低溫井式爐電阻爐設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)朱瓊森

1、熱處理爐課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)爐 型：低溫井式電阻爐學(xué) 院 ： 材 料 與 冶 金 學(xué) 院 專業(yè)班級(jí) ： 金屬材料工程2010級(jí)02班 學(xué) 號(hào) ： 201002127066 學(xué)生姓名 ： 朱瓊森 指導(dǎo)教師 ： 周 日 期 ： 2013年6月10日 目 錄前言井式電阻爐設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 1設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程-2（一）爐型選擇-2（二）確定爐體結(jié)構(gòu)和尺寸21爐底面積的確定2. 爐底半徑的確定3. 爐膛高度的確定4爐襯材料及厚度的確定（三）計(jì)算砌體表面積 21爐頂平均面積2. 爐墻平均面積3. 爐底平均面積（四）計(jì)算爐子功率 31根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算爐子功率2. 根據(jù)熱平衡計(jì)算爐子功率1) 加熱工件所需的熱量Q件2) 通

2、過(guò)爐襯的散熱損失3) 開(kāi)啟爐門(mén)的輻射熱損失4) 開(kāi)啟爐門(mén)溢氣熱損失5) 其他熱損失6) 熱量總損失7) 爐子安裝功率（五）爐子熱效率計(jì)算 61. 正常工作時(shí)的功率2. 在保溫階段，關(guān)閉爐門(mén)時(shí)的功率（六）爐子空載功率計(jì)算 6（七）空爐升溫時(shí)間計(jì)算 61. 爐墻及爐頂蓄熱2. 爐底蓄熱3. 爐底板蓄熱（八）功率的分配與接線 9（九）電熱元件材料選擇及計(jì)算 91. 圖表法2. 理論計(jì)算法1) 求1200時(shí)電熱元件的電阻率t2) 確定電熱元件表面功率3) 每組電熱元件功率4) 每組電熱元件端電壓5) 電熱元件直徑6) 每組電熱元件長(zhǎng)度和重量7) 電熱元件的總長(zhǎng)度和總重量8) 校核電熱元件表面負(fù)荷9)

3、電熱元件在爐膛內(nèi)的布置（十） 爐架和爐殼的設(shè)計(jì) 12（十一）爐子總圖，主要零部件圖及外部接線圖，砌體圖 13（十二）爐子技術(shù)指標(biāo)（標(biāo)牌） 13設(shè)計(jì)小結(jié) 13參考文獻(xiàn)13前 言隨著基礎(chǔ)工業(yè)的不斷現(xiàn)代化，即傳統(tǒng)的制造技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、新材料技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)的緊密結(jié)合，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)更趨白熱化，商家們的眼光不僅僅盯住如何提高產(chǎn)品質(zhì)量上，而且還在如何提高效率、效益、保護(hù)環(huán)境、適應(yīng)用戶需要方面提出了更高的要求。對(duì)熱處理行業(yè)來(lái)說(shuō)，“優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活”是現(xiàn)代熱處理技術(shù)的標(biāo)志，這十個(gè)字已經(jīng)成為熱處理工作者不斷追求的總目標(biāo)。要實(shí)現(xiàn)熱處理技術(shù)的現(xiàn)代化，需要靠熱處理設(shè)備的現(xiàn)代化來(lái)保證。

4、現(xiàn)代熱處理設(shè)備包括：大型連續(xù)熱處理生產(chǎn)線、密封箱式多用爐生產(chǎn)線、真空熱處理設(shè)備、無(wú)人化感應(yīng)加熱設(shè)備等。本次設(shè)計(jì)課程主要任務(wù)是設(shè)計(jì)一低溫井式電阻爐，主要用于長(zhǎng)軸類工件的回火，退火，目的是通過(guò)本次設(shè)計(jì)能使所學(xué)知識(shí)得到進(jìn)一步地鞏固和深化，了解熱處理爐的基本設(shè)計(jì)過(guò)程及原理，為在今后工作中更好地發(fā)揮專業(yè)知識(shí)和能力做保障。低溫井式電阻爐設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 編號(hào)：材料冶金學(xué)院 專業(yè)年級(jí)班級(jí)：金屬材料工程10級(jí)2班學(xué)號(hào)： 201002127066 姓名： 朱瓊森 一、基本條件1.爐型：低溫井式電阻爐2.用途：軸類工件熱處理3.最高工作溫度：7004.爐膛有效尺寸：4005005.最大一次裝爐量：150kg6.爐壁外殼

5、溫度607.空爐升溫時(shí)間：1.5小時(shí)8.生產(chǎn)特點(diǎn)：周期式成批裝料9.電源：?jiǎn)蜗啵?20V二、設(shè)計(jì)要求1. 設(shè)計(jì)內(nèi)容1) 砌體部分 2）爐蓋及升降機(jī)構(gòu)、電熱元件及外部接線、爐殼構(gòu)架部分2. 標(biāo)定主要技術(shù)數(shù)據(jù)（1）額定功率 （2）額定電壓 （3）額定溫度（4）電源相數(shù) （5）電熱元件接法 （6）爐膛有效尺寸（7）爐膛尺寸 （8）空爐升溫時(shí)間 （9）外形尺寸3.提交資料 （1）紙質(zhì)和電子版本的設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)，規(guī)格：A4（2）紙質(zhì)和電子版本的爐子總圖(AotuCAD繪制)，幅面：A1指導(dǎo)教師：沈東東2013年6月10日設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程：（一） 爐型選擇根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)給出的生產(chǎn)特點(diǎn)及爐型要求，本設(shè)計(jì)采用高溫

6、箱式爐。（二）確定爐體結(jié)構(gòu)和尺寸 1. 熱處理爐生產(chǎn)率的確定已知爐子的有效尺寸為400500，根據(jù)表5-1，同時(shí)考慮到任務(wù)書(shū)上的要求，爐子用于軸類工件熱處理，確定單位面積生產(chǎn)率p0=80120kg/(m2h)最大縱剖面積F=0.40.5=0.2m2則生產(chǎn)率p= p0F=1624 kg/ h 取p=30kg/ h2. 爐襯材料及厚度的確定根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)給出的爐型要求，爐膛有效尺寸：400500；大致確定爐襯材料及厚度如下：爐墻結(jié)構(gòu)： 115QN-0.8輕質(zhì)粘土磚+膨脹珍珠巖45mm 0.16g/cm3；爐底結(jié)構(gòu)：采用500mm QN-0.8輕質(zhì)粘土磚。爐蓋結(jié)構(gòu)： 300mm QN-0.4輕質(zhì)粘土

7、;電熱元件擱磚： 采用LZ-65高鋁磚;爐內(nèi)套筒 ：采用LZ-65高鋁磚材料制作成的套筒（三）計(jì)算砌體表面積砌體外廓尺寸按如下計(jì)算得： H實(shí) = H效+（200300）mm H效=500mm即H實(shí)=700800mm取H實(shí)=700mmR實(shí)= R效+（200300）mm =（400500）mm取R實(shí)=400mmR外= R實(shí)+115+75=590mm灶膛外表面高度H外 = H實(shí)+ S底=700+500=1200mm3. 爐頂平均面積F頂內(nèi)=0.42=0.50F頂外=1.09F頂均=0.744. 爐墻平均面積F墻內(nèi)=0.80.7=1.76F墻外=1.180.7=2.59F墻均=2.1755. 爐底平均

8、面積F底內(nèi)= =0.5F底外=1.09F底均=0.75（四）計(jì)算爐子功率 1. 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算爐子功率由課本公式5-14 P安=C-0.5F0.9(t/1000)1.55式中系數(shù)C=30kWh 0.5/(m1.81.55)，空窟升溫時(shí)間=1.5h，爐溫t=700，爐膛內(nèi)壁面積： F壁=20.40.7+2=2.76m2所以，P安=C-0.5F0.9(t/1000)1.55 =301.5-0.52.760.9(700/1000)1.55 =35.1kW2. 根據(jù)熱平衡計(jì)算爐子功率1) 加熱工件所需的熱量Q件由于不知道加熱鋼件種類，由附表6得，工件在加熱時(shí)應(yīng)取比熱容較大的鋼種類作為計(jì)算依據(jù)，以充

9、分保證沒(méi)一類工件加熱時(shí)受熱充分。故C件2=1.051kJ/(kg)(低合金鋼),C件1=0.486kJ/(kg)。那么，Q件 =p（C件2t2C件1t0） =20(1.0517000.48620) =14519.6kJ/h2) 通過(guò)爐襯的散熱損失計(jì)算爐墻的散熱損失根據(jù)公式有：Q散=q*F 對(duì)于爐墻散熱，如圖所示：假定界面上溫度分別為t2=530, t3=60, 耐火層S1的平均溫度t1均 =615,保溫層S2的平均溫度t2均=295；那么，S1，S2層爐襯的熱導(dǎo)率，由附表3得，1=0.294+0.21210-3615=0.424W/（m2）2=0.04+0.2210-3295=0.105W/（

10、m2）且當(dāng)爐殼溫度為60，室溫為20時(shí)，由附表2，可查得=12.17 W/（m2）； 求熱流量q墻=636.9W/m2B、驗(yàn)算界面上的溫度 t1墻=t1-q墻s1/1=700-636.90.115/0.424=527.3=100%=0.5%5%,滿足設(shè)計(jì)要求，不需要重新計(jì)算.C、驗(yàn)算爐殼溫度t2墻=t2- q墻s2/2=527.3-636.90.075/0.1016=57.1=100%=4.8%5%,滿足設(shè)計(jì)要求，不需要重新計(jì)算D、爐墻的散熱損失Q散墻= q*F=636.92.175=1385.26W計(jì)算爐底的散熱損失假定界面上溫度分別為t2=60, 耐火層S1的平均溫度t1均 =405,那么

11、，S1層爐底的熱導(dǎo)率，由附表3得，1=0.294+0.21210-3405=0.375W/（m2）且當(dāng)爐殼溫度為60，室溫為20時(shí)，由附表2，可查得=12.17 W/（m2）； 求熱流量Q低=480.4W/m2B、驗(yàn)算界面上的溫度 t1底=t1-q底s1/1=700-480.40.5/0.375=59.5=100%=0.8%5%,滿足設(shè)計(jì)要求，不需要重新計(jì)算.D、爐底的散熱損失Q散墻= q*F=480.40.74=355.5W 計(jì)算爐蓋的散熱損失假定界面上溫度分別為t2=50, 耐火層S1的平均溫度t1均 =400,那么，S1層爐底的熱導(dǎo)率，由附表3得，1=0.08+0.2210-3400=0

12、.1625W/（m2）且當(dāng)爐殼溫度為50，室溫為20時(shí)，由附表2，可查得=11.44 W/（m2）； 求熱流量Q低=352.6W/m2B、驗(yàn)算界面上的溫度 t1底=t1-q底s1/1=700-352.60.3/0.1625=49.0=100%=2%5%,滿足設(shè)計(jì)要求，不需要重新計(jì)算.D、爐蓋的散熱損失Q散墻= q*F=352.60.74=260.9W所以，整個(gè)爐體散熱損失為：Q散 =Q墻+Q底+Q蓋=1385.26+355.5+260.9=2001.66W=7205.98kJ/h3) 開(kāi)啟爐門(mén)的輻射熱損失設(shè)裝出料所需要的時(shí)間為每小時(shí)6分鐘，根據(jù)課本公式（5-6），Q輻=3.65.675 Ft

13、(Tg/100)4(Ta/100)4因?yàn)閠g=700+273=923 K ta=20+273=293 K爐門(mén)開(kāi)啟面積 F=d2=0.42=0.50爐門(mén)開(kāi)啟率 =660=0.1由于爐門(mén)開(kāi)啟后，輻射為圓形，且D與s之比為 0.8/0.3=2.7由課本圖1-14查得=0.8故Q輻 =3.65.6750.500.70.1(973/100)4(293/100)4 =6356.3 kJ/h4) 其他熱損失其他熱損失約為上述熱損失之和的1020%，故 Q它=0.2（Q件+Q散+Q輻） =0.2（14519.6+7205.98+6356.3）=5616.4kJ/h5) 熱量總損失設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)可以看出，該設(shè)計(jì)為普

14、通低溫井式爐，所以，Q控、Q輔均可視為零，即：Q控=0、Q輔=0，再由課本公式（5-10）得 Q總=Q件+Q輔+Q散+Q輻+Q它 =14519.6+7205.98+6356.3+5616.4=33698.28kJ/h6) 爐子安裝功率由課本公式5-11得： P安=KQ總/3600其中，K為功率儲(chǔ)備系數(shù)，本爐子設(shè)計(jì)中K去1.5，則 P安=（1.533698.28）3600=14.0kW （五）爐子熱效率計(jì)算 1. 正常工作時(shí)的功率有課本公式5-12 =Q件/Q總=14519.6/33698.28=43.1%2. 在保溫階段，關(guān)閉爐門(mén)時(shí)的功率=Q件/（Q總-Q輻）=14519.6（33698.28

15、-6356.3）=53.1%（六）爐子空載功率計(jì)算 P空=（Q散+Q它）/3600=（7205.98+5616.4）3600=3.56kW（七）空爐升溫時(shí)間計(jì)算 1. 爐蓋、爐底及爐墻各材料體積計(jì)算V= 0.23=0.151m3 V=（ ）0.7=0.231m3 V=20.7 =0.182 m3V=0.5=0.251m32. 爐蓋蓄熱計(jì)算由課本公式5-9，計(jì)算蓄熱量 Q蓄1=V粘粘c粘（t粘-t0）因?yàn)?，t粘=（t1粘+t2粘）/2=374.6，查附表3，得，c粘=0.84+0.2610-3374.6=0.937KJ/(kg)Q蓄1=V粘粘c粘（t粘-t0）=0.1514000.937（374

16、.6-20）=20068.5kJ3. 爐墻蓄熱計(jì)算同理，Q蓄2= V粘粘c粘（t粘-t0）因?yàn)?，t粘=（t1粘+t2粘）/2=359.75，查附表3，得，c粘=0.84+0.2610-3359.75=0.939KJ/(kg)Q蓄2= V粘粘c粘（t粘-t0）=0.2518000.939(359.75-20) =67831.3kJ4. 爐墻蓄熱計(jì)算同理，t粘=（t1粘+t2粘）/2=613.65可得，c粘=0.84+0.2610-3613.65=0.9995KJ/(kg)T珍珠巖=（t1珍珠巖+t2珍珠巖）/2=292.2可得，c珍珠巖=0.04+0.2210-3292.2=0.108KJ/(k

17、g)Q蓄3= V粘粘c粘（t粘-t0）+ V珍珠巖珍珠巖c珍珠巖（t珍珠巖-t0）=0.2318000.9995(613.65-20)+ 0.1821400.108(292.2-20) =110400.7kJ5. 其他爐結(jié)構(gòu)蓄熱爐套體積 V=（）0.61+0.2420.015-0.0150.0152712=0.015m3爐套比熱容C=0.92+0.2510-3700=1.095kJ/ (kg)密度取=2500kg/m3Q套 =7000.0151.0952500=28743.8kJ6. 總蓄熱計(jì)算Q蓄= Q蓄1+ Q蓄2 + Q蓄3+ Q =20068.5+67831.3+110400.7+28

18、743.8=116643.8kJ7. 空爐升溫時(shí)間驗(yàn)算=/（3600*）=116643.8/（360025）=1.28h故本爐設(shè)計(jì)符合要求。（八）功率的分配與接線 1. 電熱元件的選擇及計(jì)算由最高使用溫度為700，選用Cr15Ni60電熱元件接線，接線方式采用單相。當(dāng)爐溫為700時(shí)，電熱元件溫度為900，查文獻(xiàn)1附表12得： Cr15Ni60在20時(shí)的電阻率為=1.10mm2/m，電阻溫度系數(shù)為1.3則900下的電阻率=1.113mm2/m。2. 確定電熱元件表面功率根據(jù)文獻(xiàn)1表5-3，本爐子電熱元件工作條件取 =2.0W/cm23. 每組電熱元件的功率 =25/4=6.25KW4每組電熱元件

19、的端電壓220V5.5.電熱元件直徑線狀電熱元件直徑可以參考閱文獻(xiàn)1公式5-24d=34.3=34.3 =2.119mm取d=3mm6.每組電熱元件的長(zhǎng)度和重量由文獻(xiàn)1公式5-25可得=0.785=0.785 =49.157m1公式5-26可得=M由文獻(xiàn)1附表12可查得M=8.2g/cm3= =2.85kg7.電熱元件的總長(zhǎng)和總質(zhì)量=4=49.1574=196.628m=4=2.854=11.4kg8.校核元件表面負(fù)荷= =1.35 W/cm22.0W/cm2故元件表面負(fù)荷合格，結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。9.電熱元件的布置4組電熱元件，每組分成10折=4.92m絲狀電熱元件繞成螺旋狀，當(dāng)元件溫度低于9

20、50750時(shí)，由文獻(xiàn)1表5-5可知，螺旋節(jié)徑D=（68）d。因此，取D=7d=21mm。螺旋體圈數(shù)N和螺距分別為N=6.15?0.0a 21=75圈h=h0/N=650/75=8.67mmh/d=8.67/32.9h/d在24范圍內(nèi)設(shè)計(jì)合理電熱元件引出棒：1Cr18Ni9Ti，=12mm，l=500mm（十） 爐架和爐殼的設(shè)計(jì) 爐架和爐殼承受爐子砌體的重量及爐子所受的各種作用力，防止砌體開(kāi)裂或倒塌，保證爐子順利工作。爐子構(gòu)架的結(jié)構(gòu)和形狀，可根據(jù)爐子要求的性能和用途參考類似的爐子選擇，通常還應(yīng)進(jìn)行力學(xué)計(jì)算，確定各部分構(gòu)件的尺寸大小。構(gòu)架主要包括橫架、支柱和拱腳梁，通常用角鋼、槽鋼或工字鋼等型材焊

21、接一起而成。根據(jù)爐子要求的性能和用途參考類似的爐子選擇，并且通過(guò)進(jìn)行力學(xué)計(jì)算得拱腳梁：選用等邊角鋼；支 柱：選用兩根16槽鋼（也可裝置兩個(gè)14號(hào)的工字鋼）；上部拉桿：選用角鋼 截面積爐殼是用鋼板沿爐架焊接而成的封閉殼體。它可以保護(hù)爐子砌體，保護(hù)爐子外觀整齊，加固爐子結(jié)構(gòu)，并保持爐子的封閉性，也可以支持部分附屬設(shè)備。爐殼焊好之后，通常都要在爐架爐殼內(nèi)外各部涂紅丹漆以防銹蝕，爐殼外表還要加涂一層漆灰漆或銀粉漆，以減低爐子熱輻射和便于保持清潔美觀。爐殼用的鋼板一般在35毫米內(nèi)，底板要承受較大的重量，后板要鉆孔安裝電加熱體引出棒用的螺栓底座，要用較厚的鋼板， （十一）爐子總圖，主要零部件圖及外部接線圖，砌體圖（十二）爐子技術(shù)指標(biāo)（標(biāo)牌）額定功率：25KW 額定電壓：220V最高使用溫度：700生產(chǎn)率：20Kg/h相數(shù)：?jiǎn)蜗?接線方法： +工作室有效尺寸：400500mm外形尺寸：11801200mm設(shè)計(jì)小結(jié)這次設(shè)計(jì)，我設(shè)計(jì)的是低溫井式爐電阻爐設(shè)計(jì)，剛開(kāi)始拿到設(shè)計(jì)的任務(wù)書(shū)時(shí)沒(méi)有設(shè)計(jì)的思路，覺(jué)得很困難，再加上之前的熱處理爐的知識(shí)掌握不是很好，所以，開(kāi)始階段很困難。到后來(lái)，指導(dǎo)老師給了我們?cè)O(shè)計(jì)模板以后，我的設(shè)計(jì)思路就清晰了，并且能按照說(shuō)明很快的設(shè)計(jì)