650℃ 90kgh的箱式電阻爐設(shè)計 課程設(shè)計報告

1、熱處理設(shè)備課程設(shè)計 課程設(shè)計報告 報告題目：650 90kg/h 的箱式電阻爐設(shè)計 作者所在系部： 材 料 工 程 系 作者所在專業(yè)： 金 屬 材 料 作者所在班級： 作 者 姓 名 ： 作 者 學(xué) 號 ： 指導(dǎo)教師姓名： 完 成 時 間 ： 2011-10-20 熱處理設(shè)備課程設(shè)計任務(wù)書 課題名稱課題名稱 650 90 kg/h 的箱式電阻爐設(shè)計 完成時間完成時間2011-10-20 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 職稱職稱 高工、講師高工、講師 學(xué)生姓名學(xué)生姓名 班班 級級 總體設(shè)計要求和技術(shù)要點總體設(shè)計要求和技術(shù)要點 總體設(shè)計要求：1.通過設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生具有初步的設(shè)計思想和分析問題、解決問題的能力，

2、了解設(shè)計的一般方法和步驟。2.初步培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計基本技能，如爐型的選擇、結(jié)構(gòu)尺寸 設(shè)計計算、繪圖、查閱手冊和設(shè)計資料，熟悉標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等。3.使學(xué)生掌握設(shè)計熱處理設(shè) 備的基本方法，能結(jié)合工程實際，選擇并設(shè)計常用熱處理設(shè)備，培養(yǎng)學(xué)生對工程技術(shù)問題 的嚴(yán)肅認(rèn)真和負(fù)責(zé)的態(tài)度。設(shè)計一臺熱處理箱式電阻爐，其技術(shù)要點為：1.用途：中碳鋼、 低合金鋼毛坯或零件的淬火、正火、調(diào)質(zhì)處理及回火。 2.工件：中小型零件，無定型產(chǎn)品，處理批量為多品種，小批量； 3.最高工作溫度：650、750、850、950、1100、1200（選一個溫度） ； 4.生產(chǎn)率：60-120kg/h（分 7 份） ；5.生產(chǎn)特點：周期式成

3、批裝料，長時間連續(xù)生產(chǎn)。 工作內(nèi)容及時間進(jìn)度安排工作內(nèi)容及時間進(jìn)度安排 1.熱處理設(shè)備設(shè)計準(zhǔn)備 0.5 天 2.箱式電阻爐結(jié)構(gòu)尺寸計算、選擇爐體材料、計算分配電阻爐加熱功率 0.5 天 3.計算電熱元件尺寸、進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計 0.5 天 3.核算設(shè)備技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 0.5 天 4.繪制電阻爐總圖、電熱元件零件圖 1.0 天 5.編寫設(shè)計說明書、使用說明書 0.5 天 6.設(shè)計總結(jié) 0.5 天 7.答辨 1.0 天 課程設(shè)計成果課程設(shè)計成果 1、設(shè)計說明書：設(shè)計說明書是存檔文件，是設(shè)計的理論計算依據(jù)。說明書的格式如下： （1）統(tǒng)一模板，正規(guī)書寫；（2）說明書的內(nèi)容及計算說明項目：（a） 、對設(shè)計課題的

4、分 析；（b） 、設(shè)計計算過程；（c） 、爐子技術(shù)指標(biāo)；（d） 、參考文獻(xiàn)。 2、設(shè)計圖紙：（1)電阻爐總圖一張（a3） ，要求如下：（a） 、圖面清晰，比例正確；（b） 、 尺寸及其標(biāo)注方法正確；（c） 、視圖、剖視圖完整正確；（d） 、注出必要的技術(shù)條件。 （2）零件圖 3 張：電熱元件零件圖，爐門圖，爐襯圖（a4） 。 3、使用說明書：電阻爐的技術(shù)規(guī)范及注意事項等。 內(nèi)內(nèi) 容容 摘摘 要要 650 90kg/h 的箱式電阻爐的設(shè)計。包括爐型的選擇、選擇爐體材料、 箱式電阻爐結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計計算、計算分配電阻爐加熱功率、計算電熱元件尺 寸、核算設(shè)備技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、繪圖（電阻爐總圖一張，電熱元件零

5、件圖，爐 門圖，爐襯圖） 。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞： 箱式電阻爐、爐襯材料、砌體結(jié)構(gòu)、電熱元件、熱處理爐、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指 標(biāo) 目目 錄錄 1 1 前前 言言.1 1.1 本設(shè)計的目的.1 1.2 本設(shè)計的技術(shù)要求.1 2 設(shè)計說明設(shè)計說明.2 2.1 確定爐體結(jié)構(gòu)和尺寸.2 2.1.1 爐底面積的確定.2 2.1.2 確定爐膛尺寸.2 2.1.3 爐襯材料及厚度的確定.3 2.2 砌體平均表面積計算.3 2.2.1 爐頂平均面積.3 2.2.2 爐墻平均面積.4 2.2.3 爐底平均面積.4 2.3 根據(jù)熱平衡計算爐子功率.4 2.3.1 加熱工件所需的熱量 q件.4 2.3.2 通過爐襯的散熱損失 q

6、散.4 2.3.3 開啟爐門的輻射熱損失.6 2.3.4 開啟爐門溢氣熱損失.6 2.3.5 其它熱損失.6 2.3.6 熱量總支出.7 2.3.7 爐子安裝功率.7 2.4 爐子熱效率計算.7 2.4.1 正常工作時的效率.7 2.4.2 在保溫階段，關(guān)閉時的效率.7 2.5 爐子空載功率計算.7 2.6 空爐升溫時間計算.7 2.6.1 爐墻及爐頂蓄熱.8 2.6.2 爐底蓄熱計算.8 2.6.3 爐底板蓄熱.9 2.7 功率的分配與接線.9 2.8 電熱元件材料選擇及計算.10 2.8.1 圖表法.10 2.8.2 理論計算法.10 2.9 爐子技術(shù)指標(biāo)（標(biāo)牌）.11 3 參考文參考文獻(xiàn)

7、獻(xiàn) 前 言 本設(shè)計的目的 設(shè)計 650 90kg/h 的箱式電阻爐 本設(shè)計的技術(shù)要求 設(shè)計一臺熱處理電阻爐，其技術(shù)條件為： （1）.用途：中碳鋼、低合金鋼毛坯或零件的淬火、正火、調(diào)質(zhì)處理及 回火。 （2）.工件：中小型零件，無定型產(chǎn)品，處理批量為多品種，小批量； （3）.最高工作溫度：650； （4）.生產(chǎn)率：90kg/h； （5）.生產(chǎn)特點：周期式成批裝料，長時間連續(xù)生產(chǎn)。 設(shè)計設(shè)計說明說明 2.1 確定爐體結(jié)構(gòu)和尺寸確定爐體結(jié)構(gòu)和尺寸 2.1.1 爐底面積的確定爐底面積的確定 因無定型產(chǎn)品，故不能使用實際排料法確定爐底面積，只能用加熱能力指標(biāo)法。爐 子的生產(chǎn)率為 p=90，按表 5-1 選

8、擇箱式爐用于正火和淬火時的單位面積生產(chǎn)率 p0為 120kg/(m2h)。故可求的爐底的有效面積 f1=p/p0=0.75 m2 由于有效面積與爐底總面積存在關(guān)系式 f/f0=0.780.85，取系數(shù)上限，得爐底實際 面積 f=f1/0.85=0.88m2 2.1.2 確定爐膛尺寸確定爐膛尺寸 由于熱處理箱式電阻爐設(shè)計時應(yīng)考慮裝、出料方便,取 l/b=2，因此，可求的： l=1.328 m5.0/f b=l/2=0.664 m 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)磚尺寸，為便于砌磚，取 l=1.392 m b=0.680 m 按統(tǒng)計資料，爐膛高度 h 與寬度 b 之比 h/b 通常在 0.50.9 之間，根據(jù)爐子的工作

9、條件，取 h/b=0.7 左右。則 h=0.490 m 可以確定爐膛尺寸如下 l=(230+2)6=1392 mm b=(120+2)3 +(40+2)2+（113+2）2=680 mm h=(65+2)7+21=490 mm 確定為避免工件與爐內(nèi)壁或電熱元件擱磚相碰撞，應(yīng)使工件與爐膛內(nèi)壁之間有一定 空間，確定工作室有效尺寸為 l效=1200 mm b效=500 mm h效=350 mm f壁=2(lh)+(lb)+2(bh)+23.14b1/6l=3.97m2 由經(jīng)驗公式可知： p安=c-0.5升f0.9(t/1000)1.55 取式中系數(shù) c=30(kmh0.5)/(m1.81.55),空

10、爐升溫時間假定為 升=4h，爐溫 t=650。 所以 p安= 304-0.53.970.9（650/1000）1.55 =26.61 kw 暫取 p安=30kw 2.1.3 爐襯材料及厚度的確定爐襯材料及厚度的確定 由于側(cè)墻、前墻及后墻的工作條件相似，采用相同爐襯結(jié)構(gòu)，即 113mmqn1.0 輕質(zhì)粘土磚50mm 密度為 250kg/m3的普通硅酸鋁纖維氈113mmb 級硅藻土磚。 爐頂采用 113mmqn1.0 輕質(zhì)粘土磚80mm 密度為 250kg/ m3的普通硅酸鋁纖維 氈115mm 膨脹珍珠巖。 爐底采用三層 qn1.0 輕質(zhì)粘土磚（673）mm50mm 的普通硅酸鋁纖維氈 182mm

11、b 級硅藻土磚和膨脹珍珠巖復(fù)合爐襯。 爐門用 65mm qn1.0 輕質(zhì)粘土磚80mm 密度為 250kg/m3的普通硅酸鋁纖維氈 65mma 級硅藻土磚。 爐底隔磚采用重質(zhì)粘土磚，電熱元件擱磚選用重質(zhì)高鋁磚。 爐底板材料選用 crmnn 耐熱鋼，根據(jù)爐底實際尺寸給出，分三塊或四塊， 厚 20mm。 2.2 砌體平均表面積計算砌體平均表面積計算 l外l+2(115+50+115)=1950 mm b外b+2(115+50+115)=1240 mm h外h+f+(115+80+115)+674+50+182 =1390 mm 式中：f拱頂高度，此爐子采用 60標(biāo)準(zhǔn)拱頂，取拱弧半徑 rb，則 f

12、可由 fr（1cos30）求得。 2.2.1 爐頂平均面積爐頂平均面積 f頂內(nèi)l1.392=0.991m2 r 6 680.014.32 f頂外b外l外1.724 m2 f頂均1.31 m2件件件件f f 2.2.2 爐墻平均面積爐墻平均面積 爐墻面積包括側(cè)墻及前后墻，為簡化計算將爐門包括在前墻內(nèi)。 f墻內(nèi)2lh2bh2h（lb）20.490(1.392+0.680)=2.031 m2 f墻外2h外(l外b外)21.390(1.950+1.240)=8.868 m2 f墻均4.24 m2件件件件f f 2.2.3 爐底平均面積爐底平均面積 f底內(nèi)bl0.6801.3920.947 m2 f底外

13、b外l外1.2401.950=2.418 m2 f底均1.51 m2件件件件f f 2.3 根據(jù)熱平衡計算爐子功率根據(jù)熱平衡計算爐子功率 2.3.1 加熱工件所需的熱量加熱工件所需的熱量 q件 件 查表得，工件在 650及 20時比熱容分別為 c件 21.051kj/(kg)，c件 10.486kj/(kg) q件p(c件 2t1c件 1t0)90(1.0516500.48620)60609 kj/h 2.3.2 通過爐襯的散熱損失通過爐襯的散熱損失 q散 散 由于爐子側(cè)壁和前后墻爐襯結(jié)構(gòu)相似，故作統(tǒng)一數(shù)據(jù)處理，為簡化計算，將爐門也包 括在前墻內(nèi)。 根據(jù)式 q散 n i ii i f s 1

14、1n1t-t 對于爐墻散熱，首先假定界面上的溫度及爐殼溫度，t2 墻540，t3 墻320， t4 墻60則 耐火層 s1的平均溫度 ts1 均595，硅酸鋁纖維層 s2的平均溫度 ts2 均 2 540650 430，硅藻土磚層 s3的平均溫度 ts3 均190，s1、s3層爐 2 320540 2 60320 襯的熱導(dǎo)率由附表 3 得 10.29+0.25610-3ts1 均0.442w/(m) 30.131+0.2310-3ts3 均0.175w/(m) 普通硅酸鋁纖維的熱導(dǎo)率由附表 4 查得，在與給定溫度相差較小范圍內(nèi)近似認(rèn)為其 熱導(dǎo)率與溫度成線性關(guān)系，由 ts2 均430，得 20.

15、098w/(m) 當(dāng)爐殼溫度為 60，室溫為 20時，由附表 2 近似計算得 12.17 w/(m) (1)求熱流 q墻 312 123 1 ga tt sss a 17.12 1 175.0 115.0 098.0 05.0 442.0 115.0 20650 417.3w/ m2 (2)驗算交界面上的溫度 t2 墻，t3 墻 t2 墻=t1q墻541.4 s 0.26% t tt 2 2 件 件件件 540 5404.541 5%，滿足設(shè)計要求，不需重算。 t3 墻=t2 墻q墻328.2 s 2.6% t tt 3 3 件 件件件 320 3202.328 5%，滿足設(shè)計要求，不需重算。

16、 (3)驗算爐殼溫度 t4 墻 t4 墻=t3 墻q墻54.070 s 滿足一般熱處理電阻爐表面升溫50的要求。 (4)計算爐墻散熱損失 q墻散q墻f墻均417.34.241769.4 w 同理可以求得 t2 頂=583.9, t3 頂=374.2, t4 頂=38.5, q頂256.9 w/ m2 t2 底=508.8, t3 底=356.7, t4 底=50.3, q底298.1 w/ m2 爐頂通過爐襯散熱 q頂散q頂f頂均336.5 w 爐底通過爐襯散熱 q底散q底f底均450.1 w 整個爐體散熱損失 q散q墻散q頂散q底散2556 w 2.3.3 開啟爐門的輻射熱損失開啟爐門的輻射

17、熱損失 設(shè)裝出料所需時間為每小時 6 分鐘 q輻3.65.675ft（）4（）4 tg ta 因為 tg650273923k，ta20273293k， 由于正常工作時，爐門開啟高度為爐膛高度的一半，故 爐門開啟面積 fb0.6800.167 m2 h 2 490.0 爐門開啟率 t0.1 由于爐門開啟后，輻射口為矩形，且與 b 之比為 0.36，爐門開啟高度與爐墻厚度之比 h 為0.88，由圖 114 第 1 條線查得 0.66，故 28.0 245.0 q輻3.65.675ft（）4（）4 tg ta 3.65.6750.1670.10.66（）4（）4 100 923 1617.7kj/h

18、 2.3.4 開啟爐門溢氣熱損失開啟爐門溢氣熱損失 溢氣熱損失由下式得 q 溢qvaaca(tgta) t 其中，qva1997b19970.6800.245=164.7m3/h h h 245.0 冷空氣密度 a1.29kg/ m3,由附表 10 得 ca1.342kj/( m3),ta=20, tg為溢氣溫度，近 似認(rèn)為 tgta(tg-ta) 20(650-20)=440 q溢qvaaca(tgta) t164.71.291.342(44020)0.111975.3 kj/h 2.3.5 其它熱損失其它熱損失 其它熱損失約為上述熱損失之和的 10%20%，故 q它0.13(q件+q散+q

19、輻+q溢)=9939.5 kj/h 2.3.6 熱量總支出熱量總支出 其中 q輔0，q控0，由下式得 q總q件+q輔+q控+q散+q輻+q溢+ q它=86397.5 kj/h 2.3.7 爐子安裝功率爐子安裝功率 p安 件kq 其中 k 為功率儲備系數(shù)，本爐設(shè)計中 k 取 1.5，則 p安36.0kw 3600 86397.55.1 與標(biāo)準(zhǔn)爐子相比較，取爐子功率為 35kw。 2.4 爐子熱效率計算 2.4.1 正常工作時的效率正常工作時的效率 =60609/86397.5 =70.2% 件 件 q q 2.4.2 在保溫階段，關(guān)閉時的效率在保溫階段，關(guān)閉時的效率 83.2% )(溢輻總 件

20、qqq q 2.5 爐子空載功率計算 p空3.5 kw 件件qq 3600 9939.52556 2.6 空爐升溫時間計算 由于所設(shè)計爐子的耐火層結(jié)構(gòu)相似，而保溫層蓄熱較少，為簡化計算，將爐子側(cè)墻 和前后墻及爐頂按相同數(shù)據(jù)計算，爐底由于砌磚方法不同，進(jìn)行單獨計算，因升溫時爐 底板也隨爐升溫，也要計算在內(nèi)。 2.6.1 爐墻及爐頂蓄熱爐墻及爐頂蓄熱 v 側(cè)粘21.392(100.067+0.135)0.115=0.258m3 v 前后粘2(0.680+0.1152)(150.067+0.135)0.115=0.239m3 v 頂粘0.97(1.392+0.276)0.115=0.186m3 v

21、側(cè)纖2(1.392+0.115)(100.067+0.135)0.05=0.121m3 v 前后纖2(0.680+0.1152)(150.067+0.135)0.05=0.104m3 v 頂纖1.071(1.392+0.276)0.08=0.143m3 v 側(cè)硅2 (100.067+0.135)(1.392+0.115)0.115=0.279m3 v 前后硅21.240(150.067+0.135)0.115=0.325m3 v 頂珍 1.9501.2400.115=0.278 m3 q蓄v粘粘c粘(t粘t0)+v纖纖c纖(t纖t0)+ v硅硅c硅(t硅t0) 因為 t粘（t1t2墻）/259

22、5.7 2 4.541650 查附表 3 得 c粘0.84+0.2610-3t粘0.84+0.2610-3595.7=0.995 kj/(kg) t纖（t2 墻t3 墻）/2434.8 2 2.3284.415 查附表 3 得 c纖0.81+0.2810-3t纖0.81+0.2810-3434.8=0.932 kj/(kg) t硅（t3 墻t4 墻）/2191.1 2 0.542.328 查附表 3 得 c硅0.84+0.2510-3t硅0.84+0.2510-3191.1=0.888 kj/(kg) 所以得 q蓄 1(v 側(cè)粘+ v 前后粘+ v 頂粘)粘c粘(t粘t0)+(v 側(cè)纖+ v

23、前后纖+ v 頂纖)纖c纖(t纖t0)+ ( v 側(cè)硅+ v 前后硅+ v 頂硅)硅c硅(t硅t0) 493808 kj/h 2.6.2 爐底蓄熱計算爐底蓄熱計算 v 底粘4(0.020.12+0.1130.065)+(0.042)0.113+(0.1130.120)21.392+ (1.240-0.1152)(1.950-0.115)0.065 0.225m3 v 底纖1.9501.2400.050.121m3v 底硅1.9501.2400.1820.440m3 由于 t 底粘（t1t2 底）/2(650+508.8)/2579.4 查附表 3 得 c 底粘0.84+0.2610-3t 底粘

24、0.991 kj/(kg) t 底纖（t2 底t3 底）/2(508.8+356.7)/2432.8 查附表 3 得 c 底纖0.81+0.2810-3t 底纖0.931 kj/(kg) t 底硅（t3 底t4 底）/2(356.7+50.3)/2203.5 查附表 3 得 c 底硅0.84+0.2510-3t 底硅0.891 kj/(kg) 所以得 q 底蓄0.2251.01030.991(579.4-20)+0.1210.251030.931(432.8-20)+ 0.4400.51030.891(203.5-20) 172327 kj/h 2.6.3 爐底板蓄熱爐底板蓄熱 根據(jù)附表 6

25、查得 650和 20時高合金鋼的比熱容分別為 c板 20.875kj/(kg)和 c 板 10.473kj/(kg)。經(jīng)計算爐底板重量 g=180kg，所以有 q 板蓄g(c板 2t1- c板 1t0)=180(0.8756509.46)100672.2 kj/h q蓄q蓄 1q 底蓄q 板蓄766807 kj/h 空爐升溫時間 升6.1h 件 件 p q 對于一般周期作業(yè)爐，其空爐升溫時間在 38 小時內(nèi)均可，故本爐子設(shè)計符合要求。 因計算蓄熱時是按穩(wěn)定態(tài)計算的，誤差大，時間偏長，實際空爐升溫時間應(yīng)在 4 小時以內(nèi)。 2.7 功率的分配與接線 35kw 功率均勻分布在爐膛兩側(cè)及爐底，組成 y

26、、 或 yy、 接線。供電電壓為車 間動力 380v。 核算爐膛布置電熱元件內(nèi)壁表面負(fù)荷，對于周期式作業(yè)爐，內(nèi)壁表面負(fù)荷應(yīng)在 1535kw/ m2 之間，常用為 2025 kw/ m2 之間。 f電2f電側(cè)f電底21.3920.490+1.3920.680=2.31 m2 wp安/f電35/2. 3115.2kw/ m2 故符合設(shè)計要求。 2.8 電熱元件材料選擇及計算 由最高使用溫度 650，選用線狀 0cr25al15 合金電熱元件，接線方式采用 y。 2.8.1 圖表法圖表法 由附表 15 查得 0cr25al1 電熱元件 35kw 箱式爐 y 接線，直徑 d4.8mm 時，其表 面負(fù)荷

27、為 1.56w/ cm2。每組元件長度 l組49.6m,總長度 l總148.8m,元件總重量 g總 19.1kg。 2.8.2 理論計算法理論計算法 1、求 650時電熱元件的電阻率 t 當(dāng)爐溫為 650時，電熱元件溫度取 1100，由附表 12 查得 0cr25al5 在 20 時電阻率 201.40mm2/m，電阻溫度系數(shù) 410-5-1,則 1100下的電熱元件電阻 率為 t20(1+t)= 1.40(1+410-51100)= 1.46mm2/m 2、確定電熱元件表面功率 由圖 53，根據(jù)本爐子電熱元件工作條件取 w允1.6w/ cm2。 3、每組電熱元件功率 由于采用 y 接法，即三相雙星形接法，每組元件功率 p組35/n=35/311.7 kw 4、每組電熱元件端電壓 由于采用 yy 接法，車間動力電網(wǎng)電壓為 380v，故每組電熱元件端電壓即為每 項電壓 u組380/=220v 5、電熱元件直徑 線狀電熱元件直接