pfth型油淬真空爐設計

1、工程設備設計基礎設計說明書（課程設計）設計說明書目錄 一:設計任務說明-2二: 加熱部分設計-2Ø 1: 爐膛尺寸-2Ø 2: 爐墻-2Ø 3: 爐用耐熱鋼-3Ø 4: 加熱元件設計-3三: 加熱爐功率計算-5 Ø 1: 爐膛尺寸-2Ø 2: 爐墻-2Ø 3: 爐用耐熱鋼-3Ø 4: 加熱元件設計-3四: 真空系統(tǒng)介紹-6五: 繪制爐型圖-8一、設計任務書1） 設計題目 ：pfth型油淬真空爐設計 2）油淬真空爐條件：項目單位指標爐子有效尺寸Mm500×1200最大爐裝量Kg250額定功率Kw150二、加

2、熱部分設計 1爐膛尺寸 爐子有效尺寸為500×1200，由于在擺放工件時需要考慮裝料、出料方便和爐氣流動，在工件之間要留有一定空間,工件與電熱元件也要留出一定的空間通常為100150mm，靠近爐門初溫度偏低，工件到爐門應留出100200mm。因此： 爐膛長度：L=L1+0.20.3m 爐膛寬度：B=B1+0.20.4m 其中L1 和 B1分別為爐子有效長度和寬度，這里爐子為柱狀的，所以： 爐膛直徑R=500+300=800mm 高度：H=1200+300=1500mm 由于沒有待處理的鋼件，沒有規(guī)定的溫度，但通過電動率P和爐子的體積我們可以估算爐子的加熱溫度（經(jīng)驗公式）： 工作溫度（

3、）功率（kw）12001000700400P=100150P=75100P=5075P=3550 我們設計的淬火爐的功率為150KW，那么可以估計一下爐子的加熱溫度大約有1000。據(jù)此來確定爐墻材料和加熱元件。2 爐墻 10001200的高溫爐需要三層爐襯，即高鋁磚、輕質耐火磚和保溫材料，外加石棉板和鋼板外殼。查詢熱處理爐（西北工業(yè)大學出版）的爐墻組成表可知1000的爐墻組成為： 爐膛溫度爐墻材料厚度（mm）1000輕質耐火粘土磚=1.3115硅藻土磚=0.6180膨脹珍珠巖<0.16663 爐用耐熱鋼 熱處理爐的爐內構件如爐底板、爐罐、導軌、料盤、爐輥、內罩等都是在高溫下工作的，承受一

4、定的載荷，并受到高溫化學介質的腐蝕，因此這些構件必須用耐熱鋼制造。常用的耐熱鋼有1Cr18Ni9Ti、Cr18Ni25Si2、等奧氏體耐熱鋼，由于Cr、Ni的消耗過多，筑爐投資較大，幾年來開始使用無Cr、Ni或少Cr、Ni的耐熱鋼。其中比較重要的有Fe-Al-Mn系和Fe-Cr-Mn-N系耐熱鋼。 Fe-Al-Mn系的耐熱鋼根據(jù)其含Al量的不同分三種，分別用于800900、950以下、10001100。 由于所設計的熱處理爐為高溫熱處理爐，我們采用耐熱性能最好的第三種。2.加熱爐功率的計算 （1）熱平衡方程式為:熱平衡計算法的原理就是為了保持爐子在工作濕度下正常運行，必須保證爐子熱量收入與熱量

5、支出相平衡。一般是設定爐子的熱交換是處在穩(wěn)定狀態(tài)下進行的，則熱平衡方程式 (2-1)加熱器發(fā)出的總熱量 kJ/h 有效熱消耗,即加熱工件及夾具所消耗的熱量 kJ/h無功熱損失 kJ/h加熱過程中爐子結構蓄熱消耗的能量 kJ/h（2）有效熱消耗的計算有效熱消耗一般包括加熱工件和加熱工夾具所消耗的熱量總和即： 工件加熱消耗的熱量 kJ/h 夾具加熱消耗的熱量 kJ/hl、加熱工件所消院的熱量：=G()G爐子生產(chǎn)率 kg/h工件加熱的最終溫度,一般取爐溫 工件加熱的起始溫度,一般取室溫 工件在溫度和時的平均比熱容 kJ/(kg)2、加熱工夾具所消隨的熱置的計算與的計算公式相同。常用金屬的平均比熱容如

6、表4-1所示。由表4-1可知=0.5016 kJ/(kg.K), 由設計要求可知G為250kg/h, =1000, =20則有: =2500.5016(1000-20)=122892kJ對夾具熱消耗的計算,公式與工件熱消耗相同,但可以忽略。所以:=122892kJ/h（3）無功熱損失的計算無功熱損失在穩(wěn)定狀態(tài)時主要包括下列各項：=+ (2-2)通過隔熱層輻射給冷壁的熱損失 kJ/h 水冷電極傳導的熱損失kJ/h 熱短路造成的熱損失 kJ/h其他熱損失kJ/h對于周期作業(yè)爐，由于加熱過程的初始階段處于不穩(wěn)定傳熱狀態(tài)，沒有達到熱平衡，因此無功熱損失比穩(wěn)定狀態(tài)時要小。為了簡便起見，仍按穩(wěn)定狀態(tài)熱交換

7、計算。(a)通過隔熱層輻射給冷壁的熱損失的計算隔熱屏的選擇 一般隔熱屏的內表面與加熱器之間的距離約為50100mm；加熱器與工件(或夾具、料筐)之間的距離為50一150mm。隔熱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150300mm，或更長一些。從傳熱學的觀點看，采用熱損失最小圓筒形的隔熱屏。 選用石墨氈隔熱屏，隔熱屏內鋪設一層柔性石墨板(或耐高溫紙制品)。根據(jù)熱平衡原理，經(jīng)過非金屬隔熱屏(石墨氈隔熱屏陶瓷纖維隔熱屏)輻射給冷壁的熱損失， 等于隔熱屏內壁傳導至外壁的熱量Q傳，亦等于隔熱屏輻射結冷壁的熱量Q輻，即：Q傳Q輻設定隔熱屏內壁溫度與電熱元件接近，電熱元件的

8、溫度按高于爐子工作溫度100150計算，取t11100，隔熱屏外壁溫度t2670，爐殼內壁溫度t350。再取L=1200+2×250mm1700mm。電熱元件距爐膛選定為50mm左右，隔熱屏距電熱元件約50mm，隔熱屏扎實厚度約為50mm，故500100×250×2800mm， 8002×50（厚度）900mm。Q傳通過非金屬隔熱屏傳導熱損失(kJ/h); t1隔熱層內壁溫度()； t2隔熱層外壁溫度()； L圓簡壁長度或深度(m); d1圓筒內壁直徑(m)； d2圓筒外里直徑(m)； 隔熱層材料的平均熱導率kJ/(m·h·)隔熱層材

9、料的平均熱導率由圖4-1(導熱系數(shù)曲線)取=0.2754kJ/(m·)由以前計算可知圓簡壁長度或深度L=1.7m,圓筒內壁直徑d1=0.8m, 圓筒外壁直徑d2=0.9m,則有: =10733.91 kJ/hQ輻按封閉空間內兩表面的輻射換熱計算： (kJh)Q輻通過非金屬隔熱屏輻射熱損失(kJh) Cn導熱輻射系數(shù)kJ(m2·h·K4)；F1輻射體外表面積(m2)；F2接受體內表面積(m2)；T2輻射體外表面絕對溫度（K）T3接受體內表面絕對溫度（K）1輻射體的黑度；2接受體的黑度。由表4-3(各種材料的輻射黑度)取輻射體的黑度1=0.202, 接受體為水冷內壁，

10、取不銹鋼表面磨光時的黑度為0.074 ,F10.800×1.7004.27m2，F(xiàn)20.900×1.700=4.80m2=0.3084(m2·h·K4)則有:=10269.98kJ/hQ傳 和Q輻近似相等，滿足條件，取Q傳=10733.91kJh即= 10733.91kJh（b）水冷電極傳導的熱損失Q2Q2水冷電極傳導熱損失，(kJh)；n水冷電極數(shù)；水的密度(kg/m3)；C水的比熱容kJ(kg·);d水管直徑(m)，一般取d=0.0060.010m;v水的流速(m/h)，對軟水一般取0.8m/s1.2m/s,對中等硬度的水取1.2一3m/s

11、；t1冷卻水出口溫度()一般取3035,對于硬水為了防止積垢應不超過35;t2冷卻水入口溫度()，一般取2025。根據(jù)一些設計單位的經(jīng)驗，一個水冷電極消耗功率約0.51kW。取水冷電極數(shù)n為6;水的密度為1000 kg/m3;水的比熱容C為 4200 kJ(kg·); 水管直徑d為0.008m; 水的流速v為1.0 m/s; 冷卻水出口溫度t1為30; 冷卻水入口溫度為20,則有:=45577.73kJ/h (C)熱短路損失Q 3 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，權據(jù)經(jīng)驗，這部分熱損失大約

12、為Q1的5一10左右，即Q3(5一10)Q1取Q310Q1(d)其它熱損失Q4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Q1的3一5左右,取Q4(3一5) Q1 取Q45Q1 總熱損失Q損失Q1+Q2+Q 3+Q4= Q1+Q2+10Q1+5Q1 =1.15Q1+Q2=1.1510733.91+45577.73=56311.64kJ/h式中Q損失無功熱損失(kJ/h)， Q1通過隔熱層輻射給水冷壁的熱損失(kJ/h)；Q2水冷電極傳導的熱損失(kJ/h)Q 3熱短路造成的熱損失(kJ/h)；Q4其它熱損失(kJ

13、/h)。(4)結構蓄熱量的計算 爐子結構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)即熱平衡時爐子結構件所吸收的熱量，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。爐子結薔熱量是隔熱層、爐床、爐殼內壁等熱消耗之總和，有下式其中:Q蓄結構蓄熱量(kJ/h)； G結構件重量(kg)；Cm結構件材料的平均比熱容kJ(kg·)t結構件增加的溫度();爐子的升溫時間(h)。隔熱屏的體積為50×900×17002402100000.240 ,石墨的密度為80kg/m3 ; 石墨氈隔熱屏重G=

14、800.24 =19.2kg,由表4-1知Cm=1.254 kJ(kg·)石墨氈隔熱屏Q石墨=爐殼內壁等結構Q結 取爐殼重量為1000kg, 爐殼材料用不銹鋼，平均比熱容為0.5041kJ(kg·),增加的平均溫度為60, 爐子的升溫時間為1h,則有: Q結 =30246KJ/h則Q蓄=24076.8+30246=54322.8 KJ/h(5)爐子功率的確定用熱平衡法確定爐子總功率。真空熱處理電爐，是將電功率轉變?yōu)闊峁β?，兩者應相平衡。空載升溫功率N空(kw)。式中 3595換算系數(shù)，3595kJ1kw爐子總功率N總(kw):式中 K安全系數(shù)，考慮到爐子使用過程中指標會降低

15、，供電電壓波動，電熱元件電阻變化等，所以必須有相當?shù)墓β蕛?。對于連續(xù)作業(yè)爐， K1.1一1.2，對于周期作業(yè)爐， K1.2一1.3。本設計取K為1.3,則有:=84.44kw3、電熱元件的設計當爐溫為1000時，電熱元件溫度取1200，選用鉬做電熱元件，保護氣體選用氮氣。由表4-12可知，電壓選用200V。采用YY型接法，即三相雙星形接法，由表4-15知，n=6。(1)求溫度1000時的電熱元件的電阻率 由公式： 加熱體在工作溫度的電阻率 單位： 加熱體在20的電阻率 單位： 電阻溫度系數(shù)t溫度 單位：由表4-4查的鉬在20的電阻率為0.52, 電阻溫度系數(shù)為 , 加熱爐工作溫度為1000,代入數(shù)據(jù)得: =2.97（2）確定電熱元件表面功率由表4-