热处理电阻炉设计计算举例ppt课件

2020/5/22，1，热处理电阻炉过程设计，2020/5/22，2，电阻炉最主要，应用最广泛的热处理设备的优点：1)温度控制精度和自动化程度高，精度为15； 2 )炉温均匀性好，波动范围小，可控制在35 )热效率高，45%80% (煤气炉25% )； 4 )易采用可控气氛5 )结构简单紧凑，体积小，易构成流水线生产6 )生产和热处理技术机械化、自动化、生产效率和生产质量高，工作条件好，环境污染少。2020/5/22、3、箱型电阻炉、2020/5/22、4、箱型电阻炉a、高温箱型电阻炉：最高温度1300、SiC棒作为电热元件。 特点：电热元件直接配置在炉膛两侧，且未被遮蔽，极少配置在天花板和炉底，工件加热依靠热辐射。 建筑材料要求高的氧化铝砖和SiC产品。2020/5/22、5、2020/5/22、6、b、中温箱型电阻炉：额定温度950、合金电热元件Ni-Cr . 特点：1)电热元件配置在炉子的侧壁和天花板上，通过辐射对工件进行加热。 2 )内衬由密度在1.0g/cm3以下的轻质耐火粘土砖制成，保温层采用珠光体保温砖，填充了蛭石粉、膨胀珠光体粒子等材料。2020/5/22、7、b、中温箱型电阻炉：额定温度950、合金电热元件Ni-Cr。 特点：3)在耐火层与保温层之间加衬硅酸铝耐火纤维。 作用：衬里变薄，重量减轻，衬里蓄热量减少，热损失减少，降低炉的空载功率，缩短升温时间。 4 )大炉采用温度区域控制，增进温度均匀性，设置风扇，也能加快传热速度。 5 )在炉底电热元件上复盖耐热钢制的炉底板，其材料多为铬锰氮。2020/5/22、8、2020/5/22、9、c、低温箱型电阻炉： 650有强制气流循环和远红外线辐射加热炉，前者以对流传热。 2020/5/22，10，热处理电阻炉的设计是一项综合性的技术工作：必要知识：炉子知识热处理工程； 机械设计电工及温度控制等相关内容设计原则：密切结合生产实绩，综合运用相关知识。 设计准备：详细收集相关原始资料：加热工件的材料、形状、尺寸，包括生产任务(公斤或零件/小时或年)和作业制度(一、二班或连续生产)，重量工件的热处理工艺规程和质量要求电源和工厂现场等条件炉的制造修理能力和投资金额等。 2020/5/22，11，热处理电阻炉的设计内容(1)炉型的选择(2)炉体尺寸的确定(3)炉体结构设计(包括炉衬、框架、炉门等) (4)电阻炉的功率的计算和功率分配(5)电热元件的材料的选择(6)电热元件材料的设计计算(7)炉用机械设备和电气、 温度计的设计和选型(8)技术经济指标的计算(9)制作炉子的总图、框图、零部件图、安装图、电炉使用说明书等随机技术文件。 热处理电阻炉设计算例，一、设计任务，某厂设计热处理电阻炉的技术条件为： (1)用途：中碳钢、低合金钢原材料或零件的淬火、正火和调质处理。 处理对象为中小部件，无定型产品，处理批量多种，小批量(2)生产率： 160kg/h (3)工作温度：最高使用温度950； (4)生产特点：周期性批量投入，长时间连续生产。 1 .炉底面积的确定因为没有定型产品，所以实际的排放法不能确定炉底面积，只能使用加热能力指标法。 已知生产率p为160kg/h，根据表5-1选择箱型炉用于火和淬火时的每单位面积的生产率p0为120kg/(m2h )，因此可以求出炉底有效面积，二是炉型的选择根据由设计任务给出的生产特性进行箱型热三、确定炉体的结构和尺寸，取2020/5/22，15，有效面积与炉底总面积的关系式F1/F=0.750.85，取系数上限，取得炉底实际面积，根据标准砖尺寸，为了容易砌砖，设L=1.741m，B=0.869m。考虑到热处理箱型电阻炉的设计时装备方便，L/B=2:1，F=LB=0.5L2，因此，2 .炉底的长度和宽度的确定，3 .炉高的确定根据统计数据，炉高h与宽度b之比H/B通常在0.50.9之间，根据炉的工作条件，H/B=0.7左右，为标准砖尺寸因此，炉膛尺寸如下：炉底支撑砖厚度、拱形砖低边高度、炉底砖宽度、砖缝、长度、砖长度、使工件与炉内壁或电热元件砖不碰撞，使工件与炉内壁之间具有一定的空间，决定工作室有效尺寸： l效果=1500mm； b效果=700mm； 由于h效应=500mm，4 .衬料与厚度的确定侧壁、前壁与后壁的工作条件相似，因此采用了相同的衬砌结构，即113mmQN1.0轻质粘土砖50mm密度为250kg/m3的普通硅酸铝纤维毡113mrnB级硅藻土砖。 天花板采用113mmQN1.0轻质粘土砖80mm密度250kg/m3的普通硅酸铝纤维毡115mm膨胀珠光体。 炉底采用三层QN1.0轻质粘土砖(673)mm 50mm密度250kg/m3的普通硅酸铝纤维毡182mmB级硅藻土砖和膨胀珠光体复合炉衬。 炉门用65mmQN1.0轻质粘土砖80mm密度250kg/m3的普通硅酸铝纤维毡65mmA级硅藻土砖。 炉底隔砖采用重质粘土砖，电热元件采用重质氧化铝砖。 (注67=65 2,2、2、2为砖缝的宽度。 2020/5/22，21，4，计算结构的平均表面积，炉床材料选择CrMnN耐热钢，按炉底实际尺寸分为3块或4块，厚度为20mm。炉壁面积包括侧壁和前后壁，为了简化计算，将炉门包括在前壁中。 f壁内=2hh 12bh=2h (l10b )=20.640 (1. 7410.869 )=3.341 m2f壁外=2h外(l外b外)=21.566(2.360 1.490)=12.058m2，炉顶平均面积、2 .炉壁平均面积、5，根据经验式法计算炉电力f-炉膛内壁面积(m2)t炉膛温度() c-系数、热损失大炉子、C=30-35； 热损失小的炉子，C=20-25，单位为(kwh0.5)/(m1.81.55)。 该方法适用于循环作业密闭型电阻炉，应注意使用条件并参考相关文献。 式中系数c=30(kwh0.5)/(m1.8c 155，空炉升温时间为上升=4h，炉温t=950，炉内壁面积f壁由经验式法求出的p安75(kW )、(1)加热工件所需的热量q条件由附表6得到，工件在950和20下的比热分别为(kg:kg) c件1=0.486kJ/(kg)表示式(51)Q件=P(C件2t1C件1 to )=160 (0. 63950-0.48620 )=95117 kj/h (每p时间的炉量)，(2)衬里引起的散热损失q与炉侧壁前后的壁衬结构相似2 .根据热平衡计算炉子的输出时，耐火层S1的平均温度ts1全部=(950 780)/2=865，硅酸铝纤维层S2的平均温度ts2全部=(780 485)/2=632.5，硅藻土砖层S3的平均温度ts3全部=(485 60)/2=272.5. S1、S3层衬里热传导率分别表示1=0. 290.25610-3 ts1=0. 290.25610-3865=0. 511 w/(m、)3=0. 1310.2310-3 ts3=0. 1310.2310-3272.5=0. 194 w/(m、) . 普通硅酸铝纤维的热传导率通过附表4进行调查，在与规定温度之差小的范围内，近似热传导率与温度呈线性关系，当ts2=632.5、2=0. 129 w/(m-100MCC)、炉壳温度为60、室温为20时，通过附表2近似计算的=10 (m2CCC )求热流，管理界面上的温度t2壁、t3壁，满足一般热处理电阻炉表面温度上升50的要求。室温20、管理炉壳温度t4壁计算炉壁散热损失q壁分散=q壁f壁=730.46.25=4562.5W同样，t2顶=844.39； t3顶=562.6； t4顶部=53； q顶=485.4W/m2，t2底=782.2，t3底568.54，t4底=53.7，q底=572.2W/m2炉顶通过衬里散热的q顶散=q顶f顶均=485.42.29=1111.6W炉底通过衬里散热的q底散=q底. f底均=572.22.23=1276W炉体整体的散热损失q散=q壁散q天散十q底散=4562.51111.61276=6950. 因此q散=3.66950.1=25020.4kJ/h、(3)打开炉门辐射热损失为每小时6分钟，式(5-6)、式中： c-黑体辐射系数； f-炉门开放面积或间隙面积(m) 3.6系数-炉口遮蔽系数t-炉门的开放率(即平均1小时以内开放的时间)相对于常开炉门或炉壁的间隙t=1. 炉门打开后，由于放射口为矩形，且H/2与b之比为0.32/0.869=0.37 (可看到延伸的矩形)，因此炉门的打开高度与炉壁的厚度之比为h/s=0.32/0.28=1.14，从图114的第一条线开始调查=0.7，因此为0.28 (0.1130.002)0.05(m )， (4)由打开炉门引起的气体泄漏热损失气体泄漏热损失由式(57Q吸引)得到q溢出=qvc(tg-t)t(qv由式(58qva=1997BH )得到，(5)其他热损失及其他热损失为上述热损失之和的约10%20%，=0.13(Q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个q个172500 ) (7)炉子的设置功率，1 .通常的工作效率为式(512 )，2 .保温阶段，关闭炉门时的效率，6，炉子的热效率的计算，7，炉子的无负荷功率的计算，8，空炉的升温时间的计算，由于设计的炉子的耐火层构造相似，保温层的蓄热少， 为了简化计算，用相同的数据计算炉子的侧壁、前后的墙壁、天花板，炉底由于砖砌方法不同，单独计算，升温时炉子的底板也必须随着炉子的升温而计算。 1 .炉壁和炉顶蓄热、q蓄积=v 11 (c1 t1-c1t0) v 22 (c2 t2-c2t0) (kj ) (5-9)、根据附表3，3 .炉底蓄热根据附表6，在950和20下高合金钢的比热分别为c板2=0.670kJ/(kg)和c板1 由于计算出的炉床重量G=242kg，q板=G(C板2t1-C板1 t0)=242 (636.5-9.46 )=151743.6 kj，在一般循环作业炉中，空炉升温时间在38小时以内即可，因此本炉设计满足要求。 因为计算蓄热时是在稳定状态下计算的，所以误差大，时间长，实际空炉的升温时间必须在4小时以内。 另外，由式(513 )得到的空炉的升温时间、q积蓄=Q积蓄-1q积蓄底q积蓄板=1032383898015174.36=1573861.6 kj、75kW的电力均匀分布在炉的两侧和炉底，构成y、或YY、接线。 供电电压为现场电网380V。 在炉膛中计算电热元件内壁面的负荷。 在循环式作业炉中，内壁面负荷在1535kw/m2之间，通常在2025kw/m2之间。 表面负荷在2025kW/m2的常用范围内，符合设计要求。 9、电力的分配和配线，1 .根据图表法附表15，0 cr25 a 15电热元件75kW箱炉YY配线，直径d=5mm时，其表面负荷为1.58W/cm2。 各组元件长度l组=50.5m、总长度l合计=303.0m、元件总重量g合计=42.3kg、2、理论计算法(1)将950的电热元件的电阻率t设为炉温为950时，电热元件温度为1100，根据附表12，0 cr25 a 15为20时，电阻率20=20十、电热元件材料的选择和计算，2020/5/22，52，2020/5/22，53， (4)各组电热元件端电压采用YY接合法，现场电网端电压为380V，各组电热元件端电压为各相电压；(3)各组电热元件功率采用YY接合法，故采用三相双星接合法，各组元件功率为(2) 根据图53决定电热元件表面功率，根据本炉的电热元件的动作条件设为w容许=1.6W/Cm、电阻温度系数=410-5-1时，1100下的电热元件的电阻率为t=20 (1t )=1. 401051100 )=1. 46mm2/m (7) 关于电热元件的总长度和总重量电热元件的总长度，由式(527 )求出的l总=6L组=652.07=312.44m电热元件总重量为由式(528 )求出的g总=6G组=67.26=43.56kg，式中，M为由附表12求出的M=7.1g/cm2所需的电热元件的总长度和总重量分别为l总=nL(m)(5-27)G总=nG(kg)(5-28 )、2020/5/22、57、2020/5/22、58、常用元件的表面容许载荷： (9)电热元件在炉膛内的配置是将6组电热元件的各组折成四折，如果配置在两侧的炉壁和炉底，则配置电热元件的炉壁的长度l=l-50=1741-50=1691mm线状的电热元件卷绕成螺旋状，元件温度超过1000时，从表5-5可知螺距直径D=(46)d，规定D=6d=65=30mm螺旋体转速n和螺距h分别为h=l /n=1691/138=12.3 MMH/