井式爐課程設(shè)計說明書

1、中溫井式爐課程設(shè)計說明書20數(shù)據(jù)及結(jié)果試驗設(shè)計及計算一、設(shè)計任務(wù)設(shè)計要求：1、650M800碳鋼淬火用爐中溫淬火爐；2、最高使用溫度900C,生產(chǎn)率70Kg/h；3、畫出總裝圖、畫出爐襯圖、爐殼圖、電熱元件圖二、爐型的選擇因為工件材料為碳鋼，熱處理工藝為淬火，對于碳鋼最高溫度為900C,選擇中溫爐（上限900C）即可，同時工件為圓棒長軸類工件,因而選擇井式爐，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，最高使用溫度900Co三、爐膛尺寸的確定1、爐膛有效尺寸（爐底強度指標(biāo)法）1.1 確定爐膛有效高度H由經(jīng)驗公式可以得知，井式爐爐膛有效高度H應(yīng)為所加熱元件（

2、或者料筐）的長度的基礎(chǔ)上加0.10.3m。H效=800+300=1100mm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=1072mmH砌=3nX（65+2）+67,取整后取n=5,彳#H砌=1072mm1.2 確定爐膛內(nèi)徑D工件尺寸為120X1700,裝爐量每爐9根，生產(chǎn)率245.3kg/h,對長軸類工件，工件間隙要大于等于工件直徑；工件與料框的間隙取1002000D 砌=900mmD料=4X120XJ2+120+2X(100200)=9991199,取D料=1000D砌比D效大100mm1300mm取D砌=1350mm查表1得可用砌墻磚為8SL427-446(A,B,R,r

3、)=(168,190.8,765,675)型輕質(zhì)粘土扇形磚。由該磚圍成的爐體的弧長為S=nD砌=3.14X1350=4239mm磚的塊數(shù)為：4239+168=25.2塊，取整后N=2§對D進(jìn)行修正得：D砌=25X168+3.14=1350mm取1350mm選用代號為SND-427-09的扇形擱磚每層擱磚數(shù)目為N=nD砌+50=84.78,取整為84塊。1.3 爐口直徑的確定D效=1350mm,由于斜行楔形磚。D 爐口 =660mmH 爐口 =231mmd=100200mm取d=140mm則：D爐口二D砌一2d=10700號磚型為8SL?427?414(A,B,R,r)=(166,19

4、6,640,550)查表可以直接得到D=1070mm,N=20塊號磚型為8SL?427?498斜型楔形磚nD爐口二(74+2)N,將D爐口=1070mm代入，得N=44.2,取整后N=44o1.4 爐口高度的確定按經(jīng)驗，爐口可由斜行楔形磚和三層直行磚堆砌而成。故H爐口二(65+2)X3+30=231mm綜上所述：D砌=1350mmH砌=2077mmD爐口=1070mm,H爐口=231mm四、爐體結(jié)構(gòu)設(shè)計爐體包括爐壁、爐底、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；

5、(2)為了減少熱損失和縮短升溫時間，在滿足強度要求的前提下，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允許溫度，否則會降低使用壽命；(4)要保證爐殼表面溫升小于 50 C,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。1、爐壁設(shè)計爐壁厚度可采用計算方法確定,第I層為耐火層，其厚度一般為90mm,采用輕質(zhì)粘土磚RNG-0.6; 第II層為耐火纖維層，其厚度設(shè)計為40mm,采用普通硅酸鋁纖維； 第田層為保溫層，采用膨脹蛭石+硅藻土磚，具厚度可用計算求得。 1 "tlt1=950CS1=0.09mS2=0.4mt4=60 Ct0=20 C:=12.17w m

6、Voq = 486.8w m2！，'金>，!I I I I It2 . r ,，,H 1 J Ta«a1 r-fl>ar-，-s la-，-m !- - » - - aJ-，,.*! q.llJ,B",lu.: " " =3t0ia | tl I cI .dm#三層爐襯結(jié)構(gòu)在穩(wěn)定傳熱時，對各爐襯熱流密度相同。q=(t4-to)。查表得，爐壁溫度60C,室溫20c是0tl=i2.17w/(m2Lfc),所以q=486.8w.m2RNG-0.6型輕質(zhì)粘土磚：密度R=600kgm3熱導(dǎo)率=0.165+0.19父10%均wAmfc)

7、比熱容C1=0.836+0.263父10、均Kj/(KgJ'c)硅酸鋁纖維：密度：'1-120kgm3熱導(dǎo)率%=0.032+0.21(10J3t均) =0.032 0.21(623.8 拿4)2 =0.133w ml_；C2 103w/(mC)比熱容C2=1.1KJKgLJC膨脹蛭石粉：t2=764.4C密度：1=250kgm3熱導(dǎo)率%=0.077+0.25父10、均w/(mjC)比熱容C3-0.6573KJKgJC由12=-1,；2bl(0.5b1t121t1-qS1)b1t210.19 10 "3-0.1650.1652 2 0.19 103(0.5 0.19 1

8、0 9002 0.165 900 -488 0.09)=764.4C使用迭代法計算t2,設(shè)t2=660C。u0.323w mc工900764.4貝U:1=0.1650.1910660764.422=0.0320.21(3)=0.138wmLC2103=0.0770.2510，佻0260=0.167w；m_，Ct3=t2-qs2=764.4-486.80.04=623.8'Ct3=618.2C20.138不滿足要求再次代入迭代:3623.860S3=186mm3=0.0770.25102=0.162wm_Ct3=t2-qs2=764.4-486.8?？?=618.2'C320.1

9、33623.8-618.2父100%=0.9%<5%酒足條件。623.8764.4618.22口2 =0.0320.21(3-)-0.132wmC3 =0.0770.25103618.260v0.162wm'Cc0.132(764.4-618.2)S3=0.186m取186mm。486.82、爐底的設(shè)計爐底結(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，在平鋪兩層硅藻土磚，最上面為一層輕質(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度。爐底剖面結(jié)構(gòu)如

10、下圖：由底至上，第一層為膨脹蛭石粉和硅藻土磚復(fù)合層，第二層為硅藻土磚，第三層為輕質(zhì)粘土磚。結(jié)構(gòu)：厚度/mm材料：砌磚型號：I115膨脹蛭石粉+硅藻土磚B級BSL427-280R134硅藻土磚B級BSL427-280m67輕質(zhì)粘土磚RNG-1.0RNG-1.03、爐蓋的設(shè)計爐頂?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，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，拱頂受熱時耐火磚發(fā)生膨脹，造成砌拱頂時，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。力乙/ 第二層爐蓋

11、結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)厚度 / mm材料型號第一層85普通硅酸鋁纖維第二層115輕質(zhì)粘土磚RNG-0.6BSL 427 - 443設(shè)計條件：爐膛溫度950 C,殼體溫度60C,室溫20c 上層采用普通硅酸鋁纖維，下層用輕質(zhì)粘土磚。爐殼采用5mm厚 的Q235鋼板，爐 底選用8mm厚的 鋼板4、爐殼的設(shè)計爐殼的尺寸取決于爐子砌體的尺寸，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所產(chǎn)生的其它附加外力。因此，框架要有足夠用的強度，框架和爐殼一般通過焊接成型，構(gòu)成整個整體，以保證強度和密封性的要求。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號角鋼制作

12、。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號角鋼均勻分布，兩根7號角鋼橫向分布，爐底五根槽鋼通過焊接而成。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_4Q件=4.23父10 KJ/次設(shè)計采用理論計算的方法計算電阻爐的功率。Q夾=0理論計算發(fā)是通過爐子的熱平衡計算來確定爐子的功率。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

13、縫隙輻射散熱量Q輻、其他熱損失q它等。1、加熱工件的有效熱量Q件=5.25hQ件=g件(C2t2Gti)=70(9500.6789-200.4939)=4.23104KJh2、工件夾具吸熱量Q夾因本次所設(shè)計正火爐不需使用夾具，故Q夾=03、通過爐襯白散熱損失Q散因為爐頂、爐底散熱一個較多，一個較少，因而在計算中將爐頂、爐底簡化成與爐壁散熱情況一樣。t1 toSi.S2,S3.'lFm1”m2”m33.61二三F3-二0.323wm_!C,2=0.132wmJC3=0.162wm匕3=0.1650.1910，9002764.4=0.323wmL：CFm1pD砌H砌+2冗一<2)2兀

14、jD砌十2§'I2)+n(D砌+2S)(H砌+2S)+=5.61m2IJQ散=1.47X104KJh一1Fm2=n(D砌+2S)(H砌+2S)+2元，D砌+2§+2S2n(D砌+2S+2S2)(H砌+2S+2S?)+2nI-2=6.99mFm3=2,<D砌+2S+2&)n(D砌+2S+29)(H砌+2S+20戶2n1-2J+n(D砌+26+25+20)(H砌+2§+2S?+2S3)+cD砌+2S+2s2+2S3：2nIri2'F3=n(D砌+2S+28+20)(H砌+2§+2SZ+2S3)+i'D砌+2S+2S2g2

15、=12.53m22=9.99m2950-200.090.040.18610.3145.610.1496.990.179.9912.1712.53W.47104KJh4、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砌體所吸收的熱量。計算式為：Q蓄=VP(c2t2M)第I層：P=600Kg/m3;一 一一 一一一 4C2 =0.836 0.263 10900764.4=1.055KJ/(Kgl_C)；2C2=0.836+0.263M104M20=0.841KJ/(Kg，C);V1 =(H 2§)二但望U-D”但;223=1.269-0.767=0.502m2.626

16、105 KJ h-764.4+900Q蓄i=0.502父600I父1.06820父0.8412Q蓄=3.9x105 KJ/h第II層：P=120Kg/m3;Ci=C2=1.1KJ/(KgL，C);22D2§2S2D2§V1=(H2§2S2);12-(H2§)二2_3=1.586-1.269=0.317mQ蓄2 =0.317 父120764.4+618.221.1 -20 1.1 =2.81 104 KJ h第HI層：P=250Kg/m3,G=C2=0.66KJ./(KgLC)一_2V1=(H2§2S22S)：,IDS廣S3-Q輻=4977 KJ

17、/h(H+2S,+2S2)xji：D+2；+2S=3.494-1.586=1.908m3=1.908 25060+618.220.66 -20 0.661 105 KJ. hQ蓄=Q蓄 1 +Q蓄2 +Q蓄3 =3.9 M105 KJ/h5、開啟爐門的輻射熱損失 Q輻Q輻=5.675-任'm3.6FG“ 1100)1100，t其中：F一爐門開啟的面積：F=nM(066 = 0.34m22中一爐口輻射遮蔽系數(shù)：Q 溢=1.39X104Q 它=9000 J hQ 總=8.49M104KJ./hL 231=0.35,查表可知：=0.76D 660自一爐門開啟率：a =0.05；代入上式計算得

18、：Q輻=4977 KJ/h6、爐子開啟時溢氣的熱損失Q溢2其中：-200.灰，7200箕三)卮=432m2/h=62.4%Q溢=0.5乂432黑1.4(900 +20)黑0.05 =1.39父 104 KJ/h7、其它散熱Q它一般如下估算：Q它=(0.51.0)Q散貝U: Q 它=1.47父104 M0.6=9000 KJ，h8、電阻爐熱損失總和Q總Q總,二Q件 +Q散 +Q輻 +Q溢 +Q它=8.49父104 KJ/h9、計算功率及安裝功率8.49 1043600= 23.57 KwP=18.8%P總工升=3.09h安裝功率應(yīng)大于穩(wěn)態(tài)時計算功率P=kP周期作業(yè)爐k取1.3到1.5之間得：眩=

19、23.57父(1.31.4)?。浩?35Kw六、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計算1、電阻爐熱效率小Q件n=父100%=49.8%Q總股電阻爐的熱效率為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。用下式計算：Q散+Q它P空%=6.58Kw=18.8%3600PP空值越小越好，一般為爐子總功率的15%25%,滿足要求。選用0Cr25A15線 狀電熱元件，電 壓 380V。不分區(qū)，采用星 形接法P=11.7KwU=220V3、空爐升溫時間空爐升溫時間是指在額定電壓下，經(jīng)過充分干燥、沒有裝料爐的電阻爐從冷態(tài)加熱最高工作溫度所需的時間?？諣t升

20、溫時間：7升=.=3.09h3600P七、功率分配與接線方法（一、）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)的各個部分。W允=1.56W / cm3井式爐功率大于75Kw是要考慮分區(qū)，H/D大于1也要分區(qū)。綜上所述，本次設(shè)計電阻爐不分區(qū)。（二、）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，功率分配等因素來決定。因爐子功率為35Kw,即可采用三相380V星形，也可采用三角形接法。d=5mmL=55.6mmL 總=166.

21、8mM 總=23.18kg綜上所述，本次設(shè)計采用0Cr25A15電熱體材料，三相380V星形接法。八、電熱元件的設(shè)計選用0Cr25A15線狀電熱元件，電壓380V。1、供電電壓和接線選用三相380V、星形接法P安35/、P=i=11.7（KW）3n3380/、U=220(V)32、確定電熱元件的單位表面功率因爐膛最高溫度不超過900c,結(jié)合選材0Cr25Al5查表得W允=1.56W/cm33、確定元件尺寸d=34.33.心；U2明pt=p0(1+6t)=1.4m(1+4x10x1050)=1.46Q|_mm2/m代入上式得d=4.74mm取d=5mm2222一3U2d23220252L=0.7

22、851030.7851055.6mP：t11.71.46L=nL=3X55.6=166.8(mM總=0.139X166.8=23.18kg2W=.=1.34w/cm3<1.56w/cm3符合要求二dL3.14555.64、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5排用接成一相。每排電熱元件的展開長度：L折=55.6+5=11.12m每排電熱元件的擱磚長度:L二二(D砌一60)-25=2612mm電熱元件螺旋直徑：螺旋直徑D=(46)d取:D=4d=45=20mm螺旋體圈數(shù)N和螺距h分別為:N=-=11120=177圈-D3.1420D=20mmh=15mmSND-724-018號套管選用型號WRN-121的鍥銘- 鍥硅熱電偶h=