凿岩机活塞退火台车炉课程设计

1、沈阳理工大学热处理设备课程设计30CrNi2MoV凿岩机活塞退火台车炉设计目录目录11热处理设备课程设计的意义和目的22炉子的初步设计32.1炉子的技术要求32.2炉型的确定42.3燃烧装置型式的选择和空气过剩系数的确定42.4鼓风机位置的确定42.5烟囱位置的确定43.炉型结构和尺寸的确定43.1炉子尺寸及筑炉材料的确定43.1.1车底尺寸和材料53.1.2炉墙高度及材料53.1.3 炉顶的尺寸和材料63.1.4 炉门及炉门盖的尺寸和材料64.燃料计算74.1助燃空气消耗量74.3燃烧产物生成量74.3燃料燃烧产物成分84.4 燃烧温度计算84.4.1发热量计算84.4.2 天然气理论燃烧温

2、度的计算95.热平衡计算95.1热收入95.2热支出105.2.1 加热工件的有效热量105.2.2加热辅助工具的有效热Q辅（料筐的吸热）105.2.3通过炉体的散热损失Q墙散105.2.4通过炉顶炉底的散热损失Q顶散135.2.5废烟气带走的热量Q烟135.2.6燃料不完全燃烧的热损失Q不135.2.7B值的计算145.2.8利用求得的B值计算上面的未知量145.3热平衡表146 烧嘴的选择156.1烧嘴个数及其布置156.2 烧嘴型号157 炉子技术指标178小结17参考文献181热处理设备课程设计的意义和目的 热处理设备课程设计是在学生较为系统地学习了热处理原理与工艺、传热基本原理、气体

3、力学、燃料与燃烧、耐火材料、电热原理、炉子构造等专业基础知识上开设的。是高等工业学校金属材料工程专业一次专业课设计练习，是继热处理工艺课程设计后的又一个教学环节。其目的是：培养学生综合运用以上所学的知识独立分析和解决热处理工程技术问题的能力，掌握热处理设备（主要是热处理炉）设计的一般程序和方法，了解如何进行设计计算、设备工程图绘制，以及懂得如何查找和使用设计资料。 根据技术规格的要求，选定满足热处理工件工艺要求的炉型结构、完成炉子的热工计算、燃料燃烧计算（火焰炉）或电热计算（电炉）、确定供热负荷、选定耐火及保温材料、校核炉体钢结构强度、绘制炉子总图、砌体图、主要零部件图、安装图，以及编制设计说

4、明书和使用说明书等技术资料。2炉子的初步设计 2.1炉子的技术要求1.用途：球化退火2.处理工件：凿岩机活塞3.工件材质：30CrNi2MoV4.工件简图：图1.1 凿岩机活塞简图5.最大装载量：5t6.燃料种类：高焦炉混合煤气7.燃料成分表1.1 高焦炉混合煤气（体积）COCO2H2CH4C2H402N2H2O19.78.620.48.50.70.339.52.38.炉外部温度802.2炉型的确定根据设计任务给出的生产特点及技术要求，台车式热处理炉即可满足要求。2.3燃烧装置型式的选择和空气过剩系数的确定 根据该车间的煤气特点和具体条件，今选用涡流式烧嘴。涡流式烧嘴的空气过剩系数取n=1.1

5、。2.4鼓风机位置的确定鼓风机安置在炉子中点线的延长线上，并使其出风口距炉子的中心线为20米。2.5烟囱位置的确定烟道沿炉子中心线向炉尾方向引出。并距炉子中心线30米的位置为烟囱的中心。为了保证炉膛内温度均匀，烟气从炉底排除。3.炉型结构和尺寸的确定3.1炉子尺寸及筑炉材料的确定车底炉的主要尺寸是根据每炉的最大装载量，钢件的形状和尺寸，以及热处理方法等因素凭经验关系确定。3.1.1车底尺寸和材料 （1）料框的摆法和尺寸料框尺为800×900×150，每框摆放7×3×1件。每炉放2×1×10框，考虑料框间孔隙S隙=2时料堆尺寸为料堆长

6、L=900×2+2=1804料堆宽 B=800料堆高 H=150×10+2×10=1520（2）车底的宽度假如取料堆外缘至车底边缘的距离为400。则此车底炉的车底宽度B车=800+400×2=1600结合标准砖尺寸确定B车=1608（3）车底长度外堆的边缘至车底边缘的距离为400，则此车炉底式的车底长度为L车=1804+2×400=2604结合标准砖尺寸确定L车=2668（4）车底的厚度及材料车底的上部用两重质粘土砖砌成车面，下面用厚度为40毫米的铸铁板支撑。所以车底全厚度 S车=232×2+40=5043.1.2炉墙高度及材料（1）

7、炉墙高度(车底至炉顶)车底上垫铁的高度为30；炉门拱距炉顶的距离为46；料堆顶至炉拱距离300则炉墙的高度H墙=30+1520+46+300=1896结合标准砖尺寸确定H墙=1943（2）炉墙厚度及材料为减少炉子的积热损失,选用114mmQN0.8轻质粘土砖+B级硅藻土砖+80mm密度为250kg/m3的普通硅酸铝纤维毡，故炉墙的厚度S墙=116+116+80=3123.1.3 炉顶的尺寸和材料（1） 炉顶的形式。由于炉子跨度不大,故炉顶采用标准拱顶。（2） 炉顶跨度。取车底外缘同炉墙间的空隙为14,而炉墙凸出部分的宽度为345,则炉顶的跨度B=1608+2×14+2×34

8、5=2026（3）炉顶厚度及材料。炉子炉顶选用114mmQN0.8轻质粘土砖+ 80mm密度为250kg/m3的普通硅酸铝纤维毡+116mm膨胀珍珠岩，故炉墙的厚度故炉顶厚度S顶=116+82+116=3143.1.4 炉门及炉门盖的尺寸和材料（1）炉门尺寸。炉门宽度 B门=1608+2×14=1636炉门高度H门=54+30+1520+50=1654（2）炉门盖形式、厚度及材料。炉门盖采用活动门盖。炉门盖用铸铁筐内衬65mmQN1.0轻质粘土砖+ 65mmA级硅藻土砖+80mm密度为250kg/m3的普通硅酸铝纤维毡。S门=67+67+8-=1324.燃料计算4.1助燃空气消耗量（

9、1）理论空气需要量L0=0.5CO+2×CH4+3C2H4+0.5H2-O221 (4.1)(3.1)式中：CO 、CH4 、 C2H4 、 H2 、 O2每100Nm3湿气体燃料中各成分的体积含量（Nm3）。则 Lo= = 1.85Nm3/Nm3（2）实际空气需要量 Ln=nL0 （4.2） 其中n取1.1则Ln=1.1×1.85=2.035 Nm3/Nm3 4.3燃烧产物生成量（1）燃烧产物中单一成分生成量Vco2=0.01×(CO2+CH4+2C2H4+CO) (4.3)Vo2=0.21×(n-1)L0 (4.4)VN2=(N2+79Ln)

10、5;0.01 (4.5)VH20=0.01×(2CH4+2C2H4+H2) (4.6) (2)实际燃烧产物量 Vn = VCO2+VO2+VN2+VH2O Nm3/Nm3 (4.8)则V n= 0.382+0.039+2.265+0.411=3.097 Nm3/Nm3(3)理论燃烧产物量V0=Vn+(n1）L0 (4.9)V0=3.097（1.11）×1.85=2.905 Nm3/Nm34.3燃料燃烧产物成分则4.4 燃烧温度计算 4.4.1发热量计算低发热量Q低= 35902CH4+64397C2H4+10786H2+12636CO (kJ/ Nm3) （4.10）式中：

11、CH4、C2H4、 H2、CO 分别为天然气中可燃气体的体积分数（%）。则Q低=359×8.5+643×0.3+108×10.5+126×23.5=7339kJ/ Nm34.4.2 天然气理论燃烧温度的计算式中：t理理论燃烧温度（） Q低低发热量(kcal/ Nm3)，Q低=7339kJ/ Nm3 Vn燃烧产物生成量（Nm3/Nm3）, Vn=3.097Nm3/Nm3 C1燃烧产物的平均比热KJ/(Nm3 )。估计理论燃烧温度在1900左右，查表取C1=1.59 kJl/(Nm3 则 5.热平衡计算5.1热收入燃料和空气都不进行预热，故热收入只有燃料燃烧

12、的化学热Q烧 Q烧=BQ低 （5.1）式中:B为燃料的消耗量(Nm3/h)5.2热支出5.2.1 加热工件的有效热量是物料所吸收的热量Q料，用下式计算： Q料=G（t料t初）C料 (5.2)式中:G炉子加热能力为G=90×2=180 kg/h.t料被加热物料的出炉温度（ ）， 查表得t料=750， t初被加热物料的进炉温度（ ），为室温，则t初=20 C料物料的平均热容量,kJ/(kg ) 查表得C料=0.96 kJ /(kg )则Q料=180×（75020）×0.96=115174.98kJ5.2.2加热辅助工具的有效热Q辅（料筐的吸热）Q辅=G辅×（

13、t辅t初）C料 (5.3)G辅辅助工具的重量（kg/h ）， G=2×10×3=60 kg C料物料的平均热容量,kJ/(kg ) 查表得C料=0.88 kJ /(kg )则Q辅=60×(750-20)×0.88=29860KJ5.2.3通过炉体的散热损失Q墙散（1）炉墙平均面积炉墙面积包括外表面面积和内表面面积。简化计算可得： F内墙=2H（L+B）=（2.668+1.608）×1.943×2=16.617 m2 F外墙=2H（L外+B外）=(2.98+2.236)×1.943×2=20.296m2 F均墙=F墙

14、内·F墙外=18.364m2 (2)炉底平均面积炉底面积包括外底面面积和内底面面积。简化计算可得：F底外=B×L=1.608×2.668=4.29m2；F底外= B底外×F底外=2.236×2.98=6.663m2；F底均=F底内·F底外=5.347m2。 (3)炉顶平均面积 F顶内=2R6×L=2×3.14×1.6086×2.668=4.49m2； F顶外=B外×L外=2.98×2.236=6.663m2； F顶均=F顶内·F顶外=5.475m2（4）炉墙散热损失

15、计算炉墙散热，根据下式： （5.4）炉墙结构简图如下 图5.1炉墙结构图【4】首先，炉内温度达到750才可以满足要求。则t1=750。我们假定界面上的温度及炉壳温度， t2=580，t3=370，最外层炉体温度t4=80。则： 轻质粘土砖层平均温度ts1均=（750+580）/2=665硅藻土砖层平均温度ts2均=（580+270）/2=425耐火纤维层平均温度ts3均=（270+80）/2=175查表得个各层材料的热导率【1】1=0.294+0.212×665×10-3 =0.141W/(m)2=0.056+0.11×475×10-3=0.052 W/

16、(m)3=0.14W/(m) 当炉壳温度为80，室温ta=20时，查表得=13.45 W/(m2)求热流 Q墙=t1-t室s11+s22+s33+1=750-200.1160.141+0.1160.052+0.080.14+113.45=197.35W/m2验算交界面上的温度t2，t3t2=t1-qs11 =750-179.35×0.1160.141=602 t=t2-t2=602-580=22tt2=22÷580×100=3.8<5 ，满足设计要求。t3= t2-q22=580-197.35×0.1160.052=253t=t3-t3=17 tt

17、2=17270×100=6.2<5, 满足设计要求。算炉壳温度t4墙t4墙=t3墙-q墙s33=270-197.35×0.1160.14=72<80满足设计要求。计算炉墙散热损失Q墙散=qF墙均=36224.31W5.2.4通过炉顶炉底的散热损失Q顶散同理可以求得 t2顶 = 567，t3顶 =266，t4顶=61，q顶 =196W/m2； t2底 =610，t3底 = 291, t4底=72，q底 =221W/m2。炉顶通过炉衬散热Q顶散=q顶·F顶均=40894.8W炉底通过炉衬散热Q底散=q底·F底均=11181.69W整个炉体散热损失

18、 Q散=Q墙散+Q顶散+Q底散=36224.31+40894.8+11181.69=88300.8KJ/h5.2.5废烟气带走的热量Q烟 Q烟=BVnt烟c烟 (5.5)式中：Vn实际燃烧产物量（N Nm3/Nm3），前面计算得V n=3.097 N Nm3/Nm3 t烟出炉废烟气温度（）， t烟=160 c烟出炉烟气的平均比热容，查表得c烟=1.42 kJ/(Nm3)则 Q烟=B×3.097×160×1.42=703.63B5.2.6燃料不完全燃烧的热损失Q不 在有焰燃烧炉中，废烟气中通常含有未燃烧的可燃气体，对于高焦炉煤气，它的不完全燃烧的热损失用下式：Q不=

19、BVnbQ低 (5.6)式中b为不完全燃烧气体的百分比，取3%。Q不=B×3.097×3%×7339=660.51B5.2.7B值的计算根据热量的收支平衡，可从中求出每小时的平均燃料消耗量B。Q烧=Q料+Q辅+Q墙散+Q炉底+Q炉顶+Q烟 +Q不 代入数值得求得B=45.23 Nm3/h在工程设计中，炉子的最大燃料消耗量应比理论消耗量大，即：Bmax=(1.31.5)B式中：1.31.5为燃料储备系数。取1.3，则Bmax=1.3×45.23= 58.7Nm3/h根据最大燃料消耗量来确定燃烧器的数目，其总燃烧能力应大于Bmax5.2.8利用求得的B值计算

20、上面的未知量天然气燃烧的化学热Q烧= BQ低=58.7×7339=430799.3 kJ/h废烟气带走的热量Q烟=703B= 93846kJ/h燃料不完全燃烧的热损失Q不=660B=98965kJ/h5.3热平衡表表5.1 热平衡表热 收 入热 支 出项目KJ/h%项目KJ/h%Q烧426574100物料所吸收的热量Q料114174.9827辅助工具的有效热Q辅298607.1炉体散热Q散8830.820.7废烟气带走的热量Q烟9384522燃料不完全燃烧的热损失Q不9896523.2总计1973989.7100总计4265741006 烧嘴的选择6.1烧嘴个数及其布置为保持炉温均匀

21、,今确定全炉用4个涡流式烧嘴。每个侧墙安装两个。烧嘴间隔1000，两侧烧嘴错位相对。6.2 烧嘴型号 炉子的最大煤气消耗量为Bmax=58.7m3/h,为考虑强化生产的可能性,今取烧嘴的燃烧能力为炉子的最大煤气消耗量的1.2倍,则烧嘴的总燃烧能力 V总=1.2×58.7=70.4 m3/h单个烧嘴的燃烧能力为V=70.4×1/4 =117.6.44 m3/h·个 GSQ 型系列高速调温燃气烧嘴使用条件如表6.1表6.1 高速调温燃气烧嘴使用条件【3】当燃Q低=7339kJ/m3的天然气,并为保证燃烧能力的要求,选用GSQ系列烧嘴GSQ 型系列高速调温燃气烧嘴额定技术性能如表6.2表6.2 高速调温燃气烧嘴额定技术性能【3】根据烧嘴的燃烧能力及上表选用烧嘴型号为GSQ-15涡流式高速调温燃气烧嘴。7 炉子技术指标30CrNi2MoV凿岩机活塞退