中溫箱式電阻爐設計

1、目 錄一 設計任務 2二 爐型的選擇 2三 爐膛尺寸的確定 2四 爐體結構設計與材料選擇 4五 電阻爐功率的計算 8 六 電熱元件的設計 14七 參考資料 20試驗設計及計算數(shù)據及結果一、設計任務設計要求：1、低合金鋼調質用爐；2、最大生產率75kg/h；3、畫出總裝圖；4、畫出爐襯圖；5、畫出爐殼圖；6、畫出電熱元件接線圖；7、寫出設計說明書。二、爐型的選擇熱處理的工件材料：碳鋼、低合金鋼；熱處理工藝：調質處理。對于碳鋼和低合金鋼奧氏體化最高溫度為【912+(3050)】，回火的最高溫度為650，故選擇中溫爐即可，同時工件尺寸和形狀沒有特殊規(guī)定也不是長軸類，則選擇箱式爐，并且無需大批量生產、

2、品種多、工藝用途多，所以選擇周期式作業(yè)。綜上所述，決定選擇周期式中溫箱式電阻爐，不通保護氣氛，爐子最高使用溫度為950。三、爐膛尺寸的確定1、爐膛有效尺寸 由于無典型工件，無法按排料法確定，故采用爐底強度指標法計算，即根據爐子的生產率及生產能力來計算。（1）爐底有效面積：查參考文獻【1】表2-1得，Gh=100kg/（m2h） F效=0.75m2（2）爐膛有效尺寸：L效=L效=1.39m=1390mm取L效=1390mm，（3）爐膛有效寬度：B效=B效=0.541=541mm取B效=550mm（4） 根據參考文獻【1】表2-2選擇標準尺寸為139055045/12mm的爐底板，爐底板材料為Cr

3、-Mn-N 故L效=1390-100=1290mm，B效=550mm2、爐膛內腔砌墻尺寸取直行磚爐膛寬度：B砌=B效+2（0.10.15） B砌=5.5+20.15=580mm取B砌=1208+409=1320 mm 爐膛長度：L砌=L效+0.1=1.8+0.1=1900mm取L砌=5136+200=2036mm 爐膛內高度： H砌=（0.50.9）B砌 H砌=0.71320=854mm取H砌=6712+35+37=876mm選擇12層四、爐體結構設計與材料選擇（一）、選擇爐襯材料部分 爐體包括爐壁、爐底、爐底、爐門、爐殼架幾部分。爐體通常用耐火層和保溫層構成，尺寸與爐膛砌筑尺寸有關。設計時應

4、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間，在滿足強度要求的前提下，應盡量選用輕質耐火材料；（3）要保證爐殼表面溫升小于50，否則會增大熱損失，使環(huán)境溫度升高，導致勞動條件惡化。（二）、爐體結構設計和尺寸本爐設計為三層爐壁（如右圖所示）內層選用RNG-0.6型輕質粘土磚，其厚度S1=115mm；中間層選用密度為120 kg/ m3硅酸鋁耐火纖維，其厚度為S2=40mm；最外層選用B級硅藻土磚為骨架，膨脹蛭石粉進行填充。查文獻【2】表1-5、1-9知：RNG-0.6型輕質粘土磚：密度1=800【kg/ m3】 熱

5、導率1=0.165+0.19410-3t均【w/(m)】 比熱容C1=0.836+0.26310-3t均【KJ/（kg）】硅酸鋁纖維： 密度 2=120【kg/ m3】 熱導率2=0.032+0.2110-3t均2【w/(m)】 比熱容C2=1.1【KJ/（kg）】膨脹蛭石粉：密度3=250【kg/ m3】熱導率3=0.077+0.2510-3t均【w/(m)】 比熱容 C3=0.6573【KJ/（kg）】 01=0.294，b1=0.2110-3； 03=0.077，b3=0.2510-3 當t4=60時，由文獻【2】表2-12查得=12.17【W/()】 q=12.17（60-20）=48

6、6.8（W/） 將上述各數(shù)據代入公式得：= 779（）為了計算的值，先假設t3=661，由此得硅酸鋁纖維的平均熱導率的近似值=0.178【w/(m)】=因為故合理。由可得保溫層的厚度：取230mm（三）、爐頂?shù)脑O計爐頂?shù)慕Y構有平頂、拱頂和懸頂三種。爐膛寬度小于400到600mm的小型爐子，如振底式爐、輸送帶式爐常常采用平頂。當爐膛寬度為600到3000mm時，可采用拱頂，拱角可用60和90，其中使用最多的是60。因為爐膛寬度為1320mm，故采用拱頂，拱角為60的標準拱頂。拱頂是爐子最容易損壞的部位，受熱時耐火磚發(fā)生膨脹，造成砌筑拱頂時，為了減少拱頂向兩側的壓力，應采用輕質的楔形磚和標準直角磚

7、混合砌筑。故選用厚楔形磚T-37，供腳磚采用TJ-91。（四）、爐底的設計爐底采用一層113mm硅藻土磚填充蛭石粉，再平鋪一層67mm的QN-0.6輕質粘土磚，一層67mm的B級硅藻土磚，最上層采用230mm的重質高鋁磚和8塊加熱元件擱磚支持爐底板，爐底板采用Cr-Mn-N耐熱鋼，厚度為12mm。（五）、爐門框的設計爐門框的大小主要取決于工件的大小，要保證工件裝、出爐操作方便，使工件裝、出爐時不至于碰撞電熱體并應減少爐膛向外的輻射損失。通常，爐口的尺寸應比爐膛稍小，故選擇B框H框 =1000mm700mm的爐門框。采用230mm輕質耐火粘土磚（6） 、爐門的設計 H效=0.7B效=0.7132

8、0=876mm H效=6712+33=837mm 爐門尺寸為B門H門=B效 H效=1020mm837mm 。（七）、爐體框架與爐殼的設計 爐體外廓尺寸： L外=L砌+115+40+230+230=2036+230+115+60+220=2642mm B外=B砌+2（115+40+230）=1320+2（115+40+230）=2090mm H弧=B砌- B砌Cos30=1320-1320Cos30=178mm H外=H砌+（115+40+230）+ H弧+（115+67+67+230）=876+115+40+230+178+115+67+67+230=1985mm 五、電阻爐功率的計算本爐采用

9、理論設計法，通過爐子的熱平衡來確定爐子的功率。其原理是爐子的總功率即熱量的收入，應能滿足爐子熱量支出的總和。具體計算如下：1、 加熱工件的有效熱量其中，爐子生產率200kg/h 工夾具加入爐前和加熱終了的溫度，分別為20和950工件在時的平均比熱容【KJ/（kg）】查參考文獻【】表得低合金鋼在20時，比熱容為493.9 J/（kg）,950時為678.9J/（kg）將其代入上式得： =127015 KJ/h2、 加熱輔助工夾具所需的熱量 因為設計的是箱式爐，一般沒有輔助加熱工具，故： 3、 可控氣氛吸熱量 因為未通入可控氣氛，故：4、 通過爐襯的散熱損失 爐襯的散熱損失即爐膛內熱量通過爐墻、爐

10、頂、爐底散發(fā)到車間的熱損失。在爐襯傳熱達到熱穩(wěn)定的情況下通過爐墻的散熱損失，可按下式計算：（式1） 式中：分別為爐內壁溫度950和爐外車間溫度20 各層材料的平均熱導率【w/(m)】 w/(m) w/(m) w/(m) m S2=0.04m S3=0.23m 爐殼外表面對空氣的綜合傳熱系數(shù)【w/(m)】 查參考文獻【2】表2-12可得 w/(m) 各層平均面積（m2） 爐殼外表面積（m2） 各層平均面積如下近似計算： 當時，；當時，其中， （） =15.47（） =17.08（） =27.85（） F2/F12，F(xiàn)3/F22，F(xiàn)4/F32（）（）（）F0=F4=27.85（） 將以上數(shù)據代入式

11、（1）解得Q散 =31704.5（KJ/h）5、爐襯材料的總蓄熱量 式中，V爐襯砌體的體積（m3） 爐襯加熱前后的平均溫度（） 爐襯材料的體積密度（Kgm3） C1、C2爐襯加熱前后的平均比熱容【KJ/（kg）】KJ/（Kg） KJ/（Kg）KJ/（Kg）KJ/（Kg） m3 m3 V3=4.51m3V4=9.34 m3 m3 m3 m31=600Kg/m3 2=120Kg/m3 1=250Kg/m3各層的蓄熱量: KJ 同理 Q蓄2=56628.0 KJ Q蓄3=280009.0KJ總蓄熱量 Q總=Q蓄1+ Q蓄2+ Q蓄3=1146705.4KJ6、開啟爐子的輻射熱損失 （KJ/h）式中，

12、爐膛內部的絕對溫度（K），1223K爐外空氣絕對溫度(K),293K爐門開啟的面積（）爐口開啟尺寸1020mm837mm，即面積為0.85爐口輻射遮蔽系數(shù)，查參考文獻【2】圖2-16得=0.83爐門開啟率（%），開爐門時間設每小時3分鐘即得將其數(shù)據代入上式得： Q輔=12277.2KJ/h7、開啟爐門的溢氣熱損失Q溢 （KJ/h）式中，V進入爐內的空氣流量（m3/h） C空氣的平均比熱容【KJ/（K）】，為1.4 KJ/（K） 爐子內外的溫度，分別為950和20 爐門開啟率，為0.05 而V=2200BH（m3/h），B為爐門寬度（m），H為爐門開啟高度（m）故 KJ/h 8、其它熱損失Q它Q

13、它=0.5Q散=22193KJ/h9、爐子每小時的總熱量支出 =236930.9KJ/h 10、將總熱量換算成計算功率KW11、爐子的裝備功率 =1.37665.8=90.23 KW90KW12、電阻爐熱效率的校核 一般電阻爐的熱效率為40%80%，故符合要求。13、空爐升溫時間的校核 h 符合要求。14、電阻爐的空載功率 KW符合要求六、電熱元件的設計（一）、電阻功率的分配 因功率為90KW，均勻分布在爐膛前后兩個區(qū)。采用雙星形接線法，供電電壓為380V。（二）、電阻元件材料的選擇 選用0Cr25Al5線狀電熱元件 （三）、電熱元件的設計 1、供電電壓和接線 供電電壓為三相380V，雙星形聯(lián)

14、接。 KW V2、確定電熱元件直徑d 式中，元件功率（KW），15KW U元件端電壓（V），220V 工作溫度下的電阻（.mm2/m） 元件的允許表面負荷率（W/cm2），查參考文獻【1】表7-4可得：=1.6 W/cm2 其中，（.mm2/m） 式中，元件在0時的電阻率（.mm2/m） 元件的電阻溫度系數(shù)（1/） t元件的工作溫度（），它比爐子的額定溫度高100200，此處選為1100。 故 .mm2/m 將數(shù)據代入得：d=6.53 mm取d=7mm 3、每根電熱元件長度L和總長度L總m 式中，U元件端電壓（V），220V P元件功率（KW）,24KW d元件線材直徑（mm）,7mm 工作溫

15、度下的電阻率（.mm2/m），1.45.mm2/m 故L=82m m W/cm3，符合要求。 4、計算電熱元件的重量M和 M總 查參考文獻【2】表3-17知，直徑為7mm的0Cr25Al5電熱元件重量為0.323kg/m，則： kg kg（四）電熱元件的繞制和布置電熱元件繞制成螺旋狀，均勻布置于兩側墻及爐底，分為前后兩個區(qū)，側墻為16層，爐底為16層。1、爐墻每排電熱元件的展開長度： m每排電熱元件的擱磚長度：L2=36512=918 mm 電熱元件螺旋直徑D ：查參考文獻【2】表3-19選擇D=5d，即D=57=35mm 每排電熱元件的圈數(shù)： 圈電熱元件螺旋節(jié)距： mm按h=（24）d校驗h

16、： ，符合要求。 2、爐底每排電熱元件的展開長度： m 每排電熱元件的擱磚長度： L2=943.5mm 電熱元件螺旋直徑 ：查參考文獻【2】表3-19選擇，即D,=35mm 每排電熱元件的圈數(shù)： 圈 電熱元件螺旋節(jié)距： mm按h=（24）d校驗h： ，符合要求。（五）、電熱元件引出棒及其套管的設計與選擇1、引出棒的設計引出棒必須用耐熱鋼或者不銹鋼制造，以防止氧化燒損，固選用1Cr18Ni9Ti；=20mm；絲狀電熱元件與引出棒之間的連接，采用接頭銑槽后焊接。引出棒長度：mm2、保護套管的選擇根據設計說明中爐膛以及電熱元件的設計及爐墻尺寸引出棒直徑，因為 mm，引出棒的直徑d=20mm，所以選用

17、SND724040號套管，高鋁礬土，重量0.4kg。套管直徑為：mmmm，長度250mm。（六）、熱電偶及其保護套管的設計與選擇1、熱電偶的選擇 由于爐內最高的溫度為950.長期使用的溫度在1000以下，所以選用鎳鉻-鎳硅熱電偶。選用型號WRN-520的鎳鉻-鎳硅熱電偶，保護管規(guī)格選擇，外徑20mm，插入長度為500mm。保護材料為雙層瓷管。2、熱電偶保護套管的選擇 =115+40+230=385mm。熱電偶外徑為20mm，插入長度為500mm。根據這些條件，應該選用SND724002,高鋁礬土，重量0.3kg。mm、mm，長度為250mm。測溫熱電偶與控溫熱電偶均選用此保護套管即可。中溫箱式電阻爐L效=1390mmB效=550mmB砌=1320mmL砌=2036mmH砌=876mmn=12層S1=115mmS2=40mmS3=230mmt1=950t2=779t3=661t4=60采用拱頂，拱角60的標準拱頂1000700mm1020mm837mmL外=2642mmB外=2090mmH外=1985mm 127015 KJ/h31704.5 KJ/h 總蓄熱量 Q總=114