井式炉设计说明书(蒋)

1、目 录一、设计任务1、专业课程设计题目···············································

2、;··12、专业课程设计任务及设计技术要求···································1二、炉型的选择········

3、83;·············································1三、炉膛尺寸的确定···

4、;···············································11、炉膛有效尺寸（排料法）

5、83;······································11.1确定炉膛内径D ·········

6、83;···························· 11.2确定炉膛有效高度H ···················

7、···················· 2 1.3炉口直径的确定····························

8、;················· 21.4炉口高度的确定 ······························

9、3;··········· 3四、炉体结构设计 ·····································

10、;··········· 31、炉壁设计 ·····································&#

11、183;············ 32、炉底的设计····································

12、;···············53、炉盖的设计·································

13、83;·················64、炉壳的设计·······························&

14、#183;···················7五、电阻炉功率的确定····························&#

15、183;···················71、炉衬材料蓄热量Q蓄7 ····························

16、············ 82、加热工件的有效热量Q件 ···································&#

17、183;· 9 3、工件夹具吸热量Q夹 ········································· 10 4、通过炉衬的散热损失Q散 ··

18、;···································· 105、开启炉门的辐射热损失Q辐 ···········

19、;························126、炉子开启时溢气的热损失Q溢 ·······················

20、;···········127、其它散热Q它 ·····································

21、······ 138、电阻炉热损失总和Q总 ··································· 13 9、计算功率及安装功率····

22、;······································13六、技术经济指标计算··········

23、;·····································131、电阻炉热效率···········&

24、#183;····································132、电阻炉的空载功率···········&

25、#183;································143、空炉升温时间···············

26、83;································14七、功率分配与接线方法···············&#

27、183;·····························141、功率分配···················

28、·································142、供电电压与接线方法···············

29、;···························14八、电热元件的设计·····················

30、····························151、I区·····················

31、···································152、II区和III区·············

32、··································163.电热元件引出棒及其套管的设计与选择············

33、83;··············184.热电偶及其保护套管的设计与选择·······························18参考书目&#

34、183;·················································&#

35、183;····19- 4 -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）130×1800低合金钢调质用炉；（2）每炉装12根；（3）画出总装图（手工）；（4）画出炉衬图；（5）画出炉壳图；（6）画出电热元件接线图；（7）撰写设计说明书。 二、炉型的选择因为工件材料为低合金钢，热处理工艺为调质，对于低合金钢调质最高温度为900+(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

36、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130×1800,装炉量为12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。炉膛的有效高度取工件的长度加150250mm。 排料法如图所示：则： 代入数据计算得D = 952.19mm =D+2×(100200)=1200mm又因炉壁内径比料筐大200300mm故取：=1500mm查表得可用砌墙砖为BSL·427·138 (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：

37、S=D=3.14×1500=4710mm砖的块数为：4710÷168=28.04块，取整后N=28对D进行修正得：D砌=28×168÷3.14=1498.09mm，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=1800+250=2050mmH= H效+250=2300mm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+2)+67,取整后取n=11再将n=11代入上式，得H砌=2280mm选用代号为SND-427-09的扇形搁

38、砖每层搁砖数目为N=D砌÷50=94.2，取整为94块。1.3炉口直径的确定D效=1200mm，由于炉口用斜行楔形砖故有，将D效=1200mm代入，得N=32.76，取整后N=33，再将N=33代回上式，则得到D炉口=1210mm。1.4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三层直行砖堆砌而成。故H炉口=（65+2）×3+32=233mm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

39、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，下图为井式炉炉壁三层结构，第层为耐火层，其厚度一般为90mm，采用轻质粘土砖RNG-0.6；第层为耐火纤维层，其厚度设计为x mm，采用的普通硅酸铝纤维毛毡；第层为保温层，采用A级硅藻土砖架构中间填充膨胀蛭石粉，其厚度设计为115mm。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：，炉壁温度60，室温20是，所以R

40、NG-0.6型轻质粘土砖： 密度； 热导率 ； 比热容 。硅酸铝纤维： 密度； 热导率 ； 比热容 。膨胀蛭石粉： 密度 ； 热导率 ； 比热容 。由代入数据得：=820接下来使用迭代法计算t3，先假设t3=450。则有：根据公式 代入数据得： 验证迭代结果：<5%满足条件。故取所以得到： 取整得：=100mm2、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，在平铺三层硅藻土砖，最上面为一层重质粘土砖。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。

41、由底至上，第一层为膨胀蛭石粉和硅藻土砖复合层，第二层为硅藻土砖，第三层为轻质粘土砖。结构：厚度mm材料：砌砖型号：115膨胀蛭石粉+硅藻土砖B级BSL·427·280201硅藻土砖B级BSL·427·28067轻质粘土砖RNG-1.0RNG-1.03、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

42、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-0.6BSL·427·4434、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

43、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

44、用炉膛面积法，=165kw1、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：；第层：； 第层： ， 对于炉顶，采用的计算方式去近似值，代入数据得：对于炉底的蓄热，同样取三层分别计算:材料层数体积密度热导率比热容厚度（mm）第一层1.867第二次0.55201第三层0.20.7536115炉底的，代入数据算得，同理可得 根据公式，代入数据得到：由此得到 =403725则2、加热工件的有效热量Q件估算空炉升温时间，则估计取整3小时，工件升温时间用经验公式得到工件升温时间取2.4小时，保温时间0.5小时，装炉时间0.3小时。 则：=3+2.4+0.

45、5+0.3=6.2h 工件重量： 3、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D砌H砌S1S2S3Fm1Fm2Fm3 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

46、和室温；将以上数据代入求，所示如下： 计算得出5、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：取：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

47、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150Kw,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，上中下区功率分别为：上区42Kw,中区与下区都是54Kw。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，