井式電阻爐課程設(shè)計教學(xué)內(nèi)容.doc

1、精品文檔目錄11爐膛尺寸的確定12電阻爐功率的計算2666991212精品文檔精品文檔一、設(shè)計任務(wù)設(shè)計種類：軸類工件，桿件和長管件的回火加熱 （材料為中碳鋼， 低合金鋼）生產(chǎn)能力： 160 kg/h零件最大尺寸： 50*1800mm作業(yè)制度： 3 班制生產(chǎn)二、爐型的選擇根據(jù)技術(shù)條件要求，工件材料為中碳鋼或者低合金鋼，熱處理工藝為回火，對于中碳鋼或低合金鋼回火最高溫度大約為600700，所以選擇中溫爐（上限 950）即可。金屬熱處理多用箱式爐、井式爐或者連續(xù)電阻加熱爐。同時工件規(guī)定是長軸類，選擇箱式爐，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。三、爐膛尺

2、寸的確定1、爐底面積的確定：用爐底強度指標(biāo)法計算，爐底有效面積：查表 5.1 得 gs=100Kg/ （m2 h），又 Gs=160Kg/haGs1602）F =1.6（mgs100由于存在關(guān)系式F=0.780.85，取系數(shù)上限，得爐底實際面積：FaF= Fa = 1.6 =1.88（ m2）0.850.852、爐底直徑的確定：2D 24F=4 * 1.88由公式 F= R=4D=1.55m3.143、爐膛高度的確定：1800mm，工件距爐頂和爐底各約150mm由于加熱工件的最大長度為250mm，則爐深 H=1800+250+250=2300mm4、爐襯材料及厚度的確定：爐體包括爐壁、爐底、爐

3、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)計時應(yīng)滿足下列要求：（ 1）確定砌體的厚度尺寸要滿足強度要求，并應(yīng)與耐火磚、隔熱保溫磚的尺寸相吻合；（ 2）為了減少爐襯熱損失和縮短冷爐升溫時間，在滿足耐火、保溫和機械強度要求的前提下，應(yīng)盡量選用輕質(zhì)耐火材料；（ 3）保溫材料的使用溫度不能超過允許溫度，否則將使保溫性能降低；（ 4）爐襯外表面溫升以保持在 4060為宜，否則會增大熱損失，使環(huán)境溫度升高，導(dǎo)致勞動條件惡化。精品文檔精品文檔對于 950的井式爐，用一層輕質(zhì)粘土磚作為耐火層，硅藻土磚及蛭石粉做保護層，在爐膛底部應(yīng)干鋪一層粘土磚作為爐底。對于深度較大的爐子

4、， 在耐火層和爐口磚之間應(yīng)當(dāng)留 1525mm膨脹縫，爐膛底部應(yīng)留有清楚氧化皮的扒渣口，爐襯外有爐殼保護。綜上所述，爐墻采用 113mmQN-1.0 輕質(zhì)粘土磚 +80mm 密度為 250kg/m3 普通硅酸鋁纖維氈 +113mmB 級硅藻土磚。爐頂采用 113mmQN-1.0 輕質(zhì)粘土轉(zhuǎn) +80mm 密度為 250kg/m3 普通硅酸鋁纖維氈 +85mm 蛭石粉。爐底采用 QN-1.0 輕質(zhì)粘土轉(zhuǎn) (67*2)mm+50mm 密度為 250kg/m3 普通硅酸鋁纖維氈 +182mmB 級硅藻土磚和硅藻土粉復(fù)合爐襯。爐殼用 5mm鋼板制作。四、砌體平均表面積計算D 外=D+2*(115+80+1

5、15)=1550+620=2170 (mm)H 外 =H+C底 +f+h 拱角C 底 =67*2+50+182=366mmf=R(1-cos30 )=D(1-cos30 )=1550*(1-cos30 )=208mmh 拱角 =(65+2)+(135+2)*2=341mm、H 外 =2300+366+208+341=3215 (mm)(1) 爐頂平均面積2F 頂內(nèi) = 2 D= 2 * 3.14 * 1.552 =2.51m2662F 頂外 = 4 D= 4 * 3.14 * 1.55 2 =5.03 m266F 頂均= F外F內(nèi) = 5.03 - 2.51 =3.63 m2ln F外ln 5

6、.03F內(nèi)2.51（2） 爐墻平均面積F 墻內(nèi)=2R內(nèi) * H 內(nèi) =2*3.14*0.775*2.3=11.19 m 2F 墻外=2R外 * H 外 =2*3.14*1.085*3.215=21.91 m 2F 墻均= F外F內(nèi) = 21.91-11.19 =15.95m2ln F外ln 21.91F內(nèi)11.19精品文檔精品文檔（3） 爐底平均面積F 底內(nèi)=22=1.89 m2R 內(nèi) =3.14*0.775F 底外 =R 2 外 =3.14*1.0852=3.70 m2F 底均= F外F內(nèi) = 3.70 - 1.89 =2.69m2ln F外ln 3.70F內(nèi)1.89五、電阻爐功率計算本爐采

7、用理論設(shè)計法，理論設(shè)計法就是采用熱平衡來確定爐子功率的方法。其原理是爐子的總功率即熱量的收入，應(yīng)能滿足爐子熱量支出的總和。電阻爐的種類和作業(yè)形式不同，熱量支出的具體項目和數(shù)量也不相同。根據(jù)熱平衡計算爐子功率：（1） 加熱工件所需的熱量Q熱查表可知，工件在950及 20時比熱容分別為 C t =0.636 kJ /( kg C ) ，C o =0.486 kJ /( kgC)，所以Q熱 =Gs( C t t f - C o t o )=160*(0.636*950- 0.486*20)=95117KJ/h（2） 加熱輔助構(gòu)件（料筐、工具夾、支承架、爐底板、料盤等）所需的熱量 Q輔Q輔 =G 輔

8、( C t t f - C o t o )=0 KJ/h（ 3）加熱控制氣體所需的熱量Q控Q控 = G控 C( t f - t o )=0 KJ/h（ 4）通過爐襯的散熱損失Q 散通過爐襯的散熱損失指爐膛內(nèi)的熱量通過爐體散發(fā)到大氣中的損失。在爐子加熱階段，通過爐襯的散熱損失屬于不穩(wěn)定態(tài)傳熱。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，將爐門包括在前墻內(nèi)Q散 =t1t n 1nSii 1i Fi對于爐墻散熱， 如圖所示， 首先假定界面上的溫度及爐殼溫度，t2墻 =850，精品文檔精品文檔950850t 3 墻 =450， t 4墻 =60。則耐火層 s1 的平均溫度 t s1

9、均=900，硅酸2鋁纖維層s2 的平均溫度 ts2均850 450 =650，硅藻土磚s3 的平均溫度45060 =255， s1,s32t s3均層爐襯的熱導(dǎo)率由表得21 =0.294+0.212*10 3 *900= 0.485W/(m )3 =0.131+0.23*10 3 *255= 0.190W/(m )普通硅酸鋁纖維的熱導(dǎo)率由表查得，在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 =650，得2 =0.128W/(m )當(dāng)室溫為時，由表近似計算得2)20=12.17W/(m1）求熱流q墻 = s1t f - t o= 0.115950 - 20=600.2W/

10、m2s2s310.0800.11511230.4850.1280.19012.172）驗算交界面上的溫度t2墻 , t3 墻t 2 墻 = t f- q墻s1=950- 600.2*0.115=807.710.485t2墻807.7 850- t 2 墻=850*100%=4.9%t2墻5% ,滿足設(shè)計要求，不需重算。t 3墻 = t 2墻 - q墻 s2=807.7-600.2* 0.080 =432.620.128t3 墻 - t432.6 450=3墻t3 墻=450*100%=3.8%5% ,滿足設(shè)計要求，不需重算。3）驗算爐殼溫度 t4墻t 4 墻 = t3 墻 - q墻 s3 =4

11、32.6-600.2* 0.115 =69.370滿足要求30.1904）計算爐墻散熱損失精品文檔精品文檔Q墻散 = q 墻 F墻均 =600.2*15.95=9573.2W同理可以求得t 2頂 =808.1， t3 頂 =434.2， t 4頂 =63， q頂 =598.3W/m2t 2底 =807.1， t3 底 =430.4， t 4底 =67， q底 =602.8W/m2爐頂通過爐襯散熱Q頂散 = q 頂 F頂均 =598.3*3.63=2171.8W爐底通過爐襯散熱Q底散 = q 底 F底均 =602.8*2.69=1621.5W整個爐體散熱損失Q散 Q墻散 Q頂散 Q底散=9573

12、.2+2171.8+1621.5=13366.5W =48119.4kJ/h（5）開啟爐門的輻射損失設(shè)裝出料所需時間為每小時6 分鐘，可得44Q輻 3.6 5.675 FtTgTa100100因為 Tg =950+273=1223K, Ta =20+273=293K,故爐門開啟面積F=* R=3.14* 0.7752 =1.89 m2爐門開啟率t60.160H 與 R 之比為 0.2/0.775=0.26，爐由于爐門開啟后，輻射口為圓形，且門開啟高度與爐墻厚度之比為0.2/0.31=0.65，查表知=0.7，故44Q輻 3.6 5.675 FtTgTa10010044=3.6*5.675*1.

13、89*0.7*0.1*=6027kJ/h（6）開啟爐門溢氣損失1223293100100溢氣熱損失Q溢qva a ca (tgta ) t其中， qva1997D * H *H1997 * 1.55 * 0.2 *0.2276.9 m3/h冷空氣密度a1.29 kg/m3, 由表得 ca1.342 kJ/(m3 ), ta20 ,精品文檔精品文檔tg 為溢氣溫度，近似認(rèn)為 t g = t a +2t gt a =20+2950 20 =640，33Q溢 qva a ca (t gt a ) t=276.9*1.29*1.342* （640-20）*0.1=29715.9kJ/h（7）其它熱損失

14、其它熱損失約為上述熱損失之和的10%-20%，故Q它 =10%*( Q熱 + Q控 +Q散 +Q輻 +Q溢 )=0.1* （95117+0+48119.4+6027+29715.9）=17897.9kJ/h（8）熱量總支出Q總 =Q熱 + Q控 +Q散 + Q輻 +Q溢 + Q它=95117+0+48119.4+6027+29715.9+17897.9=196877.2kJ/h（9）爐子的安裝總功率P安KQ總3600其中 K 為功率儲備系數(shù)，本爐設(shè)計中K 取 1.4，則P安 =1.4* 196877.2=91.65kW3600與標(biāo)準(zhǔn)爐子相比較，取爐子功率為90kW。六、電阻爐熱效率計算1. 正

15、常工作時的效率Q熱 =95117*100%=48.3%Q總196877.22. 在保溫階段，關(guān)閉爐門時的效率Q熱95117Q總Q輻Q溢*100%=59%196877 - 6027 29715.9七、 爐子空載功率計算Q 散Q它48119.4 17897.9P空=18.3kW36003600八、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、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，進精品文檔精品文檔行單獨計算，因升溫時爐底底板也隨爐升溫，也要計算在內(nèi)。1. 爐墻及爐頂蓄熱V粘側(cè) =2*1.509*(34*0.067+0.135)*0.115=0

16、.837m 3V粘前后 =2*1.509*(34*0.067+0.135)*0.115=0.837m 3V粘頂 =0.97*(1.509+0.276)*0.115=0.199 m3V纖側(cè) =2*(1.509+0.115)*(34*0.067+0.135)*0.080=0.627 m 3V纖前后 =2*(1.509+0.115)*(34*0.067+0.135)*0.080=0.627m 3頂3V纖 =1.071*(1.509+0.276)*0.0.080=0.153mV硅側(cè) =2*(1.509+0.115)*(34*0.067+0.135)*0.115=0.901 m 3前后=2*(1.509

17、+0.115)*(34*0.067+0.135)*0.115=0.901m 3V硅V硅側(cè) =2.360*1.490*0.115=0.404m3所以Q蓄V粘 粘c粘 t 粘t0V纖 纖c纖 t纖t0V硅 硅c硅 t硅 t0t 1t 2墻=950807.7=878.8因為 t 粘22查表得 C粘0.840.26 * 10 3 * 878.81.07kJ/(kg )t 2墻t 3墻807.7432.6620.2 t纖22查表得 C纖0.810.28* 10 3* 620.20.98kJ/(kg )t硅t 4 墻t 3墻69.3 432.622251查表得 C硅0.840.25 * 10 3 * 25

18、10.90kJ/(kg )所以得Q蓄1V粘側(cè)V粘前后V粘頂粘 c粘 t粘t0+ V纖側(cè)V纖前后V纖頂纖 c纖 t纖t 0精品文檔精品文檔+ V硅側(cè) V硅前后 V硅頂 硅 c硅 t硅 t0=（0.837+0.199）*0.8* 10 3 *1.07* （878.7-20）+（ 0.627+0.153） *0.25* 10 3 *0.98* （620.2-20）+（ 0.901+0.404） *0.55* 10 3 *0.90* （251-20）=761508.9+114698.2+149220.2=1025427.3kJ 2.爐底蓄熱計算V粘底 = 0.115 * 0.0650.067 * 0.

19、113 * 60.042 * 2 * 0.113 * 1.43 =0.143m3V粘底 =1.601*1.079*0.05=0.086m3V粘底 =1.601*1.079*0.182=0.314m3t 2頂 =808.1， t 3頂 =434.2， t 4頂 =63， q頂 =598.3W/m2 t 2底 =807.1， t3 底 =430.4， t 4底 =67， q底 =602.8W/m2底t 1t 2 底950807.1t 粘2=878.62查表得 C粘0.840.26 * 10 3 * 878.61.07kJ/(kg )底t 2 底 t 3底807.1430.4618.8 t纖22查表

20、得 C纖底0.810.28 * 10 3* 618.80.98kJ/(kg )t底t 4底t 3底67430.4248.7 硅22查表得 C硅0.840.25* 10 3 * 248.70.90kJ/(kg )所以得Q蓄底 =0.143*1.0* 103 *1.07*(878.6-20)+0.176*0.25* 103 *0.98*(618.8-20)+0.633*0.5* 10 3 *0.90*(248.7-20)精品文檔精品文檔=222339.9 kJ3.爐底板蓄熱查表得 950和 20時鋼板的比熱容分別為C 板2 =0.679 kJ /(kgC ) 和C 板1 =0.473kJ /( k

21、gC ) 。經(jīng)計算爐底板重量 G=242kg，所以有Q蓄板 =G( C 板2 t1 - C 板1t 0 )=242*(0.670*950-0.473*20)=151743.6kJ所以 Q蓄 Q蓄Q蓄底Q蓄板 =1025427.3+222339.9 +151743.6=1399510.8kJ1得升溫時間為Q蓄= 1399510.8 =5.18h升3600P安3600 * 75對于一般周期作業(yè)爐， 其升溫時間在 2 8 小時內(nèi)均可，故本爐子設(shè)計符合要求。九、功率的分配與接線90kW 功率均勻分布在爐膛兩側(cè)及爐底，組成 Y、 或YY 、 接線。供電電壓為車間動力網(wǎng) 380V。核算爐膛布置電熱元件內(nèi)壁

22、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 1525kW/m 2 之間。F電2F電側(cè)F電底 =2*1.714*0.64+1.714*0.869=3.74m 2PW 安 =20.05kW/m2 F電表面負(fù)荷在常用的范圍之內(nèi)，故符合設(shè)計要求。十、電熱元件材料選擇及計算由最高使用溫度 950，選用線狀 0Cr 25Al 5 合金作電熱元件，接線方式采用 380V 單相接法。1.求 950時電熱元件的電阻率t當(dāng)爐溫為 950時，電熱元件溫度取1100，查表得 0Cr27Al7Mo2在 20時電阻率201.40mm2 / m ，電阻溫度系數(shù)4 10 5 C 1 ，則 1200下的電熱元件電阻率為t20

23、 1t1.40*(1+4* 10 5 *1100)=1.46mm2 / m2. 確定電熱元件表面功率查表知， W允 =1.7W/cm23. 每組電熱元件功率精品文檔精品文檔由于采用三相接法，每組元件功率P組 =10kW4. 每組電熱元件端電壓由于采用三相接法，車間動力電網(wǎng)端電壓為 380V，故每組電熱元件端電壓即為每相電壓U 組380220V35. 電熱元件直徑線狀電熱元件直徑為d 34.3 * 3t P組21.46 * 1022 34.3* 31.7 * 2202 =4.2mmW允U 組取 d 5mm6. 每組電熱元件長度和質(zhì)量每組電熱元件長度為2222L組0.785 * 10-3*U 組

24、d=0.785*10 -3* 220 * 4.2=45.9mP組t10 * 1.46每組電熱元件質(zhì)量為G組d 2 L組 M4式中 M7.1g / cm3 ，所以得G組d 2 L組 M=3.14* 4.22 * 45.9* 7.1=4.52kg447. 電熱元件的總長度和總重量電熱元件的總長度為L總3L組 =3*45.9=137.7m電熱元件總重量為G總3G 組 =3*4.52=13.56kg8. 校核電熱元件表面負(fù)荷P組101.39 W/cm 2W實dL組3.14 * 0.05 * 45.9W實W允 ，結(jié)果滿足設(shè)計要求。9. 電熱元件在爐膛內(nèi)的布置將 3 組電熱元件分為 12 折，布置在爐墻及爐底上，則有L折L組45.9 =11.5m44精品文檔精品文檔布置電熱元件的爐壁長度LL502300502