低温井式炉电阻炉课程设计说明书

1、热处理炉课程设计说明书炉 型：低温井式电阻炉学 院 ： 材 料 与 冶 金 学 院 专业班级 ： 金属材料工程2021级02班 学 号 ： 202102127066 学生姓名 ： 朱琼森 指导教师 ： 周 日 期 ： 2021年6月10日 目 录前言井式电阻炉设计任务书 1设计计算过程-2一炉型选择-2二确定炉体结构和尺寸21炉底面积确实定2. 炉底半径确实定3. 炉膛高度确实定4炉衬材料及厚度确实定三计算砌体外表积 21炉顶平均面积2. 炉墙平均面积3. 炉底平均面积四计算炉子功率 31根据经验公式法计算炉子功率2. 根据热平衡计算炉子功率加热工件所需的热量Q件通过炉衬的散热损失开启炉门的辐

2、射热损失开启炉门溢气热损失其他热损失热量总损失炉子安装功率五炉子热效率计算 6正常工作时的功率在保温阶段，关闭炉门时的功率六炉子空载功率计算 6七空炉升温时间计算 6炉墙及炉顶蓄热炉底蓄热炉底板蓄热八功率的分配与接线 9九电热元件材料选择及计算 9图表法理论计算法求1200 QUOTE 时电热元件的电阻率 QUOTE t确定电热元件外表功率每组电热元件功率每组电热元件端电压电热元件直径每组电热元件长度和重量电热元件的总长度和总重量校核电热元件外表负荷电热元件在炉膛内的布置十 炉架和炉壳的设计 12十一炉子总图，主要零部件图及外部接线图，砌体图 13十二炉子技术指标标牌 13设计小结 13参考文

3、献13前 言随着根底工业的不断现代化，即传统的制造技术与计算机技术、信息技术、自动化技术、新材料技术、现代管理技术的紧密结合，市场竞争更趋白热化，商家们的眼光不仅仅盯住如何提高产品质量上，而且还在如何提高效率、效益、保护环境、适应用户需要方面提出了更高的要求。对热处理行业来说，“优质、高效、低耗、清洁、灵活是现代热处理技术的标志，这十个字已经成为热处理工作者不断追求的总目标。要实现热处理技术的现代化，需要靠热处理设备的现代化来保证。现代热处理设备包括：大型连续热处理生产线、密封箱式多用炉生产线、真空热处理设备、无人化感应加热设备等。本次设计课程主要任务是设计一低温井式电阻炉，主要用于长轴类工件

4、的回火，退火，目的是通过本次设计能使所学知识得到进一步地稳固和深化，了解热处理炉的根本设计过程及原理，为在今后工作中更好地发挥专业知识和能力做保障。低温井式电阻炉设计任务书 编号：材料冶金学院 专业年级班级：金属材料工程10级2班学号： 202102127066 姓名： 朱琼森 一、根本条件1.炉型：低温井式电阻炉2.用途：轴类工件热处理3.最高工作温度：7004.炉膛有效尺寸：4005005.最大一次装炉量：150kg607.空炉升温时间：8.生产特点：周期式成批装料9.电源：单相，220V二、设计要求设计内容1) 砌体局部 2炉盖及升降机构、电热元件及外部接线、炉壳构架局部2. 标定主要技

5、术数据1额定功率 2额定电压 3额定温度4电源相数 5电热元件接法 6炉膛有效尺寸7炉膛尺寸 8空炉升温时间 9外形尺寸 1纸质和电子版本的?设计计算说明书?，规格：A42纸质和电子版本的炉子总图(AotuCAD绘制)，幅面：A1指导教师：沈东东2021年6月10日设计计算过程：炉型选择根据设计任务书给出的生产特点及炉型要求，本设计采用高温箱式炉。二确定炉体结构和尺寸 热处理炉生产率确实定炉子的有效尺寸为400500，根据表5-1，同时考虑到任务书上的要求，炉子用于轴类工件热处理，确定单位面积生产率p0=80120kg/(m2h)最大纵剖面积F=0.40.5=0.2m2那么生产率p= p0F=

6、1624 kg/ h 取p=30kg/ h炉衬材料及厚度确实定根据设计任务书给出的炉型要求，炉膛有效尺寸：400500；大致确定炉衬材料及厚度如下：炉墙结构： 115QN-0.8轻质粘土砖+膨胀珍珠岩45mm QUOTE ；炉底结构：采用500。炉盖结构： 300mm QN-0.4轻质粘土;电热元件搁砖： 采用LZ-65高铝砖;炉内套筒 ：采用LZ-65高铝砖材料制作成的套筒三计算砌体外表积砌体外廓尺寸按如下计算得： H实 = H效+200300mm H效=500mm即H实=700800mm取H实=700mmR实= R效+200300mm =400500mm取R实=400mmR外= R实+11

7、5+75=590mm灶膛外外表高度H外 = H实+ S底=700+500=1200mm炉顶平均面积F顶内= QUOTE =F顶外= QUOTE =F顶均=炉墙平均面积F墙内=0.80.7=F墙外=F墙均=炉底平均面积F底内= =0.5F底外= QUOTE F底均=四计算炉子功率 根据经验公式法计算炉子功率由课本公式5-14 P安=CF(t/1000)式中系数C=30kWh /(m)，空窟升温时间=1.5h，炉温t=700，炉膛内壁面积： F壁=20.7+2=m2所以，P安=CF(t/1000)1.55 =30(700/1000) =kW根据热平衡计算炉子功率加热工件所需的热量Q件由于不知道加热

8、钢件种类，由附表6得，工件在加热时应取比热容较大的钢种类作为计算依据，以充分保证没一类工件加热时受热充分。故C件2kJ/(kg)(低合金钢),C件1kJ/(kg)。那么，Q件 =pC件2t2C件1t0 =20(70020) =1kJ/h通过炉衬的散热损失计算炉墙的散热损失根据公式有：Q散=q*F 对于炉墙散热，如下图：假定界面上温度分别为t2=530, t3=60, 耐火层S1的平均温度t1均 =615,保温层S2的平均温度t2均=295；那么，S1，S2层炉衬的热导率，由附表3得，1=0.2941210-3W/m22=0.04210-3W/m2且当炉壳温度为60，室温为20时，由附表2，可查

9、得=12.17 W/m2； 求热流量q墙=W/m2B、验算界面上的温度 t1墙=t1-q墙s1/1=700-24=5=%5%,满足设计要求，不需要重新计算.C、验算炉壳温度t2墙=t2- q墙s2/2=%5%,满足设计要求，不需要重新计算D、炉墙的散热损失Q散墙= q*F=W = 2 * GB3 计算炉底的散热损失假定界面上温度分别为t2=60, 耐火层S1的平均温度t1均 =405,那么，S1层炉底的热导率，由附表3得，1=0.2941210-3W/m2且当炉壳温度为60，室温为20时，由附表2，可查得=12.17 W/m2； 求热流量Q低=W/m2B、验算界面上的温度 t1底=t1-q底s

10、1/1=700-/0.375=100%=%5%,满足设计要求，不需要重新计算.D、炉底的散热损失Q散墙= q*F=W = 3 * GB3 计算炉盖的散热损失假定界面上温度分别为t2=50, 耐火层S1的平均温度t1均 =400,那么，S1层炉底的热导率，由附表3得，1=0.08+0.2210-3W/m2且当炉壳温度为50，室温为20时，由附表2，可查得 W/m2； 求热流量Q低=W/m2B、验算界面上的温度 t1底=t1-q底s1/1=700-/0.1625=100%=2%5%,满足设计要求，不需要重新计算.D、炉盖的散热损失Q散墙= q*F=W所以，整个炉体散热损失为：Q散 =Q墙+Q底+Q

11、盖=+=W=kJ/h开启炉门的辐射热损失设装出料所需要的时间为每小时6分钟，根据课本公式5-6，Q辐5.675 Ft (Tg/100)4(Ta/100)4因为tg=700+273=923 K ta=20+273=293 K炉门开启面积 F=d2= QUOTE =炉门开启率 =6由于炉门开启后，辐射为圆形，且D与s之比为由课本图1-14查得故Q辐 (973/100)4(293/100)4 = kJ/h其他热损失其他热损失约为上述热损失之和的1020%，故 Q它=0.2Q件+Q散+Q辐 =kJ/h热量总损失设计任务书可以看出，该设计为普通低温井式炉，所以，Q控、Q辅均可视为零，即：Q控=0、Q辅=

12、0，再由课本公式5-10得 Q总=Q件+Q辅+Q散+Q辐+Q它 =kJ/h炉子安装功率由课本公式5-11得： P安=KQ总/3600其中，K为功率储藏系数，本炉子设计中K去1.5，那么 P安3600=kW 五炉子热效率计算 正常工作时的功率有课本公式5-12 =Q件/Q总=14/=%在保温阶段，关闭炉门时的功率=Q件/Q总-Q辐=-=%六炉子空载功率计算 P空=Q散+Q它/3600=+3600=kW七空炉升温时间计算 炉盖、炉底及炉墙各材料体积计算V= QUOTE =m3 V= =m3 V=20.7 =0.182 m3V= QUOTE =m3炉盖蓄热计算由课本公式5-9，计算蓄热量 Q蓄1=V

13、粘粘c粘t粘-t0因为，t粘=t1粘+t2粘/2=，查附表3，得，c粘10-3=KJ/(kg)Q蓄1=V粘粘c粘t粘-t0=400-20=kJ炉墙蓄热计算同理，Q蓄2= V粘粘c粘t粘-t0因为，t粘=t1粘+t2粘/2=，查附表3，得，c粘10-3=KJ/(kg)Q蓄2= V粘粘c粘t粘-t0=0.251800-20) =kJ炉墙蓄热计算同理，t粘=t1粘+t2粘/2=可得，c粘10-3=KJ/(kg)T珍珠岩=t1珍珠岩+t2珍珠岩/2=可得，c珍珠岩210-3=KJ/(kg)Q蓄3= V粘粘c粘t粘-t0+ V珍珠岩珍珠岩c珍珠岩t珍珠岩-t0=800-20)+140-20) =kJ其他

14、炉结构蓄热炉套体积 V=0.61+710-3kJ/ (kg)密度取=2500kg/m3Q套 =7002500=28kJ总蓄热计算Q蓄= Q蓄1+ Q蓄2 + Q蓄3+ Q =+2=kJ空炉升温时间验算=/3600*=/360025=故本炉设计符合要求。八功率的分配与接线 电热元件的选择及计算由最高使用温度为700 QUOTE ，选用Cr15Ni60电热元件接线，接线方式采用单相。当炉温为700 QUOTE 时，电热元件温度为900 QUOTE ，查文献1附表12得： Cr15Ni60在20 QUOTE 时的电阻率为 QUOTE QUOTE QUOTE QUOTE 那么900 QUOTE 下的电

15、阻率 QUOTE = QUOTE QUOTE QUOTE /m。确定电热元件外表功率根据文献1表5-3，本炉子电热元件工作条件取 QUOTE W/ QUOTE 每组电热元件的功率 QUOTE KW4每组电热元件的端电压220V QUOTE QUOTE 电热元件直径线状电热元件直径可以参考阅文献1公式5-24 QUOTE QUOTE 取d=3mm6.每组电热元件的长度和重量由文献1公式5-25可得 QUOTE QUOTE QUOTE QUOTE 1公式5-26可得 QUOTE = QUOTE QUOTE 由文献1附表12可查得 QUOTE QUOTE QUOTE = QUOTE 7.电热元件的总

16、长和总质量 QUOTE =4 QUOTE QUOTE QUOTE =4 QUOTE QUOTE 8.校核元件外表负荷 QUOTE = QUOTE = QUOTE = W/ QUOTE W/ QUOTE 故元件外表负荷合格，结果满足设计要求。9.电热元件的布置4组电热元件，每组分成10折 QUOTE = QUOTE m丝状电热元件绕成螺旋状，当元件温度低于950 QUOTE 750时，由文献1表5-5可知，螺旋节径D=6 QUOTE 8d。因此，取D=7d=21mm。螺旋体圈数N和螺距分别为N= QUOTE = QUOTE =75圈h= QUOTE mm/3 QUOTE h/d在2 QUOTE

17、4范围内设计合理电热元件引出棒：1Cr18Ni9Ti，=12mm，l=500mm十 炉架和炉壳的设计 炉架和炉壳承受炉子砌体的重量及炉子所受的各种作用力，防止砌体开裂或倒塌，保证炉子顺利工作。炉子构架的结构和形状，可根据炉子要求的性能和用途参考类似的炉子选择，通常还应进行力学计算，确定各局部构件的尺寸大小。构架主要包括横架、支柱和拱脚梁，通常用角钢、槽钢或工字钢等型材焊接一起而成。根据炉子要求的性能和用途参考类似的炉子选择，并且通过进行力学计算得拱脚梁：选用等边角钢；支 柱：选用两根16槽钢也可装置两个14号的工字钢；上部拉杆：选用角钢 截面积炉壳是用钢板沿炉架焊接而成的封闭壳体。它可以保护炉

18、子砌体，保护炉子外观整齐，加固炉子结构，并保持炉子的封闭性，也可以支持局部附属设备。炉壳焊好之后，通常都要在炉架炉壳内外各部涂红丹漆以防锈蚀，炉壳外表还要加涂一层漆灰漆或银粉漆，以减低炉子热辐射和便于保持清洁美观。炉壳用的钢板一般在35毫米内，底板要承受较大的重量，后板要钻孔安装电加热体引出棒用的螺栓底座，要用较厚的钢板， 十一炉子总图，主要零部件图及外部接线图，砌体图十二炉子技术指标标牌额定功率：25KW 额定电压：220V最高使用温度：700生产率：20Kg/h相数：单相 接线方法： +工作室有效尺寸：400 QUOTE 500mm外形尺寸：1180 QUOTE 1200mm设计小结这次设计，我设计的是低温井式炉电阻炉设计，刚开始拿到设计的任务书时没有设计的思路，觉得很困难，再加上之前的热处理炉的知识掌握不是很好，所以，开始阶段