武科大材料与冶金学院热处理课程设计

热处理炉课程设计7.空炉升温时间：≤3小时1)砌体部分2)炉门及启闭机构电热元件及外部接线炉壳构架部分(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(2)纸质和电子版本的炉子总图(AutoCAD绘制),幅面：A₁长长宽高I.根据设计任务数的基本要求4知，炉膛有效尺寸如下：Ⅱ.炉底总面积及炉膛的长度和宽度炉底有效面积F1=1m×0.5m=0.5m²炉底总面积F=Fi/(70%～85%)=0.5/(70%～85%)=0.714～0.588m²取F=0.7m²,则炉膛的长度和宽度为：B=(1/2～2/3)L=(1/2～2/3)×1200=600～800mm,取B=H=(0.5～0.9)B,取中值0.7,则H=0.7×700=490mm为方便砌筑炉子，需根据标准砖尺寸(230×113×65B=(120+2)×3+(65+2)×2+(65+2)×2=730mm=H=(65+2)×7+37=506mm=0设炉墙的炉衬结构如图所示，耐火层是113mm厚的轻质黏土砖毡和113mmB级硅藻土砖(耐火材料和保温材料的选择参照教材附表3和1)S₁,S₂,S₃的确定S₁,S₂,S₃分别是轻质黏土砖、硅酸铝耐火纤维毡和B级硅藻土砖的厚度(m)。若考虑它们之间2mm的砌缝宽度，则S₁,S₂,S₃的厚度为：2)λ,λ₂,λ₃,ag的确定λ,λ₂,λ₃分别是轻质黏土砖、硅酸铝耐火纤维毡和B级硅藻土砖的平均热导率(W/m·℃);az是炉壳对周围空气的综要求出乃，λ₂,λ₃和αx,首先必须假定各层界面温度和炉壳温度。火纤维毡和B级硅藻土砖之间的界面温度t3=560℃,炉墙外壳温度查教材附表3,可得轻质黏土砖(QN—0.8)的平均导热率为：λ=0.290+0.256×10³t,(tp为平均温度)硅酸铝耐火纤维毡的平均温度根据教材附表4查得，密度为250kg/m3的普通硅酸铝耐火纤维毡700℃、4000℃的热导率分别为0.14W/m·℃和0.093W/m得：查教材附表3,可得B级硅藻土砖的平均导热率当炉墙外壳温度为55℃,周围空气为20℃时，由教材附表2可查得外壳为钢板或涂灰漆表面时，对周围空气的综合将以上数据代入求热流密度的表达式中，可求得4轻质黏土砖和硅酸铝耐火纤维毡之间的界面温度tz4硅酸铝耐火纤维毡和B级硅藻土砖之间的相对误差,满足设计要求4炉墙外壳温度为：因炉墙外壳温度小于60℃,故炉墙炉衬材料及其厚度的选择满足设计要设炉顶的炉衬结构为，耐火层是113mm厚的轻质黏土砖(QN—1.0),保温层是厚度80mm、密度250kg/m3的普通硅酸铝耐火纤维毡和厚度在炉顶内壁温度920℃、炉壳周围空气温度20℃的稳定导热条件1)S₁,S₂,S₃的确定S₁.S₂.S₃分别是轻质黏土砖(QN—1.0)、普通硅酸铝耐火纤维毡和膨胀珍珠岩的厚度。若考虑它们之间2mm的砌缝宽度，则S₁,S₂,S₃的厚2)λ,λ₂,λ₃,az的确定均热导率(W/m·℃);αz是炉顶外壳对周围空2·℃)。要求出入，λ₂,λ₃和as,首先必须假定界面温度和炉壳温度。火纤维毡和膨胀珍珠岩之间的界面温度t³=560℃,炉顶外壳温度查教材附表3,可得轻质黏土砖(QN—1.0)的平均导热率为：根据教材附表4查得，由线性插值法得：λ=0.1384W/m·℃当炉墙外壳温度为60℃,周围空气为20℃时，由教材外壳为钢板或涂灰漆表面时，对周围空气的综合将以上数据代入求热流密度的表达式中，可求得4轻质黏土砖和硅酸铝耐火纤维毡之间的界面温度t₂为：#硅酸铝耐火纤维毡和膨胀珍珠岩之间的界面温度为：4炉顶外壳温度为：因炉顶外壳温度小于60℃,故炉顶炉衬材料及其厚度的选择满足设计要炉底的炉衬结构为，耐火层是(65+2)×4=(QN—1.0),(113+2)+(65+2)×2=249mm厚的B级硅藻土砖和膨胀珍在炉底内壁温度920℃、炉壳周围空气温度20℃的稳定导热条件1)S₁,S₂的确定S,S₂分别是轻质黏土砖(QN—1.0)、B级硅藻土砖和膨胀珍珠岩的厚度。若考虑它们之间2mm的砌缝宽度，则S,S,的厚度为：2)入，久，as的确定(W/m·℃);as是炉底外壳对周围空气的综合传热系数(W/m²·O要求出λ,λ,和ax,首先必须假定界面温度和和B级硅藻土砖之间的界面温度tí=660℃,炉底外壳温度t'=60℃。查教材附表3,可得轻质黏土砖(QN—1.0)的平均导热率为：查教材附表3,可得B级硅藻土砖和膨胀珍珠岩的平均导热率分别当炉墙外壳温度为60℃,周围空气为20℃时，由教材外壳为钢板或涂灰漆表面时，对周围空气的综合将以上数据代入求热流密度的表达式中，可求得4轻质黏土砖和B级硅藻土砖之间的界面温度t₂为：4炉底外壳温度为：因炉底外壳温度小于60℃,故炉底炉衬材料及其厚度的选择满足设计要1)炉子外形长度炉子的外形长度为炉膛长度加上两倍炉墙厚L=1160+2×(115+80+115)=17802)炉子外形宽度炉子的外形宽度为炉膛宽度加上两倍炉墙厚度，其值为：B=730+2×(115+80+115+115)=1580mm=3)炉子外形高度综合以上五部分的高度，炉子外形高度为：H=506+98+(115+80+115)+(115+67+67)+67×4=1431mm=11)炉顶平均表面积的确定炉顶内壁是弧面，内壁面积为：炉顶外壁是平面，外壁面积为：2)炉墙平均表面积的确定3)炉底平均表面积的确定炉底平均面积为：1)加热工件所需要的热量由教材附表6查得，低合金钢在920℃和20℃时的比热容分别为：C₉20=0.636kJ/(kg·℃)和C₂o=0.486kJ/(kg·℃),热处理炉的生产率P=100kg/h,则加热工件所需要的热量为；Qm=P(Co₂o×920-Cz×20)=100×(0.636×920-F内=0.886m²F外=2.812m²2)通过炉衬的散热损失通过炉衬的散热损失包括炉顶、炉墙和炉底=462.17×1.578+443.94×4.466+4243)开启炉门的辐射热损失式中Co——黑体辐射系数F——炉门开启面积。炉子正常工作时，炉门开启高度①——遮蔽系数。开启的炉门是拉长的矩形，开启高度为查教材图1-14曲线2得φ=0.86;δ,——炉门开启率。设装、出料所需时间为每小时6分钟，则炉门开启率为0.1;Tg——炉气的热力学温度，为90+273=1193K;T₄——炉外空气的热力学温度，为20+273=293K,对于一般的箱式电阻炉，炉门开启后要吸入冷Q溢=qaPaCaδ,(Tg-Ta)于炉膛高度的一半。由教材(5—8)式得：Pa——20℃冷空气的密度，为1.293kg/m³;C₄——空气在T。~T。(即20～950℃)温度间的平均比热容。就本设计来说，是平均温度(920+20)/2附表10可知，空气在400℃、500℃的比热容分别为1.3302kJ/(m³.℃)和1.3440kJ/(m³.℃)。可认为空气比热℃Q=185.5×1.293×1.33986×0.1×(620-20)=1此项热损失包括未考虑的各种热损失和一些不易精确计算的各种热损失。就箱式电阻炉来说，该项热损失可取以上各项热损失之和的10%~20%。本设计取20%,该项热损失为Q其它=0.2×(Q件+Q散+Q+Q)=0.2×(57540+3366+656根据热平衡计算法，在理论上炉子的输入功率应为上述各项能量消Qg=Qm+Q散+Q+Q+Q其它上面计算的炉子输入功率(即各项能量消耗总和)是维持炉子正常工作必不可少的热量支出。但在实际生产中还需考虑一些具体情况，如炉子长期使用后炉衬局部损坏会引起热损失老化会引起炉子功率下降，有时工艺制度变更要求提高炉子功率。这些具体情况要求炉子功率应有一定的储备，炉子的实际功率应比理论计算式中K——功率储备系数，对周期作业炉，K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，将炉子侧墙前后墙及炉顶按相同数据计算，炉底由于砌砖在内。1.炉墙及炉顶蓄热V#=2×(0.73+0.115×2)×(10×0.067)×0.115]=0.第11页V=2×[(1.16+0.115)×(11×0.067)×0.08]=0.V=2×[(1.16+0.115)×(11×0.067)×0.115×2]=0.由式(5—9)c=0.84+0.26×10³¹=0.84+0.26×10³×870.15=C=0.81+0.28×10²t=0.81+0.28×10³×692.1=1.004k炉顶珍珠岩按硅藻土砖近似计算，炉顶温度=(0.197+0.130+0.099)×0.8×10³×1.066×(87+(0.137+0.091+0.079)×0.25×10³×1.004+(0.432+0.243+0.323)×0.55×10³×0.75由八炉九旋α表Q*=0.077×2.1×10²×1.025×(804.5-20)+0.0569×1炉底板蓄热根据附表6查得920℃和20℃时高合金钢的比热容分别为Co2n=0.670kJ/(kg·℃)和c₂₀=0.473kJ/(kg·℃)。经计算炉Q*=G(C₁-c₂f₂)=90.2×(0.67×920-0.473×20)=5式(5—13)得空炉升温时间炉子的安装功率为54kW。电热元件采用三炉子的最高使用温度为920℃,可选用0Cr25A15合金丝，绕制成螺炉子正常使用时，电热元件的温度比炉膛温度高100℃炉膛温度为920℃,电热元件的温度取1100℃。由教材r25A1合金20℃时的电阻率pzo=1.40Ω·mm²/m,电阻温度系数=4×10⁵℃-I,则1100℃时电热元件的电阻率为：由教材图5-3(a),根据设计的炉子的工作条件，取电热元件的允许面负荷W=1.6W/cm²。第13页电热元件的丝材直径可由教材5-24式确定，取丝材直径d=6.5mm=0.65cm。1.每组电热元件的长度由教材5-25式确定为：2.每组电热元件的重量由教材5-26式确定为：L=3Lm=3×61.08=183.24m,电热元件的实际表面负荷满足设计要求。将3组电热元件每组分为4折，布置于炉膛的两折电热元件的长度为：N=125卷1)炉门口附近热量损失较大，可适当减小该处电热元件的螺距，以2)电热元件引出棒材料选用1Cr18Ni9Ti不锈钢，棒材直径10mm,长度400mm。