武科大材料與冶金學(xué)院熱處理課程設(shè)計

熱處理爐課程設(shè)計7.空爐升溫時間：≤3小時1)砌體部分2)爐門及啟閉機(jī)構(gòu)電熱元件及外部接線爐殼構(gòu)架部分(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)空爐升溫時間(9)外形尺寸(2)紙質(zhì)和電子版本的爐子總圖(AutoCAD繪制),幅面：A?長長寬高I.根據(jù)設(shè)計任務(wù)數(shù)的基本要求4知，爐膛有效尺寸如下：Ⅱ.爐底總面積及爐膛的長度和寬度爐底有效面積F1=1m×0.5m=0.5m2爐底總面積F=Fi/(70%～85%)=0.5/(70%～85%)=0.714～0.588m2取F=0.7m2,則爐膛的長度和寬度為：B=(1/2～2/3)L=(1/2～2/3)×1200=600～800mm,取B=H=(0.5～0.9)B,取中值0.7,則H=0.7×700=490mm為方便砌筑爐子，需根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)磚尺寸(230×113×65B=(120+2)×3+(65+2)×2+(65+2)×2=730mm=H=(65+2)×7+37=506mm=0設(shè)爐墻的爐襯結(jié)構(gòu)如圖所示，耐火層是113mm厚的輕質(zhì)黏土磚氈和113mmB級硅藻土磚(耐火材料和保溫材料的選擇參照教材附表3和1)S?,S?,S?的確定S?,S?,S?分別是輕質(zhì)黏土磚、硅酸鋁耐火纖維氈和B級硅藻土磚的厚度(m)。若考慮它們之間2mm的砌縫寬度，則S?,S?,S?的厚度為：2)λ,λ?,λ?,ag的確定λ,λ?,λ?分別是輕質(zhì)黏土磚、硅酸鋁耐火纖維氈和B級硅藻土磚的平均熱導(dǎo)率(W/m·℃);az是爐殼對周圍空氣的綜要求出乃，λ?,λ?和αx,首先必須假定各層界面溫度和爐殼溫度?；鹄w維氈和B級硅藻土磚之間的界面溫度t3=560℃,爐墻外殼溫度查教材附表3,可得輕質(zhì)黏土磚(QN—0.8)的平均導(dǎo)熱率為：λ=0.290+0.256×103t,(tp為平均溫度)硅酸鋁耐火纖維氈的平均溫度根據(jù)教材附表4查得，密度為250kg/m3的普通硅酸鋁耐火纖維氈700℃、4000℃的熱導(dǎo)率分別為0.14W/m·℃和0.093W/m得：查教材附表3,可得B級硅藻土磚的平均導(dǎo)熱率當(dāng)爐墻外殼溫度為55℃,周圍空氣為20℃時，由教材附表2可查得外殼為鋼板或涂灰漆表面時，對周圍空氣的綜合將以上數(shù)據(jù)代入求熱流密度的表達(dá)式中，可求得4輕質(zhì)黏土磚和硅酸鋁耐火纖維氈之間的界面溫度tz4硅酸鋁耐火纖維氈和B級硅藻土磚之間的相對誤差,滿足設(shè)計要求4爐墻外殼溫度為：因爐墻外殼溫度小于60℃,故爐墻爐襯材料及其厚度的選擇滿足設(shè)計要設(shè)爐頂?shù)臓t襯結(jié)構(gòu)為，耐火層是113mm厚的輕質(zhì)黏土磚(QN—1.0),保溫層是厚度80mm、密度250kg/m3的普通硅酸鋁耐火纖維氈和厚度在爐頂內(nèi)壁溫度920℃、爐殼周圍空氣溫度20℃的穩(wěn)定導(dǎo)熱條件1)S?,S?,S?的確定S?.S?.S?分別是輕質(zhì)黏土磚(QN—1.0)、普通硅酸鋁耐火纖維氈和膨脹珍珠巖的厚度。若考慮它們之間2mm的砌縫寬度，則S?,S?,S?的厚2)λ,λ?,λ?,az的確定均熱導(dǎo)率(W/m·℃);αz是爐頂外殼對周圍空2·℃)。要求出入，λ?,λ?和as,首先必須假定界面溫度和爐殼溫度?；鹄w維氈和膨脹珍珠巖之間的界面溫度t3=560℃,爐頂外殼溫度查教材附表3,可得輕質(zhì)黏土磚(QN—1.0)的平均導(dǎo)熱率為：根據(jù)教材附表4查得，由線性插值法得：λ=0.1384W/m·℃當(dāng)爐墻外殼溫度為60℃,周圍空氣為20℃時，由教材外殼為鋼板或涂灰漆表面時，對周圍空氣的綜合將以上數(shù)據(jù)代入求熱流密度的表達(dá)式中，可求得4輕質(zhì)黏土磚和硅酸鋁耐火纖維氈之間的界面溫度t?為：#硅酸鋁耐火纖維氈和膨脹珍珠巖之間的界面溫度為：4爐頂外殼溫度為：因爐頂外殼溫度小于60℃,故爐頂爐襯材料及其厚度的選擇滿足設(shè)計要爐底的爐襯結(jié)構(gòu)為，耐火層是(65+2)×4=(QN—1.0),(113+2)+(65+2)×2=249mm厚的B級硅藻土磚和膨脹珍在爐底內(nèi)壁溫度920℃、爐殼周圍空氣溫度20℃的穩(wěn)定導(dǎo)熱條件1)S?,S?的確定S,S?分別是輕質(zhì)黏土磚(QN—1.0)、B級硅藻土磚和膨脹珍珠巖的厚度。若考慮它們之間2mm的砌縫寬度，則S,S,的厚度為：2)入，久，as的確定(W/m·℃);as是爐底外殼對周圍空氣的綜合傳熱系數(shù)(W/m2·O要求出λ,λ,和ax,首先必須假定界面溫度和和B級硅藻土磚之間的界面溫度tí=660℃,爐底外殼溫度t'=60℃。查教材附表3,可得輕質(zhì)黏土磚(QN—1.0)的平均導(dǎo)熱率為：查教材附表3,可得B級硅藻土磚和膨脹珍珠巖的平均導(dǎo)熱率分別當(dāng)爐墻外殼溫度為60℃,周圍空氣為20℃時，由教材外殼為鋼板或涂灰漆表面時，對周圍空氣的綜合將以上數(shù)據(jù)代入求熱流密度的表達(dá)式中，可求得4輕質(zhì)黏土磚和B級硅藻土磚之間的界面溫度t?為：4爐底外殼溫度為：因爐底外殼溫度小于60℃,故爐底爐襯材料及其厚度的選擇滿足設(shè)計要1)爐子外形長度爐子的外形長度為爐膛長度加上兩倍爐墻厚L=1160+2×(115+80+115)=17802)爐子外形寬度爐子的外形寬度為爐膛寬度加上兩倍爐墻厚度，其值為：B=730+2×(115+80+115+115)=1580mm=3)爐子外形高度綜合以上五部分的高度，爐子外形高度為：H=506+98+(115+80+115)+(115+67+67)+67×4=1431mm=11)爐頂平均表面積的確定爐頂內(nèi)壁是弧面，內(nèi)壁面積為：爐頂外壁是平面，外壁面積為：2)爐墻平均表面積的確定3)爐底平均表面積的確定爐底平均面積為：1)加熱工件所需要的熱量由教材附表6查得，低合金鋼在920℃和20℃時的比熱容分別為：C?20=0.636kJ/(kg·℃)和C?o=0.486kJ/(kg·℃),熱處理爐的生產(chǎn)率P=100kg/h,則加熱工件所需要的熱量為；Qm=P(Co?o×920-Cz×20)=100×(0.636×920-F內(nèi)=0.886m2F外=2.812m22)通過爐襯的散熱損失通過爐襯的散熱損失包括爐頂、爐墻和爐底=462.17×1.578+443.94×4.466+4243)開啟爐門的輻射熱損失式中Co——黑體輻射系數(shù)F——爐門開啟面積。爐子正常工作時，爐門開啟高度①——遮蔽系數(shù)。開啟的爐門是拉長的矩形，開啟高度為查教材圖1-14曲線2得φ=0.86;δ,——爐門開啟率。設(shè)裝、出料所需時間為每小時6分鐘，則爐門開啟率為0.1;Tg——爐氣的熱力學(xué)溫度，為90+273=1193K;T?——爐外空氣的熱力學(xué)溫度，為20+273=293K,對于一般的箱式電阻爐，爐門開啟后要吸入冷Q溢=qaPaCaδ,(Tg-Ta)于爐膛高度的一半。由教材(5—8)式得：Pa——20℃冷空氣的密度，為1.293kg/m3;C?——空氣在T。~T。(即20～950℃)溫度間的平均比熱容。就本設(shè)計來說，是平均溫度(920+20)/2附表10可知，空氣在400℃、500℃的比熱容分別為1.3302kJ/(m3.℃)和1.3440kJ/(m3.℃)?？烧J(rèn)為空氣比熱℃Q=185.5×1.293×1.33986×0.1×(620-20)=1此項熱損失包括未考慮的各種熱損失和一些不易精確計算的各種熱損失。就箱式電阻爐來說，該項熱損失可取以上各項熱損失之和的10%~20%。本設(shè)計取20%,該項熱損失為Q其它=0.2×(Q件+Q散+Q+Q)=0.2×(57540+3366+656根據(jù)熱平衡計算法，在理論上爐子的輸入功率應(yīng)為上述各項能量消Qg=Qm+Q散+Q+Q+Q其它上面計算的爐子輸入功率(即各項能量消耗總和)是維持爐子正常工作必不可少的熱量支出。但在實際生產(chǎn)中還需考慮一些具體情況，如爐子長期使用后爐襯局部損壞會引起熱損失老化會引起爐子功率下降，有時工藝制度變更要求提高爐子功率。這些具體情況要求爐子功率應(yīng)有一定的儲備，爐子的實際功率應(yīng)比理論計算式中K——功率儲備系數(shù)，對周期作業(yè)爐，K由于所設(shè)計爐子的耐火層結(jié)構(gòu)相似，而保溫層蓄熱較少，為簡化計算，將爐子側(cè)墻前后墻及爐頂按相同數(shù)據(jù)計算，爐底由于砌磚在內(nèi)。1.爐墻及爐頂蓄熱V#=2×(0.73+0.115×2)×(10×0.067)×0.115]=0.第11頁V=2×[(1.16+0.115)×(11×0.067)×0.08]=0.V=2×[(1.16+0.115)×(11×0.067)×0.115×2]=0.由式(5—9)c=0.84+0.26×1031=0.84+0.26×103×870.15=C=0.81+0.28×102t=0.81+0.28×103×692.1=1.004k爐頂珍珠巖按硅藻土磚近似計算，爐頂溫度=(0.197+0.130+0.099)×0.8×103×1.066×(87+(0.137+0.091+0.079)×0.25×103×1.004+(0.432+0.243+0.323)×0.55×103×0.75由八爐九旋α表Q*=0.077×2.1×102×1.025×(804.5-20)+0.0569×1爐底板蓄熱根據(jù)附表6查得920℃和20℃時高合金鋼的比熱容分別為Co2n=0.670kJ/(kg·℃)和c??=0.473kJ/(kg·℃)。經(jīng)計算爐Q*=G(C?-c?f?)=90.2×(0.67×920-0.473×20)=5式(5—13)得空爐升溫時間爐子的安裝功率為54kW。電熱元件采用三爐子的最高使用溫度為920℃,可選用0Cr25A15合金絲，繞制成螺爐子正常使用時，電熱元件的溫度比爐膛溫度高100℃爐膛溫度為920℃,電熱元件的溫度取1100℃。由教材r25A1合金20℃時的電阻率pzo=1.40Ω·mm2/m,電阻溫度系數(shù)=4×10?℃-I,則1100℃時電熱元件的電阻率為：由教材圖5-3(a),根據(jù)設(shè)計的爐子的工作條件，取電熱元件的允許面負(fù)荷W=1.6W/cm2。第13頁電熱元件的絲材直徑可由教材5-24式確定，取絲材直徑d=6.5mm=0.65cm。1.每組電熱元件的長度由教材5-25式確定為：2.每組電熱元件的重量由教材5-26式確定為：L=3Lm=3×61.08=183.24m,電熱元件的實際表面負(fù)荷滿足設(shè)計要求。將3組電熱元件每組分為4折，布置于爐膛的兩折電熱元件的長度為：N=125卷1)爐門口附近熱量損失較大，可適當(dāng)減小該處電熱元件的螺距，以2)電熱元件引出棒材料選用1Cr18Ni9Ti不銹鋼，棒材直徑10mm,長度400mm。