箱式電阻爐課程方案設(shè)計(jì)書

1、一、設(shè)計(jì)任務(wù)書 題目：設(shè)計(jì)一臺中溫箱式熱處理電阻爐； 爐子用途：中小型零件的熱處理； 材料及熱處理工藝：中碳鋼毛坯或零件的淬火、正火及調(diào)制處理； 生產(chǎn)率：160 kg/h ；生產(chǎn)要求：無定型產(chǎn)品，小批量多品種，周期式成批裝料，長時間連續(xù)生產(chǎn)； 要求：完整的設(shè)計(jì)計(jì)算書一份和爐子總圖一張。二、爐型的選擇根據(jù)生產(chǎn)特點(diǎn)，擬選用中溫箱式熱處理電阻爐，最高使用溫度-，不通保護(hù)氣氛。三、確定爐體結(jié)構(gòu)及尺寸1爐底面積的確定因無定型產(chǎn)品，故不能用實(shí)際排料法確定爐底面積，只能用加熱能力指標(biāo)法。已知生產(chǎn)率p為160 kg/h，按照教材表5-1選擇箱式爐用于正火和淬火時的單位面積生產(chǎn)率p0為矚慫潤厲釤瘞睞櫪廡賴。12

2、0 kg/(m 2 - h),故可求得爐底有效面積：P 160,由于有效面積與爐底總面積存在關(guān)系式Fi/F = 0.75-0,85，取系數(shù)上限,得爐底實(shí)際面積:1.57 dF1 1.33F =0.850,852爐底長度和寬度的確定由于熱處理箱式電阻爐設(shè)計(jì)時應(yīng)考慮出料方便，?。?，因此，可求得:L 二= Jl.57/0.5 = 1772 mH = l/2 = l-772/2 = 0.386 in根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)磚尺寸，為便于砌磚，取''I ' I- |： ' ,如總圖所示。3爐膛高度的確定按照統(tǒng)計(jì)資料，爐膛高度I與寬度I之比“ 1通常在'之間，根據(jù)爐子工作條件，取&

3、#39;' ' 1' 'o聞創(chuàng)溝燴鐺險愛氌譴凈。因此，確定爐膛尺寸如下：L = (230 + 2) X 7 +(230 x|+ 2 = 1741 m長寬 -'I '' -: -: .11-1高 -八 - h匸工工為避免工件與爐內(nèi)壁或電熱元件擱磚相碰撞，應(yīng)使工件與爐膛內(nèi)壁之間有一定的空間， 確定工作室有效尺寸為：% = 1500 mm B 燉=700 mmH 500 mm4爐襯材料及厚度的確定由于側(cè)墻、前墻及后墻的工作條件相似，采用相同爐襯結(jié)構(gòu)，即土磚，+ ;-密度為1 :'的普通硅酸鋁纖維氈，II; 1 級硅藻土磚。殘騖樓諍錈瀨濟(jì)

4、溆塹籟。爐頂采用T ； I m八I輕質(zhì)粘土磚， I I密度為'： '的普通硅酸鋁纖維氈，I ' I I I膨脹珍珠巖。釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐。爐底采用三層輕質(zhì)粘土磚-廠工：，+-7工匚密度為"1 '的普通硅酸鋁纖維氈， L ： “ ：I I：級硅藻土磚和膨脹珍珠巖復(fù)合爐襯。彈貿(mào)攝爾霽斃攬磚鹵廡。爐門用I；輕質(zhì)粘土磚，；：、密度為'： '的普通硅酸鋁纖維氈，''1 1 ' 級硅藻土磚。謀蕎摶篋飆鐸懟類蔣薔。爐底隔磚采用重質(zhì)粘土磚、$，電熱元件擱磚選用重質(zhì)高鋁磚。爐底板材料選用耐熱鋼，根據(jù)爐底實(shí)際尺寸給出，分三塊或者四

5、塊，厚"O四、砌體平均表面積計(jì)算砌體外廓尺寸如下：I = L + 2 X (115 + S0 + 115)= 2360 mm比卜二B + 2X115 + 80+115)= 1490mm HQh = H + f+ Cl 15 + 80 + 115)+ 67 X 4 + 50 + 182 = 1566 mm試中一一拱頂高度，此爐子采用60。標(biāo)準(zhǔn)拱頂，取拱弧半徑I：卜，則f可由f=R(l-cos30°)求得。廈礴懇蹣駢時盡繼價騷。1爐頂平均面積2tiR2 x 3. 14x0.869?Fr.< . = X L =7X 1.741 = 1.5R5 mF 卜=卜 X L外=1.4

6、90 X 2,360 = 3.516 m2F h.-:二寸*頂內(nèi)其卩頂外二X 3.516二2.360世2爐墻平均面積爐墻面積包括側(cè)墻及前后墻，為簡化計(jì)算，將爐門包括在前墻內(nèi)。F塔內(nèi)=2LH + 2BH = 2H(L + B)=2 X 0.640 X (L741 + 0.869)=£3斗1F墻蚪=2H外(L樸+=2 X 1.566 X C 2.360 + 1490)=12.058 m2F瑞肉=胃墻內(nèi)XF墻外=<3341 X 12.058=6.347 m23爐底平均面積F応內(nèi)=R x L = 0.869 X 1.741 = 1.510 m2F底外二 R 卄 X L外=1.490 X

7、 2.360 = 3.516 mF底均=J"底內(nèi) X 尺底外二 vJl,510 X 3.516 = 2.304 m2五、計(jì)算爐子功率1. 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算爐子功率由教材式取式中系數(shù)'："l ，L '：':,空爐升溫時間假定為：,爐溫' 一 一；匸，爐膛面積 煢楨廣鰳鯡選塊網(wǎng)羈淚。F = 2 X (1,741 X 0,640) + 2 X (0,869 X 0,640)+1.741 X 0.869 60°十2 x 3.14 x (皿9 x麗x %鵝婭盡損鶴慘歷蘢鴛賴。=6,440 m2所以_ 0 q o q / t P 獷(iooo

8、)=30 X 4 0j5 X 6,44° 9 x ()1SB=74,1 kW由經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算得：'1 ''2.根據(jù)熱平衡計(jì)算爐子功率（1）加熱工件所需的熱量由教材附表6得，工件在，|"-及時比熱容分別為 -''，1：" 1：， c沖=0 486 k.畑-花，根據(jù)式（5 - 1）籟叢媽羥為贍債蟶練淨(jìng)。Q 件- rr-iW=160 X(0.548 X 950 - 0,486 X 20)=81740.0 M/h（2）通過爐襯的散熱損失的熱量'I.爐墻的散熱損失由于爐子側(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(jì)算，

9、將爐門包括在 前墻內(nèi)。根據(jù)式對于爐墻散熱，如圖：】所示，首先假定界面上的溫度及爐殼溫度，I1 ,J4墻二4恥匸，-厝二估則預(yù)頌圣鉉儐歲齦訝驊糴。950 + 800qr = 87 °*c耐火層的平均溫度，硅酸鋁纖BOO 1- 450” cl”維層的平均溫度：''：'，硅藻土磚層的耳50 -I 65 cltlcc平均溫度-_了， '層爐襯的導(dǎo)熱率由教材附表3得滲釤嗆儼勻諤鱉調(diào)硯錦。入 1 = 0,294 + 0.212 X 1。一 I】=029斗十 0.212 X 875 x 10"3=0.4H0 W,（ m 代）入m = 0.131 + 0.2

10、3 X 10_3t£3均=0.131 + 0,23 x 25X5 X 10-3=0*19（】W, （m 比）O普通硅酸鋁纖維的熱導(dǎo)率由教材附表4查得，在與給定溫度相差較小范圍內(nèi)近似認(rèn)為其熱導(dǎo)率與溫度成直線關(guān)系，由'；'門-U -，得鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡。A2 = 0.128 w/ （m °C）當(dāng)爐殼溫度為：，室溫為 ' ：是，由教材附表2可得爐墻外表面對車間的綜合傳熱系 數(shù)丄- 擁締鳳襪備訊顎輪爛薔。 求熱流950-200.1150.080 0.115 OAU0 + 0.12H 十 O.iyO 十 12.50=600.06 W/m2 驗(yàn)算交界面上的溫

11、度- si"115墻墻806.24 - S00嗨"廠廠=9旳一 600 06兀幀二眥.丹“=-，=顧一=0.78%1加贓熱俁閫歲匱閶鄴鎵騷。誤差乙：，滿足設(shè)計(jì)要求，不需要重新估算。s2 0.080如=上2墻-= G0624 - 600.06 X 備=0匚&帶"3 墻 |1431.2-4501A =；= 4.13%1450誤差'''，同樣滿足設(shè)計(jì)要求，不需要重新估算。 驗(yàn)算爐殼溫度s30.115上4墻=勺墻-q墻石二 431.2 - 600.06 X 0 附=68°c < 70°c滿足一般熱處理電阻爐表面升溫

12、：的要求。計(jì)算爐墻散熱損失Q啊比二 q儲 X Fj. j.j = 600.06 x 6.347 = 3808.58 W=840GCII. 爐頂?shù)纳釗p失和爐墻散熱損失同理，首先假定界面上的溫度及爐頂殼的溫度,t=52口-。貝y：壇搏鄉(xiāng)囂懺蔞鍥鈴氈淚。950 I B40門1卄耐火層'的平均溫度；''',硅酸鋁纖維層'的平均溫度940 + 560560 + 52t= 700oC只t= Q0AoC"，膨脹珍珠巖層的平均溫度、' O蠟變黲癟報倀鉉錨鈰贅。0.294 十 0.212x 895 X 10 _3''層爐襯的熱導(dǎo)率由教材

13、附表 3 得:入1 = 0.294 + 0212 X 10_3tsl均=鴯譖曇膚遙閆擷凄。打=0.040 十 0.220 X 10 匕 =-30.040 +0 220 X 306 X 10櫬鶘蹤韋轔糴。普通硅酸鋁纖維的熱導(dǎo)率由教材附表=0.140 w/ (m °C)O當(dāng)爐殼溫度為 :，室溫為 ' ：是，由教材附表2可查得爐殼表面對空氣的綜合傳熱系數(shù)1 ' ' ' "1 ''。驅(qū)躓髏彥浹綏譎飴憂錦 求熱流-t950-20二_0.H5 _r-0.4(14 + 0.140 + (3.KJ7 + 11.59=472XJ6 W/m2驗(yàn)算

14、交界面上的溫度-'S10.1152 頂=ti - q 頂石=950 - 472 06 x 両祠=3379 吃1837.9 - 8401=0.26%=A<5%，滿足設(shè)計(jì)要求，不需要重新估算。84C0.080二 837.9-472.06 X 568.15°COA401568.15 -56015 bl)1.46%驗(yàn)算爐殼溫度'上4頂二勺頂-q頂石二56815 - 472 06 x0.115r 二 60.8 °C < 70 °C''貓蠆驢繪燈鮒誅髏貺廡。滿足一般熱處理電阻爐表面升溫要求。 計(jì)算爐頂?shù)纳釗p失Q皿敵=q鞏 * F頊

15、旳=472.06 X 2360 = 1114,06 W/m2III. 爐底的散熱損失假定各層界面的溫度及爐底溫度,2底=750吃，勺薩550花，-底二田吃。則950 + 750.耐火層.的平均溫度：._硅酸鋁纖維層的平均溫度750 4 550=氏咗0E"，硅藻土磚層的平均溫度550 卜 S3t 3Q 1 § °C'''。鍬籟饗逕瑣筆襖鷗婭薔。'"層爐襯的熱導(dǎo)率同樣可由教材附表3得A3 = 0.131 + 0.230 X 10 3tg3= 0.200 W/（m °C）普通硅酸鋁纖維的熱導(dǎo)率同樣可由教材附表4由插入法

16、得當(dāng)爐殼溫度為；，室溫為，：是，由教材附表2可得丄=0.132 w/ (hi °C)。丨 丁 I -。求熱流950 -20=0.195 .0500.18010.474 + 0.132 + 0.200 十 1155=523.8 W/m2 驗(yàn)算交界面上的溫度-''S10.195-r=950 - 5238 x7i 7345°cA =1734.5 - 7501750=2.1%，滿足設(shè)計(jì)要求，不需要重新估算。G 岷-q 底* = 734 5 -5238 x0.0500,12=53641536,1 - 550|550=2.5%A<5%t滿足設(shè)計(jì)要求，不需要重新估算

17、。 驗(yàn)算爐殼溫度's3 0.180気二 - q底石=536.1 - 523.8 X 忑而=64.68 吃滿足一般熱處理電阻爐表面升溫要求。 計(jì)算爐底散熱損失Q底狀=q渥弋此均=523.fi X 2.304 = 1206.8 W/,整個爐體散熱損失§也=°墻般+ Q頂歌+ Q底融= 3808.58 + 1114,06 + 1206,8=6129.44 W=22066M41(3 )開啟爐門的輻射熱損失設(shè)裝出料所需時間為每小時6分鐘，根據(jù)教材式 '-因?yàn)辇R宀匕飛，-；'，由于正常工作是，爐門開啟高度H0.640、i 宀論 亠宀 、， 亠宀卄宀=e F =

18、H X 三=0.8f)9 X = 0.27B m 為爐膛咼度一半，故爐門開啟面積,爐門開啟率St = 6/60 = 0.1。構(gòu)氽頑黌碩飩薺齦話騖。由于爐門開啟后，輻射口為矩形，且 I與I之比為爐門開啟高度與":-'''，故輒嶧爐墻厚度之比為 九沁匕門丁，由教材圖1-14第一條線查得孔口遮蔽系數(shù)陽檉籪癤網(wǎng)儂號澩。Q輜=生右 X 5.675F0fft=5.675 X X 0.278 X 0.1 X 0.7 X =BS65.1 MA1(4)開啟爐門溢氣熱損失溢氣熱損失由教材式得Q 溢=-式中，M由教材式 得qva= 1997B-=1997 X 丄胱勺 X 0,320

19、 X 何20 = 31<1 n?/h冷空氣密度一，由教材附表io得廠為溢 氣溫度，近似認(rèn)為 堯側(cè)閆繭絳闕絢勵蜆贅。tg = ta + j(tg lj = 20 + 亍(950 - 20) = 640 吃=314.1 X 1.29 X 1.302 X (640 - 20) X 0.1=326582 k/h(5) 其他熱損失其他熱損失約為上述熱損失之和的Q他=°13(Q件+ Q世+ Q輻+ Q說)=0.13 X(81740.8 + 22066 + 8865.1 + 326582)=18892.9 M/h(6)爐子熱量總支出其中爲(wèi)i：-，由教材式'1：得Q總=Q件+ Q輔+

20、Q控+ Q眩+ Q篩+ Q溢+ Q他=81740.8 + 22066 + 8865,1 + 32658.2 + 18892.9 =164223.02 町/h(7)爐子安裝功率由教材式 KQ總P =安-3600其中，L為功率儲備系數(shù)，本爐設(shè)計(jì)中I.取1.4，則1.4 X 164223,02P =安 一 3600=63.86 kW與標(biāo)準(zhǔn)爐子相比較，取爐子功率為'O六、爐子熱效率計(jì)算1.正常工作時的效率由教材式(5-12 )Q 件G174C.8n = Q= 16423.02二斗9.77%2.在保溫階段，關(guān)閉爐門時的效率七、爐子空載功率計(jì)算81740.8164223.02 -8865.1326

21、58.2 ="山"憫22066 + 18892.93600=1138 kW八、空爐升溫時間計(jì)算由于所設(shè)計(jì)爐子的耐火層結(jié)構(gòu)相似，而保溫層蓄熱較少，為簡化計(jì)算，將爐子側(cè)墻、前 后墻及爐頂按相同數(shù)據(jù)計(jì)算，爐底由于砌磚方法不同，進(jìn)行單獨(dú)計(jì)算，因?yàn)樯郎貢r爐底板也 隨爐升溫，也要計(jì)算在內(nèi)。 識饒鎂錕縊灩筧嚌儼淒。1.爐墻及爐頂蓄熱= 2 X L741 x (12 x 0,067 + 0.135) x 0,115 = 0.376 m'泌捫=2 X 1(0,869 + 0,115 X2) X (16 X 0.067 4- 0.135) X 01150.305凍鈹鋨勞臘錯癇婦脛糴。v

22、| = 0,97 x (1.741 + 0.276)X 0.115 = 0.225 m3= 2 X (1.741 十 0.115) X (12 X 0.067 十 0J35) X 0.08()| = 0.279 rt/V” ；胃=2 X 1(0.87 十 0.115 X 2)X X 0.067 + 0.135)X 0.080 = 0.212 mV； ； = 1.071 X (1.741 4- 0.276)X 0.08 = 0.172 nF叩=2 x (12 x 0.067 十 0435) x (L741 十 0.115) x (Ml引=0.401 m3V常備后=2 x 1,490 x (16

23、x 0.067 + 0.135) x 0,115 = 0,414 m3V； 乂 2.360 X 1.490 X 0415 = 0.404 n/由教材1Q蓄=護(hù)黏&叫)+ V纖p纖C纖(t纖-Q + S旳嗨&哇- 3因?yàn)镾 璃 950 + 806.24黏=878.12 °C查教材附表3，經(jīng)計(jì)算得c£l. = 0.84 + 026 X 10" t = 0.84+ 0.26 X 10 X 87812 = 1.068 kJ (kg °C)恥濁鈴滅縈歡煬鞏鶩錦。80624 4- 4312=618.72查教材附表3，經(jīng)計(jì)算得- '：-：I :

24、' H.：'1|：.- : 鯊腎鑰詘漣鉀溈懼統(tǒng)庫。+ l4j£i 431.2 + 68=“=249.6 °C查教材附表3，經(jīng)計(jì)算得：- ：- -' "：碩癘鄴頏謅攆檸攜驤蘞。爐頂珍珠巖按硅藻土磚近似計(jì)算，爐頂溫度均按側(cè)墻近似計(jì)算，所以得護(hù)t黏-t0)+嚮+ V前瀘+啤)卩纖匚纖(t纖-t(j)+(V器+泌討后+囈)p硅嗨(如-tj=(0376 + 0J05 + 0.225)X 0.8 x 103 x 1.07 x(S7R.1 -20)+ ©279 + 0,212 + 0A73)x 0,25 x 103 x 0.98 x(618,7

25、 - 20) + t0.401 + 0,414 + 0.404)x 0.55 x 103 x 0.90 x(24,6 - 20) =901441.3 kJ2.爐底蓄熱計(jì)算爐底高鋁質(zhì)電熱元件擱磚，近似看成重質(zhì)黏土磚。爐底的復(fù)合爐襯按硅藻土計(jì)算。% "急+也+暗+唸=(0.120 X 0.020 X 4 + 0.0ti5 X 0.230 + 厲040 X 0.230 X 2 + 0J13 X 0.230 X 2) 閿擻輳嬪諫遷擇植秘騖。X 1.741=0.165 m V = (0.113 X 0.065 X 斗 + 0.113 X 0.065 X 3) X 1.741 + (1.490

26、-0.113 X 詢諭宀 氬嚕躑鼠 貿(mào)懇彈濾頷澩。X (2360 - 0.113)X 0.065=0.274 m3V” = 2360 X 1,490 X 0.05 = 0176 n?V, = 2.360 X 1.490 X OJ80 = 0.633m國-+岳 50 + 734.S由于：.：'近似將重質(zhì)磚和輕質(zhì)磚平均溫度看成相等。 差教材附表3，經(jīng)計(jì)算得q島=0.83 + 0.23 X 10 _3 X 匚急=0.88 十 0.23 X汗Im、； - i ；山；叮：釷鵒資贏車贖孫滅獅贅。=0,84 + 0.26 xc蟲=0.84 + 0.26 X 10 3 X慫闡譜鮫逕導(dǎo)嘯畫長涼。琛二吟珈

27、嚴(yán)氐1=島就查教材附表3，經(jīng)計(jì)算得=0.81 + 0,28 X 10"3 X = 0.81 + 0.28 X 10X苗“阿町伽F諺辭調(diào)擔(dān)鈧諂動禪瀉類。止 世 + 屮曲536.1 -4- 64.68I； = =j= 3004 X查教材附表3，經(jīng)計(jì)算得c=0.84 十 0.25 x 10"3 x = 0.84十 0.25 x 10"3冥眥4“臥”（血代）嘰覲詿縲鐋囁偽純鉿錈。所以得Q殳= 0.165 X 2.1 x 103 X 1.07 X (842.3 - 20)+ 0.274 X L0 x 103 X 1,06 X(8423 - 20) + 0,176 x 0,2

28、5 x 101 x 0,99 x C635.3 一 20) + 0,633 x 0,5 x 10* x 0,92 x (300.4 - Z)=652117 kJ3.爐底板蓄熱計(jì)算根據(jù)教材附表 6查得 ：和：時高合金鋼的比熱容分別為和紀(jì)-4 。經(jīng)計(jì)算爐底板質(zhì)量 丁一電，所以有熒紿譏鉦鏌觶鷹緇機(jī)庫。h 為)=238 X (0.670 X 950 - 0.473 X 20) = 149235,5 k|鶼漬螻偉閱劍鯫腎邏蘞。因此，綜上可得爐子蓄熱：'1'廠-：'"1：'：'-'"'： “紂憂蔣氳頑薟驅(qū)藥憫騖。由教材式得空爐升溫

29、時間Q 薪 1734240.8 丫升=3600P . = 3600 X 75 = 6-311對于一般周期作業(yè)爐，其空爐升溫時間在I內(nèi)均可，故本爐子設(shè)計(jì)符合要求。因計(jì)算蓄熱時是按穩(wěn)定態(tài)計(jì)算的，誤差大，時間偏長，實(shí)際空爐升溫時間應(yīng)在以內(nèi)。穎芻莖峽餑億頓裊賠瀧。九、功率的分配與接線.功率均勻分布在爐膛兩側(cè)及爐底，組成】或八 接線。供電電壓為車間動力電網(wǎng):1 -。核算爐膛布置電熱元件內(nèi)壁表面負(fù)荷，對于周期式作業(yè)爐，內(nèi)壁表面負(fù)荷應(yīng)在 之間，常用為：之間。濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。F,. = 2F|N|. +耳冷應(yīng)二 2 X 1.741 X 0.640 十 1.741 X 0.869 = 374 rn安 75

30、7W = = - = 20.05 kW/m2電亂/牛表面負(fù)荷在常用的范圍：''' r之內(nèi)，故符合設(shè)計(jì)要求。十、電熱元件材料選擇及計(jì)算由最高使用溫度" '，選用線狀'：1 ' 1'合金作電熱元件，接線方式采用 ' O1. 圖表法有教材附表15查得電熱元件，匸箱式電阻爐接線，直徑；- 一 i時，其 表面負(fù)荷為 ，：，'""O每組元件長度'，總長度'，：'："，元件總質(zhì)量 銚銻縵嚌鰻鴻鋟謎諏涼。2. 理論計(jì)算法(1)求"-'時電熱元件的電阻率：當(dāng)爐溫為 ':時，電熱元件溫度取I總；'于，由教材附表12查得，:1 ''在'時電阻率” 亠二 W 電阻溫度系數(shù)一 1 :廣：下的電熱元件電阻率為擠貼綬電麥結(jié)鈺贖嘵類。p. = p20(l 十 at)二 1.40 x (1 + 4 x 10 ? x 1100)= 1.46 fl' nim'/m(2)確定電熱元件表面功率由教材圖，,根據(jù)本爐子電熱元件工作條件取“-1' °(3) 每組電熱元件功率由于采用接法，即兩組電熱元件