真空熱處理爐課程設(shè)計.

1、真空熱處理爐設(shè)計說明書（課程設(shè)計）一、設(shè)計任務說明說：WZC-60型真空淬火爐技術(shù)參數(shù):項目單位指標爐子有效尺寸mm900 x 600 x 450最大裝爐量Kg210最大溫度C1300壓升率Pa/h0.67額定功率Kw100二、確定爐體結(jié)構(gòu)和尺寸：1、爐膛尺寸的確定由設(shè)計說明書中，真空加熱爐的有效加熱尺寸為900mmx 600mrK 450mm,隔熱屏內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸主要根據(jù)處理工件的形狀、尺寸和爐子的生產(chǎn)率決定, 并應考慮到爐子的加熱效果、爐溫均勻性、檢修和裝 出料操作的方便。一般隔熱屏的內(nèi)表面與加熱器之間的距離約為50 100mm加熱器與工件(或夾具、 料筐之間的距離為50 一 150mm隔熱

2、屏兩端通常不 布置加熱器，溫度偏低。因此，隔熱屏每端應大于 有效加熱區(qū)約150 300mm或更長一些。從傳熱學 的觀點看，圓筒形的隔熱屏熱損失最小，宜盡量采用c 則：L= 900 + 2X (150 300= 11001400mmB= 600 + 2X (50 150+ 2X (50 100=800 1100mmH= 450 + 2X (50 150+ 2X (50 100 L=1300 伽=650 950mm B=900mm不妨，我們?nèi)?L=1300 mm； B=900mrp H=850mm H=850 伽2、爐襯隔熱材料的選擇由于爐子四周具有相似的工作環(huán)境，我們一般選用相同的材料。為簡單起

3、見，爐門及出爐口我們也采用相同的結(jié)構(gòu)和材料。這里我們選用金屬隔熱屏，由于加熱爐的最高使用溫度為1300C,這里我們采用六層全金屬隔熱屏，其中內(nèi)三層為鉬層，外三層為不銹鋼層。按設(shè)計計算，第一層鉬輻射屏與爐溫相等，以后各輻射屏逐層降低，鉬層每層降低250 C左右，不銹鋼層每層降低 150 C左右。則按上述設(shè)計，各層的設(shè)計溫度為：第一層：1300C ;第二層：1050C；第三層：800C ;第四層：550C;第五層：400C ;第六層：250C;水冷夾層內(nèi)壁：100C最后水冷加層內(nèi)壁的溫度為100C V150C,符合要求。3、各隔熱層、爐殼內(nèi)壁的面積及厚度(1)、隔熱屏由于隔熱層屏與屏之間的間距約

4、815mm這 里我們?nèi)?0mm鉬層厚度0.3mm,不銹鋼層厚度 0.6mm屏的各層間通過螺釘和隔套隔開。第一層面積：=2X =2X (1300 X 900+ 1300X 850+ 900X 850=6.08 m2=6.08 m2第二層面積：F、 2X+ L, x + 技乂 H J=2X( 1310X 910+ 1310X 860+ 910X 860)=6.2026 m =6.2026 m第三層面積：:=2X . . . =2X( 1320X 920+ 1320X 870+ 920X 870)=6.3264 m2=6.3264 m2第四層面積：:=2X =2X( 1330X 930+ 1330X

5、 880+ 930X 880)=6.4514 m = 6.4514 m第五層面積：；=2 X 爲卡耳-叫：忍汶捋J=2X( 1340 X 940+ 1340X 890 + 940X 890)=6.5776 m2= 6.5776 m2第六層面積：=2X 打=2X( 1350X 950+ 1350X 900+ 950X 900)=6.7050 m = 6.705 m(2)、爐殼內(nèi)壁爐殼采用雙層冷冷卻水結(jié)構(gòu)，選用45號優(yōu)質(zhì)碳素鋼。爐殼內(nèi)壁面積：:=2X 如八打二，二：；:=2X( 1360X 960+ 1360 X 910+ 960X 910)壁厚按矩形平板計算，板周邊固定，受外壓1X 10 Pa,

6、水壓實驗按 P = 2X 105Pa計。S = 225.5 X B/ I=225.5 X 90/ = 1.0696 cm式中：B矩形板窄邊長度，B= 90 cm;45號優(yōu)質(zhì)碳素鋼的彎曲許用應力為 360Mpa實際壁厚：S= S + C= 17+ 3= 20 mm式中：C壁厚附加量；C= C + C + C = 1 + 1 + 1 = 3。水壓試驗時，其應力為0.5必= I=:=280.3Mpa 0.9 = 324Mpa = 280.3Mpa則所需壁厚符合要求，即 S= 20 m 0.9= 324Mpa三、爐子熱平衡計算 S = 18 m1、有效熱消耗的計算工件和夾具在1300C和20C的比熱容

7、分別為C = 0.636Kg/(kg? C和 C = 0.486Kg/(kg? C,它們的質(zhì)量分別為 G =160kg,G =10kgQ = Q + Q =( G + G ) x (Ct Ct=(120 + 10X (0.636 x 1300 0.486 x 20=106220.4KJ/h Q = 106220.4KJ/h 2、無功熱損失的計算(1)、通過隔熱屏熱損失Q的計算電熱元件、隔熱屏的黑度為：=0.95 ;=0.133 ;= 0.096 ;= 0.096 ;=0.5 ;= 0.56。1 心0.45216f 1+kJ0.95 6.OK0.13? J則導來輻射系數(shù):4.964恥=3.226

8、J/(川.h K其中F由前面算得，F(xiàn)為加熱元件的表面積。同樣計算得:=0.2961KJ/( itf. h K4.966.20260.0%6.32M UUN6=0.2524KJ/(mh K4964.966J2M ( 1-0.0966.4514 11).5=0.4352KJ/(mh K4%6.4514 ( 10,5 + 6,5776 10.5=1.6640KJ/( m2h K1 %f 1 J16.5776f】門+-1+ ./r1 ft0.56.7050冷.5丿4M4.96=1.6639KJ/(mh K4.6f J16.70510.56.8336o-56 J4.96=1.7900KJ/( m h K

9、r殲J00JOO；- 373i 100 = :. =31124.7KJ/h Q = 31124.7KJ/h式中:電熱元件得絕對溫度，按高于爐子工作溫度的100c計算，即T = 1673K;T爐內(nèi)壁的絕對溫度，即按設(shè)計計算得T =373K各輻射屏的溫度的驗算:把各項數(shù)據(jù)代入上述公式，計算得T=1545K 即 t =1272c t =1272c把各項數(shù)據(jù)代入上述公式，計算得T =1412K 即 t =1139c t =1139c類似計算，得：t =914Ct =914c ;t =688c ;t =593c; t=688ct =453c ;t=99c t =593c驗算結(jié)果與前面設(shè)計的各隔熱層溫度基

10、本相t =453c近，符合要求。t =99c(2)、水冷電極傳導的熱損失 Qn 其(0X)08)=3x 1.0 X 10 XX 2x4.2 x 10 x( 30- 20)= 12660.5KJ/h Q = 12660.5KJ/h式中：n水冷電極，n = 3;水的密度， =1.0 x 10 KJ/m ;水管直徑，取d = 0.008m；水的流速，對于中等硬度水取=2m/s；t冷卻水出口溫度t = 30c；t冷卻水出口溫度t = 20 c；(3) 、熱短路損失Q該項熱損失，包括隔熱層支撐件與爐壁聯(lián)接熱傳導損失，爐床或工件支承架短路傳導損失，以及其它熱短路損失等。這部分熱損失很難精確計算，權(quán)據(jù)經(jīng)驗，

11、這部分熱損失大約為 Qi的5% 10%左右，這里我們?nèi)。篞 = 8%Q = 8%x 31124.7 = 2489.9 KJ/h Q = 2489.9 KJ/h(4) 、其他熱損失Q其它熱損失，加熱電偶導出裝置，真空管道、觀察孔、風扇裝置等的熱損失。這部分的熱損失也很難精確計算，根據(jù)經(jīng)驗，這部分熱損失大約為Q的3%一 5%左右，取Q = (3 %一 5% Q這里我們?nèi)。篞 = 5% Q = 5%X 31124.7 = 1556.2 KJ/h Q = 1556.2KJ/h則：Q = Q + Q + Q + Q=31124.7+12660.5+2489.9+1556.2=47831.3 KJ/h Q

12、 = 47831.33、結(jié)構(gòu)的蓄熱量KJ/h爐子結(jié)構(gòu)蓄熱消耗是指爐子從室溫加熱至工作溫 度，并達到穩(wěn)定狀態(tài)即熱平衡時爐子結(jié)構(gòu)件所吸收的 熱量，對于連續(xù)式爐，這部分銷耗可不計算。對于周 期式爐，此項消耗是相當大的，它直接影響爐子的升 溫時間，對確定爐子功率有很重要的意義。爐子結(jié)薔熱量是隔熱層、爐床、爐殼內(nèi)壁等熱消 耗之總和。（1）、隔熱層的蓄熱量第一層：G = 八=10.2 X 10 X 6.08 X 0.3 X 10= 18.6 kg G = 18.6 kg=18.6 X 0.259 X( 1272 20)= 6031.4KJ q = 6031.4KJ第二層：G =*-=10.2 X 10 X

13、 6.2026 X 0.3 X 10= 18.98 kg G = 18.98 kgq =18.98 X 0.259 X( 1139- 20)= 5500.8KJ q = 5500.8KJ第三層：=10.2 X 10 X 6.3264 X 0.3 X 10= 19.36 kg G = 19.36 kgq =19.36 X 0.259 X( 914-20)= 4482.7KJ q = 4482.7KJ第四層：G =1*=7.9 X 10 X 6.4514 X 0.6 X 10= 30.58 kg G = 30.58 kgq =心:!.一=30.58 X 0.5041 X( 688 20)= 102

14、97.5KJ q = 10297.5KJ第五層：G =7.9 X 10 X 6.5776 X 0.6 X 10= 31.18 kg G = 31.18 kgq =31.18 X 0.5041 X( 593 20)= 9006.3KJ q = 9006.3KJ第六層：G =1 r=7.9 X 10 X 6.705 X 0.6 X 10= 31.78 kk G = 31.78 kkq =戀=31.78 X 0.5041 X( 453 20)= 6936.8KJ q = 6936.8KJ(2)、爐殼內(nèi)壁的蓄熱量G = 八4=7.9 X 10 X 6.8336 X 18X 10= 971.7 kg G

15、 = 971.7 kg由于內(nèi)壁溫度由內(nèi)到外以此降低，內(nèi)部溫度為100C，外部溫度為20C。則：q = 1/2=1/2 X 971.7 X 0.4682 X( 100-20)=18198.0KJ q = 18198.0KJ于是：出+址+ q卜沖Q =6031 A + 5500.8 + 4482.7 + 10297 J + 9006 3 + 6936 J + 18198=60453.5 KJ/h Q = 60453.54、爐子功率的驗證KJ/h爐子應供給的總熱量：Q = Q + Q + Q=106220.4 + 47831.3 + 60453.5=214505.2 KJ/h Q = 214505.

16、2則爐子總負載功率N KJ/h214505 2N = K ： ： = 1.2 X i = 97.6kw與爐子所要求的設(shè)計功率100kw相近，則取N = 1OOkw?？蛰d升溫功率：N = 100kwQ淋+ Q無N =30.12kw47831.3+60453,547831.3 + 60453,535953595=30.12kw N =空載升溫時間:Qb3595。叫宀595環(huán)635冷滬=0初四、電熱元件的選擇及布置=0.42h對于中小型加熱爐，為了保證加熱的均勻性，在爐膛的四周都不知上加熱元件，即兩底面和兩側(cè)面都按上加熱元件，加熱元件組成星形連接。由于爐溫最高溫度達1300C，而加熱元件的溫度則為1

17、400C，殼選用石墨棒為加熱元件，所加電壓為200V。根據(jù)加熱室的形狀尺寸，確定石墨棒的有效加熱長度為L=600伽,每個面上都不知有6根石墨棒, 四個面上工4X 6= 24根。每8根為一組進行星形 連接，每組分配功率為21kw。U1IjT,由公式R = 和F= 得：/P/_/ p PF=R x 600 x 10 ：=12Xx 21 x 10 = 30.24mm F=30.24 mm社石墨棒的外徑D= 10 mm,則其內(nèi)徑：-D2 - F-x IO2 -30.244JJ ；d=丄=7.8 mm為保證功率滿足要求，取d= 8 mm。根據(jù)計算，選用星形方式連接，石墨棒的外D = 10 mD= 10m

18、，內(nèi)徑d = 8 m,電熱元件在靠近爐口得 d =8 mm 部分其間距應稍小一些，以使爐口處溫度不致過 低。其電源為三相，使用磁性調(diào)壓器。五、其他部件得設(shè)計計算1、冷卻系統(tǒng)設(shè)計(1)、冷卻水消耗計算= -=31124.7 + 12660.48 + 1556.2 = 45341.38KJ/h0加一78 F狀=780X 5.07 = 3954.6 KJ/h-4534138 - 3954 .6Oj,:卜“-f= 4|x(40-?0= 0.5 kgV = Lt = 0.5m V = 0.5m (2、確定水在水殼內(nèi)的經(jīng)濟流速和當量直徑器管內(nèi)為軟水，流速為m/s，則水流管得當量直徑為：oT-x3600“1

19、.5 = 11 mm d = 11 mm(3)、球?qū)α鳠釗Q系數(shù)(310=0.1130】0小宀】.5廣=0.113 X=37.91KJ/(川.h C =37.91(4、驗算水冷爐壁得溫度(C KJ/(川.h C205,7* N=廠 +205.7*9= _ + 20= 29.8 C 100C 符合要求=29.8 C 40 x 2O+25. x 12 + 0.57 x 10 * x+=5.7X10 X|33.516x10x101 點 61耳100.16X0 X 0.1330月=44.45L/S S = 44.45L/S式中S 爐子的必要抽速，即為了達到所要求的真空度，從爐中抽出氣體的速度（L/S；G

20、 爐料重量（kg，為120kg;q 被處理材料所放出的氣體量，換算成標準狀態(tài)下的氣體體積（/100g，通過查表可知鋼在標準狀態(tài)下的放氣量為 0.150.65L/kg，取0.60L/kg,即 65. /100g ;q 爐襯材料單位體積中放出的氣體量，換算成標準狀態(tài)下的氣體體積（】/ “，取40| /L ;V爐襯材料的體積（| ,隔熱屏的體積為20.25dmq金屬結(jié)構(gòu)材料單位表面積上單位時間內(nèi)放出的氣體量，換算成標準狀態(tài)下的體積/ （ s）,因為一般爐內(nèi)壁均為碳鋼件，查表可得 q =9.31 x 10-6L/s = 33.516（丨；F爐子金屬構(gòu)件和爐壁的表面積（），F(xiàn)= 5.07 m2P真空度，

21、即工作壓強（Pa，為0.133Pa;T 處理時間（s , T = 1h = 3600s;n熱處理過程中的不均勻放氣系數(shù)，一般取為1.2，真空燒結(jié)時取為2q 系統(tǒng)的漏氣率，根據(jù)設(shè)計要求為0.67Pa/h = 1.861 x 10 Pa/s。3. 根據(jù)爐子必要抽氣速率選擇主泵一般主泵的抽氣速率約等于爐子必要抽氣速率的24倍,考慮到本計算真空系統(tǒng)沒有采用障板，過濾器等。阻力損失僅考慮管道和閥門，所以采取2倍爐子必要抽氣速率即 S =3S =133.35L/s S = 133.35L/S按S選取ZJ150機械增壓泵為主泵，其主要 選取ZJ150機械 技術(shù)指標為：增壓泵為主泵抽氣速率150L/S極限真空

22、度6.7 x Pa4. 選配前級真空泵機械增壓泵(羅茨泵的前級真空泵的抽氣速率按下式算：按S選取2X30旋片式真空泵為前級泵，其主要2X 30旋片式 真技術(shù)指標為：空泵為前級泵抽氣速率30L/S極限真空度6.7 xPa5. 確定真空系統(tǒng)管及配件尺寸按所選擇的機械增壓泵和前級真空泵的性能規(guī)格，選取管道及配件如閥門等尺寸規(guī)格。(1、真空閩門真空閥門的作用是用來調(diào)節(jié)氣流或隔斷氣流，種類繁多，根據(jù)閥門的工作特性、傳動原理、結(jié)構(gòu)和用途。對真空閥的基本要求：盡可能大的流導，密封可靠，操作簡便，密封部件磨損性好長，容易安裝和維 護，有的還要求動作平穩(wěn)快速，或者同時要求占據(jù)空 間小等。(2、全屬波紋管金屬波紋管又稱彈性管，它可產(chǎn)生袖向變形，在 真空爐上廣泛應用于機械真空泵進口側(cè)管道上，其作 用是減少機械泵對爐體的震動；另外可用于補償安裝 位置誤差和熱脹冷縮的密封連接件等。真空系統(tǒng)中， 對于小型管路，也可用真空橡膠管或尼龍管內(nèi)襯彈簧 結(jié)構(gòu)(金屬絲網(wǎng)尼龍管代替金屬波紋管。(3、密封圈結(jié)構(gòu)密封圖形式有幾種，0型主要用于靜密封J型和 0型主要用于動密封，此外還有金屬圈和金屬絲的密 封結(jié)構(gòu)。密封形式有靜密封和動密封，其選用依工作 要求而定。(4、冷階和過濾器根據(jù)真空熱處理爐的技術(shù)要求，提高真空系統(tǒng)的 真空度和保護真空系統(tǒng)不受污染，系統(tǒng)中常附設(shè)冷阱 (又稱捕集器、擋