低溫井式爐電阻爐課程設(shè)計(jì)說明書

1、熱處理爐課程設(shè)計(jì)說明書爐 型：低溫井式電阻爐學(xué) 院 ： 材 料 與 冶 金 學(xué) 院 專業(yè)班級(jí) ： 金屬材料工程2021級(jí)02班 學(xué) 號(hào) ： 202102127066 學(xué)生姓名 ： 朱瓊森 指導(dǎo)教師 ： 周 日 期 ： 2021年6月10日 目 錄前言井式電阻爐設(shè)計(jì)任務(wù)書 1設(shè)計(jì)計(jì)算過程-2一爐型選擇-2二確定爐體結(jié)構(gòu)和尺寸21爐底面積確實(shí)定2. 爐底半徑確實(shí)定3. 爐膛高度確實(shí)定4爐襯材料及厚度確實(shí)定三計(jì)算砌體外表積 21爐頂平均面積2. 爐墻平均面積3. 爐底平均面積四計(jì)算爐子功率 31根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算爐子功率2. 根據(jù)熱平衡計(jì)算爐子功率加熱工件所需的熱量Q件通過爐襯的散熱損失開啟爐門的輻

2、射熱損失開啟爐門溢氣熱損失其他熱損失熱量總損失爐子安裝功率五爐子熱效率計(jì)算 6正常工作時(shí)的功率在保溫階段，關(guān)閉爐門時(shí)的功率六爐子空載功率計(jì)算 6七空爐升溫時(shí)間計(jì)算 6爐墻及爐頂蓄熱爐底蓄熱爐底板蓄熱八功率的分配與接線 9九電熱元件材料選擇及計(jì)算 9圖表法理論計(jì)算法求1200 QUOTE 時(shí)電熱元件的電阻率 QUOTE t確定電熱元件外表功率每組電熱元件功率每組電熱元件端電壓電熱元件直徑每組電熱元件長(zhǎng)度和重量電熱元件的總長(zhǎng)度和總重量校核電熱元件外表負(fù)荷電熱元件在爐膛內(nèi)的布置十 爐架和爐殼的設(shè)計(jì) 12十一爐子總圖，主要零部件圖及外部接線圖，砌體圖 13十二爐子技術(shù)指標(biāo)標(biāo)牌 13設(shè)計(jì)小結(jié) 13參考文

3、獻(xiàn)13前 言隨著根底工業(yè)的不斷現(xiàn)代化，即傳統(tǒng)的制造技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、新材料技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)的緊密結(jié)合，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)更趨白熱化，商家們的眼光不僅僅盯住如何提高產(chǎn)品質(zhì)量上，而且還在如何提高效率、效益、保護(hù)環(huán)境、適應(yīng)用戶需要方面提出了更高的要求。對(duì)熱處理行業(yè)來說，“優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活是現(xiàn)代熱處理技術(shù)的標(biāo)志，這十個(gè)字已經(jīng)成為熱處理工作者不斷追求的總目標(biāo)。要實(shí)現(xiàn)熱處理技術(shù)的現(xiàn)代化，需要靠熱處理設(shè)備的現(xiàn)代化來保證。現(xiàn)代熱處理設(shè)備包括：大型連續(xù)熱處理生產(chǎn)線、密封箱式多用爐生產(chǎn)線、真空熱處理設(shè)備、無人化感應(yīng)加熱設(shè)備等。本次設(shè)計(jì)課程主要任務(wù)是設(shè)計(jì)一低溫井式電阻爐，主要用于長(zhǎng)軸類工件

4、的回火，退火，目的是通過本次設(shè)計(jì)能使所學(xué)知識(shí)得到進(jìn)一步地穩(wěn)固和深化，了解熱處理爐的根本設(shè)計(jì)過程及原理，為在今后工作中更好地發(fā)揮專業(yè)知識(shí)和能力做保障。低溫井式電阻爐設(shè)計(jì)任務(wù)書 編號(hào)：材料冶金學(xué)院 專業(yè)年級(jí)班級(jí)：金屬材料工程10級(jí)2班學(xué)號(hào)： 202102127066 姓名： 朱瓊森 一、根本條件1.爐型：低溫井式電阻爐2.用途：軸類工件熱處理3.最高工作溫度：7004.爐膛有效尺寸：4005005.最大一次裝爐量：150kg607.空爐升溫時(shí)間：8.生產(chǎn)特點(diǎn)：周期式成批裝料9.電源：?jiǎn)蜗啵?20V二、設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)內(nèi)容1) 砌體局部 2爐蓋及升降機(jī)構(gòu)、電熱元件及外部接線、爐殼構(gòu)架局部2. 標(biāo)定主要技

5、術(shù)數(shù)據(jù)1額定功率 2額定電壓 3額定溫度4電源相數(shù) 5電熱元件接法 6爐膛有效尺寸7爐膛尺寸 8空爐升溫時(shí)間 9外形尺寸 1紙質(zhì)和電子版本的?設(shè)計(jì)計(jì)算說明書?，規(guī)格：A42紙質(zhì)和電子版本的爐子總圖(AotuCAD繪制)，幅面：A1指導(dǎo)教師：沈東東2021年6月10日設(shè)計(jì)計(jì)算過程：爐型選擇根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書給出的生產(chǎn)特點(diǎn)及爐型要求，本設(shè)計(jì)采用高溫箱式爐。二確定爐體結(jié)構(gòu)和尺寸 熱處理爐生產(chǎn)率確實(shí)定爐子的有效尺寸為400500，根據(jù)表5-1，同時(shí)考慮到任務(wù)書上的要求，爐子用于軸類工件熱處理，確定單位面積生產(chǎn)率p0=80120kg/(m2h)最大縱剖面積F=0.40.5=0.2m2那么生產(chǎn)率p= p0F=

6、1624 kg/ h 取p=30kg/ h爐襯材料及厚度確實(shí)定根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書給出的爐型要求，爐膛有效尺寸：400500；大致確定爐襯材料及厚度如下：爐墻結(jié)構(gòu)： 115QN-0.8輕質(zhì)粘土磚+膨脹珍珠巖45mm QUOTE ；爐底結(jié)構(gòu)：采用500。爐蓋結(jié)構(gòu)： 300mm QN-0.4輕質(zhì)粘土;電熱元件擱磚： 采用LZ-65高鋁磚;爐內(nèi)套筒 ：采用LZ-65高鋁磚材料制作成的套筒三計(jì)算砌體外表積砌體外廓尺寸按如下計(jì)算得： H實(shí) = H效+200300mm H效=500mm即H實(shí)=700800mm取H實(shí)=700mmR實(shí)= R效+200300mm =400500mm取R實(shí)=400mmR外= R實(shí)+11

7、5+75=590mm灶膛外外表高度H外 = H實(shí)+ S底=700+500=1200mm爐頂平均面積F頂內(nèi)= QUOTE =F頂外= QUOTE =F頂均=爐墻平均面積F墻內(nèi)=0.80.7=F墻外=F墻均=爐底平均面積F底內(nèi)= =0.5F底外= QUOTE F底均=四計(jì)算爐子功率 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算爐子功率由課本公式5-14 P安=CF(t/1000)式中系數(shù)C=30kWh /(m)，空窟升溫時(shí)間=1.5h，爐溫t=700，爐膛內(nèi)壁面積： F壁=20.7+2=m2所以，P安=CF(t/1000)1.55 =30(700/1000) =kW根據(jù)熱平衡計(jì)算爐子功率加熱工件所需的熱量Q件由于不知道加熱

8、鋼件種類，由附表6得，工件在加熱時(shí)應(yīng)取比熱容較大的鋼種類作為計(jì)算依據(jù)，以充分保證沒一類工件加熱時(shí)受熱充分。故C件2kJ/(kg)(低合金鋼),C件1kJ/(kg)。那么，Q件 =pC件2t2C件1t0 =20(70020) =1kJ/h通過爐襯的散熱損失計(jì)算爐墻的散熱損失根據(jù)公式有：Q散=q*F 對(duì)于爐墻散熱，如下圖：假定界面上溫度分別為t2=530, t3=60, 耐火層S1的平均溫度t1均 =615,保溫層S2的平均溫度t2均=295；那么，S1，S2層爐襯的熱導(dǎo)率，由附表3得，1=0.2941210-3W/m22=0.04210-3W/m2且當(dāng)爐殼溫度為60，室溫為20時(shí)，由附表2，可查

9、得=12.17 W/m2； 求熱流量q墻=W/m2B、驗(yàn)算界面上的溫度 t1墻=t1-q墻s1/1=700-24=5=%5%,滿足設(shè)計(jì)要求，不需要重新計(jì)算.C、驗(yàn)算爐殼溫度t2墻=t2- q墻s2/2=%5%,滿足設(shè)計(jì)要求，不需要重新計(jì)算D、爐墻的散熱損失Q散墻= q*F=W = 2 * GB3 計(jì)算爐底的散熱損失假定界面上溫度分別為t2=60, 耐火層S1的平均溫度t1均 =405,那么，S1層爐底的熱導(dǎo)率，由附表3得，1=0.2941210-3W/m2且當(dāng)爐殼溫度為60，室溫為20時(shí)，由附表2，可查得=12.17 W/m2； 求熱流量Q低=W/m2B、驗(yàn)算界面上的溫度 t1底=t1-q底s

10、1/1=700-/0.375=100%=%5%,滿足設(shè)計(jì)要求，不需要重新計(jì)算.D、爐底的散熱損失Q散墻= q*F=W = 3 * GB3 計(jì)算爐蓋的散熱損失假定界面上溫度分別為t2=50, 耐火層S1的平均溫度t1均 =400,那么，S1層爐底的熱導(dǎo)率，由附表3得，1=0.08+0.2210-3W/m2且當(dāng)爐殼溫度為50，室溫為20時(shí)，由附表2，可查得 W/m2； 求熱流量Q低=W/m2B、驗(yàn)算界面上的溫度 t1底=t1-q底s1/1=700-/0.1625=100%=2%5%,滿足設(shè)計(jì)要求，不需要重新計(jì)算.D、爐蓋的散熱損失Q散墻= q*F=W所以，整個(gè)爐體散熱損失為：Q散 =Q墻+Q底+Q

11、蓋=+=W=kJ/h開啟爐門的輻射熱損失設(shè)裝出料所需要的時(shí)間為每小時(shí)6分鐘，根據(jù)課本公式5-6，Q輻5.675 Ft (Tg/100)4(Ta/100)4因?yàn)閠g=700+273=923 K ta=20+273=293 K爐門開啟面積 F=d2= QUOTE =爐門開啟率 =6由于爐門開啟后，輻射為圓形，且D與s之比為由課本圖1-14查得故Q輻 (973/100)4(293/100)4 = kJ/h其他熱損失其他熱損失約為上述熱損失之和的1020%，故 Q它=0.2Q件+Q散+Q輻 =kJ/h熱量總損失設(shè)計(jì)任務(wù)書可以看出，該設(shè)計(jì)為普通低溫井式爐，所以，Q控、Q輔均可視為零，即：Q控=0、Q輔=

12、0，再由課本公式5-10得 Q總=Q件+Q輔+Q散+Q輻+Q它 =kJ/h爐子安裝功率由課本公式5-11得： P安=KQ總/3600其中，K為功率儲(chǔ)藏系數(shù)，本爐子設(shè)計(jì)中K去1.5，那么 P安3600=kW 五爐子熱效率計(jì)算 正常工作時(shí)的功率有課本公式5-12 =Q件/Q總=14/=%在保溫階段，關(guān)閉爐門時(shí)的功率=Q件/Q總-Q輻=-=%六爐子空載功率計(jì)算 P空=Q散+Q它/3600=+3600=kW七空爐升溫時(shí)間計(jì)算 爐蓋、爐底及爐墻各材料體積計(jì)算V= QUOTE =m3 V= =m3 V=20.7 =0.182 m3V= QUOTE =m3爐蓋蓄熱計(jì)算由課本公式5-9，計(jì)算蓄熱量 Q蓄1=V

13、粘粘c粘t粘-t0因?yàn)?，t粘=t1粘+t2粘/2=，查附表3，得，c粘10-3=KJ/(kg)Q蓄1=V粘粘c粘t粘-t0=400-20=kJ爐墻蓄熱計(jì)算同理，Q蓄2= V粘粘c粘t粘-t0因?yàn)?，t粘=t1粘+t2粘/2=，查附表3，得，c粘10-3=KJ/(kg)Q蓄2= V粘粘c粘t粘-t0=0.251800-20) =kJ爐墻蓄熱計(jì)算同理，t粘=t1粘+t2粘/2=可得，c粘10-3=KJ/(kg)T珍珠巖=t1珍珠巖+t2珍珠巖/2=可得，c珍珠巖210-3=KJ/(kg)Q蓄3= V粘粘c粘t粘-t0+ V珍珠巖珍珠巖c珍珠巖t珍珠巖-t0=800-20)+140-20) =kJ其他

14、爐結(jié)構(gòu)蓄熱爐套體積 V=0.61+710-3kJ/ (kg)密度取=2500kg/m3Q套 =7002500=28kJ總蓄熱計(jì)算Q蓄= Q蓄1+ Q蓄2 + Q蓄3+ Q =+2=kJ空爐升溫時(shí)間驗(yàn)算=/3600*=/360025=故本爐設(shè)計(jì)符合要求。八功率的分配與接線 電熱元件的選擇及計(jì)算由最高使用溫度為700 QUOTE ，選用Cr15Ni60電熱元件接線，接線方式采用單相。當(dāng)爐溫為700 QUOTE 時(shí)，電熱元件溫度為900 QUOTE ，查文獻(xiàn)1附表12得： Cr15Ni60在20 QUOTE 時(shí)的電阻率為 QUOTE QUOTE QUOTE QUOTE 那么900 QUOTE 下的電

15、阻率 QUOTE = QUOTE QUOTE QUOTE /m。確定電熱元件外表功率根據(jù)文獻(xiàn)1表5-3，本爐子電熱元件工作條件取 QUOTE W/ QUOTE 每組電熱元件的功率 QUOTE KW4每組電熱元件的端電壓220V QUOTE QUOTE 電熱元件直徑線狀電熱元件直徑可以參考閱文獻(xiàn)1公式5-24 QUOTE QUOTE 取d=3mm6.每組電熱元件的長(zhǎng)度和重量由文獻(xiàn)1公式5-25可得 QUOTE QUOTE QUOTE QUOTE 1公式5-26可得 QUOTE = QUOTE QUOTE 由文獻(xiàn)1附表12可查得 QUOTE QUOTE QUOTE = QUOTE 7.電熱元件的總

16、長(zhǎng)和總質(zhì)量 QUOTE =4 QUOTE QUOTE QUOTE =4 QUOTE QUOTE 8.校核元件外表負(fù)荷 QUOTE = QUOTE = QUOTE = W/ QUOTE W/ QUOTE 故元件外表負(fù)荷合格，結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。9.電熱元件的布置4組電熱元件，每組分成10折 QUOTE = QUOTE m絲狀電熱元件繞成螺旋狀，當(dāng)元件溫度低于950 QUOTE 750時(shí)，由文獻(xiàn)1表5-5可知，螺旋節(jié)徑D=6 QUOTE 8d。因此，取D=7d=21mm。螺旋體圈數(shù)N和螺距分別為N= QUOTE = QUOTE =75圈h= QUOTE mm/3 QUOTE h/d在2 QUOTE

17、4范圍內(nèi)設(shè)計(jì)合理電熱元件引出棒：1Cr18Ni9Ti，=12mm，l=500mm十 爐架和爐殼的設(shè)計(jì) 爐架和爐殼承受爐子砌體的重量及爐子所受的各種作用力，防止砌體開裂或倒塌，保證爐子順利工作。爐子構(gòu)架的結(jié)構(gòu)和形狀，可根據(jù)爐子要求的性能和用途參考類似的爐子選擇，通常還應(yīng)進(jìn)行力學(xué)計(jì)算，確定各局部構(gòu)件的尺寸大小。構(gòu)架主要包括橫架、支柱和拱腳梁，通常用角鋼、槽鋼或工字鋼等型材焊接一起而成。根據(jù)爐子要求的性能和用途參考類似的爐子選擇，并且通過進(jìn)行力學(xué)計(jì)算得拱腳梁：選用等邊角鋼；支 柱：選用兩根16槽鋼也可裝置兩個(gè)14號(hào)的工字鋼；上部拉桿：選用角鋼 截面積爐殼是用鋼板沿爐架焊接而成的封閉殼體。它可以保護(hù)爐

18、子砌體，保護(hù)爐子外觀整齊，加固爐子結(jié)構(gòu)，并保持爐子的封閉性，也可以支持局部附屬設(shè)備。爐殼焊好之后，通常都要在爐架爐殼內(nèi)外各部涂紅丹漆以防銹蝕，爐殼外表還要加涂一層漆灰漆或銀粉漆，以減低爐子熱輻射和便于保持清潔美觀。爐殼用的鋼板一般在35毫米內(nèi)，底板要承受較大的重量，后板要鉆孔安裝電加熱體引出棒用的螺栓底座，要用較厚的鋼板， 十一爐子總圖，主要零部件圖及外部接線圖，砌體圖十二爐子技術(shù)指標(biāo)標(biāo)牌額定功率：25KW 額定電壓：220V最高使用溫度：700生產(chǎn)率：20Kg/h相數(shù)：?jiǎn)蜗?接線方法： +工作室有效尺寸：400 QUOTE 500mm外形尺寸：1180 QUOTE 1200mm設(shè)計(jì)小結(jié)這次設(shè)計(jì)，我設(shè)計(jì)的是低溫井式爐電阻爐設(shè)計(jì)，剛開始拿到設(shè)計(jì)的任務(wù)書時(shí)沒有設(shè)計(jì)的思路，覺得很困難，再加上之前的熱處理爐的知識(shí)掌握不是很好，所以，開始階段