng)為所加熱元件（或者料筐）的長度的基礎(chǔ)上加0.10.3m。H效=800+3

2、00=1100mm由于電阻爐采用三相供電，放置電熱元件的擱磚應(yīng)為3n層，H砌=3n(65+2)+67,取整后取n=5，得H砌=1072mm1.2確定爐膛內(nèi)徑D工件尺寸為1201700，裝爐量每爐9根,生產(chǎn)率245.3/h,對(duì)長軸類工件，工件間隙要大于等于工件直徑；工件與料框的間隙取100200 。D料=4120+120+2（100200）=9991199，取D料=1000D砌比D效大100mm至300mm，取D砌=1350mm。查表1得可用砌墻磚為8SL427446(A,B,R,r)=(168,190.8,765,675)型輕質(zhì)粘土扇形磚。由該磚圍成的爐體的弧長為S=D砌=3.141350=4

3、239mm磚的塊數(shù)為：4239168=25.2塊，取整后N=25，對(duì)D進(jìn)行修正得：D砌=251683.14=1350mm，取1350mm選用代號(hào)為SND-427-09的扇形擱磚每層擱磚數(shù)目為N=D砌50=84.78，取整為84塊。1.3爐口直徑的確定D效=1350mm，由于斜行楔形磚。H爐口D爐口dd=100200mm,取d=140mm則：D爐口=D砌 2d=1070號(hào)磚型為8SL 427 414(A,B,R,r)=(166,196,640,550)查表可以直接得到D=1070mm,N=20塊號(hào)磚型為8SL 427 498斜型楔形磚 D爐口=（74+2）N，將D爐口=1070mm代入，得N=4

4、4.2，取整后N=44。1.4爐口高度的確定按經(jīng)驗(yàn)，爐口可由斜行楔形磚和三層直行磚堆砌而成。故H爐口=（65+2）3+30=231mm綜上所述：D砌=1350mm，H砌=2077mm，D爐口=1070mm，H爐口=231mm四、爐體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 爐體包括爐壁、爐底、爐門、爐殼架幾部分。爐體通常用耐火層和保溫層構(gòu)成，尺寸與爐膛砌筑尺寸有關(guān)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足下列要求：（1）確定砌體的厚度尺寸要滿足強(qiáng)度要求，并應(yīng)與耐火磚、隔熱保溫磚的尺寸相吻合；（2）為了減少熱損失和縮短升溫時(shí)間，在滿足強(qiáng)度要求的前提下，應(yīng)盡量選用輕質(zhì)耐火材料；（3）耐火、隔熱保溫材料的使用溫度不能超過允許溫度，否則會(huì)降低使用壽命；（4）要

5、保證爐殼表面溫升小于50，否則會(huì)增大熱損失，使環(huán)境溫度升高，導(dǎo)致勞動(dòng)條件惡化。1、爐壁設(shè)計(jì)爐壁厚度可采用計(jì)算方法確定，下圖為井式爐爐壁三層結(jié)構(gòu)，第層為耐火層，其厚度一般為90mm，采用輕質(zhì)粘土磚RNG-0.6；第層為耐火纖維層，其厚度設(shè)計(jì)為40mm，采用普通硅酸鋁纖維；第層為保溫層，采用膨脹蛭石+硅藻土磚，其厚度可用計(jì)算求得。t1t2t3t4t0S1S2S3三層爐襯結(jié)構(gòu)在穩(wěn)定傳熱時(shí)，對(duì)各爐襯熱流密度相同。查表得，爐壁溫度60，室溫20是，所以RNG-0.6型輕質(zhì)粘土磚：密度 熱導(dǎo)率 比熱容硅酸鋁纖維： 密度 熱導(dǎo)率 比熱容 膨脹蛭石粉：密度 熱導(dǎo)率 比熱容 由=764.4使用迭代法計(jì)算t2，設(shè)

6、t2=660。則： 不滿足要求再次代入迭代：5%滿足條件。取186mm。2、爐底的設(shè)計(jì)爐底結(jié)構(gòu)通常是在爐底殼部的鋼板上用珍珠巖磚或硅藻土磚砌成方格子，各格子中填充蛭石粉。然后，在平鋪兩層硅藻土磚，最上面為一層輕質(zhì)粘土磚。爐底磚的厚度尺寸可參照爐壁的厚度尺寸，一般為230690mm。由于要承受爐內(nèi)工件的壓力，且裝出爐有沖擊的作用。故爐底板要求又較高強(qiáng)度。爐底剖面結(jié)構(gòu)如下圖：由底至上，第一層為膨脹蛭石粉和硅藻土磚復(fù)合層，第二層為硅藻土磚，第三層為輕質(zhì)粘土磚。結(jié)構(gòu)：厚度mm材料：砌磚型號(hào)：115膨脹蛭石粉+硅藻土磚B級(jí)BSL427280134硅藻土磚B級(jí)BSL42728067輕質(zhì)粘土磚RNG-1.0

7、RNG-1.03、爐蓋的設(shè)計(jì)爐頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)有平頂、拱頂和懸頂三種。當(dāng)爐子的寬度為6003000mm時(shí)，可采用拱頂，拱角可用60和90，其中使用最多的是60，這種拱頂稱為標(biāo)準(zhǔn)拱頂。拱頂是爐子最容易損壞的部位，拱頂受熱時(shí)耐火磚發(fā)生膨脹，造成砌拱頂時(shí)，為了減少拱頂向兩側(cè)的壓力，應(yīng)盡量采用輕質(zhì)的楔形磚與標(biāo)準(zhǔn)直角磚混合砌筑。第二層第一層爐蓋結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)條件：爐膛溫度950，殼體溫度60，室溫20。上層采用普通硅酸鋁纖維，下層用輕質(zhì)粘土磚。結(jié)構(gòu)厚度mm材料型號(hào)第一層85普通硅酸鋁纖維第二層115輕質(zhì)粘土磚RNG-0.6BSL4274434、爐殼的設(shè)計(jì)爐殼的尺寸取決于爐子砌體的尺寸，爐子的砌體包在爐殼之內(nèi)。爐體框

8、架要承受砌體和工件的重量以及工作時(shí)所產(chǎn)生的其它附加外力。因此，框架要有足夠用的強(qiáng)度，框架和爐殼一般通過焊接成型，構(gòu)成整個(gè)整體，以保證強(qiáng)度和密封性的要求。爐殼一般用35mm的Q235鋼板，爐底用68mm的厚板，井式爐爐殼圈一般用6.3或7號(hào)角鋼制作。綜上所述，爐殼采用5mm厚的Q235鋼板，爐底選用8mm厚的鋼板，爐殼圈選用三根7號(hào)角鋼均勻分布，兩根7號(hào)角鋼橫向分布，爐底五根槽鋼通過焊接而成。五、電阻爐功率的確定電阻爐的功率大小與爐膛容積、爐子結(jié)構(gòu)、爐子所要求的生產(chǎn)率和升溫時(shí)間等因素有關(guān)。確定爐子的功率需要綜合考慮各方面的要求，本次設(shè)計(jì)采用理論計(jì)算的方法計(jì)算電阻爐的功率。理論計(jì)算發(fā)是通過爐子的熱

9、平衡計(jì)算來確定爐子的功率。其基本原理是爐子的總功率即熱量的吸收，應(yīng)能滿足爐子熱量支出的總和。熱量的支出包括：工件吸熱量Q件、工件夾具吸熱量Q夾、爐襯散熱量Q散、爐襯蓄熱量Q蓄、爐門和縫隙溢氣熱量Q溢、爐門和縫隙輻射散熱量Q輻、其他熱損失Q它等。1、加熱工件的有效熱量Q件 =5.25h 2、工件夾具吸熱量Q夾 因本次所設(shè)計(jì)正火爐不需使用夾具，故Q夾=03、通過爐襯的散熱損失Q散 因?yàn)闋t頂、爐底散熱一個(gè)較多，一個(gè)較少，因而在計(jì)算中將爐頂、爐底簡化成與爐壁散熱情況一樣。爐襯蓄熱情況簡化計(jì)算圖D砌H砌S1S2S3Fm1Fm2Fm3 4、爐襯材料蓄熱量Q蓄爐襯材料的蓄熱量是指爐子從室溫升到工作溫度整個(gè)砌

10、體所吸收的熱量。計(jì)算式為：第層：； 第層：； 第層： ， 5、開啟爐門的輻射熱損失Q輻其中：F爐門開啟的面積：爐口輻射遮蔽系數(shù)：，查表可知：爐門開啟率：；代入上式計(jì)算得：6、爐子開啟時(shí)溢氣的熱損失Q溢其中：，7、其它散熱Q它一般如下估算：則：8、電阻爐熱損失總和Q總9、計(jì)算功率及安裝功率安裝功率應(yīng)大于穩(wěn)態(tài)時(shí)計(jì)算功率 周期作業(yè)爐k取1.3到1.5之間。得：取：六、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算1、電阻爐熱效率一般電阻爐的熱效率為40%80%，滿足要求。2、電阻爐的空載功率電阻爐的空載功率是指空爐在最高工作溫度并穩(wěn)定狀態(tài)下所消耗的功率，又稱為空爐損失。用下式計(jì)算： P空值越小越好，一般為爐子總功率的15%25%

11、 ，滿足要求。3、空爐升溫時(shí)間空爐升溫時(shí)間是指在額定電壓下，經(jīng)過充分干燥、沒有裝料爐的電阻爐從冷態(tài)加熱最高工作溫度所需的時(shí)間?？諣t升溫時(shí)間：七、功率分配與接線方法（一、）功率分配為了使?fàn)t膛溫度均勻或工藝要求分區(qū)分布爐溫，需要將溫度分布在爐內(nèi)的各個(gè)部分。井式爐功率大于75Kw是要考慮分區(qū)，HD大于1也要分區(qū)。綜上所述，本次設(shè)計(jì)電阻爐不分區(qū)。（二、）供電電壓與接線方法電阻爐的供電電壓，除少數(shù)因電熱元件的電阻溫度系數(shù)太大或要求采用低電壓供電的大截面電阻板外，一般均采用車間電網(wǎng)電壓，即220V或380V。電熱元件的接線，應(yīng)根據(jù)爐子的功率大小，功率分配等因素來決定。因爐子功率為35Kw，即可采用三相38

12、0V星形，也可采用三角形接法。綜上所述，本次設(shè)計(jì)采用0Cr25Al5電熱體材料，三相380V星形接法。八、電熱元件的設(shè)計(jì)選用0Cr25Al5線狀電熱元件，電壓380V。1、供電電壓和接線 選用三相380V、星形接法 2、確定電熱元件的單位表面功率因爐膛最高溫度不超過900，結(jié)合選材0Cr25Al5查表得3、確定元件尺寸 代入上式得d=4.74mm，取d=5mmL總=nL=355.6=166.8（m）M總=0.139166.8=23.18 kg符合要求 4、電熱元件的繞制和布置 電熱元件繞制成螺旋狀，布置安裝在爐膛爐壁上，每 5排串接成一相。每排電熱元件的展開長度：每排電熱元件的擱磚長度：電熱元

13、件螺旋直徑：螺旋直徑?。郝菪w圈數(shù)N和螺距h分別為：圈取h=15mm，滿足的要求。電熱元件螺旋節(jié)距h在安裝時(shí)適當(dāng)調(diào)整，爐口部分減少節(jié)距，增大功率。（四）、電熱元件引出棒及其套管的設(shè)計(jì)與選擇1、引出棒的設(shè)計(jì)引出幫必須用耐熱鋼或者不銹鋼制造，以防止氧化燒損，固選用1Cr18Ni9Ti，=16mm，絲狀電熱元件與引出棒之間的連接，采用接頭銑槽后焊接。引出棒長度：L引=90+40+186+30+90=436mm2、保護(hù)套管的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)說明中爐膛以及電熱元件的設(shè)計(jì)，所以確定L爐墻 =90+40+186=316（mm），引出棒的直徑d=16mm，因此選用SND724018號(hào)套管，高鋁礬土，重量0.6kg

14、，d套=20mm，D套=36mm，長度400mm。（五、）熱電偶及其保護(hù)套管的設(shè)計(jì)與選擇1、熱電偶的選擇 由于爐內(nèi)最高的溫度為900.長期使用的溫度在1000以下，所以選用鎳鉻-鎳硅熱電偶。所以選用型號(hào)WRN-121的鎳鉻-鎳硅熱電偶，保護(hù)套管規(guī)格選擇，外徑16mm，插入長度為450mm。保護(hù)材料為雙層瓷管。2、熱電偶保護(hù)套管的選擇 L爐壁=316mm。熱電偶外徑16mm，插入長度為450mm。根據(jù)這些條件，應(yīng)該選用SND724018,高礬土，重量0.6kg。d套=20mm、D套=36mm，長度為400mm。測溫?zé)犭娕寂c控溫?zé)犭娕季x用此保護(hù)套管即可。參考書目1、熱處理爐-華小珍老師編2、熱處理爐課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書-華小珍，崔霞老師編3、爐溫儀表-華小珍，袁永瑞老師編4、熱處理設(shè)備-王淑花編H砌=1072mmD砌=900mmD爐口=660mmH爐口=231mmt1