井式爐設(shè)計(jì)說明文書.docx

1、一、設(shè)計(jì)任務(wù)1、專業(yè)課程設(shè)計(jì)題目12、專業(yè)課程設(shè)計(jì)任務(wù)及設(shè)計(jì)技術(shù)要求1二、爐型的選擇1三、爐膛尺寸確實(shí)定11、爐膛有效尺寸排料法）11.1確定爐膛內(nèi)徑D 11.2確定爐膛有效高度H 21.3爐口直徑確實(shí)定21.4爐口高度確實(shí)定3四、爐體構(gòu)造設(shè)計(jì) 31、爐壁設(shè)計(jì) 32、爐底的設(shè)計(jì)53、爐蓋的設(shè)計(jì)64、爐殼的設(shè)計(jì)7五、電阻爐功率確實(shí)定71、爐襯材料蓄熱量Q角7 82、加熱工件的有效熱量Q件 93、工件夾具吸熱量Q央 104、通過爐襯的散熱損失。散 105、開啟爐門的輻射熱損失Q仙 126、爐子開啟時(shí)溢氣的熱損失Q溢127、其它散熱Q它138、電阻爐熱損失總和Q總 139、計(jì)算功率及安裝功率13六、

2、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算131、電阻爐熱效率132、電阻爐的空載功率14五、電阻爐功率確實(shí)定電阻爐的功率大小與爐膛容積、爐子構(gòu)造、爐子所要求的生產(chǎn)率和 升溫時(shí)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 次設(shè)計(jì)采用理論計(jì)算的方法計(jì)算電阻爐的功率。理論計(jì)算發(fā)是通過爐子的熱平衡計(jì)算來確定爐子的功率。其根本原 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放、爐 襯蓄熱量Q布、爐門和縫隙溢氣熱量°溢，爐門和縫隙輻射散熱量Q輒、其他 熱損失Q它等。先預(yù)估算功率？，采用爐膛面積法，心=50x1）砌xH砌=165k

3、w1、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(gè)砌體所吸收的 熱量。計(jì)算式為：。蓄="（頃2一中1）第 I 層：p = 600Kg/m3 ；G =0.836 + 0.263x10-3'- = 1.068 Kj/( Kg C)V 27C2 = 0.836 + 0.263xlO 3x 20=0.8417 Kj/(Kg.°C).V = Hxr(r； _廣)Q希i = 2.28x600(0.842 -0.752)| 時(shí)°+95° x j 068-20x0.8417 | = 57089 KJ/h第 II 層：p = 120Kg/m3；

4、 G=G=LIKj/(Kg. C)；V2 = Hx(r；-2)Q石2 = 2.28 x 600勿(0.942 - 0.842) 45°+82。一 20 x 1.1) = 102609 KJ/h第III層：x? = 250Kg/m3 , G =C? =0.66Kj/(Kg. C)V、= H x勿（r； 一廿）Q備3 = 2.28x 600勿(1.0552 -0.942) 40+450-20x0.66 | = 63688 KJ/hx 2>。踞+0懦2 +0 俑3 =570849+102609+63688=737146 % 對于爐頂，采用0妒壺.Q的計(jì)算方式去近似值，代入數(shù)據(jù)得:S壁

5、1.14910.73881.14910.7388.737146=102278對于爐底的蓄熱，同樣取三層分別計(jì)算:Q氐蓄=0帝1+Q眠褲2+Q式蓄3材料 層濟(jì)體積密度p（%J熱導(dǎo)率（%2時(shí)）比熱容（陽品厚度（mm）第一層1.80.837+0.58x10%0.879+0.23x10%67第二次0. 55O.IO5-H).23xlO,tJJ0.8374+0.251x)0%201第三層0.20.06 + 0.157x10%0. 7536115。掘=1.2xl()6%爐底的匕=950°C,壓=泛一4 + 屋+將泓為+從-邳代入數(shù)據(jù)算得與=926%,同理可得/3 =573°C根據(jù)公式Q

6、,="（多2一甲。，代入數(shù)據(jù)得到:1.0947 20*0.8836 =215499%Q = “0.752 .0.067.1800”。:媚6T=6. 2hQ2 = >t0.8420.20155073；926. 025_204).8424)= 183991修23=0.942.0.115-200 57360>0.7536 - 20).7536 = 14235由此得到。底甫=。,氐斜+。底裕2+。底甫3=403725 K%G = 2149&g0=2.2x105/那么 Q：,總=737146+102278+403725=1243149 %2、加熱工件的有效熱量Q件估算空爐升

7、溫時(shí)間，%=一243149 %23力,那么估計(jì)取整Q夾二0Q夾二0"3600R古 3600.1653小時(shí)，工件升溫時(shí)間用經(jīng)歷公式工件直徑ximia/得到工件升溫時(shí)間 / iwn取2. 4小時(shí)，保溫時(shí)間0.5小時(shí)，裝爐時(shí)間0.3小時(shí)。那么：r =3+2. 4+0. 5+0. 3=6. 2h(130 Y工件重量：G = q茲= 12X4 xl.8x750()xl2 = 214%gk 2 Jg件=G/ r = 2149.2/ 6.2 = 346Kg/hQ件=8件(ch-c浴)=346 x (950 x 0.6789 - 20 x 0.4939) = 219737 KJ/h3、工件夾具吸熱量

8、Q夾因本次所設(shè)計(jì)正火爐不需使用夾具，故Q疙0。4、通過爐襯的散熱損失Q散散熱損失就是爐膛內(nèi)熱量通過爐墻、爐頂、爐底散發(fā)到車間的熱損 失。因?yàn)闋t頂、爐底散熱一個(gè)較多，一個(gè)較少，因而在計(jì)算中將爐頂、 爐底簡化成與爐壁散熱情況一樣。在爐襯傳熱到達(dá)熱穩(wěn)定的情況下，通 過爐壁的散熱損失，可參考以下圖，按照下式計(jì)算。爐襯蓄熱情況簡化計(jì)算圖4球1%久2 4久3。£汽3先求出各層爐墻材料的平均熱導(dǎo)率：九=0.165 + 0.19 X10一3 X 950 + 820 = 0 333 >（% =0.077 + 0.25xICT，x "。廠。=()14()75 wRm. C) 各層爐墻的厚

9、度S列出如下：§ = 0.09m; S2 = 0.1/n; S3 = 0.115m通過查表得=12.2久是各層平均面積，其公式如下所示，代入數(shù)據(jù)得:/nV席=兀。,.4做+2兀堂=10.377m2< 2 ；鳥=勿(D瑚 + 25,)("砌+2§) +2”。砌 + 2S|2=16.033m% =雙 D砌 +25 +25,)( H 砌 + 2S + 2S?) +2勿D砌 + 2S +2522= 19.91 Im嗎=勿(。御 + 2S + 2S? + 2S3)(H 砌 + 25 + 2,S2 + 2,3) +Z)砌 + 2S + 25 2 + 2S32汗2| =2

10、4.049m2練=29840Kh"學(xué)=眼2麻 & 二號(hào)21.98* 公式中t是爐膛和室溫.=950。. ro = 2O°C將以上數(shù)據(jù)代入求。故，所示如下:0.09950-200J0.115x3.6H+H0.333x14.72 0.117x17.972 0.141x21.98 12.2x24.049計(jì)算得出Q故=29840K7/hQ*，=21286KhQ*，=21286Kh5、開啟爐門的輻射熱損失Q羯計(jì)算公式如下:Q 輻=5.675 xx3.6F(b11007；與萬分別是爐膛內(nèi)部和爐外空氣的絕對溫度(K)；F爐門開啟的面積：F = vxF爐門開啟的面積：F = vx&

11、lt;1.21)2= 1.1493"中一爐口輻射遮蔽系數(shù):T 733 一=二一= 0.1925,查表可知：6 = 0.84D 1210()3再一爐門開啟率：= = 0.0484；6.2將以上數(shù)據(jù)代入公式計(jì)算得：Q輻=21286KhQ/106830 K7/h6、爐子開啟時(shí)溢氣的熱損失Q淺 計(jì)算公式如下：Q .=17904 KJ/hQ溢=*(呼泌,其中：V = 22007；().362= 0.0484V=2200tt=3250m2/hQ總= 395597 KJ/hQ 溢=22001.21、121、K )x0.5xl.4x(950+20)x0. 0484=106830KJ/V7、其它散熱Q

12、它一般女口下估算：Q它=(0.5-1.0)Q散那么：Q它=29840x0.6 = 17904K/78、電阻爐熱損失總和Q忌<3總=Q件 + Q敬 + Q溢 +。它=395597 KJ/h9、計(jì)算功率及安裝功率Q總 _3955973600" 3600= 109.89 KwP;| =109.89 KwP/150Kw77=55.55%安裝功率應(yīng)大于穩(wěn)態(tài)時(shí)計(jì)算功率4 = 13.3Kw媒=kP 周期作業(yè)爐k取1. 3到1. 5之間。 得：2=109.89x( 1.31.5)?。篜安=150Kw六、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算1、電阻爐熱效率O219737x 100%=、xl 00%=55.55%rn

13、=2.3hQ 總395597一般電阻爐的熱效率為40曠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(jì)算：心=陛*53600A。%3、空爐升溫時(shí)間空爐升溫時(shí)間是指在額定電壓下，經(jīng)過充分枯燥、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(shí)間?？諣t升溫時(shí)間:= 2.3hr _ Q蓄 _1243149升 36(X)佐 3600 150七、功率分配與接線方法1、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(gè)局部。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，由于本次設(shè)

14、計(jì)電阻爐安裝功率到達(dá)150Kw,所以為了更合 理的設(shè)計(jì)與安裝電熱元件，現(xiàn)將爐膛分三區(qū)計(jì)算，上中下區(qū)功率分別為:選用0Cr25A15線狀電熱元件，電壓380V。分區(qū)各區(qū)擱磚 層數(shù)功率分配I區(qū)9層42KwII區(qū)12層54KwIII區(qū)12層54Kw因爐膛最高溫度不超過950°C,結(jié)合選材0Cr25A15查表得三相380V星形接法I區(qū)：P = 14(KW)U=220(V)W允= L71W/cn?d=5. 5mmL=56mL總二168 (m)G總=85.176kgE區(qū)42Kw,中區(qū)與下區(qū)都是54Kwo2、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

15、電的大截面電阻板外，一般均采用車間電網(wǎng)電壓，即220V 或 380Vo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150Kw,即可采用三相380V星形，也可采用三角形接 法。綜上所述，本次設(shè)計(jì)采用0Cr25A15電熱體材料，三相380V星形接 法。八、電熱元件的設(shè)計(jì)1、I區(qū)1.1供電電壓和接線選用三相380V、星形接法P， 42P = W = = 14( KW)3n 3代入上式得d=5. 2mm,取d=5. 5mm,U2d2. 2202x（5.5）2L = 0.785 xl O'匕土 = 0.785 x 10 3 x上=56mPpt14x1.5L 總=nL=

16、3X56=168 （m）G = g# 乙=o. 169x168=28.392 kgG總=Gxn = 28.392x3 = 85.176kgW =' =1'4=447 w!< 1.71 mV符合要求idL 3.14x5.5x561.4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3排串接成 一相。每排電熱元件的展開長度：% =56-3 = 18.67m每排電熱元件的擱磚長度：L = tf（D偷一 60） -25 = 4496.6mm電熱元件螺旋直徑：螺旋直徑D =（46）d取：D = 4<1 = 4x5.5 = 22mm螺旋體圈數(shù)N和螺距h分別為：

17、N = =淄匹= 270圈7TD 3.14x22h = = 44%.6 = 6.65mm 取 h=20mmN 27020 2< = 3.6<4,滿足h=（24）d的要求。5.5電熱元件螺旋節(jié)距h在安裝時(shí)適當(dāng)調(diào)整，爐口局部減少節(jié)距，增大 功率。2、II區(qū)和III區(qū)L 折=18.67mL = 4496.6mmD = 22mmh=20mmII、III 區(qū)：P = 18(KW)U = 220(V)Wf = 1.71 W/co?2.1供電電壓和接線選用三相380V、星形接法p = = 54 = 18(KW)3n 3U = 2 = 220(V)2. 2確定電熱元件的單位外表功率同上：W允= 1

18、.71W/cn?2. 3確定元件尺寸d = 34.3xjfiPt = /7()(1 + 以)=1.4x (1 + 4x 10一、x 1100)= 1.5Q*mm2 / m代入上式得d=6. 15mm,取d=6. 5mm.U2d2八、22(F x(6.5)2L = 0.785 x 1 ()-3= 0.785 x 1 (疽 x_二=60.89mPpt18x1.5L =nL=3X61=183 (m)g = Sm=q 236X183=43. 188 kg=G x = 43.188 x 3 = 129.564102P100x14 i “ / 3 i * / 3W =1.44 w cm < 1.71

19、 w cmmJL 3.14x6.5x61符合要求2.4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4排串接成一相。每排電熱元件的展開長度：L折=6M4 = 15.25m每排電熱元件的擱磚長度：d=6. 5mmL=60. 89mL 總=183 (m)G/129.564農(nóng)L 折=15.25mL=4496. 6mD=26mmh =25mm3、空爐升溫時(shí)間14七、功率分配與接線方法141、功率分配142、供電電壓與接線方法14八、電熱元件的設(shè)計(jì)151、I 區(qū)152、II 區(qū)和 III 區(qū)163. 電熱元件引出棒及其套管的設(shè)計(jì)與選擇184. 熱電偶及其保護(hù)套管的設(shè)計(jì)與選擇18參考書

20、目19L =勿（D砌-60） -25 = 4496.6mm電熱元件螺旋直徑：螺旋直徑D =(46)1取:D = 4d = 4x6.5 = 26mm螺旋體圈數(shù)N和螺距h分別為：= 187 圈h = = 449S6 = 24.04mm 取 h=25mmN 187L 弓i=395mm702< = 3.6<4,滿足h=(24)d的要求。5.5電熱元件螺旋節(jié)距h在安裝時(shí)適當(dāng)調(diào)整，爐口局部減少節(jié)距，增大 功率。d-mniL=mmd 二 mmD 套=mmL 二 mm3. 電熱元件引出棒及其套管的設(shè)計(jì)與選擇3.1引出棒的設(shè)計(jì)引出幫必須用耐熱鋼或者不銹鋼制造，以防止氧化燒損，固選用 !Crl8Ni9

21、Ti, d)=16mm,絲狀電熱元件與引出棒之間的連接，采用接頭銖 槽后焊接。引出棒長度：L引=40+90+100+115+80=395mm3. 2.保護(hù)套管的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)說明中爐膛以及電熱元件的設(shè)計(jì)，所以確定L 爐堵=90+100+115=305 (mm),引出棒的直徑 d= 4) 16mm,因此選用SND - 724 - 018號(hào)套管，高鋁磯土，重量0.6kg,d 4)16mm, D 套= <b 36mm,長度 400mm©4. 熱電偶及其保護(hù)套管的設(shè)計(jì)與選擇4. 1熱電偶的選擇由于爐內(nèi)最高的溫度為950°C.長期使用的溫度在1000°C以下，所以選用鐐

22、銘-鐐硅熱電偶。所以選用型號(hào)WRN-121的鐐銘-鐐硅熱電偶，保 護(hù)套管規(guī)格選擇，外徑16nun,插入長度為400mni。保護(hù)材料為雙層瓷管。4. 2熱電偶保護(hù)套管的選擇L爐虻295mm。熱電偶外徑16mm,插入長度為400mm。根據(jù)這些條件, 應(yīng)該選用 SND - 724 -018,高磯土，重量 0. 3kg。d 套= 4> 16mm、D=4)36mm, 長度為400mm。測溫?zé)犭娕寂c控溫?zé)犭娕季x用此保護(hù)套管即可。參考書目1、？熱處理爐?華小珍教師編2、？熱處理爐課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書?華小珍，崔霞教師編3、？爐溫儀表?華小珍，袁永瑞教師編4、？熱處理設(shè)備?王淑花編一、設(shè)計(jì)任務(wù)1、專業(yè)課程設(shè)

23、計(jì)題目：?中溫井式電阻爐設(shè)計(jì)？2、專業(yè)課程設(shè)計(jì)任務(wù)及設(shè)計(jì)技術(shù)要求：(1) 130X 1800低合金鋼調(diào)質(zhì)用爐；(2) 每爐裝12根；(3) 畫出總裝圖手工)；(4畫出爐襯圖；(5) 畫出爐殼圖；(6) 畫出電熱元件接線圖；(7) 撰寫設(shè)計(jì)說明書。二、爐型的選擇因?yàn)楣ぜ牧蠟榈秃辖痄摚瑹崽幚砉に嚍檎{(diào)質(zhì)，對于低合金鋼調(diào)質(zhì) 最高溫度為900+(3050)°C,所以選擇中溫爐上限950°C)即可，同 時(shí)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，那么選擇周期式作業(yè)。綜上所述，選擇周期式中溫井式電阻爐, 最高使用溫度950°Co三、爐膛尺寸確實(shí)定1

24、、爐膛有效尺寸排料法)1. 1確定爐膛內(nèi)徑D工件尺寸為中130X 1800,裝爐量為12根，對長軸類工件，工件間 隙要大于或等于工件直徑；工件與料 筐的間隙取lOOOOmnio爐膛的有效 高度取工件的長度加150250mm。排料法如下圖：。疽 1200mm。珀-1500mm磚的塊數(shù)：N=28修正后：Z)w = l 500mm擱磚33層H 2280mm每層擱磚數(shù)目：N=94到 D 爐口=1210nuno那么：O" + J(2)2+(6d)2代入數(shù)據(jù)計(jì)算得D = 952. 19mmD=D+2X (100200) = 1200mm又因爐壁內(nèi)徑比料筐大200300mm故取：Diyj = 15

25、00mm查表得可用砌墻磚為BSL 427 138 (A=168, B=190. 8, R=765, r=675)型輕質(zhì)粘土扇形磚。 由該磚圍成的爐體的弧長為：S=D=3. 14 XI 500=4710mm磚的塊數(shù)為：47104-168=28. 04塊,取整后N二28對 D 進(jìn)展修正得：D 砌=28 X 168 + 3. 14=1498. 09mm,取 1500mm1.2確定爐膛有效高度H由經(jīng)歷公式可以得知，井式爐爐膛有效高度II應(yīng)為所加熱元件或 者料筐)的長度的根底上加0. TO. 3m。H«=1800+250=2050mmH= H tt+250=2300mm由于電阻爐采用三相供電，

26、放置電熱元件的擱磚應(yīng)為3n層，H 砌=3nX (65+2)+67,取整后取 n=ll再將n=ll代入上式，得II砌=2280mm選用代號(hào)為SND-427-09的扇形擱磚每層擱磚數(shù)目為N二幾D砌：50=94.2,取整為94塊。1.3爐口直徑確實(shí)定D妒1200mm,由于爐口用斜行楔形磚故有/D = (113 + 2)xN,將 D «= 1200mm 代入，得 N=32. 76,取整后N=33,再將N=33代回上式，那么得到D爐口=1210mm。1.4爐口高度確實(shí)定按一般的設(shè)計(jì)原那么，爐口可由斜行楔形磚和三層直行磚堆砌而成。H爐口=233頗故 H爐口二65+2） X3+32二233mm四、

27、爐體構(gòu)造設(shè)計(jì)爐體包括爐壁、爐底、爐蓋、爐殼幾局部。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(jì)時(shí)應(yīng)滿足以下要求：（1）確定砌體的厚度尺寸要滿足強(qiáng)度要求，并應(yīng)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(shí)間，在滿足強(qiáng)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，否那么 會(huì)降低使用壽命；4）要保證爐殼外表溫升小于60°C,否那么會(huì)增大熱損失，使環(huán) 境溫度升高，導(dǎo)致勞動(dòng)條件惡化。1、爐壁設(shè)計(jì)爐壁厚度可采用計(jì)算方法確定，以下圖為井式爐爐壁三層構(gòu)造，三層爐襯結(jié)構(gòu)第I層為耐火層，其厚度一般為90mm,采用輕質(zhì)粘土

28、磚RNG-0. 6；第1層為耐火纖維層，其厚度設(shè)計(jì)為X mm,采用12°kg/m3的普通 硅酸鋁纖維毛氈；第111層為保溫層，采用A級硅藻土磚架構(gòu)中間填充膨脹蛭石粉，其 厚度設(shè)計(jì)為115mmo在穩(wěn)定傳熱時(shí)，對各爐襯熱流密度一樣。根據(jù)課本的公式結(jié)合查表, 可得：q=(tLt。)，爐壁溫度 60°C,室溫 20°C是=12.2w/(".C), 所以 q = 486.8 w/m2RNG-O. 6型輕質(zhì)粘土磚：密度 Qi =600kg/m' ；熱導(dǎo)率 W = 0.165 + 0.19 x 10-31均 w/( m° C)；比熱容 C, =0.8

29、36 + 0.263x10%均 K/(Kg.°C)。硅酸鋁纖維：密度 p,=120kg/m3；熱導(dǎo)率冬=0.032+0.21 (10-3%)2w/(mC)；比熱容 C2=l.lK7/(/Cg.r) o膨脹蛭石粉：密度 Pi =250kg/m3 ；熱導(dǎo)率 = 0.077 + 0.25x KT'烏 w/(m.°C)；比熱容 C,= 0.6573 K7/(Kg.°C)。由L人| + J酒+2(0.5如；+部| -qS)代入數(shù)據(jù)得：110.1652 + 2 x 0.19x103(0.5x0.19x10_3x9502t2 = -0.165 + J-0.19 x 10

30、一3V +0.165 x 950 - 486.8x0.09)=820°C§ =9053 = 115mm匕二20笆%=60°Cr, =950 °C成820C接下來使用迭代法計(jì)算先假設(shè)t3=450°C。那么有： = 0.077 + 0.25 x 10-3 x 45() 60 = 0.141 w/( m。C) 根據(jù)公式上A代入數(shù)據(jù)得：4=60+486.8x2 = 457。30.141驗(yàn)證迭代結(jié)果：牛M%小9%滿足條件。，3=450°C故取 t3 = 450°C所以得到：4 = 0.165 + 0.19x 10"3x950820 = 0.333w/(C)% = 0.032 + 0.21(號(hào)葦當(dāng)2 = o.i 7 w/(m. C)% =0.077 + 0.25 x 10一3 x5 岳 =()141w/( m C