中温井式电阻炉设计(共24页)

1、目 录一、设计任务1、专业课程设计题目12、专业课程设计任务及设计技术要求1二、炉型的选择1三、炉膛尺寸的确定11、炉膛有效尺寸（排料法）11.1确定炉膛内径D 11.2确定炉膛有效高度H 2 1.3炉口直径的确定 21.4炉口高度的确定 3四、炉体结构设计 31、炉壁设计 32、炉底的设计53、炉盖的设计64、炉壳的设计7五、电阻炉功率的确定71、炉衬材料蓄热量Q蓄7 82、加热工件的有效热量Q件 9 3、工件夹具吸热量Q夹 10 4、通过炉衬的散热损失Q散 105、开启炉门的辐射热损失Q辐 126、炉子开启时溢气的热损失Q溢 127、其它散热Q它 138、电阻炉热损失总和Q总 13 9、计

2、算功率及安装功率13六、技术经济指标计算131、电阻炉热效率132、电阻炉的空载功率143、空炉升温时间14七、功率分配与接线方法141、功率分配142、供电电压与接线方法14八、电热元件的设计151、I区152、II区163.电热元件引出棒及其套管的设计与选择184.热电偶及其保护套管的设计与选择18参考书目19一、设计任务1、专业课程设计题目： 中温井式电阻炉设计2、专业课程设计任务及设计技术要求：1、901000中碳钢调质用炉. 2、每炉装16根 3、画出总装图 4、画出炉衬图 5、画出炉壳图（手工） 6、画出电热元件图 7、写出设计说明书 二、炉型的选择因为工件材料为901000中碳钢

3、调质用炉对于中碳钢调质最高温度为870+(3050)，所以选择中温炉（上限950）即可，同时工件为圆棒长轴类工件，因而选择井式炉，并且无需大批量生产、工艺多变，则选择周期式作业。综上所述，选择周期式中温井式电阻炉，最高使用温度950。三、炉膛尺寸的确定1、炉膛有效尺寸（排料法）1.1确定炉膛内径D工件尺寸为901000,装炉量为16根，对长轴类工件，工件间隙要大于或等于工件直径；工件与料筐的间隙取100200mm。炉膛的有效高度150250mm排料法如图所示则：根据几何关系，每根工件最小距离取90mm，则可以计算出 D=90d=890mm D效=d+2100200=1100又因炉壁内径比料筐大

4、200300mm故取：=1500mm查表得可用砌墙砖为BSL427467 (A=168,B=190.8,R=765,r=675)型轻质粘土扇形砖。由该砖围成的炉体的弧长为：S=D=3.141500=4710mm砖的块数为：4710168=28.04块，取整后N=28对D进行修正得：D砌=281683.14=1500mm，取=1500mm1.2确定炉膛有效高度H由经验公式可以得知，井式炉炉膛有效高度H应为所加热元件（或者料筐）的长度的基础上加0.10.3m。H效=1000+200=1200mmH= H效+250=1450mm由于电阻炉采用三相供电，放置电热元件的搁砖应为3n层，H砌=3n(65+

5、2)+67,n=6.88.取整后取n=7再将n=7代入上式，得H砌=1474mm选用代号为SND-427-09的扇形搁砖每层搁砖数目为N=D砌50=94.2，取整为94块。搁砖总数n=9421=1976块1.3炉口直径的确定D效=110mm，由于炉口用斜行楔形砖8SL.427.498故有，D效=74N 将D效=1100mm代入，得N=46.7，取整后N=47，再将N=47代回上式，则得到D炉口=1107mm。 扇形砖选择8SL。427.077D炉口 =166N得D=20.8取=211.4炉口高度的确定按一般的设计原则，炉口可由斜行楔形砖和2层直行砖堆砌而成。故H炉口=（65+2）3+32=23

6、3mm四、炉体结构设计炉体包括炉壁、炉底、炉盖、炉壳几部分。炉体通常用耐火层和保温层构成，尺寸与炉膛砌筑尺寸有关。设计时应满足下列要求：（1）确定砌体的厚度尺寸要满足强度要求，并应与耐火砖、隔热保温砖的尺寸相吻合；（2）为了减少热损失和缩短升温时间，在满足强度要求的前提下，应尽量选用轻质耐火材料；（3）耐火、隔热保温材料的使用温度不能超过允许温度，否则会降低使用寿命；（4）要保证炉壳表面温升小于60，否则会增大热损失，使环境温度升高，导致劳动条件恶化。1、炉壁设计炉壁厚度可采用计算方法确定，下图为井式炉炉壁二层结构，第层为耐火层，其厚度一般为90mm，采用轻质粘土砖RNG-0.6；第层为B级硅

7、藻土砖+耐火纤维，其厚度取标准砖115 mm，第层为保温层，采用B级硅藻土砖架构中间填充矿渣棉，其厚度设计为x mm。在稳定传热时，对各炉衬热流密度相同。根据课本的公式结合查表，可得： 两层炉寸q=(t3-t0)，由设计参考书温升50，则炉壁温度60，室温20是=12.17W/(m2*0C)所以q=12.1740=486.8W/(m2*0C)RNG-0.6型轻质粘土砖： 密度； 热导率 ； 比热容 。硅酸铝纤维 密度2=120 kg/m3； 热导率2=0.032+0.21（103t均 ）*2W/(m*0C)； 比热容C2=1.1KJ/（kg*0C）。由代入数据得：=820m=0.032+0.2

8、1（820+50）21000*2=0.0727wm.S2=1486.60.0727(820-60)=113.5mm取S2=115mm2、炉底的设计炉底结构通常是在炉底壳部的钢板上用珍珠岩砖或硅藻土砖砌成方格子，各格子中填充蛭石粉。然后，在平铺二层重质粘土砖。炉底砖的厚度尺寸可参照炉壁的厚度尺寸，一般为230690mm。由于要承受炉内工件的压力，且装出炉有冲击的作用。故炉底板要求又较高强度。由底至上，第一层为膨胀蛭石粉和硅藻土砖复合层，第二层，第三层为重粘土砖。结构：厚度mm材料：砌砖型号：115膨胀蛭石粉+硅藻土砖B级BSL42728067重粘土砖RNG-1.3BSL42701367重粘土砖R

9、NG-1.3BSL4270133、炉盖的设计炉顶的结构有平顶、拱顶和悬顶三种。当炉子的宽度为6003000mm时，可采用拱顶，拱角可用60和90，其中使用最多的是60，这种拱顶称为标准拱顶。拱顶是炉子最容易损坏的部位，拱顶受热时耐火砖发生膨胀，造成砌拱顶时，为了减少拱顶向两侧的压力，应尽量采用轻质的楔形砖与标准直角砖混合砌筑。第二层第一层炉盖结构图设计条件：炉膛温度950，壳体温度60，室温20。上层采用普通硅酸铝纤维，下层用轻质粘土砖。结构厚度(mm)材料型号第一层180普通硅酸铝纤维第二层115轻质粘土砖RNG-0.6BS427444、炉壳的设计炉壳的尺寸取决于炉子砌体的尺寸，炉子的砌体包

10、在炉壳之内。炉体框架要承受砌体和工件的重量以及工作时所产生的其它附加外力。因此，框架要有足够用的强度，框架和炉壳一般通过焊接成型，构成整个整体，以保证强度和密封性的要求。炉壳一般用35mm的Q235钢板，炉底用68mm的厚板，井式炉炉壳圈一般用6.3或7号角钢制作。综上所述，炉壳采用5mm厚的Q235钢板，炉底选用8mm厚的钢板，炉壳圈选用三根7号角钢均匀分布，两根7号角钢横向分布，炉底五根槽钢通过焊接而成。五、电阻炉功率的确定电阻炉的功率大小与炉膛容积、炉子结构、炉子所要求的生产率和升温时间等因素有关。确定炉子的功率需要综合考虑各方面的要求，本次设计采用理论计算的方法计算电阻炉的功率。理论计

11、算发是通过炉子的热平衡计算来确定炉子的功率。其基本原理是炉子的总功率即热量的吸收，应能满足炉子热量支出的总和。热量的支出包括：工件吸热量Q件、工件夹具吸热量Q夹、炉衬散热量Q散、炉衬蓄热量Q蓄、炉门和缝隙溢气热量Q溢、炉门和缝隙辐射散热量Q辐、其他热损失Q它等。先预估算功率，采用炉膛面积法，=110.55kw1、炉衬材料蓄热量Q蓄炉衬材料的蓄热量是指炉子从室温升到工作温度整个砌体所吸收的热量。计算式为：第层：；=369103.42KJ第层：； =52994.7KJ Q炉寸=Q1+Q2=369103.42+52994.7=422098.12KJ简化计算炉底蓄热： =把r=750代入得：Q蓄1=1

12、14456.9KJ= 把r=750代入得：Q蓄2=14556.59KJQ蓄=Q 1+Q 2=129032.56KJ简化炉顶的蓄热量Q蓄（顶）=Q蓄（底）=129032.56KJQ总蓄=Q炉寸+Q蓄(底)+Q蓄(顶)=422098.12+129032.56+129032.56=680163.24KJ2、加热工件的有效热量Q件估算空炉升温时间：=1.71h则估计取整2小时，工件升温时间用经验公式得到工件升温时间取1.5小时，保温时间0.5小时，装炉时间0.3小时。 则：=2+1.5+0.5+0.3=4.3h 工件重量： =148771.393、工件夹具吸热量Q夹 因本次所设计正火炉不需使用夹具，故

13、Q夹=0。4、通过炉衬的散热损失Q散 散热损失就是炉膛内热量通过炉墙、炉顶、炉底散发到车间的热损失。因为炉顶、炉底散热一个较多，一个较少，因而在计算中将炉顶、炉底简化成与炉壁散热情况一样。在炉衬传热达到热稳定的情况下，通过炉壁的散热损失，可参考下图，按照下式计算。 炉衬蓄热情况简化计算图 先求出各层炉墙材料的平均热导率： 各层炉墙的厚度S列出如下：是炉壳外表面对空气的综合传热系数通过查表得=12.2是各层平均面积，其公式如下所示，代入数据得：； ； ；。公式中t是炉膛和室温；将以上数据代入求，所示如下：得Q散=23632KJ5、开启炉门的辐射热损失Q辐 计算公式如下：分别是炉膛内部和炉外空气的

14、绝对温度（K）；F炉门开启的面积：炉口辐射遮蔽系数：，查表可知： 炉门开启率： 将以上数据代入公式计算得： 6、炉子开启时溢气的热损失Q溢计算公式如下：；其中：；7、其它散热Q它一般如下估算： 则：8、电阻炉热损失总和Q总9、计算功率及安装功率安装功率应大于稳态时计算功率 周期作业炉k取1.3到1.5之间。得： ： 六、技术经济指标计算1、电阻炉热效率一般电阻炉的热效率为40%80%，满足要求。2、电阻炉的空载功率电阻炉的空载功率是指空炉在最高工作温度并稳定状态下所消耗的功率，又称为空炉损失。用下式计算： 3、空炉升温时间空炉升温时间是指在额定电压下，经过充分干燥、没有装料炉的电阻炉从冷态加热

15、最高工作温度所需的时间。空炉升温时间：七、功率分配与接线方法1、功率分配为了使炉膛温度均匀或工艺要求分区分布炉温，需要将温度分布在炉内的各个部分。井式炉功率大于75Kw是要考虑分区，HD大于1也要分区。综上所述，由于本次设计电阻炉安装功率达到90Kw,所以为了更合理的设计与安装电热元件，现将炉膛分三区计算，上下区功率分别为：上区42Kw,下区都是48Kw。2、供电电压与接线方法电阻炉的供电电压，除少数因电热元件的电阻温度系数太大或要求采用低电压供电的大截面电阻板外，一般均采用车间电网电压，即220V或380V。电热元件的接线，应根据炉子的功率大小，功率分配等因素来决定。因炉子功率为150Kw，

16、即可采用三相380V星形，也可采用三角形接法。综上所述，本次设计采用0Cr25Al5电热体材料，三相380V星形接法。八、电热元件的设计分区层数功率区9层42KW区12层48KW选用0Cr25Al5线状电热元件，电压380V。1、I区 1.1供电电压和接线 选用三相380V、星形接法 1.2确定电热元件的单位表面功率因炉膛最高温度不超过950，结合选材0Cr25Al5查表得 1.3确定元件尺寸 代入上式得d=5.2mm，取d=5.5mmL总=nL=356=168（m）=0.169168=28.392 kg符合要求 1.4电热元件的绕制和布置 电热元件绕制成螺旋状，布置安装在炉膛炉壁上，每 3排

17、串接成一相。每排电热元件的展开长度：每排电热元件的搁砖长度：电热元件螺旋直径：螺旋直径取：螺旋体圈数N和螺距h分别为：圈取h=20mm，满足的要求。电热元件螺旋节距h在安装时适当调整，炉口部分减少节距，增大功率。2、II区 2.1供电电压和接线 选用三相380V、星形接法 2.2确定电热元件的单位表面功率 同上：2.3确定元件尺寸 代入上式得d=5.74mm，取d=6.0mmL总=nL=356.24=168.72（m）=0.236168.72=33.913 kg 符合要求 2.4电热元件的绕制和布置 电热元件绕制成螺旋状，布置安装在炉膛炉壁上，每 4排串接成一相。每排电热元件的展开长度：每排电

18、热元件的搁砖长度：电热元件螺旋直径：螺旋直径取：螺旋体圈数N和螺距h分别为：圈取h=23mm，满足的要求。电热元件螺旋节距h在安装时适当调整，炉口部分减少节距，增大功率。3.电热元件引出棒及其套管的设计与选择3.1引出棒的设计引出帮必须用耐热钢或者不锈钢制造，以防止氧化烧损，固选用 1Cr18Ni9Ti，=16mm，丝状电热元件与引出棒之间的连接，采用接头铣槽后焊接。引出棒长度：L引=25+90+115+120=350mm3.2.保护套管的选择 根据设计说明中炉膛以及电热元件的设计，所以确定 L炉墙 =90+115=205（mm），引出棒的直径d=16mm， 因此选用SND724020号套管，高铝矾土，重量0.35kg，d套=25mm，D套=40mm，长度250mm。4.热电偶及其保护套管的设计与选择4.1热电偶的选择由于炉内最高的温度为950.长期使