第五章熱處理電阻爐的設(shè)計演示文稿

第五章熱處理電阻爐的設(shè)計演示文稿當(dāng)前1頁，總共63頁?！餆崽幚黼娮锠t的設(shè)計是一項綜合性的技術(shù)工作：所需知識：爐子知識；熱處理工藝；機械設(shè)計；電工及溫度控制等有關(guān)內(nèi)容；設(shè)計原則：密切結(jié)合生產(chǎn)實際，綜合運用有關(guān)知識?！镌O(shè)計準(zhǔn)備：詳盡收集有關(guān)原始資料：包括：生產(chǎn)任務(wù)(公斤或件/小時或年)及作業(yè)制度(一、二班或連續(xù)生產(chǎn))；加熱工件的材料、形狀、尺寸和重量；工件的熱處理工藝規(guī)程和質(zhì)量要求；電源及車間廠房等條件；爐子的制造維修能力和投資金額等。當(dāng)前2頁，總共63頁?！餆崽幚黼娮锠t的設(shè)計內(nèi)容(1)爐型的選擇；(2)爐膛尺寸的確定；(3)爐體結(jié)構(gòu)設(shè)計(包括爐襯、構(gòu)架、爐門等)；(4)電阻爐功率的計算及功率分配；(5)電熱元件材料的選擇；(6)電熱元件材料的設(shè)計計算；(7)爐用機械設(shè)備和電氣、控溫儀表的設(shè)計與選用；(8)技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)的核算；(9)繪制爐子總圖、砌體圖、零部件圖、安裝圖和編制電爐使用說明書等隨機技術(shù)文件。當(dāng)前3頁，總共63頁?！?－1爐型的選擇與爐膛尺寸的確定一、爐型的選擇

正確地選擇爐型關(guān)鍵是：滿足工藝及產(chǎn)量的要求；保證爐型在技術(shù)上是先進的；保證經(jīng)濟上是合理的。1、工件的特點：形狀、尺寸、質(zhì)量和材質(zhì)例如：細(xì)長軸類工件，為防止變形宜用井式爐； 大中型鑄、鍛毛坯件的退火、正火、回火等處理，則 宜用臺車爐；小型軸承鋼球、滾子等則選用滾簡式爐等。當(dāng)前4頁，總共63頁。2、技術(shù)要求和精度加熱溫度、爐腔介質(zhì)、冷卻速度、冷卻方式、表面狀態(tài)、允許變形量等；例如：高合金鋼模具淬火需要用高溫爐；精加工零件表面要求不氧化則需要保護氣 氛爐、真空爐；有表面硬度及化學(xué)熱處理要求的則需滲碳、 滲氮爐等。3、產(chǎn)量大小 生產(chǎn)量大、品種單一、工藝穩(wěn)定情況下，可考慮使用連續(xù)爐； 對產(chǎn)量不大、品種多、工藝變化大的，則可考慮使用箱式爐或箱式多用爐。當(dāng)前5頁，總共63頁。4、勞動條件 所選爐型應(yīng)盡可能改善勞動條件及工作環(huán)境，提高機械化和自動化水平，并防止污染。5、爐子性能 爐溫均勻性、準(zhǔn)確性、控制精度以及升降溫速度、能耗指標(biāo)等。6、所采用的能源、氣氛和淬火介質(zhì)的物質(zhì)條件和操作人員的技能7、其它 車間廠房結(jié)構(gòu)、地基、爐子建造維修、維護、投資等。

總之，應(yīng)綜合考慮各方面的因素，以“優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活”為目標(biāo)，切實滿足熱處理生產(chǎn)的要求。當(dāng)前6頁，總共63頁?！顜追N常見的爐型選用情況：汽車齒輪等滲碳零件

大批量：推桿式滲碳爐及其組成的生產(chǎn)線； 中批量：轉(zhuǎn)底式爐或密封箱式爐及其組成的生產(chǎn)線； 小批量：井式氣體滲碳爐；軸承零件

大批量：輥底式爐及其生產(chǎn)線； 中批量：震底爐或網(wǎng)帶爐及其生產(chǎn)線； 小批量：我國常用鹽爐；滾珠，標(biāo)準(zhǔn)件：滾筒式連續(xù)爐及其生產(chǎn)線或間隙爐長軸件

大批量：輥底式爐及其生產(chǎn)線 小批量：井式爐當(dāng)前7頁，總共63頁。大件及長板件 步進爐或臺車爐中小零件和標(biāo)準(zhǔn)件

鑄鏈爐、網(wǎng)帶爐、震底爐、真空爐、鹽浴爐和箱式爐鋼絲

牽引式爐及其生產(chǎn)線模具及刃具 真空爐、鹽浴爐鋼帶等退火件

罩式爐、井式爐、箱式爐鑄鐵、鑄鋼退火、正火件 推桿式爐鋁合金：強風(fēng)循環(huán)箱式爐當(dāng)前8頁，總共63頁。二、爐膛尺寸的確定★爐膛尺寸確定依據(jù)

工件的形狀、尺寸、技術(shù)要求、裝卸料方式、操作方法和生產(chǎn)率； 考慮造成爐膛內(nèi)良好的熱交換條件，保證爐內(nèi)溫度均勻性； 減少熱損失和便于電熱元件、爐內(nèi)構(gòu)件更換以及爐子維修等。當(dāng)前9頁，總共63頁?！镆韵涫綘t為例

爐膛尺寸包括爐膛有效尺寸（指裝載工件的尺寸B效×L效×H效）

爐膛砌磚體內(nèi)腔尺寸B×L×H；

當(dāng)前10頁，總共63頁。1、爐底面積一般原則：工件與電熱元件或工件與爐膛前、后壁之間應(yīng)保持一定距離；（原因：防止工件裝、出料時碰撞電熱元件和保證工件溫度的均勻性，一般為0.1－0.15m）B一般為L的一半左右（L≤2m），其余維持在1/3－1/2。(1)實際排料法 適用于生產(chǎn)批量不大，形狀特殊的工件。當(dāng)前11頁，總共63頁。（2）加熱能力指標(biāo)法當(dāng)工件加熱周期和裝爐量不明確時，爐底面積可根據(jù)爐底單位面積生產(chǎn)率p0來計算。爐底單位面積生產(chǎn)率：爐子在單位時間內(nèi)單位爐底面積所能加熱的金屬重量。教材p67頁表4—2所示的不同工藝、不同爐型的單位面積爐底生產(chǎn)率。經(jīng)驗計算方法：當(dāng)前12頁，總共63頁。2、爐膛高度爐腔高度：爐底面至爐頂拱角的距離。爐膛高度常決定于裝料高度和電熱元件的安裝位置；裝料上方一般應(yīng)保持200－300mm的空間。對長周期作業(yè)的退火爐和滲碳爐，爐膛應(yīng)高一些，對短周期作業(yè)的淬火爐和正火爐以及強制氣流循環(huán)的爐子爐膛應(yīng)低一些。依統(tǒng)計資料，爐膛高度與寬度之比多數(shù)在0.5－0.9的范圍內(nèi)變動．近年來有降低爐膛高度的趨勢，對上述比值常取中下限。井式爐的爐膛尺寸通常按工件和夾具的實際布置情況確定。工件之間的距離一般不少于其直徑或厚度，工件至電熱元件的距離應(yīng)保持在0.1－0.2m，至爐底和爐頂?shù)木嚯x為0.15－0.25m。當(dāng)前13頁，總共63頁。三、爐體結(jié)構(gòu)設(shè)計1、爐底當(dāng)前14頁，總共63頁。2、爐壁當(dāng)前15頁，總共63頁。爐壁當(dāng)前16頁，總共63頁。爐壁當(dāng)前17頁，總共63頁。3、爐頂拱頂當(dāng)前18頁，總共63頁。3、爐頂平頂當(dāng)前19頁，總共63頁。四、爐襯厚度計算以爐外壁面溫度為標(biāo)準(zhǔn)進行計算，一般要求爐頂面和爐外側(cè)墻溫升不超過50－60℃。設(shè)爐內(nèi)壁溫度為t1；外壁溫度為t2＝70℃；室溫ta=20℃；則通過1m2爐壁的熱流密度為（參見附表8）：當(dāng)前20頁，總共63頁。 a）當(dāng)采用單層爐襯，厚度為：

b)當(dāng)采用雙層爐襯結(jié)構(gòu)時，一般需選定耐火層的厚度，求出接觸面溫度，然后在求出另一層的厚度。 C）當(dāng)采用三層爐襯結(jié)構(gòu)時，要先假設(shè)確定兩層厚度后，再求第三層。當(dāng)前21頁，總共63頁?！?－2電阻爐的功率計算熱處理電阻爐功率的計算方法有熱平衡計算法和經(jīng)驗計算法兩種。一、熱平衡計算法 熱平衡計算法：根據(jù)爐子的輸入總功率(收入項)應(yīng)等于各項能量消耗(支出項)總和的原則確定爐子功率的方法。

1．熱處理電阻護的主要能量支出項當(dāng)前22頁，總共63頁。電阻爐能量消耗的基本項 有效熱：工件吸收的熱量Q件； 無效熱：通過爐壁散失的熱量Q散； 爐體蓄熱量Q蓄； 爐內(nèi)氣體外溢損失熱量Q溢； 對外輻射損失熱量Q輻； 爐內(nèi)金屬構(gòu)件伸出爐外的短路損失熱量Q短； 輔助構(gòu)件（料盤、夾具）消耗熱量Q輔； 可控氣體熱損失Q控； 供電損失熱量Q電；當(dāng)前23頁，總共63頁。減少無效熱常識：a）連續(xù)作業(yè)爐增厚保溫層；因連續(xù)生產(chǎn)，爐子蓄熱損失是一次性損失，設(shè)計時可以忽略，所以應(yīng)降低Q散。b）周期式爐減少爐襯重量；因周期式爐在反復(fù)升降溫，累計Q蓄大，所以減少Q(mào)蓄能有效節(jié)能。c）低電壓大電流供電增大線路截面尺寸；d）可控氣氛爐加強密封和采用自動裝卸料；

當(dāng)前24頁，總共63頁。電阻爐主要熱量支出項目的計算方法：

（1）爐子能量消耗，包括：加熱工件的熱量(有效熱量)；若將加熱階段作為熱平衡時間單位，則：當(dāng)前25頁，總共63頁。（2）加熱輔助構(gòu)件(料筐、工夾具、支承架、爐底扳及 料盤等)所需熱量Q輔當(dāng)前26頁，總共63頁。8平當(dāng)前27頁，總共63頁。當(dāng)前28頁，總共63頁。當(dāng)前29頁，總共63頁。當(dāng)前30頁，總共63頁。(8)其它熱損失Q它 此項熱損失包括末考慮到的各種熱損失及一些不易精確計算的熱損失，如爐襯磚縫不嚴(yán)、爐子長期使用后保溫材料隔熱性能和爐子密封性能降低以及熱電偶、電熱元件引出棒的熱短路等造成的熱損失。 此熱損失可取上述各項熱損失總和的某一近似百分?jǐn)?shù)。通常對箱式爐為10％－20％，對機械化爐為25％，對敞開式鹽浴爐為30％－50％。當(dāng)前31頁，總共63頁。2．爐子所需功率（1）Q總的計算連續(xù)作業(yè)爐：Q總＝Q件十Q輔十Q控十Q散十Q輻十Q吸十Q它（5－10）因為連續(xù)作業(yè)爐工作時，可認(rèn)為爐體已處于熱穩(wěn)定狀態(tài)，不再吸熱，所以無Q蓄；周期爐：Q總＝Q件十Q輔十Q控十Q散十Q輻十Q吸十Q蓄＋Q它

一般周期爐亦可以式（5－10）先計算Q總后，再考核空爐升溫時間，根據(jù)情況作出調(diào)整。當(dāng)前32頁，總共63頁。（2）爐子安裝功率

K：功率儲備系數(shù)，實際生產(chǎn)中還必須考慮某些具體情況，如爐子長期使用后爐襯局部損壞引起熱損失增加；電壓波動、電熱元件老化引起的爐子功率下降以及工藝變化要求提高功率等； 連續(xù)爐，K＝1.2－1.3；周期爐：K＝1.4－1.5Q總：為維持爐子正常工作所必不可少的熱量支出；當(dāng)前33頁，總共63頁。二、經(jīng)驗算法（常用）1、類比法與同類爐子相比較，當(dāng)爐膛尺寸和爐體結(jié)構(gòu)確定后，依據(jù)生產(chǎn)率、升溫時間等方面的具體要求，與性能較好的同類爐子相比較，而確定新設(shè)計爐子的功率。如果所設(shè)計的爐子與參考爐子在尺寸、爐襯材料的選擇以及技術(shù)指標(biāo)等方面有所不同，可依據(jù)實際情況適當(dāng)增減。當(dāng)前34頁，總共63頁。2．經(jīng)驗公式法

(a)爐子功率可用下式計算：式中：τ—空爐升溫時間(h)；

F—爐膛內(nèi)壁面積(m2)t—爐溫(℃)；

C—系數(shù)，熱損失大的爐子，C＝30－35；熱損失小的爐子，C＝20－25，單位為[(kw·h0.5)／(m1.8·℃1.55)]。這種方法適用于周期作業(yè)封閉式電阻爐，使用時需注意使用條件并參考有關(guān)文獻。當(dāng)前35頁，總共63頁。（b）根據(jù)爐膛尺寸最高工作溫度（℃）根據(jù)爐膛容積V計算安裝功率(KW)單位爐膛內(nèi)表面積功率（KW/m2）1200P=(100~150)V2/315~201000P=(75~100)V2/310~15700P=(50~75)V2/36~10400P=(35~50)V2/34~7當(dāng)前36頁，總共63頁。§5－3功率的分配及電熱元件的接線 自習(xí)，60§5—4常用電熱元件材料及其選擇 電熱元件是熱處理電阻爐的關(guān)鍵部件，電阻爐性能的好壞和使用壽命的長短與所選用的電熱元件材料密切相關(guān)。一、電熱元件材料性能要求1、良好的耐熱性及高溫強度電熱元件的工作溫度一般比爐溫高100－200℃，所用材料必須具有良好的耐熱性和一定的高溫強度，以保證電熱元件在高溫下不熔化，不氧化，不揮發(fā)和不發(fā)生明顯的蠕變變形和坍塌。

當(dāng)前37頁，總共63頁。2、較大的電阻率在電熱元件端電壓一定的條件下，電熱元件發(fā)出的功率與其電阻成反比，而電阻與其材料的電阻率成正比，即：式中：f—電熱元件截面積(mm2)；

L——長度(m)。當(dāng)R與f不變時，越大，則L越短，節(jié)省材料，便于安裝；當(dāng)R與L不變時，越大，則f越大，提高強度，延長壽命。當(dāng)前38頁，總共63頁。3、較小的電阻溫度系數(shù)。電熱元件材料的電阻溫度系數(shù)越大，則電熱元件在不同溫度下發(fā)出功率的變化也越大，電阻爐功率就不穩(wěn)。如果使用電阻溫度系數(shù)大的材料做電熱元件．則應(yīng)配備調(diào)壓器，保證爐子功率的穩(wěn)定。4、較小的熱膨脹系數(shù)膨脹系數(shù)過大，則電熱元件表面氧化膜易破壞，其氧化加速；對熱膨脹系數(shù)較大的電熱元件安裝時應(yīng)留有充分的膨脹余地。5、良好的加工性電熱元件材料應(yīng)便于加工成各種形狀并具備良好的焊接性。當(dāng)前39頁，總共63頁。二、常用電熱元件材料及特點電熱元件材料可分為金屬材料和非金屬材料兩大類。1．金屬電熱元件材料金屬電熱元件材料包括合金和純金屬兩種，合金材料中又分為鐵鉻鋁系和鎳鉻系。

(1)鐵鉻鋁系優(yōu)點：熔點比鎳鉻合金高，耐熱性好；電阻率大，電 阻溫度系數(shù)小，功率穩(wěn)定，，在含硫氧化性氣 氛中無影響，價格便宜（應(yīng)用廣泛）；缺點：塑性差，高溫加熱后晶粒粗大，脆性大，不抗 滲碳、滲氮、含硫還原性氣氛，常用牌號：0Cr25Al5、0Cr27Al7Mo2、0Cr23Al6Mo2、1Crl3Al4、0Cr25Al6RE等。當(dāng)前40頁，總共63頁。(2)鎳鉻系優(yōu)點：高溫加熱不脆化，具有良好的塑性和焊接性，便于加工和維修，抗?jié)B氮。缺點：電阻率小，電阻溫度系數(shù)較大，不抗硫蝕，價格昂貴。常用牌號：Cr20Ni80、Crl5Ni60、Cr23Nil8等。(3)純金屬常用金屬：鉬、鎢和Ta（高溫易氧化，常需在氫氣、 氨分解氣氛或真空中使用）；優(yōu)點：熔點很高，塑性很好，可作成線狀、帶狀和筒 狀的電熱元件，其中鉬應(yīng)用最廣；缺點：電阻溫度系數(shù)很大，常應(yīng)附加調(diào)壓器調(diào)節(jié)功率； 價格昂貴，熱處理爐中使用較少。

當(dāng)前41頁，總共63頁。 2、非金屬電熱元件 主要有硅碳系、碳系和硅鉬系三種。多用于高溫?zé)崽幚頎t或真空爐。

(1)硅碳系 優(yōu)點：電阻率大，可在氧化性介質(zhì)1350℃下長期工作，通 常制成帶狀、棒狀。 缺點：易老化、脆性大、強度低，安裝使用中需避免碰 撞，并需配調(diào)壓器。

(2)碳系 石墨、碳粒和各種碳質(zhì)制品都屬于碳系電熱元件。常用于1400℃－2500℃中性氣氛或真空中，最高可達3600℃。 優(yōu)點：熱膨脹系數(shù)小，電阻率大，易加工，耐急冷急熱性 好，價格低廉。當(dāng)前42頁，總共63頁。(3)硅鉬系（MoSi2）優(yōu)點：耐高溫，不易老化，最高使用溫度可達1700－1800℃，電阻溫度系數(shù)大，便于在低溫輸入較大功率而縮短爐子升溫時間，缺點：在1350℃以上會軟化，不能水平安裝。當(dāng)前43頁，總共63頁。三、電熱元件的表面負(fù)荷1、電熱元件的表面負(fù)荷（W）：指元件單位表面積上所發(fā)出的功率，單位為則W/cm2。2、允許表面負(fù)荷（W允）元件表面負(fù)荷越高，發(fā)出的熱量就越多，元件溫度就越高，所用元件材料也越少；表面負(fù)荷過高，元件壽命會縮短；表面負(fù)荷應(yīng)有一個允許的數(shù)，W允取決于元件材料和工作溫度。3、W允的選取總原則：電熱元件的工作環(huán)境好可取大些，環(huán)境差可取小些。當(dāng)前44頁，總共63頁。環(huán)境影響：有腐蝕氣體和保護氣體時可取低 些； 強制對流時可取更高些； 工件黑度小時應(yīng)取低值； 工作溫度低取大些，工作溫度高取 小些；元件形狀：帶狀應(yīng)比絲狀電熱元件的值高； 螺旋型元件螺距大，取大些；安裝條件：電熱元件不易更換時應(yīng)取低值， 易更換時取高值。 電熱元件裝在輻射管中或爐底 之下取低些；敞開在爐膛中可取 高些；當(dāng)前45頁，總共63頁。常用元件的表面允許負(fù)荷當(dāng)前46頁，總