中温电阻炉设计

RX-18-9设计者：尹宏林一、箱式电阻炉的工作原理：是利用电流通过电热元件时所产生的热效应，实行热辐射和炉膛内气体对流作用的形式将热量传递到被加热的工件上，使工件加热。构造及特点：箱式电阻炉由炉体、测温系统和电控系统组成。二、根本技术条件：箱式电阻炉；18kw；950℃；60℃；设计计算的主要工程：1〕确定炉膛尺寸；2〕3〕计算炉子主要经济技术指标〔热效率，空载功率，空炉升温时间；〕选择和计算电热元件，确定其布置方法；5〕写出技术标准三.炉体构造和尺寸确定1、炉体材料及构造炉胆材料：轻质粘土砖外，以为要放加热工件，故还要保证其强度。炉衬材料：耐火材料：轻质粘土砖保温材料：膨胀珍宝岩支撑材料：轻质粘土砖保温层支撑起来，故加支撑材料。炉外壳材料：3mm厚的钢板表炉衬温度与炉衬厚度及构造炉温/℃耐火砖材料/mm中间层材料/mm隔热层材料厚度/mm<300--------------珍宝岩、蛭石粉<150300～轻质粘土砖或90～--------硅藻土砖、珍宝100～650 耐火纤维 113 岩、蛭石岩棉185400～90～有时加一般硅40～硅藻土砖、珍宝120～650～9501000kg/m3质粘土砖或耐113酸盐纤维60纤维200火纤维400～100090～轻质砖或高铝60硅藻土砖、珍宝185～<1200kg/m3113纤维毡岩、耐火纤维230土砖或耐火纤维<1350轻质高铝砖或轻质耐火纤维90～113轻质砖或耐火纤维60硅藻土砖、珍宝岩、耐火纤维235～265<1600高铝砖90～113泡沫氧化铝砖113耐火纤维235～3002、炉衬尺寸由于功率及炉温肯定，利用阅历计算法计算出炉子的内外表积。依据其功率以及工作温度，计算其炉膛的内外表积，公式如下：P=cτ-0.5F0.9〔t／1000〕1.55式中P——炉子功率kwτ——空炉升温时间hF——炉膛内壁面积m2t——炉温℃c——系数〔30~35〕要求设计的箱式电阻炉额定功率为为18kw，炉温为950℃，空炉损耗功率≤5p=18kw，空炉升温时间≤2h95030~35F=RX3-15-9中温电阻炉的尺寸〔热处理手册；机械工业出版社，第三卷、热处理电阻炉，表3-5，取L/B=2 H/B=0.83得L=600mm，B=300mm，H=250mm验证炉体构造设计的合理性局部的炉墙构造一样如以下图：依据公式q

ttsss1 0 sss1n1n1

22

nan 2t770℃2t”6℃〔设计要求t3

<7℃，

950℃，t0

20℃ts1=(950+770)/2=860℃保温层均温：ts2均=(770+60)/2=415℃轻质粘土砖热导率10.080.22103ts1均= 0.080.22103×770℃=0.2692W/(m·℃)膨胀珍宝岩热导率20.040.22103ts2均=0.040.22103×415℃=0.1313W/(m·℃)当炉壳温度为60℃时，室温为t 20℃时，得a =12.17W/(m·℃)0求热流ttq 1 0 n s s 11 2 a1 2950200.052 0.115 1=0.2692

0.1313 12.17=807.9W/m2验算界面温度t2stt

t

q 1由q1 2得：2 1 s 111=950807.9=793.9℃

0.1150.2692|t”tΔ=2 2

|100％t” 7702=3.1％<5％t”满足要求。23验算炉壳温度t”3由q

t t2 s2

得：t3

t q 2s2 s22=770807.9

0.1150.1313=62.4℃<70℃满足设计要求。电热元件的选择及计算电源，三相接法t950t当温度为950℃时，电热元件温度取1100℃，查[1]P186附表12得0Cr25Al5在20℃时的电阻率 1.40mm2/m，电子温度系数204105℃-11100℃下电热元件的电阻率为：t 20

(1t)1.40(141051100)1.46mm2/m确定电热元件外表功率由[1]P62取W

1.5W/cm2允由于承受三相电源允18kwP 6kw组 3每组电热元件的端电压U =380V组由[1]P63(5-24)d34.33p /(U2组 组d=2.14mm

W )34.33允

621.46/(3821.)由[1]P64(5-25)U U L 0.785103 组 0.785103

220222组 P组t34.70m

31.46每组质量查[1]P18612得 7.1g/cm3M由[1]P64(5-26) G d2L 2234.707.11030.774kg组 4 组 M 4电热元件的总长度和总质量电热元件总长度L 2L总

234.7069.40mm电热元件总重量由式(5-28)得G 2G总

20.7741.548kg校核电热元件外表负荷P 3103W 组 1.38W/cm2实 dL组

3.140.23470W <W实

,结果满足设计要求。允电热元件在炉膛内的布置将电热元件分为14折，布置在两侧炉墙及炉底上，则有LL L折 14

34.714

2.48m布置电热元件的炉壁长度L 2( h H 2 )b cos cos每相电热元件的波数1000Ln xLb波形线波距LS=bn波形电阻丝的构造和安装以垂直悬挂式构造安装,其安装阅历尺寸见图1。图11、波浪总高度:H=(150~300)mm2S=(8~16)d3、上下两个波浪之间应相距(40~80)mm,以防短路。在抱负条件下,假设电热体与工件的受热面为两个相互平行的平面,且其外表积相等(因为无法事先得出电热体的外表积,承受这种假定进展计算,结果也不致引起太大的误差4]),中间没有任何屏蔽和热损失,电热体辐射出的热量全部被工件外表吸取,此时电热体外表积的辐射差额热流即为抱负外表负荷(热流密度)Q T TWCP i

104[( 1)4( 2)4]100 100式中:Q---辐射换热热流量(J/s即W);F---辐射换热外表积(cm2);Wi电热体的抱负外表负荷(W/cm2);T1电热体外表许可确实定温度(K),T1=t1+273;T2被加热工件外表确实定温度(K),T2=t2+273(t2可用炉温近似替代);Cn热交换体系的导W/m2*K4;104---在Cn中,把m2化成cm2的因数,而导出辐射系数Cn为:其中:C0---确定黑体的辐射系数,C0=5.67W/m2*k4),常数;ε1电热体的外表黑度(在高;220.8,。1、砌体拱顶的设计5式有:纵横向裂缝,拱顶下沉或掉砖,拱顶端头与后墙脱开等。消灭这些问题的主要缘由是由于设计不当以及选择的砖型材料及砌体的膨胀间隙不合理。炉膛81.91m2,炉膛的有效体积V1.03m3。拱顶长度为炉膛长加上后墙的厚度,为2.088m。承受错砌拱顶,拱顶厚度为230mm。拱顶平面示意图见以下图。拱顶平面示意图求得中间环拱圈数n1=15n2=21.72n=22T19砖20块,其楔度为200mm,T20砖2块,其楔度为40mm。纵向一共2215个中间环,在22条中有2条(编号7、17)为调缝T20砖15T30砖42091、3、5、9、11、13、15、19、21)T19砖15块、两端齐缝环为T29砖11T19砖15T19各种砖型的尺寸,经校核,各条砖型组成的拱顶长度全都,所以经过校核,拱顶!20mm,过来。2关于膨胀间隙的探讨起;工作完冷却时,拱顶下沉。这个变化幅度不能太大,否则砖缝中的耐火泥因11.5mm,7.3mm。因周向膨胀使径向向外伸长量为7mm。假设拱角不动,就会引起拱顶向上面凸起,这个凸起量不允许太大,否则砖缝会开裂。掌握的方法可承受半受阻状态,即在拱角砖四边设有42088mm长度的其它地方,砌体与炉壳之间夹一层15~20mm厚的硅酸纤维板,10mm,位置在后墙上端、拱顶末端的齐缝环中,成弓字形沿弧周一条,这样确保炉子的保温性15mm3几何关系1、波浪弯曲内半径:r=0.25S–0.5d2、波浪的中心高:h=H-2r-2d=H-d-0.5S32h+2π(r+0.5d)=2H-2d+0.57S4、.n=1000L/l5、每组波浪体安装长度:Lf=nS5常用Fe-Cr-Al2,工作温度小于其允许的最高使用温度。电热元件的固定波形线用耐热合金钩或陶瓷固定在炉墙上电热元件的连接：电热元件之间、电热元件与引出棒之间用焊接方法连接；引出棒与金属炉架之间用连接装置连接；引出棒与电缆间则通过接线板连接铁铬铝合金为单相铁基固溶体组织，焊接时会是晶粒粗大且不能用热处理方法使