中温井式炉课程设计

目录TOC\o"1-5"\h\z摘要1设计任务1炉型的选择1确定炉体结构和尺寸1砌体平均表面积计算2计算炉子功率3炉子热效率计算8炉子空载功率计算8空炉升温时间计算8功率的分配与接线11电热元件材料选择及计算11炉子构架、炉门启闭机构和仪表图13炉子总图，主要零部件图及外部接线图，砌体图13炉子技术指标13编制使用说明书13一设计任务设计一台年生产220吨的井式热处理电阻炉炉子用途：碳钢、低合金钢等的淬火、退火及正火。热处理工件：中小型零件，小批量多品种，零件最大长度小于0.5m。热处理炉最高工作温度：950°C炉外壁最高温度：60C二炉型的选择根据设计任务给出的生产特点，拟选用中温井式电阻炉三确定炉体结构和尺寸1炉底面积的确定因无定型产品，故不能用实际排料法确定炉底面积，只能用加热能力指标法由已知年生产400吨，作业制度为二班制生产则生产率：220x103P=fT5=91-675按表5-1选择井式炉用于淬火时的单位面积生产率p=100kgm20故可求得炉底有效面积P91.67F=—=-=0.92m21P100由于有效面积与炉底总面积存在关系式F=0.75〜0.85F取系数上限得炉底实际面积F=上-=些=1.08m20.850.85炉底直径的确定由公式F=兀"也nD=「正:空甄=1.17m4、顶3.14炉膛高度的确定由于加热式工件的最大长度小于500mm,工件距炉顶和炉底各约150mm〜250mm则炉深H=500+250+250=1000mm=1.0m则炉膛高度：H=(65+2)x15+37=1042mm牝1.0mm炉衬材料及厚度的确定炉衬由耐火层和保温层组成，对于950°C的井式炉，用一层轻质粘土砖作为耐火层，硅藻土砖及蛭石粉作保温层，在炉膛底部应干铺一层粘土砖作为炉底。对于深度较大的炉子，在耐火层与炉口砖之间应当留15〜25mm膨胀缝，炉膛底部应留有清除氧化皮的扒渣口，炉衬外有炉壳保护。综上所述，炉墙采用113mmQN-1.0轻质粘土砖+80mm密度为250mmkg/m3普通硅酸铝纤维毡+113mmB级硅藻土砖。炉顶采用113mmQN-1.0轻质粘土砖+80mm密度为250kgm3的普通硅酸铝纤维毡+230mm蛭石粉。炉底采用QN-1.0轻质粘土砖(67x2)mm+50mm密度为250kg/m3的普通硅酸铝纤维毡+182mmB级硅藻土砖和蛭石粉复合炉衬。

炉壳用5mm钢板制作。砌体平均表面积计算D外=D+2x(115+80+115)mm=1170+620mm=1790mmC底=67x2+50+182mm=366mmf=R(1-cos30。)=D(1-cos30。)=1170x(1-cos30。)=157mmh=(65+2)+(135+2)x2mm=341mm共角H外=1000+148+366+341mm=1855mm炉顶平均面积F顶内F顶外2兀R八2x3.14•D=x1.172=F顶内F顶外2兀R八2x3.14•D=x1.172=1.43m261•4兀R2661x4x3.14x1.172m2=2.87m26F顶均F外zFF

ln-^F内2.87-1.43———m2=2.07m22.87ln1.43炉墙平均面积七内=2兀r内xH内=2x3.14x0.55x1.00m2=3.45m2=2x3.14x0.64x1.855m2=7.46m2F墙均F外^=F

ln^外F内7.46-3.457.463.45m2=5.20m2炉底平均面积F底内=兀r内2=3.14x0.552m2=0.95m2七外=兀r外2=3.14x0.642m2=1.29m2F底均七二=斗警m2=1.11mF底均F11.29lnlnF0.95内五、计算炉子功率根据热平衡计算炉子功率加热工件所需的热量Q件由附表6得，工件在950°C及20°C时比容分别为c件2=0.636kJ/(kg・°C),c^=0.486kJ(kg・°C),根据式(5-1)Q=p(cL-cL)=91.67X(0.636X950-0.486X20)=54495.98kJ/h件2211Q辅=0Q控二0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，将炉门包括在前墙内。根据式(1-15)tt11一n；1Q散—£挣i=111对于炉墙散热，如旁边图所示，首先假定界面上的温度及炉壳温度，J墙=850C，七墙=450C，七墙=60C，则耐火层Si的平均温度t=9°°；"°=900C，硅酸铝纤维层s的平均温度t=850+450=650°C,si均2s2均2硅土砖s3的平均温度七均二465；60=255C，s「s3层炉衬的热导率由附表3得气=0.294+0.212X10-3ts1均=0.294+0.212X10-3X900=0.485W/(m•°C)%=0.131+0.23X10-3ts3均=0.131+0.23X10-3X255=0.190W/(m•C)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ts2均二650C,得X2=0.132W/(m•C)当炉壳温度为60C，室温为20C，由附表2经近似计算得a^=12.17W/(m2•C)①求热流如斗月1才氏+冗+砂=950—2。=607.6W/m20.1150.0800.1151~+++0.4850.1320.19112.17②验算交界面上的温度t=t-q&=950-607.6X2115=805.9°CTOC\o"1-5"\h\z2墙1墙人10.485△二12墙—U=809.5-850=4.7%飞墙850△<5%，满足设计要求，不需重算t=t-q缶=805.9-607.6X2：080=437.7C\o"CurrentDocument"3墙2墙墙芸0.132△=t3墙-13^，=437.7-450=2.7%%墙’450△<5%,也满足设计要求，不需重算。③验算炉壳温度t=ts.=437.7-607.6X蛙=69.7C<70C\o"CurrentDocument"4墙3墙才0.190满足要求。计算炉墙散热损失Q墙散二q墙・F墙均二607.6X5.20=3159.52W同理可以求得匕顶二847.5C,t3顶=558.4C,t4顶=53.8C,q顶=476.3W/m2匕底二784.1C,t3底二565.5C,七底二53.2C,q底二562.9W/m2炉顶通过炉衬散热Q顶散二q顶・F顶均二476.3X2.07=985.94WQ底散二4底・F底均二562.9X1.11=624.82W整个炉体散热损失Q散Q墙散+Q顶散+Q底散=3159.52+985.94+624.82=4770.28=17173.01kJ/h（5）开启炉门的辐射损失设装出料所需时间为每小时6分钟，根据式子（5-6）Q=3.6X5.67FQ8[（IL）4-（竺）4]辐100100因为Tg=950+273=1223K,Ta=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=nXr=3.14X0552=0.95m炉门开启率为8t二£=0.1由于炉门开启后，辐射口为圆形，且H与r之比为竺0=0.78,20.64炉门开启高度与炉墙厚度之比为竺=0.79,由图1-14第1条线查得0.28中=0.7，故Q=5.675X3.6F8^[（!L）4-（!±）4]辐t100100=5.675X3.6X0.95X0.1X0.7X[（竺）4-（竺）4]100100=30294.43kJ/h（6）开启炉门溢气热损失溢气热损失由式（5-7）得Q溢=qVaPaCa（"）§t其中，qva由式(5-8)得qva=1997B•%•料=1997X0.869X0354X二365.5m3/h冷空气密度pa=1.29kg/m3,由附表10得ca=1.342kJ/(m3・°C)t=20C,t’为溢气温度，近似认为t’=t+2(t-t)agga3ga=20+2(950-20)3=640CQ=qpc(t’一t)8溢va厂aaggt=365.5X1.29X1.342X(640-20)X0.1=39230.3kJ/h其他热损失其他热损失为上诉热损失之和的10%〜20%，故Q它=0.13(Q件+Q散+Q辅+Q溢)=0.13X(54495.98+17173.01+30294.43+39230.3)=18355.18kJ/h热量总支出由式子(5-10)得Q总=Q件+Q辅+Q控+Q散+Q辐+Q溢+Q它=54495.98+17173.01+30294.43+39230.3+16294.95=157488.67KJ/h炉子安装功率由式(5-11)p=K•Qa安3600其中K为功率储备系数，本炉设计中K取1.4,则P=14x157488.67=6i.2kW安3600与标准炉子相比较，取炉子功率为kW。六、炉子热效率计算五.正常工作时的效率由式(5-12)Q件n=Q总=54495.98/157488.67=51.3%六.在保温阶段，关闭炉门时的效率n=Q件、=54495.98。总_(q]+Q溢)157488.67—(17173.01+30294.43)=64.7%七、炉子空载功率计算P=Q散+Q它=18355.18+17173.01=9.87kW空36003600八、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侧=2X[1.509X(15X0.067+0.135)X0.115]=0.326m3黏v前.后=2X(0.869+0.115X2)X(16X0.067+0.135)X0.115]黏=0.305m3V顶=0.97X(1.509+0.276)X0.115=0.199ma黏V侧=2X[(1.509+0.115)X(15X0.067+0.135)X0.080]=0.244m3纤v前.后=2X[(0.87+0.115X2)X(16X0.067+0.135)X0.080]纤=0.212m3V顶=1.071X(1.509+0.276)X0.08=0.153m3纤侧=2X[(15X0.067+0.135)X(1.509+0.115)X0.115]=0.351m3硅前•后=2X[1.490X(16X0.067+0.135)X0.115]=0.414m3硅V顶e2.360X1.490X0.115=0.404m3震由式(5-9)得Q=Vpc(t-t)+Vpc(t-t)+Vpc(t-蓄粘广粘粘粘0纤广纤纤纤0硅广硅硅硅t0)因为t粘=(t1+匕墙)/2=950〔洒9=878.0°C查附表3得c黏=0.84+0.26X10-3t黏=0.84+0.26X10-3X878.0=1.07kJ/(kg・C)t纤=(t2墙+七墙)/2=洒9；437.7=621.8C查附表3得c纤=0.81+0.28X10-3t纤=0.81+0.28X10-3X621.8=0.98kJ/(kg・C)t=(t+t)/2=437.7+69.8=253.8C硅3墙4墙2查附表3得c硅=0.84+0.25X10-3t硅=0.84+0.25X10-3X253.8=0.90kJ/(kg・°C)所以得q=(y侧+v前.后+v顶)pc(t-t)蓄1黏黏黏黏黏黏0+(V侧+V前•后+V顶)pc(t-t)纤纤纤纤纤纤0+(V侧+V前.后+V顶)pc(t-t)硅硅珍硅硅硅0=(0.326+0.305+0.199)XO.8X103X1.07X(878.0-20)+(0.244+0.212+0.153)X0.25X103X0.98X(621.8-20)+(0.351+0.414+0.404)X0.55X103X0.90X(253.8-20)=834672.9kJ炉底蓄热计算V底=[2X(0.02X0.12+0.113X0.065)+(0.04+0.0650.113+(0.113X0.12)]X1.045+(1.045-0.115X2)X(1.601-0.115)X0.065=0.143m3底=1.601X1.079X0.05=0.086m3底=1.601X1.079X0.182=0.314m3由于t底=(t1+t2底)/2=950+784」=867.1C查附表3得C底=0.84+0.26X10-3t黏=0.84+0.26X10-3X815.35=2.15kJ/(kg・C)t底='2底*'3底=784」+565.5=674.8C纤22查附表3得C底=0.81+0.28X10-3驾=0.81+0.28X10-3X674.8=1.00纤〜kJ/(kg・°C)t底=〈底*‘4底=565.5+对2=309.4C硅22查附表3得C底=0.84+0.25X10-3?^=0.84+0.25X10-3X309.4=0.92硅kJ/(kg・°C)所以得C底=0.143X2.1X103X1.08X(867.1-20)+0.262X1.0X103X1.07蓄X(867.1-20)+0.176X0.25X103X1.00X(674.8-20)+0.633X0.5X103X0.918X(309.4-20)=625106.4kJ4、炉底板蓄热根据附表6查得950°C和20°C时低合金钢的比热容分别为c板2=0.670kJ/(kgC)和c板1=0.473kJ/(kgC).经计算炉底板质量G=242kg,所以有。板=6(ct-ct)=242X(0.670X950-0.473X20)蓄板21板10=151743.6kJQ=Q1+Q底+Q板=834672.9+625106.4+151743.6=1611522.9kJ蓄蓄蓄蓄由式(5-13)得空炉升温时间T=。蓄=1611522.9=6.9h升360OP安3600x65对于一般周期作业炉，其空炉升温时间在3~8小时均可，故本炉子设计符合要求。因计算蓄热时是按稳定计算的，误差大，时间偏长，实际空炉升温时间应在4小时以内。九、功率的分配与接线65kW的功率平均分配在炉膛两侧和炉底，组成单相接法接线。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，对于周期式作业炉，内壁表面负荷应在15~35kW/m2之间，常用为20〜25kW/m2之间。F电=2F电侧+F电底=2X1.714X0.64+1.714X0.869=3.74m2W=£安=65=17.38符合要求。F申3.74电十、电热元件材料选择及计算由最高使用温度950°C，选用02Cr25Al5合金作电热元件，接线方式采用380V单相接法图表法由附表15查得0Cr25Al5电热元件24kW箱式炉接线，直径d=4.5mm时，其表面负荷为1.39W/cm2.每组元件长度L组=51.0m,总长度L总=153.0m，元件总质量G总=17.4kg理论计算法求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时的电阻率p0=1.40Q・mmz/m,电阻温度系数a=4X10-5，则1100°C下的电热元件电阻率为pt=p2°(1+at)=1.40X(1+4X10-5X1100)=1.46Qt・mm2/m确定电热元件表面功率由图5-3,根据本炉子电热元件条件取W允=1.7W/cm2.每组电热元件功率由于采用三相接法，每组元件功率P组=10kW每组电热元件端电压由于采用三相接法，车间动力网端电压为380V,故每组电热元件端电压即为每相电压U组=220V电热元件直径线状电热元件直径由式(5-24)得1P•P2'146x102d=34.3^__十=34.3-2^=4.4mm\'W•U231.7X2202、允组i取d=7.5mm每组电热元件长度和重量每组电