井式炉课程设计说明书

1、数据及结果试验设计及计算、设计任务设计要求：1、叮50 800碳钢淬火用炉中温淬火炉；2、最高使用温度900E，生产率70Kg h ;3、画出总装图、画出炉衬图、炉壳图、电热元件图二、炉型的选择因为工件材料为碳钢，热处理工艺为淬火，对于碳钢最高温度为 900r，选择中温炉（上限900r）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900C。三、炉膛尺寸的确定1、炉膛有效尺寸（炉底强度指标法）1.1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

2、上加0.10.3m。H 效=800+300=1100mm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=1072mmH 砌=3nx （65+2）+67,取整后取 n=5,得 H砌=1072mm1.2确定炉膛内径D工件尺寸为120X 1700,装炉量每炉9根，生产率245.3 kg /h,对 长轴类工件，工件间隙要大于等于工件直径；工件与料框的间隙取100200 。D 砌=900mmD 料=4 X 120 X ' +120+2 X ( 100200) =9991199,取 D 料=1000D砌比D效大100mm至300mm取D砌 =1350mm查表得可用砌墙砖为8SL 42

3、7 446(A,B,R,r)=(168,190.8,765,675)型轻质粘土扇形砖。由该砖围成的炉体的弧长为S=二 D砌=3.14 X 1350=4239mm砖的块数为：4239十168=25.2块，取整后N=25对 D进行修正得：D砌=25X 168-3.14=1350mm 取 1350mm 选用代号为SND-427-09的扇形搁砖每层搁砖数目为N=：D砌十50=84.78，取整为84块。1.3炉口直径的确定D 效=1350mm,由于斜行楔形砖。D 炉口 =660mmH 炉口 =231mmd=100200mm取 d=140mm则：D 炉口 =D 砌一2d=1070号砖型为 8SL ?427

4、 ?414(A,B,R,r)=(166,196,640,550)查表可以直接得到 D=1070mm,N=20块2)号砖型为8SL ?427 ?498斜型楔形砖二 D 炉口 = (74+2) N,将 D 炉口=1070mm 代入，得 N=44.2,取整后 N=44。1.4炉口高度的确定按经验，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)X 3+30=231mm综上所述：D砌=1350mm H砌=2077mm D 炉口=1070mm，H 炉口 =231mm四、炉体结构设计炉体包括炉壁、炉底、炉门、炉壳架几部分。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

5、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 50 C,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I层为耐火层，其厚度一般为90mm,采用轻质粘土砖RNG-0.6; 第U层为耐火纤维层，其厚度设计为40mm,采用普通硅酸铝纤维； 第川层为保温层，采用膨胀蛭石+硅藻土砖，其厚度

6、可用计算求得。t1=950CS1=0.09mS2=0.4mt4=60 Ct0=20 C“=12.17w mV'C q = 486.8w m2E -i p-lll T-l4! J -ma - w 1 *！ *- rai.1 - SI SB q Ts4n*!flM *",!'«*! r4<aT!l'«n*!fl lipm ！ i-l二二M.ll* hlrmllH-BMB J t0.IT-1 m«r<u J s - w 3 J - a -t23AL T451 rr# - - 4 u -l-Fladlw : ” : !w:a_

7、三层炉衬结构在稳定传热时，对各炉衬热流密度相同。q二t4-t。查表得，炉壁温度 60C,室温 20C是12.17w mVc，所以 q =486.8w. m2RNG-0.6型轻质粘土砖：密度 -600kg m3热导率 i =0.165 0.19 10”t 均 w mfc比热容 G =0.836 0.263 10“t均 KJ KgJc硅酸铝纤维：密度二 1 =120kg m3热导率 為=0.032+0.21（10t均）2w/（mfC ）比热容 C2 =1.1Kj/（KgLfC ）膨胀蛭石粉：t2=764.4C密度几=250 kg m3热导率 乜=0.077 0.25 10J3t均w mLC比热容C

8、3 ".6573KJ K占C由 t2一 20（0.5砧2 乙一 qSJb1165.。估 2 0.19 10"5 0.19 " 9002=7644C使用迭代法计算t2,设t2=660C。贝 1 =0.165 0.19 10 900764.4 =0.323wC0.19 100.165 900 -488 0.09)2.丄 660 +764.4 2ic 、2 =0.032 0.21(3) =0.138w mtC2汉103 =0.0770.25 10； 66： 60 =0.167 w m?C叱=764.4 -48如器=623.8七t3=618.2C不满足要求再次代入迭代:2

9、 103'2 =0.032 0.21 (6238 警4)2 =0.133w mL；C= 0.0770.25 10a 623.860= 0.162w mfCS3=186mm6238 6182 100% =0.9% <5%满足条件623.87032 0.21(764.4 618.22 103)2=0.132w mC= 0.0770.25 10S33618.260=0.162 w mC0.132(764.4 -618.2)486.8=0.186m 取 186mm。2、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，在平铺两层硅藻土砖

10、，最上面为 一层轻质粘土砖。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。炉底剖面结构如下图：出nI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：I115膨胀蛭石粉+ 硅藻土砖B级BSL 427 280n134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

11、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。第层第二层炉盖结构图结构厚度/ mm材料型号第一层85普通硅酸铝纤维第二层115轻质粘土砖RNG-0.6BSL 427 443设计条件：炉膛温度950T，壳体温度60r，室温20C 上层采用普通硅酸铝纤维，下层用轻质粘土砖。炉壳采用5mm厚 的Q235钢板，炉 底选用8mm厚的 钢板4、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

12、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4Q件=4.23 10 KJ次设计采用理论计算的方法计算电阻炉的功率。Q夹=0理论计算发是通过

13、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。1加热工件的有效热量Q件=5.25h=70 (950 0.6789 -20 0.4939) =4.23 104 KJ h2、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=03、通过炉衬的散热损失Q散因为炉顶、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。tl -to"3. SS3

14、13.6'l Fm1' 2Fm2 ' 3 Fm3JF3 t = 0.323w m'C2=0.132w 卅C3=0.162w 止C0.165 0.19 10° 900 -764.4 =o.323w mL：CF =1ml -21+(D砌 + 2SJ(H砌 +2 )+=5.61m2Q散二 1.47 104 KJ h_ 1F m2 =2!h（D砌 + 2S）（H砌+2S ）+2兀 P砌 *2汩 +n（D 砌+ 2S! +2S2）（H 砌+ 2S +2S2 ）+2 兀 D 砌+ 2S 十2$）!n（D砌 + 2S +2S）（H砌 + 2S +2S 片2兀（D砌

15、+ 2S +2£=6.99m2Fm3=2応（D 砌* 2S1 *2S2 +2S3）（ H 砌* 2S *2S2 *2S3 ）+c|ZD砌+ 2S1+2S2+2S3：2兀Iri2'2=9.99m2F3=：（D砌 2 2S2 2$） H砌 20 2S2 2S3 +=12.53m22 二 D 砌 2S 苓 2S3950-200.040.1860.090.314 5.61 0.149 6.99 0.17 9.99 12.17 12.533.6=1.47 1 04 KJ h4、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：Q蓄=V 

16、9;（C2t2 -砧）第 I 层：亍=600Kg m3;=1.055KJ （KgLC）;o （900 +764 4C2 =0.836 0.263 10900764.4C2 =0.836 0.263 10” 20=0.841KJ （KgL；C）;y =（h 23）-3= 1.269 -0.767 = 0.502mQ蓄1 = 0.502 汉 600 卩64.4+900 汇 1.068 20 疋 0.841 = 2.626 疋 105 KJ/hQ蓄二3.9 105KJ h第 U 层：r =120Kg m3 ; G 二 C2 =1.1KJ (KgL：C)；V1 =(H 2S 2S2)二fD +2S 使

17、22-(H 20)二3=1.586 1.269 =0.317mQ蓄2 =0.317 X120 |764.4+618.2 X1.1 20X1.1 =2.8仆104 Kj/h第川层：t = 250 Kg m3, G 二 C2 = 0.66 KJ (KgL：C)V1 =(H 2S 2S,2E)二D 23 2S2 2$2(H +20+25)5D 十2S1 十爼)Q 辐=4977 KJ h=3.494 -1.586 =1.908m3Q蓄3 =1.908 汉25060+618.2 x 0.66 20 汉0.66 = 1 汉 105 Kj/hQ溢工 1.39 104 KJ hQ蓄二Q蓄i Q蓄2 Q蓄3 =

18、3.9105kj h5、开启炉门的辐射热损失 Q辐TiQ辐二5.6751100丿1100丿 j3.6FPTt其中：F炉门开启的面积：一宀普2二 0.34m2Q 它=9000 KJ hQ总=8.49 104 KJ h门一炉口辐射遮蔽系数:I OQdL = 231 =0.35，查表可知:D 660=0.76汽炉门开启率:-0.05 ;代入上式计算得：Q辐=4977 KJ h6、炉子开启时溢气的热损失Q溢Q 溢=0.5VC （tt?）汽其中：V=2200二 rSR，V-2200- I 2丿仇2丿 *Q溢二0.5 432 1.4(90020) 0.05 =1.39 104 KJ h7、其它散热Q它一般

19、如下估算：Q它二(0.51.0)Q散则：Q它=1.47 104 0.6 =9000 KJ h8电阻炉热损失总和Q总Q总=Q件Q散Q辐Q溢Q它二8.49 104 KJ h9、计算功率及安装功率8.49 1043600= 23.57 Kw卩安=35Kw-62.4%升 -3.09h安装功率应大于稳态时计算功率P安二kP周期作业炉k取1.3到1.5之间得：瑕=23.57 气 1.31.4)取：啓=35Kw六、技术经济指标计算1、电阻炉热效率件-一件 100%=49.8%Q总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

20、为空炉损失。用下式计算：Q散+Q它3600=6.58Kw18.8%P空值越小越好，一般为炉子总功率的15%25%，满足要求。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:=3.09h3600F安七、功率分配与接线方法（一、）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，H/ D大于1也要分区。综上所述，本次设计电阻炉不分区。（二、）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，

21、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35Kw，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0Cr25AI5电热体材料，三相380V星形 接法。八、电热元件的设计选用0Cr25AI5线状电热元件，电压 380V。1、供电电压和接线选用三相380V、星形接法p=fk=西=11.7 ( KW )3n 3选用0Cr25AI5线状电热元件，电 压 380V。不分区，采用星 形接法P=11.7KwU=220VW允二 1.56W / cm3d=5mmL=55.6mmL 总=166.8mM 总=2

22、3.18kg380= 220( V)2、确定电热元件的单位表面功率因炉膛最高温度不超过900 C ,结合选材0Cr25AI5查表得W允=1.56W / cm33、确定元件尺寸P2Pt d =34.3 32 tD=20mmU2W允pt = P0(1 +5t)= 1.4 (1+410x1050)1.460|_mm2 /m代入上式得d=4.74mm 取d=5mmL =0.785 10-3U2d2P?t= 0.785 10 *2202 5211.7 1.46=55.6mh=15mm选SND- 724 号套管用018L 总=门L=3X 55.6=166.8 ( m)皿总=0.139 X 166.8=23

23、.18 kg2W =10 P 100 11.7=1.34w cm3 ：1.56w cm3 符合要求 兀 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5排串接成一相。每排电热元件的展开长度：L 折=55.6 r 5 = 11.12m每排电热元件的搁砖长度：L =(D 砌-60) -25 = 2612mm电热元件螺旋直径：螺旋直径 D = 4 6 d取:D = 4d = 4 5 二 20mmL折N =折n：D111203.14 20= 177 圈螺旋体圈数N和螺距h分别为:选用型号WRN-121的镍铬- 镍硅热电偶h =L =14.76mm 取 h=15mmN152 <=3 v 4，满足h = （24的要求。