热处理设备课程设计报告-箱式电阻炉

1、热处理设备课程设计课程设计报告报告题目：650 材 料 工 程 系金 属 材 料650 90 kg/h 的箱式电阻炉设计职称 学生姓名2011-10-20总体设计要求和技术要点了解设计的一般方法和步骤。2.初步培养学生的设计基本技能，如炉型的选择、结构尺寸设计计算、绘图、查阅手册和设计资料，熟悉标准和规范等。3.使学生掌握设计热处理设备的基本方法，能结合工程实际，选择并设计常用热处理设备，培养学生对工程技术问题低合金钢毛坯或零件的淬火、正火、调质处理及回火。2.工件：中小型零件，无定型产品，处理批量为多品种，小批量；3.最高工作温度：650、750、850、950、12004.生产率：60-1

2、20kg/h（分 7 工作内容及时间进度安排1、设计说明书：设计说明书是存档文件，是设计的理论计算依据。说明书的格式如下：A 3件图 3 张：电热元件零件图，炉门图，炉衬图（A 3、使用说明书：电阻炉的技术规范及注意事项等。4内 容 摘 要650 90kg/h式电阻炉结构尺寸设计计算、计算分配电阻炉加热功率、计算电热元件尺寸、核算设备技术经济指标、绘图（电阻炉总图一张，电热元件零件图，炉门图，关键词：箱式电阻炉、炉衬材料、砌体结构、电热元件、热处理炉、技术经济指标目 录1 前 言5本设计的目的 . 5本设计的技术要求 . 52 6确定炉体结构和尺寸 . 6炉底面积的确定. 6确定炉膛尺寸. 6

3、炉衬材料及厚度的确定. 6砌体平均表面积计算 . 7炉顶平均面积. 7炉墙平均面积. 7炉底平均面积. 7根据热平衡计算炉子功率 . 7加热工件所需的热量 Q . 7件通过炉衬的散热损失 Q . 7散2. 开启炉门的辐射热损失. 9开启炉门溢气热损失. 10其它热损失. 10热量总支出. 10炉子安装功率. 10炉子热效率计算 . 10正常工作时的效率. 10在保温阶段，关闭时的效率. 11炉子空载功率计算 . 11空炉升温时间计算 . 11炉墙及炉顶蓄热. 11炉底蓄热计算. 12炉底板蓄热. 12功率的分配与接线 . 13电热元件材料选择及计算 . 13图表法. 132.8.2 理论计算法

4、. 13炉子技术指标（标牌） . 153 前 言本设计的目的设计650 90kg/h的箱式电阻炉本设计的技术要求设计一台热处理电阻炉，其技术条件为：（1用途：中碳钢、低合金钢毛坯或零件的淬火、正火、调质处理及回火。（2）工件：中小型零件，无定型产品，处理批量为多品种，小批量；（3）最高工作温度：650；（4）90kg/h；（5）生产特点：周期式成批装料，长时间连续生产。设计说明2.1 确定炉体结构和尺寸2.1.1 炉底面积的确定因无定型产品，故不能使用实际排料法确定炉底面积，只能用加热能力指标法。炉子的生产率为 P=90，按表 5-1 选择箱式炉用于正火和淬火时的单位面积生产率P 为0120k

5、g/(m h)。故可求的炉底的有效面积2F =P/P =0.75 m210由于有效面积与炉底总面积存在关系式 F/F ，取系数上限，得炉底实际面积0F=F 5=m212.1.2 确定炉膛尺寸由于热处理箱式电阻炉设计时应考虑装、出料方便,取 ，因此，可求的：L=/ 0.5= mFB=L/2=0.664 m根据标准砖尺寸，为便于砌砖，取L=1.392 m B=0.680 m按统计资料，炉膛高度 H 与宽度 B 之比 H/B 通常在之间，根据炉子的工作条件，取 H/B=0.7左右。则 H=0.490 m可以确定炉膛尺寸如下L=(230+2)6=1392 mmB=(120+2)3 +(40+2)2+（

6、113+2）2=680 mmH=(65+2)7+21=490 mm确定为避免工件与炉内壁或电热元件搁砖相碰撞，应使工件与炉膛内壁之间有一定空间，确定工作室有效尺寸为L =1200 mm B =500 mm H =350 mm效效效F =2(LH)+(LB)+2(BH)+23.14B1/6L=m2壁由经验公式可知：P =C F(t/1000)安升取式中系数 C=30(kMh)/(m,空炉升温时间假定为 ，炉温 t=650。升所以 P = （650/1000） = kW安暂取P =30kW安2.1.3 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 1.0轻质粘土砖5

7、0mm 密度为 250kg/m 的普通硅酸铝纤维毡113mmB级硅藻土砖。3炉顶采用 1.0 轻质粘土砖80mm 密度为 250kg/ m 的普通硅酸铝纤维3毡115mm膨胀珍珠岩。炉底采用三层 QN1.0 轻质粘土砖（673）mm50mm 的普通硅酸铝纤维毡182mmB级硅藻土砖和膨胀珍珠岩复合炉衬。炉门用 65mm QN1.0 轻质粘土砖80mm 密度为 250kg/m 的普通硅酸铝纤维毡365mmA 级硅藻土砖。炉底隔砖采用重质粘土砖，电热元件搁砖选用重质高铝砖。炉底板材料选用 CrMnN20mm。2.2 砌体平均表面积计算L L+2(115+50+115)=1950 mm外B B+2(

8、115+50+115)=1240 mm外H =1390 mm外式中：拱顶高度，此炉子采用 60标准拱顶，取拱弧半径 R，则 f 可由 fR（1cos30）求得。2.2.1 炉顶平均面积R2 3.14 F 顶内26F B L m2顶外外外F F m2顶内 顶外顶均2.2.2 炉墙平均面积炉墙面积包括侧墙及前后墙，为简化计算将炉门包括在前墙内。F 2LH2BH2H（）20.490(1.392+0.680)=2.031 m2墙内F 2H (L B 2(+)= m2墙外外外外F F m2墙内 墙外墙均炉底平均面积F BL0.6801.392 m2底内F B L =2.418 m2底外外外F F F 1

9、.51 m2底内 底外底均2.3 根据热平衡计算炉子功率2.3.1 加热工件所需的热量 Q件 650及 20时比热容分别为 c kJ/(kgc 0.486kJ/(kg)件21件Q p(c t c t 90(6500.48620)60609 kJ/h2 11 0件件件2.3.2 通过炉衬的散热损失 Q散由于炉子侧壁和前后墙炉衬结构相似，故作统一数据处理，为简化计算，将炉门也包括在前墙内。t - t1n 1根据式 Q 散sni Fi ii1对于炉墙散热，首先假定界面上的温度及炉壳温度，t 540t 320，墙23墙t 60则墙4 耐火层 s 的平均温度 t 均595，硅酸铝纤维层 s 的平均温度

10、t 1s12s2均2 430，硅藻土砖层s 的平均温度 t 均190，s s 层炉衬的3s31322热导率由附表 3 得 0.29+0.25610 t 42W/(m)-31s1均 0.131+0.2310 t 75W/(m)-33s3均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成线性关系，由 t 430，得均s2 0.098W/(m)2当炉壳温度为 60，室温为 20时，由附表 2 近似计算得 12.17 W/(m)求热流t tgs s saq 墙11 23 a123 0.05 1 12.1741W/ m2验算交界面上的温度 t ，t墙23墙st

11、=t q墙541.421墙t t 541.4 墙%2t 2墙，满足设计要求，不需重算。st =t q墙332墙墙t t 328.2 3墙%t 3墙，满足设计要求，不需重算。(3)验算炉壳温度 t4墙st =t q墙7043墙墙满足一般热处理电阻炉表面升温50的要求。(4)计算炉墙散热损失Q q F 44.24 W墙散墙墙均同理可以求得t , t , t , q W/ m2234顶顶顶顶t , t =356.7, t =50.3, q W/ m2234底底底底炉顶通过炉衬散热Q q F W顶散顶顶均炉底通过炉衬散热Q q F W底散底底均整个炉体散热损失Q Q Q Q 2556 W散墙散顶散底散

12、开启炉门的辐射热损失设装出料所需时间为每小时 6 分钟Q （辐） （4） 4t因为 650273923K，Ta20273293K，由于正常工作时，炉门开启高度为炉膛高度的一半，故H0.4902炉门开启面积 B 0.167 m2炉门开启率 tH由于炉门开启后，辐射口为矩形，且 与 B之比为 0.36，炉门开启高度与炉墙厚度之比为0.2450.886，故0.28Q 3.65.675Ft（辐） （4） 4676（） （4） 41kJ/h开启炉门溢气热损失溢气热损失由下式得Q q c t )溢 a a g aH H其中，q 1997B 19970.6800.245 0.245=m /h3va冷空气密度

13、 ,由附表10 得 c 1.342kJ/( m ),t , t 为溢气温度，近似认为t t33aaa=20gga (t -t ) 20 (650-20)=440g aQ q c (t t ) t11.291.342(44020)0.11 kJ/h溢va a aga其它热损失其它热损失约为上述热损失之和的 10%20%，故Q 3(Q +Q +Q +Q )= kJ/h它件散辐溢热量总支出其中 Q 0，Q 0，由下式得辅控Q Q +Q +Q +Q +Q +Q + Q = kJ/h总件辅控散辐溢它炉子安装功率总P 安其中 K为功率储备系数，本炉设计中 K取 1.5，则1.5 P 安3kW与标准炉子相比

14、较，取炉子功率为 35kW。炉子热效率计算正常工作时的效率Q=60609/86397.5 =%件Q总在保温阶段，关闭时的效率件8%Q Q Q )总辐溢炉子空载功率计算Q Q P 空3.5 kW散它空炉升温时间计算由于所设计炉子的耐火层结构相似，而保温层蓄热较少，为简化计算，将炉子侧墙和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。炉墙及炉顶蓄热V 21.392(100.067+0.135)0.115=0.258m3侧粘V 2(0.680+0.1152)(150.067+0.135)0.115=0.239m3前后粘V 3粘顶V 2(1.3

15、92+0.115)(100.067+0.135)0.05=0.121m纤3侧V 2(0.680+0.1152)(150.067+0.135)0.05=0.104m3前后纤V 1.071(1.392+0.276)0.08=0.143m3顶纤V (100.067+0.135)(1.392+0.115)0.115=0.279m3侧硅V 2(150.067+0.135)0.115=0.325m3前后硅V 1.2400.115=0.278 3珍顶Q V c (t t )+V c (t t )+ V c (t t )000蓄粘粘粘粘纤纤纤纤硅硅硅硅 541.4因为 t （t1t2 ）2粘墙查附表 3 得c

16、 0.84+0.2610 t 0.84+0.2610 kJ/(kg)-3-3粘粘 t （t t /223墙2纤墙查附表 3 得c 1810 t 1810 kJ/(kg)-3-3纤纤 2t （ t ）/2t34墙硅墙查附表 3 得c 0.84+0.2510 t 510 kJ/(kg)-3-3硅硅所以得Q (V + V + V ) c (t t )+(V + V + V ) c (t t )+侧粘前后粘顶粘侧纤前后纤顶纤100蓄粘粘粘纤纤纤( V + V + V ) c (t t )侧硅前后硅顶硅0硅硅硅493808 kJ/h炉底蓄热计算V 粘底0.225m3V 底1.2400.050.121m3

17、纤V 1.2400.1820.440m3硅底由于 t （t t ）(650+)/2粘底12底查附表 3 得c 0.84+0.2610 t kJ/(kg)-3底粘底粘t （t t ）(+356.7)/2底23底底纤查附表 3 得c 0.81+0.2810 t 31 kJ/(kg)-3底纤底纤t （t t ）(356.7+50.3)/2203.5底34底底硅查附表 3 得c 0.84+0.2510 t 0.891 kJ/(kg)-3底硅底硅所以得Q 0.2251.010 (-20)+0.1210.2510 31(-20)+33底蓄0.4400.510 0.891(203.5-20)3172327

18、kJ/h炉底板蓄热根据附表 6 查得 650和 20时高合金钢的比热容分别为 c 0.875kJ/(kg和 c2板10.473kJ/(kg。经计算炉底板重量 G=180kg，所以有板Q G(c t - c t 9.46) kJ/h板2 11 0板板蓄Q Q Q Q 766807 kJ/h底蓄板蓄1蓄蓄空炉升温时间Q蓄P安 升h对于一般周期作业炉，其空炉升温时间在 38 小时内均可，故本炉子设计符合要求。因计算蓄热时是按稳定态计算的，误差大，时间偏长，实际空炉升温时间应在4 小时以内。功率的分配与接线35kW 功率均匀分布在炉膛两侧及炉底，组成 、 或 、 接线。供电电压为车间动力 380V。核

19、算炉膛布置电热元件内壁表面负荷，对于周期式作业炉，内壁表面负荷应在 1535kW/ m 之间，常用为2025 kW/ m 之间。22F 2F F 21.3920.490+1.3920.680= m2电电侧电底WP /F 35/2. 31kW/ m2安电故符合设计要求。电热元件材料选择及计算由最高使用温度 650，选用线状 0Cr25Al15 合金电热元件，接线方式采用 。图表法由附表 15 查得 0Cr25Al1 电热元件 35kW 箱式炉 Y 接线，直径 d4.8mm 时，其表面负荷为 1.56W/ cm 。每组元件长度 L m,总长度 L m,元件总重量 G 。2组总总理论计算法1、求 650时电热元件的电阻率 t当炉温为 650 12 查得 0Cr25Al5 在 20时电阻率 1.40mm /m 410 ,则 下的电热元件电阻率2-5-120为 (1+t)= 1.40(1+410 1100)= 1.46mm /m-52t202、确定电热元件表面功率由图 53，根据本炉子电热元件工作条件取 W 。2允3、每组电热元件功率由于采用 Y接法，即三相双星形接法，每组元件功率P 35/n=35/311.7 kW组4、每组电热元件端电压由于采用 YY 380V电压U 380/ =220V组5、电热元件直径线状电热元件直接由下式得2 / U2W 4.7 mm允