中溫井式電阻爐設(shè)計(jì)

1、z目 錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)1、專業(yè)課程設(shè)計(jì)題目12、專業(yè)課程設(shè)計(jì)任務(wù)及設(shè)計(jì)技術(shù)要求1二、爐型的選擇1三、爐膛尺寸的確定11、爐膛有效尺寸（排料法）11.1確定爐膛內(nèi)徑D 11.2確定爐膛有效高度H 2 1.3爐口直徑的確定 21.4爐口高度的確定 3四、爐體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 31、爐壁設(shè)計(jì) 32、爐底的設(shè)計(jì)53、爐蓋的設(shè)計(jì)64、爐殼的設(shè)計(jì)7五、電阻爐功率的確定71、爐襯材料蓄熱量Q蓄7 82、加熱工件的有效熱量Q件 9 3、工件夾具吸熱量Q夾 10 4、通過(guò)爐襯的散熱損失Q散 105、開(kāi)啟爐門的輻射熱損失Q輻 126、爐子開(kāi)啟時(shí)溢氣的熱損失Q溢 127、其它散熱Q它 138、電阻爐熱損失總和Q總 13 9、

2、計(jì)算功率及安裝功率13六、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算131、電阻爐熱效率132、電阻爐的空載功率143、空爐升溫時(shí)間14七、功率分配與接線方法141、功率分配142、供電電壓與接線方法14八、電熱元件的設(shè)計(jì)151、I區(qū)152、II區(qū)163.電熱元件引出棒及其套管的設(shè)計(jì)與選擇184.熱電偶及其保護(hù)套管的設(shè)計(jì)與選擇18參考書目19- 5 -一、設(shè)計(jì)任務(wù)1、專業(yè)課程設(shè)計(jì)題目： 中溫井式電阻爐設(shè)計(jì)2、專業(yè)課程設(shè)計(jì)任務(wù)及設(shè)計(jì)技術(shù)要求：1、901000中碳鋼調(diào)質(zhì)用爐. 2、每爐裝16根 3、畫出總裝圖 4、畫出爐襯圖 5、畫出爐殼圖（手工） 6、畫出電熱元件圖 7、寫出設(shè)計(jì)說(shuō)明書 二、爐型的選擇因?yàn)楣ぜ牧蠟?01

3、000中碳鋼調(diào)質(zhì)用爐對(duì)于中碳鋼調(diào)質(zhì)最高溫度為870+(3050)，所以選擇中溫爐（上限950）即可，同時(shí)工件為圓棒長(zhǎng)軸類工件，因而選擇井式爐，并且無(wú)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950。三、爐膛尺寸的確定1、爐膛有效尺寸（排料法）1.1確定爐膛內(nèi)徑D工件尺寸為901000,裝爐量為16根，對(duì)長(zhǎng)軸類工件，工件間隙要大于或等于工件直徑；工件與料筐的間隙取100200mm。爐膛的有效高度150250mm排料法如圖所示則：根據(jù)幾何關(guān)系，每根工件最小距離取90mm，則可以計(jì)算出 D=90d=890mm D效=d+2100200=1100又因爐壁

4、內(nèi)徑比料筐大200300mm故?。?1500mm查表得可用砌墻磚為BSL427467 (A=168,B=190.8,R=765,r=675)型輕質(zhì)粘土扇形磚。由該磚圍成的爐體的弧長(zhǎng)為：S=D=3.141500=4710mm磚的塊數(shù)為：4710168=28.04塊，取整后N=28對(duì)D進(jìn)行修正得：D砌=281683.14=1500mm，取=1500mm1.2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(zhǎng)度的基礎(chǔ)上加0.10.3m。H效=1000+200=1200mmH= H效+250=1450mm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=

5、3n(65+2)+67,n=6.88.取整后取n=7再將n=7代入上式，得H砌=1474mm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=94.2，取整為94塊。擱磚總數(shù)n=9421=1976塊1.3爐口直徑的確定D效=110mm，由于爐口用斜行楔形磚8SL.427.498故有，D效=74N 將D效=1100mm代入，得N=46.7，取整后N=47，再將N=47代回上式，則得到D爐口=1107mm。 扇形磚選擇8SL。427.077D爐口 =166N得D=20.8取=211.4爐口高度的確定按一般的設(shè)計(jì)原則，爐口可由斜行楔形磚和2層直行磚堆砌而成。故H爐口=（65+2）3

6、+32=233mm四、爐體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)爐體包括爐壁、爐底、爐蓋、爐殼幾部分。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(guò)允許溫度，否則會(huì)降低使用壽命；（4）要保證爐殼表面溫升小于60，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，下圖為井式爐爐壁二層結(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；

7、第層為B級(jí)硅藻土磚+耐火纖維，其厚度取標(biāo)準(zhǔn)磚115 mm，第層為保溫層，采用B級(jí)硅藻土磚架構(gòu)中間填充礦渣棉，其厚度設(shè)計(jì)為x mm。在穩(wěn)定傳熱時(shí)，對(duì)各爐襯熱流密度相同。根據(jù)課本的公式結(jié)合查表，可得： 兩層爐寸q=(t3-t0)，由設(shè)計(jì)參考書溫升50，則爐壁溫度60，室溫20是=12.17W/(m2*0C)所以q=12.1740=486.8W/(m2*0C)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2=120 kg/m3； 熱導(dǎo)率2=0.032+0.21（103t均 ）*2W/(m*0C)； 比熱容C2=1.1KJ/（kg*0C）。由代入數(shù)據(jù)得：=820m=0.0

8、32+0.21（820+50）21000*2=0.0727wm.S2=1486.60.0727(820-60)=113.5mm取S2=115mm2、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，在平鋪二層重質(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。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，第三層為重粘土磚。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)BSL42728067重粘土磚RNG-1.3BSL4270136

9、7重粘土磚RNG-1.3BSL4270133、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180普通硅酸鋁纖維第二層115輕質(zhì)粘土磚RNG-0.6BS427444、爐殼的設(shè)計(jì)爐殼的尺寸取決于爐子砌體的尺寸，

10、爐子的砌體包在爐殼之內(nèi)。爐體框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(guò)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(guò)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

11、功率。理論計(jì)算發(fā)是通過(guò)爐子的熱平衡計(jì)算來(lái)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。先預(yù)估算功率，采用爐膛面積法，=110.55kw1、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)砌體所吸收的熱量。計(jì)算式為：第層：；=369103.42KJ第層：； =52994.7KJ Q爐寸=Q1+Q2=369103.42+52994.7=422098.12KJ簡(jiǎn)化計(jì)算爐底蓄熱： =把r=750代入得

12、：Q蓄1=114456.9KJ= 把r=750代入得：Q蓄2=14556.59KJQ蓄=Q 1+Q 2=129032.56KJ簡(jiǎn)化爐頂?shù)男顭崃縌蓄（頂）=Q蓄（底）=129032.56KJQ總蓄=Q爐寸+Q蓄(底)+Q蓄(頂)=422098.12+129032.56+129032.56=680163.24KJ2、加熱工件的有效熱量Q件估算空爐升溫時(shí)間：=1.71h則估計(jì)取整2小時(shí)，工件升溫時(shí)間用經(jīng)驗(yàn)公式得到工件升溫時(shí)間取1.5小時(shí)，保溫時(shí)間0.5小時(shí)，裝爐時(shí)間0.3小時(shí)。 則：=2+1.5+0.5+0.3=4.3h 工件重量： =148771.393、工件夾具吸熱量Q夾 因本次所設(shè)計(jì)正火爐不需

13、使用夾具，故Q夾=0。4、通過(guò)爐襯的散熱損失Q散 散熱損失就是爐膛內(nèi)熱量通過(guò)爐墻、爐頂、爐底散發(fā)到車間的熱損失。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(jiǎn)化成與爐壁散熱情況一樣。在爐襯傳熱達(dá)到熱穩(wěn)定的情況下，通過(guò)爐壁的散熱損失，可參考下圖，按照下式計(jì)算。 爐襯蓄熱情況簡(jiǎn)化計(jì)算圖 先求出各層爐墻材料的平均熱導(dǎo)率： 各層爐墻的厚度S列出如下：是爐殼外表面對(duì)空氣的綜合傳熱系數(shù)通過(guò)查表得=12.2是各層平均面積，其公式如下所示，代入數(shù)據(jù)得：； ； ；。公式中t是爐膛和室溫；將以上數(shù)據(jù)代入求，所示如下：得Q散=23632KJ5、開(kāi)啟爐門的輻射熱損失Q輻 計(jì)算公式如下：分別是爐膛內(nèi)部

14、和爐外空氣的絕對(duì)溫度（K）；F爐門開(kāi)啟的面積：爐口輻射遮蔽系數(shù)：，查表可知： 爐門開(kāi)啟率： 將以上數(shù)據(jù)代入公式計(jì)算得： 6、爐子開(kāi)啟時(shí)溢氣的熱損失Q溢計(jì)算公式如下：；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： ： 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： 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(guò)充分干燥、沒(méi)有裝料爐的電阻

15、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1、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，由于本次設(shè)計(jì)電阻爐安裝功率達(dá)到90Kw,所以為了更合理的設(shè)計(jì)與安裝電熱元件，現(xiàn)將爐膛分三區(qū)計(jì)算，上下區(qū)功率分別為：上區(qū)42Kw,下區(qū)都是48Kw。2、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(lái)決定。因爐子功率為

16、150Kw，即可采用三相380V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)分區(qū)層數(shù)功率區(qū)9層42KW區(qū)12層48KW選用0Cr25Al5線狀電熱元件，電壓380V。1、I區(qū) 1.1供電電壓和接線 選用三相380V、星形接法 1.2確定電熱元件的單位表面功率因爐膛最高溫度不超過(guò)950，結(jié)合選材0Cr25Al5查表得 1.3確定元件尺寸 代入上式得d=5.2mm，取d=5.5mmL總=nL=356=168（m）=0.169168=28.392 kg符合要求 1.4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

17、上，每 3排串接成一相。每排電熱元件的展開(kāi)長(zhǎng)度：每排電熱元件的擱磚長(zhǎng)度：電熱元件螺旋直徑：螺旋直徑取：螺旋體圈數(shù)N和螺距h分別為：圈取h=20mm，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。2、II區(qū) 2.1供電電壓和接線 選用三相380V、星形接法 2.2確定電熱元件的單位表面功率 同上：2.3確定元件尺寸 代入上式得d=5.74mm，取d=6.0mmL總=nL=356.24=168.72（m）=0.236168.72=33.913 kg 符合要求 2.4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 4排串接成一相。每排電熱元件的展開(kāi)

18、長(zhǎng)度：每排電熱元件的擱磚長(zhǎng)度：電熱元件螺旋直徑：螺旋直徑?。郝菪w圈數(shù)N和螺距h分別為：圈取h=23mm，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。3.電熱元件引出棒及其套管的設(shè)計(jì)與選擇3.1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(zhǎng)度：L引=25+90+115+120=350mm3.2.保護(hù)套管的選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)說(shuō)明中爐膛以及電熱元件的設(shè)計(jì)，所以確定 L爐墻 =90+115=205（mm），引出棒的直徑d=16mm， 因此選用SND724020號(hào)套管，高鋁礬土，重量0.35kg，d套=25mm，D套=40mm，長(zhǎng)度250mm。4.熱電偶及其保護(hù)套管的設(shè)計(jì)與選擇4.1熱電偶的選擇由于爐內(nèi)最高的溫度為950.長(zhǎng)期使用的溫度在