鑿巖機(jī)活塞退火臺(tái)車(chē)爐課程設(shè)計(jì)

1、沈陽(yáng)理工大學(xué)熱處理設(shè)備課程設(shè)計(jì)30CrNi2MoV鑿巖機(jī)活塞退火臺(tái)車(chē)爐設(shè)計(jì)目錄目錄11熱處理設(shè)備課程設(shè)計(jì)的意義和目的22爐子的初步設(shè)計(jì)32.1爐子的技術(shù)要求32.2爐型的確定42.3燃燒裝置型式的選擇和空氣過(guò)剩系數(shù)的確定42.4鼓風(fēng)機(jī)位置的確定42.5煙囪位置的確定43.爐型結(jié)構(gòu)和尺寸的確定43.1爐子尺寸及筑爐材料的確定43.1.1車(chē)底尺寸和材料53.1.2爐墻高度及材料53.1.3 爐頂?shù)某叽绾筒牧?3.1.4 爐門(mén)及爐門(mén)蓋的尺寸和材料64.燃料計(jì)算74.1助燃空氣消耗量74.3燃燒產(chǎn)物生成量74.3燃料燃燒產(chǎn)物成分84.4 燃燒溫度計(jì)算84.4.1發(fā)熱量計(jì)算84.4.2 天然氣理論燃燒溫

2、度的計(jì)算95.熱平衡計(jì)算95.1熱收入95.2熱支出105.2.1 加熱工件的有效熱量105.2.2加熱輔助工具的有效熱Q輔（料筐的吸熱）105.2.3通過(guò)爐體的散熱損失Q墻散105.2.4通過(guò)爐頂爐底的散熱損失Q頂散135.2.5廢煙氣帶走的熱量Q煙135.2.6燃料不完全燃燒的熱損失Q不135.2.7B值的計(jì)算145.2.8利用求得的B值計(jì)算上面的未知量145.3熱平衡表146 燒嘴的選擇156.1燒嘴個(gè)數(shù)及其布置156.2 燒嘴型號(hào)157 爐子技術(shù)指標(biāo)178小結(jié)17參考文獻(xiàn)181熱處理設(shè)備課程設(shè)計(jì)的意義和目的 熱處理設(shè)備課程設(shè)計(jì)是在學(xué)生較為系統(tǒng)地學(xué)習(xí)了熱處理原理與工藝、傳熱基本原理、氣體

3、力學(xué)、燃料與燃燒、耐火材料、電熱原理、爐子構(gòu)造等專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)上開(kāi)設(shè)的。是高等工業(yè)學(xué)校金屬材料工程專(zhuān)業(yè)一次專(zhuān)業(yè)課設(shè)計(jì)練習(xí)，是繼熱處理工藝課程設(shè)計(jì)后的又一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。其目的是：培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用以上所學(xué)的知識(shí)獨(dú)立分析和解決熱處理工程技術(shù)問(wèn)題的能力，掌握熱處理設(shè)備（主要是熱處理爐）設(shè)計(jì)的一般程序和方法，了解如何進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算、設(shè)備工程圖繪制，以及懂得如何查找和使用設(shè)計(jì)資料。 根據(jù)技術(shù)規(guī)格的要求，選定滿足熱處理工件工藝要求的爐型結(jié)構(gòu)、完成爐子的熱工計(jì)算、燃料燃燒計(jì)算（火焰爐）或電熱計(jì)算（電爐）、確定供熱負(fù)荷、選定耐火及保溫材料、校核爐體鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、繪制爐子總圖、砌體圖、主要零部件圖、安裝圖，以及編制設(shè)計(jì)說(shuō)

4、明書(shū)和使用說(shuō)明書(shū)等技術(shù)資料。2爐子的初步設(shè)計(jì) 2.1爐子的技術(shù)要求1.用途：球化退火2.處理工件：鑿巖機(jī)活塞3.工件材質(zhì)：30CrNi2MoV4.工件簡(jiǎn)圖：圖1.1 鑿巖機(jī)活塞簡(jiǎn)圖5.最大裝載量：5t6.燃料種類(lèi)：高焦?fàn)t混合煤氣7.燃料成分表1.1 高焦?fàn)t混合煤氣（體積）COCO2H2CH4C2H402N2H2O19.78.620.48.50.70.339.52.38.爐外部溫度802.2爐型的確定根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)給出的生產(chǎn)特點(diǎn)及技術(shù)要求，臺(tái)車(chē)式熱處理爐即可滿足要求。2.3燃燒裝置型式的選擇和空氣過(guò)剩系數(shù)的確定 根據(jù)該車(chē)間的煤氣特點(diǎn)和具體條件，今選用渦流式燒嘴。渦流式燒嘴的空氣過(guò)剩系數(shù)取n=1.1

5、。2.4鼓風(fēng)機(jī)位置的確定鼓風(fēng)機(jī)安置在爐子中點(diǎn)線的延長(zhǎng)線上，并使其出風(fēng)口距爐子的中心線為20米。2.5煙囪位置的確定煙道沿爐子中心線向爐尾方向引出。并距爐子中心線30米的位置為煙囪的中心。為了保證爐膛內(nèi)溫度均勻，煙氣從爐底排除。3.爐型結(jié)構(gòu)和尺寸的確定3.1爐子尺寸及筑爐材料的確定車(chē)底爐的主要尺寸是根據(jù)每爐的最大裝載量，鋼件的形狀和尺寸，以及熱處理方法等因素憑經(jīng)驗(yàn)關(guān)系確定。3.1.1車(chē)底尺寸和材料 （1）料框的擺法和尺寸料框尺為800×900×150，每框擺放7×3×1件。每爐放2×1×10框，考慮料框間孔隙S隙=2時(shí)料堆尺寸為料堆長(zhǎng)

6、L=900×2+2=1804料堆寬 B=800料堆高 H=150×10+2×10=1520（2）車(chē)底的寬度假如取料堆外緣至車(chē)底邊緣的距離為400。則此車(chē)底爐的車(chē)底寬度B車(chē)=800+400×2=1600結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)磚尺寸確定B車(chē)=1608（3）車(chē)底長(zhǎng)度外堆的邊緣至車(chē)底邊緣的距離為400，則此車(chē)爐底式的車(chē)底長(zhǎng)度為L(zhǎng)車(chē)=1804+2×400=2604結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)磚尺寸確定L車(chē)=2668（4）車(chē)底的厚度及材料車(chē)底的上部用兩重質(zhì)粘土磚砌成車(chē)面，下面用厚度為40毫米的鑄鐵板支撐。所以車(chē)底全厚度 S車(chē)=232×2+40=5043.1.2爐墻高度及材料（1）

7、爐墻高度(車(chē)底至爐頂)車(chē)底上墊鐵的高度為30；爐門(mén)拱距爐頂?shù)木嚯x為46；料堆頂至爐拱距離300則爐墻的高度H墻=30+1520+46+300=1896結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)磚尺寸確定H墻=1943（2）爐墻厚度及材料為減少爐子的積熱損失,選用114mmQN0.8輕質(zhì)粘土磚+B級(jí)硅藻土磚+80mm密度為250kg/m3的普通硅酸鋁纖維氈，故爐墻的厚度S墻=116+116+80=3123.1.3 爐頂?shù)某叽绾筒牧希?） 爐頂?shù)男问?。由于爐子跨度不大,故爐頂采用標(biāo)準(zhǔn)拱頂。（2） 爐頂跨度。取車(chē)底外緣同爐墻間的空隙為14,而爐墻凸出部分的寬度為345,則爐頂?shù)目缍菳=1608+2×14+2×34

8、5=2026（3）爐頂厚度及材料。爐子爐頂選用114mmQN0.8輕質(zhì)粘土磚+ 80mm密度為250kg/m3的普通硅酸鋁纖維氈+116mm膨脹珍珠巖，故爐墻的厚度故爐頂厚度S頂=116+82+116=3143.1.4 爐門(mén)及爐門(mén)蓋的尺寸和材料（1）爐門(mén)尺寸。爐門(mén)寬度 B門(mén)=1608+2×14=1636爐門(mén)高度H門(mén)=54+30+1520+50=1654（2）爐門(mén)蓋形式、厚度及材料。爐門(mén)蓋采用活動(dòng)門(mén)蓋。爐門(mén)蓋用鑄鐵筐內(nèi)襯65mmQN1.0輕質(zhì)粘土磚+ 65mmA級(jí)硅藻土磚+80mm密度為250kg/m3的普通硅酸鋁纖維氈。S門(mén)=67+67+8-=1324.燃料計(jì)算4.1助燃空氣消耗量（

9、1）理論空氣需要量L0=0.5CO+2×CH4+3C2H4+0.5H2-O221 (4.1)(3.1)式中：CO 、CH4 、 C2H4 、 H2 、 O2每100Nm3濕氣體燃料中各成分的體積含量（Nm3）。則 Lo= = 1.85Nm3/Nm3（2）實(shí)際空氣需要量 Ln=nL0 （4.2） 其中n取1.1則Ln=1.1×1.85=2.035 Nm3/Nm3 4.3燃燒產(chǎn)物生成量（1）燃燒產(chǎn)物中單一成分生成量Vco2=0.01×(CO2+CH4+2C2H4+CO) (4.3)Vo2=0.21×(n-1)L0 (4.4)VN2=(N2+79Ln)

10、5;0.01 (4.5)VH20=0.01×(2CH4+2C2H4+H2) (4.6) (2)實(shí)際燃燒產(chǎn)物量 Vn = VCO2+VO2+VN2+VH2O Nm3/Nm3 (4.8)則V n= 0.382+0.039+2.265+0.411=3.097 Nm3/Nm3(3)理論燃燒產(chǎn)物量V0=Vn+(n1）L0 (4.9)V0=3.097（1.11）×1.85=2.905 Nm3/Nm34.3燃料燃燒產(chǎn)物成分則4.4 燃燒溫度計(jì)算 4.4.1發(fā)熱量計(jì)算低發(fā)熱量Q低= 35902CH4+64397C2H4+10786H2+12636CO (kJ/ Nm3) （4.10）式中：

11、CH4、C2H4、 H2、CO 分別為天然氣中可燃?xì)怏w的體積分?jǐn)?shù)（%）。則Q低=359×8.5+643×0.3+108×10.5+126×23.5=7339kJ/ Nm34.4.2 天然氣理論燃燒溫度的計(jì)算式中：t理理論燃燒溫度（） Q低低發(fā)熱量(kcal/ Nm3)，Q低=7339kJ/ Nm3 Vn燃燒產(chǎn)物生成量（Nm3/Nm3）, Vn=3.097Nm3/Nm3 C1燃燒產(chǎn)物的平均比熱KJ/(Nm3 )。估計(jì)理論燃燒溫度在1900左右，查表取C1=1.59 kJl/(Nm3 則 5.熱平衡計(jì)算5.1熱收入燃料和空氣都不進(jìn)行預(yù)熱，故熱收入只有燃料燃燒

12、的化學(xué)熱Q燒 Q燒=BQ低 （5.1）式中:B為燃料的消耗量(Nm3/h)5.2熱支出5.2.1 加熱工件的有效熱量是物料所吸收的熱量Q料，用下式計(jì)算： Q料=G（t料t初）C料 (5.2)式中:G爐子加熱能力為G=90×2=180 kg/h.t料被加熱物料的出爐溫度（ ）， 查表得t料=750， t初被加熱物料的進(jìn)爐溫度（ ），為室溫，則t初=20 C料物料的平均熱容量,kJ/(kg ) 查表得C料=0.96 kJ /(kg )則Q料=180×（75020）×0.96=115174.98kJ5.2.2加熱輔助工具的有效熱Q輔（料筐的吸熱）Q輔=G輔×（

13、t輔t初）C料 (5.3)G輔輔助工具的重量（kg/h ）， G=2×10×3=60 kg C料物料的平均熱容量,kJ/(kg ) 查表得C料=0.88 kJ /(kg )則Q輔=60×(750-20)×0.88=29860KJ5.2.3通過(guò)爐體的散熱損失Q墻散（1）爐墻平均面積爐墻面積包括外表面面積和內(nèi)表面面積。簡(jiǎn)化計(jì)算可得： F內(nèi)墻=2H（L+B）=（2.668+1.608）×1.943×2=16.617 m2 F外墻=2H（L外+B外）=(2.98+2.236)×1.943×2=20.296m2 F均墻=F墻

14、內(nèi)·F墻外=18.364m2 (2)爐底平均面積爐底面積包括外底面面積和內(nèi)底面面積。簡(jiǎn)化計(jì)算可得：F底外=B×L=1.608×2.668=4.29m2；F底外= B底外×F底外=2.236×2.98=6.663m2；F底均=F底內(nèi)·F底外=5.347m2。 (3)爐頂平均面積 F頂內(nèi)=2R6×L=2×3.14×1.6086×2.668=4.49m2； F頂外=B外×L外=2.98×2.236=6.663m2； F頂均=F頂內(nèi)·F頂外=5.475m2（4）爐墻散熱損失

15、計(jì)算爐墻散熱，根據(jù)下式： （5.4）爐墻結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下 圖5.1爐墻結(jié)構(gòu)圖【4】首先，爐內(nèi)溫度達(dá)到750才可以滿足要求。則t1=750。我們假定界面上的溫度及爐殼溫度， t2=580，t3=370，最外層爐體溫度t4=80。則： 輕質(zhì)粘土磚層平均溫度ts1均=（750+580）/2=665硅藻土磚層平均溫度ts2均=（580+270）/2=425耐火纖維層平均溫度ts3均=（270+80）/2=175查表得個(gè)各層材料的熱導(dǎo)率【1】1=0.294+0.212×665×10-3 =0.141W/(m)2=0.056+0.11×475×10-3=0.052 W/

16、(m)3=0.14W/(m) 當(dāng)爐殼溫度為80，室溫ta=20時(shí)，查表得=13.45 W/(m2)求熱流 Q墻=t1-t室s11+s22+s33+1=750-200.1160.141+0.1160.052+0.080.14+113.45=197.35W/m2驗(yàn)算交界面上的溫度t2，t3t2=t1-qs11 =750-179.35×0.1160.141=602 t=t2-t2=602-580=22tt2=22÷580×100=3.8<5 ，滿足設(shè)計(jì)要求。t3= t2-q22=580-197.35×0.1160.052=253t=t3-t3=17 tt

17、2=17270×100=6.2<5, 滿足設(shè)計(jì)要求。算爐殼溫度t4墻t4墻=t3墻-q墻s33=270-197.35×0.1160.14=72<80滿足設(shè)計(jì)要求。計(jì)算爐墻散熱損失Q墻散=qF墻均=36224.31W5.2.4通過(guò)爐頂爐底的散熱損失Q頂散同理可以求得 t2頂 = 567，t3頂 =266，t4頂=61，q頂 =196W/m2； t2底 =610，t3底 = 291, t4底=72，q底 =221W/m2。爐頂通過(guò)爐襯散熱Q頂散=q頂·F頂均=40894.8W爐底通過(guò)爐襯散熱Q底散=q底·F底均=11181.69W整個(gè)爐體散熱損失

18、 Q散=Q墻散+Q頂散+Q底散=36224.31+40894.8+11181.69=88300.8KJ/h5.2.5廢煙氣帶走的熱量Q煙 Q煙=BVnt煙c煙 (5.5)式中：Vn實(shí)際燃燒產(chǎn)物量（N Nm3/Nm3），前面計(jì)算得V n=3.097 N Nm3/Nm3 t煙出爐廢煙氣溫度（）， t煙=160 c煙出爐煙氣的平均比熱容，查表得c煙=1.42 kJ/(Nm3)則 Q煙=B×3.097×160×1.42=703.63B5.2.6燃料不完全燃燒的熱損失Q不 在有焰燃燒爐中，廢煙氣中通常含有未燃燒的可燃?xì)怏w，對(duì)于高焦?fàn)t煤氣，它的不完全燃燒的熱損失用下式：Q不=

19、BVnbQ低 (5.6)式中b為不完全燃燒氣體的百分比，取3%。Q不=B×3.097×3%×7339=660.51B5.2.7B值的計(jì)算根據(jù)熱量的收支平衡，可從中求出每小時(shí)的平均燃料消耗量B。Q燒=Q料+Q輔+Q墻散+Q爐底+Q爐頂+Q煙 +Q不 代入數(shù)值得求得B=45.23 Nm3/h在工程設(shè)計(jì)中，爐子的最大燃料消耗量應(yīng)比理論消耗量大，即：Bmax=(1.31.5)B式中：1.31.5為燃料儲(chǔ)備系數(shù)。取1.3，則Bmax=1.3×45.23= 58.7Nm3/h根據(jù)最大燃料消耗量來(lái)確定燃燒器的數(shù)目，其總?cè)紵芰?yīng)大于Bmax5.2.8利用求得的B值計(jì)算

20、上面的未知量天然氣燃燒的化學(xué)熱Q燒= BQ低=58.7×7339=430799.3 kJ/h廢煙氣帶走的熱量Q煙=703B= 93846kJ/h燃料不完全燃燒的熱損失Q不=660B=98965kJ/h5.3熱平衡表表5.1 熱平衡表熱 收 入熱 支 出項(xiàng)目KJ/h%項(xiàng)目KJ/h%Q燒426574100物料所吸收的熱量Q料114174.9827輔助工具的有效熱Q輔298607.1爐體散熱Q散8830.820.7廢煙氣帶走的熱量Q煙9384522燃料不完全燃燒的熱損失Q不9896523.2總計(jì)1973989.7100總計(jì)4265741006 燒嘴的選擇6.1燒嘴個(gè)數(shù)及其布置為保持爐溫均勻

21、,今確定全爐用4個(gè)渦流式燒嘴。每個(gè)側(cè)墻安裝兩個(gè)。燒嘴間隔1000，兩側(cè)燒嘴錯(cuò)位相對(duì)。6.2 燒嘴型號(hào) 爐子的最大煤氣消耗量為Bmax=58.7m3/h,為考慮強(qiáng)化生產(chǎn)的可能性,今取燒嘴的燃燒能力為爐子的最大煤氣消耗量的1.2倍,則燒嘴的總?cè)紵芰?V總=1.2×58.7=70.4 m3/h單個(gè)燒嘴的燃燒能力為V=70.4×1/4 =117.6.44 m3/h·個(gè) GSQ 型系列高速調(diào)溫燃?xì)鉄焓褂脳l件如表6.1表6.1 高速調(diào)溫燃?xì)鉄焓褂脳l件【3】當(dāng)燃Q低=7339kJ/m3的天然氣,并為保證燃燒能力的要求,選用GSQ系列燒嘴GSQ 型系列高速調(diào)溫燃?xì)鉄祛~定技術(shù)性能如表6.2表6.2 高速調(diào)溫燃?xì)鉄祛~定技術(shù)性能【3】根據(jù)燒嘴的燃燒能力及上表選用燒嘴型號(hào)為GSQ-15渦流式高速調(diào)溫燃?xì)鉄臁? 爐子技術(shù)指標(biāo)30CrNi2MoV鑿巖機(jī)活塞退