65KW高温台车式电阻炉设计

1、目录1前言11.1 本设计的目的、意义11.1.1 本设计的目的11.1.2 本设计的意义11.2 本设计的技术要求11.2.1 技术要求11.3 热处理炉的发展现状21.3.1 国外热处理行业的能源利用情况21.3.2 我国热处理行业存在的问题22设计说明32.1 炉型选择32.2 确定炉体结构和尺寸32.2.1 根据经验公式法计算炉子的炉膛砌砖体内腔的尺寸L*B*H32.2.2 确定工作室有效尺寸L效B效H效32.2.3 炉衬材料及厚度的确定32.2.4 砌体平均表面积计算42.2.5 炉顶平均面积42.2.6 炉墙平均面积42.2.7 炉底平均面积42.3 计算炉体的热散失42.3.1

2、求热流量52.3.2 验算交界面上的温度T2墙T3墙52.3.3 验算炉壳温度T4墙52.4 计算炉墙散热损失Q墙散52.4.1 计算炉墙散热损失52.4.2 开启炉门的辐射热损失Q辐62.4.3 开启炉门溢气热损失Q溢62.4.4 其它热损失Q它62.4.5 工件吸收的热量72.5 炉子生产率的计算72.5.1 炉子生产率计算72.5.2 正常工作时的效率72.5.3 保温阶段关闭炉门时的效率72.6 炉子空载功率计算72.7 空炉升温时间计算72.7.1 炉墙及炉顶蓄热72.7.2 炉底蓄热计算82.7.3 炉底板蓄热92.8 功率的分配与接线92.9 电热元件材料选择及计算92.9.1

3、求950c时电热元件的电阻率PT92.9.2 确定电热元件表面功率92.9.3 每组电热元件功率92.9.4 每组电热元件端电压102.9.5 电热元件直径102.9.6 每组电热元件长度和重量102.9.7 电热元件的总长度和总重量102.9.8 校核电热元件表面负荷102.9.9 电热元件在炉膛内的布置102.10 炉子技术指标113附录123.1 装配图123.2 电阻丝133.3 电阻丝接线示意图144参考文献151刖日1.1 本设计的目的、意义1.1.1 本设计的目的设计一台电阻加热炉，额定功率为65KW,使其加热温度在1000C,周期式成批装料，长时间连续生产。用于中碳钢，低合金钢

4、毛坯或零件的淬火，正火及调质处理，处理对象为中小型零件，无定型产品，处理批量为多品种，小批量。1.1.2 本设计的意义通过本次热处理炉设计，了解高温热处理炉的基本结构，掌握热处理炉设计的基本方法，熟悉热处理炉在工厂中的实际应用以及进一步熟练工程制图的方法，为以后的工厂实际奠定基础。1.2 本设计的技术要求1.2.1 技术要求1用途：中碳钢，低合金钢毛坯或零件的淬火，正火及调质处理，处理对象为中小型零件，无定型产品，处理批量为多品种，小批量。2额定功率：65KW3工作温度：高温1000c4生产特点：周期式成批装料，长时间连续生产1.3 热处理炉的发展现状1.3.1 国外热处理行业的能源利用情况在

5、国外推出的热处理节能措施中，主要考虑的就是改进设备和革新工艺的技术措施，主要措施有以下几个方面：1 .加强合理利用热能的理论研究和实际应用。2 .采用直接控制炉内气氛碳势、氮势、氧势的传感器和执行机构，可以获得一定的节能效果。3 .采用新型的保温材料，可减少20%以上的热损失。4 .采用直接加热工件的方法，可减少蓄热损失和辐射损失，也可有效的节约能源。5 .改进料盘、夹具的结构，减轻耐热钢构件的重量，增加强度，减少料盘夹具的无效加热损失。1.3.2我国热处理行业存在的问题由于我国工业起步较晚，现行的热处理装备水平普遍落后，主要有以下几个方面：1 .设备负荷率低，装炉量不足。2 .设备的利用率低

6、。3 .加热设备落后。4 .无效热消耗多。5 .工艺落后。目前，我国的热处理工艺普遍落后，过于保守。2设计说明2.1 炉型选择根据设计任务给出的生产特点，拟选用中温箱式热处理电阻炉，不通保护气氛。2.2 确定炉体结构和尺寸2.2.1 根据经验公式法计算炉子的炉膛砌砖体内腔的尺寸L*B*H经验公式：P安=8升0.5F0.9(T/1000)1.55由于炉门为开启式，故散热量较大，取C=30(kw*h0.5)/(m1.8*C1.55),空炉升温时间假定为4h,炉温为T=1000C,故65=30*4-0.5*F0.9*(1000/1000)1.55计算得F=5.08m2根据炉膛面积计算公式F=2*B*

7、H+2*L*H+2*B*L(1)根据经验一般有L=2BH=0.7B(2)根据(1)(2)式计算得L=1.574mB=0.787mH=0.551m根据标准热处理炉石专尺寸(230mm*113mm*65mm考虑每块砖之间的缝隙2mm确定最后尺寸L=(230+2)*6+(230*0.5+2)=1509mmB=(120+2)*2+(113+2)+(65+2)*2+(113+2)*2=688mmH=(65+2)*7+37=506mm2.2.2 确定工作室有效尺寸L效B效H效为避免工件与炉内壁或电热元件砖相碰撞，应使工件与炉膛内壁之间有一定的空间，确定工作室有效尺寸为L效=1300mmB效=550mmH效

8、=450mm2.2.3 炉衬材料及厚度的确定由于侧墙，前墙及后墙的工作条件相似，采用相同炉衬结构，即113mmQN-1.0轻质黏土转+80mm密度为250kg/m3的普通硅酸铝纤维毡+113mmB硅藻土石专。炉顶采用113mmQN-1.0至质黏土石专+80mnm度为250kg/m3的普通硅酸铝纤维毡，+115mnB胀珍珠岩。炉底采用三层QN-1.0轻质黏土石专(67*3)mm+50mm度为250kg/m3的普通硅酸铝纤维毡+182mm版硅藻土石专和膨胀珍珠岩复合炉衬。3,炉I1用65mmQN-1.0至质黍占土石专+80mm度为250kg/m的普通硅酸铝纤维毡+65mmAK硅藻土石专。炉底隔砖采

9、用重质黏土砖，电热元件搁被选用重质高铝砖。炉底板材料选用Cr-Mn-N耐热钢，根据炉底实际尺寸给出，分三块或四块，厚20mm2.2.4 砌体平均表面积计算1外4+2*(115+50+115)=1509+2*(115+80+115)=2129!BBB+2*(115+50+115)=688+2*(115+80+115)=1409mmH外=H+2*(115+80+115)=506+2*(115+80+115)=1126mm2.2.5 炉顶平均面积F顶内=L*B=1509*688=1.188m22F顶外=8外L外=2.1291.409=3.000m2F顶均="/F顶内*f顶外=、/1.188

10、*3.000=1.888m2.2.6 炉墙平均面积炉墙平均面积包括侧墙及前后墙，为简化计算将炉门包括在前墙。F墙内=2LH+2BH=2HL+B)=2*0.506(1.509+0.506)2=2.223mF墙外=2H外(L外+B外)=2*1.126(2.129+1.409)2=7.968mF墙均=/墙内*F墙外="2.223*7.968=4.209m22.2.7 炉底平均面积_2F底内=B*L=506*688=1.188m2F底外=B外L外=2.1291.409=3.000m2F底均=，F底内F底外=，1.188*3.000=1.888m2.3 计算炉体的热散失由于炉子侧壁和前后墙炉衬

11、结构相似，故作统一数据处理，为简化计算，将炉门包括在前墙内。根据公式Q散=t1-tn+1/ESi/入iFi对于炉墙散热，首先假定界面上的温度及炉壳温度，t2'墙=800C,t3'墙=450C,t，'墙=65C则耐火层S的平均温度ts/匀=(1000+800)/2=900C硅酸铝2T维层&的平均温度ts2均=(800+450)/2=625C硅酸土石专层与的平均温度ts3均=(450+65)/2=257.5C&S3层炉衬的热导率由附表3查得入1=0.294+0.212*10-3tsi均=0.294+0.212*10-3*900=0.485W/(mC)入3=0

12、.131+0.23*10-3ts3均=0.131+0.23*10-3*257.5=0.190W/(mC)普通硅酸铝纤维的热导率由附表4查得，在与给定温度相差较小范围内近似认为其热导率与温度呈线形关系由ts2均=625C得入2=0.318W/(mC)当炉壳温度为60C室温为20C由附表2经近似计算得a=12.50W/(mC)2.3.1 求热流量q墙=(tg-ta)/(&/入1+S2/入2+S3/入3+1/a七)=(1000-20)/(0.115/0.511+0.05/0.129+0.115/0.194+1/12.1=683.3W/m22.3.2 验算交界面上的温度t2墙t3墙t2墙=t1

13、-q墙*(si/入1)=1000-683.3*(0.115/0.485)=838.0C/ =(t2墙-t2墙)/t2墙=(838.0-800)/800=4.7% <5%满足设计要求不需要重算。t3®=t2®-q®*(S2/入2)=838.0-683.3*(0.080/0.138)=441.9C/、_/ =(t3墙-t3墙)/t3墙=(441.9-450)/450=1.80% <5%满足设计要求不需要重算。2.3.3验算炉壳温度t4墙t4墙=t3墙-q墙*(S3/入3)=441.9-683.3*(0.115/0.190)=28.3C<50C满足一般

14、热处理电阻炉表面升温小于50C的要求。2.4 计算炉墙散热损失Q墙散2.4.1 计算炉墙散热损失Q墙散=q墙*F墙均=683.3*4.209=2876.0W同理可以求得t2顶=844.3Ct3顶=562.6Ct4顶=53Cq顶=485.4W/m2t2底=782.2Ct3底=568.5Ct4底=53.7Cq底=572.2W/m2炉顶通过炉衬散热Q顶散=q顶*F顶均=485.4*1.888=916.4W炉底通过炉衬散热Q底散=q底*F底均=572.2*1.888=1080.3W则整个炉体散热损失(其中1W=3.6KJ/h)Q散=Q墙散+Q底散+Q顶散=2876.0+916.4+1080.3=487

15、2.7W=17541.7KJ/h2.4.2 开启炉门的辐射热损失Q辐设装出料所需时间为每小时6分钟Q车i=3.6*5.765FSt(Tg/100)4-(Ta/100)4Tg=1000+273=1273KTa=20+273=293K由于正常工作时，炉门开启高度为炉膛高度的一半，故炉门开启面积F=B*(H/2)=0.688*0.506/2=0.174m2炉门开启率St=6/60=0.1由于炉门开启后，辐射口为矩形，且H/2与B之比为0.253/0.688=0.37,炉门开启高度与炉墙厚度之比为0.253/0.310=0.816,由图1-14第一条线查得=0.66故Q车i=5.675*3.6FSt(

16、Tg/100)4-(Ta/100)4=5.675*3.6*0.174*0.1*0.66*(26261.1-73.7)=26187.4KJ/h2.4.3 开启炉门溢气热损失Q溢Q溢=qaPaCa(tg-ta)St近似认为qva=1997B*H/2=1997*0.688*0.253*,0.253=174.8冷空气密度Pa=1.29kg/m2有附表得Ca=1.342KJ/(itfC)ta=20Ct为溢气温度，近似认为tg=ta+2/3(tg-ta)=20+2/3(1000-20)=673C_、_._Q溢=qvaPaCa(tg-ta)St=174.8*1.29*1.342*(640-20)*0.1=1

17、9760.5KJ/h2.4.4 其它热损失Q它一般其它热损失为上述热损失的10%-20%则Q它=0.13(Q件+Q散+Q辐+Q溢)=0.13(Q件+17541.7+6144.0+19760.5)=0.13Q件+5648.0KJ/h2.4.5 工件吸收的热量因为炉子安装功率为65KW又P安=KQ总/3600其中K为功率储备系数，本炉子设计中取K=1.4则P安=1.4Q总/3600=75KWQ总=65*3600/1.4=167142.9KJ/h得Q件=104467.9KJ/hQr19228.8KJ/h2.5 炉子生产率的计算2.5.1 炉子生产率计算低合金钢工件在650和20的比热容为C件2=0.

18、770KJ/(kg.C)C件1=0.486KJ/(kg-C)由Q件=P(C件2t1-C件1t。)得P=Q牛/(C件2t1-C件1t0)=153777.82/(0.77*650-0.486*20)=313.37Kg/h2.5.2 正常工作时的效率刀=Q件/Q总=104467.9/167142.9=62.50%2.5.3 保温阶段关闭炉门时的效率刀=Q件/Q总-Q辐-Q溢=104467.9/125491.1=83.25%2.6 炉子空载功率计算P=Q散+Q它/3600=(17541.7+19228.9)/3600=10.2KW2.7 空炉升温时间计算由于所设计的炉子的耐火层相似，而保温层蓄热较少，

19、为简化计算，将炉子侧墙、前后墙及炉顶按相同数据计算，炉底由于砌砖方法不同，进行单独计算。因升温时炉底板也随炉升温，也要计算在内。2.7.1 炉墙及炉顶蓄热V粘侧=2*1.509*(13*0.067+0.135)*0.115=0.326m3V粘前后=2*(0.688+0.115*2)*(17*0.067+0.135)*0.05=0.255mV粘顶=0.97*(1.509+0.276)*0.05=0.199m3V纤侧=2*(1.509+0.115)*(13*0.067+0.135)*0.05=0.244m3V纤前后=2*(0.787+0.115*2)*(17*0.067+0.135)*0.05=0

20、.196m顶_,_、_3V纤=1.071*(1.509+0.276)*0.08=0.153m侧_，、_V硅=2*(13*0.067+0.135)*(1.509+0.115)*0.115=0.351m前后_,3V硅=2*1.409*(17*0.067+0.135)*0.115=0.391m顶-3V硅=2.129*1.409*0.115=0.345m由式Q蓄=V粘p粘c粘(t粘-t0)+V纤p纤c纤(ttf-t0)+V硅p硅c硅(t硅-t0)其中t粘=(t1+t2墙)/2=(1000+838)/2=919Ct纤=(t2墙+t3墙)/2=(838+441.9)/2=640.0Ct硅=(t3墙+t4墙

21、)/2=(441.9+28.3)/2=235.1C查附表3得C粘=0.84+0.26*10-3t粘=1.08KJ/(kgC)C纤=0.81+0.28*10-3t纤=0.99KJ/(kgC)C石=0.84+0.25*10-3t硅=0.90KJ/(kgC)所以得Q蓄1=(V粘+V粘+V粘)p粘c粘(t粘-t0)+(V纤+V纤+V纤)p纤c纤(t纤-t0)+(V硅+V硅+V硅)p硅c硅(t硅-t0)=605854.08+90995.85+115737.78=812587.7KJ2.7.2 炉底蓄热计算V重粘底=(0.120*0.020*4+0.065*0.230+0.040*0.230*2+0.11

22、3*0.230*2)3*1.509=0.143mV轻粘底=(0.113*0.065*4+0.113*0.065*3)*1.509+(1.409-0.113*2)*(2.129-0.113)*0.065=0.233m3V纤底=2.129*1.409*0.05=0.150m3V硅底=2.129*1.409*0.180=0.540m3由于t粘=(t+t2底)/2=(1000+782.2)/2=891.1Ct纤=(t2底+t3底)/2=(782.2+568.5)/2=675.4Ct硅=(t3底+t4底)/2=(568.5+53.7)/2=311.1C查表得C重粘=0.88+0.23*10-3t粘=1.

23、08KJ/(kgC)C轻粘=0.84+0.26*10-3t粘=1.07KJ/(kgC)C纤=0.81+0.28*10-3t纤=1.00KJ/(kgC)C石=0.84+0.25*10-3t硅0.92KJ/(kgC)所以得Q蓄底=V粘底P粘C粘(t粘-t0)+V纤底P纤C纤(t幺f-t0)+V硅底P硅C硅(t石一t0)=596422.1KJ2.7.3炉底板蓄热根据附表6查得950c和20c时高合金钢的比热容分别为0.670和0.473,经计算炉底板重量为242Kg所以有Q蓄*"=G(c板2ti-c板it0)=242(636.5-9.46)=151743.6KJ得Q蓄=Q蓄i+Qw底+Q蓄

24、板=812587.7+596422.1+159807.12=1568816.9KJ得升温时间r升=、蓄/3600P安=5.8h对于一般周期作业炉，其空炉升温时间在3-8小时内均可，故本炉子设计符合要求。2.8 功率的分配与接线105KW功率均匀分布在炉膛两侧及炉底，组成Y、或YY接线。供电电压为车间动力电网380V核算炉膛布置电热元件内壁表面负荷，对于周期作业炉，内壁表面负荷应在15-35kW/m2之间，常用为20-25kW/m2之间。_2F电=2F电侧+F电底=2*1.509*0.506+1.509*0.688=2.71mW=P安/F电=65/2.71=24.0KW/m2表面负荷在常用的范围

25、20-25kW/m2之内，故符合设计要求。2.9 电热元件材料选择及计算由最高使用温度1000C,选用线状0Cr25Al5合金电热元件。接线方式采用YY。理论计算2.9.1 求950c时电热元件的电阻率pt当炉温为950c时，电热元件温度取1100C,由附表12查得0Cr25Al5在20c时电阻率p20=1.40Qmr2/m,电阻温度系数a=4*10-5C-1,则1100c下的电热元件电阻率为pt=P20(1+at)=1.46Qmr2/m2.9.2 确定电热元件表面功率由图5-3,根据本炉子电热元件工作系数取W允=3W仙122.9.3 每组电热元件功率由于接线方式采用丫丫每组元件功率P组=105/n=65/(3*2)=10.8KW2.9.4 每组电热元件端电压由于接线方式采用YY,供电电压为车间动力电网380V,故每组电热元件端电压既为每组电压U组=380/a/3=220V2.9.5 电热元件直径由公式得d=34.3VP2组pt/(U2组M)3=3.6mm取d=4mm2.9.6 每组