《105KW中温箱式电阻炉设计（可编辑）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《105KW中温箱式电阻炉设计（可编辑）（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、105KW105KW 中温箱式电阻炉设计中温箱式电阻炉设计热处理设备设计说明书设计题目105KW 中温箱式电阻炉设计学 院材料科学与工程年 级2003 级专 业金属材料工程学生姓名金鑫学 号0307024411指导教师李洪波目 录1 前 言11.1 本设计的目的、意义 11.1.1 本设计的目的11.1.2 本设计的意义11.2 本设计的技术要求11.2.1 技术要求11.3 国外热处理行业的能源利用情况11.4 我国热处理行业存在的问题 22 设计说明 32.1 炉型选择32.2 确定炉体结构和尺寸 32.2.1 根据经验公式法计算炉子的炉膛砌砖体内腔的尺寸L*B*H 32.2.2 确定工作
2、室有效尺寸 L 效 B 效 H 效 42.2.3 炉衬材料及厚度的确定42.2.4 砌体平均表面积计算42.2.5 炉顶平均面积42.2.6 炉墙平均面积52.2.7 炉底平均面积52.3 计算炉体的热散失52.3.1 求热流量62.3.2 验算交界面上的温度 t2 墙 t3 墙 62.3.3 验算炉壳温度 t4 墙62.4 计算炉墙散热损失 Q 墙散72.4.1 计算炉墙散热损失 72.4.2 开启炉门的辐射热损失 Q 辐72.4.3 开启炉门溢气热损失 Q 溢 82.4.4 其它热损失 Q 它82.4.5 工件吸收的热量82.5 炉子生产率的计算92.5.1 炉子生产率计算92.5.2 正
3、常工作时的效率 92.5.3 保温阶段关闭炉门时的效率92.6 炉子空载功率计算92.7 空炉升温时间计算92.7.1 炉墙及炉顶蓄热 92.7.2 炉底蓄热计算102.7.3 炉底板蓄热 112.8 功率的分配与接线112.9 电热元件材料选择及计算122.9.1 求 950时电热元件的电阻率 pt 122.9.2 确定电热元件表面功率122.9.3 每组电热元件功率 122.9.4 每组电热元件端电压122.9.5 电热元件直径132.9.6 每组电热元件长度和重量 132.9.7 电热元件的总长度和总重量132.9.8 校核电热元件表面负荷132.9.9 电热元件在炉膛内的布置 132.
4、10 炉子技术指标14参 考 文 献15不要删除行尾的分节符,此行不会被打印前 言本设计的目的、意义1.1.1 本设计的目的设计一台电阻加热炉,额定功率为 105KW,使其加热温度在6501000之间,周期式成批装料,长时间连续生产。 用于中碳钢,低合金钢毛坯或零件的淬火,正火及调质处理,处理对象为中小型零件,无定型产品,处理批量为多品种,小批量。1.1.2 本设计的意义通过本次热处理炉设计,了解中温热处理炉的基本结构,掌握热处理炉设计的基本方法,熟悉热处理炉在工厂中的实际应用以及进一步熟练工程制图的方法,为以后的工厂实际奠定基础。本设计的技术要求1.2.1 技术要求1 用途:中碳钢,低合金钢
5、毛坯或零件的淬火,正火及调质处理,处理对象为中小型零件,无定型产品,处理批量为多品种,小批量。2 额定功率:105KW。3 工作温度:中温(650-1000)。4 生产特点:周期式成批装料,长时间连续生产。国外热处理行业的能源利用情况在国外推出的热处理节能措施中,主要考虑的就是改进设备和革新工艺的技术措施,主要措施有以下几个方面:加强合理利用热能的理论研究和实际应用。采用直接控制炉内气氛碳势、氮势、氧势的传感器和执行机构,可以获得一定的节能效果。采用新型的保温材料,可减少 20%以上的热损失。采用直接加热工件的方法,可减少蓄热损失和辐射损失,也可有效的节约能源。改进料盘、夹具的结构,减轻耐热钢
6、构件的重量,增加强度,减少料盘夹具的无效加热损失。我国热处理行业存在的问题由于我国工业起步较晚,现行的热处理装备水平普遍落后,主要有以下几个方面:设备负荷率低,装炉量不足。设备的利用率低。加热设备落后。无效热消耗多。工艺落后。目前,我国的热处理工艺普遍落后,过于保守。设计说明炉型选择根据设计任务给出的生产特点,拟选用中温箱式热处理电阻炉,不通保护气氛。确定炉体结构和尺寸2.2.1 根据经验公式法计算炉子的炉膛砌砖体内腔的尺寸L*B*H经验公式: P 安 Ct 升 0.5F0.9(T/1000)1.55由于炉门为开启式,故散热量较大,取 C30kw*h0.5/m1.8*1.55,空炉升温时间假定
7、为 4h,炉温为 T1000,故 10530*4-0.5*F0.9*(1000/1000)1.55 计算得 F8.69m2 根据炉膛面积计算公式 F2*B*H+2*L*H+B*L+2*B*L* 1根据经验一般有 L2B H0.7B 2根据 1、2 式计算得 L2.05m B1.03m H0.72m根据标准热处理炉砖尺寸(230mm*113mm*65mm)及在各方向上砖缝不能重合,以保持其强度,必须用半块砖,故取 L1.96m B0.9m H0.68m考虑每块砖之间的缝隙 2mm,确定最后尺寸 L230+2*8+230*0.5+21973mmB120+2*4+113+2+65+2*2+113+2
8、*2967mm H65+2*10+37707mm 2.2.2 确定工作室有效尺寸 L 效 B 效 H 效为避免工件与炉内壁或电热元件砖相碰撞,应使工件与炉膛内壁之间有一定的空间,确定工作室有效尺寸为 L 效 1700mmB 效 700mmH 效 500mm。2.2.3 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 113mmQN-1.0 轻质黏土转+50mm 密度为 250kg/m3 的普通硅酸铝纤维毡+113mmB 级硅藻土砖。炉顶采用 113mmQN-1.0 轻质黏土砖+80mm 密度为 250kg/m3 的普通硅酸铝 纤维毡,+115mm 膨胀珍珠岩。炉底
9、采用三层 QN-1.0 轻质黏土砖(67*3)mm+50mm 密度为 250kg/m3 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 65mmQN-1.0 轻质黏土砖+80mm 密度为 250kg/m3 的普通硅酸铝纤维毡+65mmA 级硅藻土砖。炉底隔砖采用重质黏土砖,电热元件搁砖选用重质高铝砖。炉底板材料选用 Cr-Mn-N 耐热钢,根据炉底实际尺寸给出,分三块或四块,厚 20mm。2.2.4 砌体平均表面积计算L 外 L+2*115+50+1151973+115+50+115+2302483mmB 外 B+2*115+50+115967+2*115+50+11
10、51527mmH 外H+f+115+80+115+67*4+50+182707+130+310+268+50+1821647 式中: f-拱顶高度,此炉采用 60o 标准拱顶,取拱弧半径 RB,则 f 可由 fR1-cos30o 求得。2.2.5 炉顶平均面积F 顶内 2R/6*L2*3.14*0.967*1.973/62.025m2 F 顶外 B外*L 外 2.483*1.5273.903 m2F 顶均F 顶内* F 顶外2.025*3.9032.82 m22.2.6 炉墙平均面积炉墙平均面积包括侧墙及前后墙,为简化计算将炉门包括在前墙。F 墙内 2LH+2BH2H(L+B)2*0.707(
11、1.973+0.967)4.150m2F 墙外 2H 外(L 外+B 外)2*1.647(2.483+1.527)13.39 m2F 墙均F 墙内* F 墙外4.15*13.397.45 m22.2.7 炉底平均面积F 底内 B*L0.967*1.9731.93 m2F 底外 B 外*L 外 2.483*1.5273.90 m2F 底均F 底内 F 底外1.93*3.92.74 m2 计算炉体的热散失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。根据公式 Q 散 t1-tn+1/Si/入 iFi对于炉墙散热,首先假定界面上的温度及炉壳温度,t2?墙780,
12、t3?墙 485,t4?墙 60则耐火层 S1 的平均温度 ts1 均(950+780)/2865硅酸铝纤维层 S2 的平均温度 ts2 均(780+485)/2632.5 硅酸土砖层 S3 的平均温度 ts3 均(485+60)/2272.5S2 、S3 层炉衬的热导率由附表 3 查得10.29+0.256*10-3ts1 均0.29+0.256*10-3*8650.511W/(m?)30.131+0.23*10-3ts3 均 0.131+0.23*10-3*272.50.194 W/(m?)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呈线形关系由
13、 ts2 均 632.5 得 20.129 W/(m?)当炉壳温度为 60 室温为 20 由附表 2 经近似计算得a12.11 W/(m?)2.3.1 求热流量q 墙(tg-ta)/(s1/1+s2/2+s3/3+1/a)(950-20)/(0.115/0.511+0.05/0.129+0.115/0.194+1/12.1)730.4W/?2.3.2 验算交界面上的温度 t2 墙 t3 墙t2 墙 t1-q 墙*(s1/1 )950-730.4*(0.115/0.511)788.6 (t2 墙 - t2?墙 )/ t2?墙 (788.6-780)/7801.1% 5% 满足设计要求 不需要重算
14、。t3 墙 t2 墙 -q 墙*(s2/2) 788.6-730.4*(0.05/0.129)497.8 (t3 墙- t3?墙 )/ t3?墙 (497.8-485)/4852.64% 5% 满足设计要求 不需要重算。2.3.3 验算炉壳温度 t4 墙t4?墙 t3 墙-q 墙*(s3/3)497.8-730.4*(0.115/0.194)64.9 70满足一般热处理电阻炉表面升温小于 50的要求。计算炉墙散热损失 Q 墙散2.4.1 计算炉墙散热损失Q 墙散 q 墙*F 墙均 730.4*7.455441.48 W同理可以求得 t2 顶 844.3 t3 顶 562.6 t4 顶 53q
15、顶 485.4 W/?t2 底 782.2t3 底 568.5 t4 底 53.7q 底 572.2 W/?炉顶通过炉衬散热Q 顶散 q 顶*F 顶均 485.4*2.821368.83 W炉底通过炉衬散热Q 底散 q 底*F 底均 572.2*2.741567.83 W则整个炉体散热损失 (其中 1W3.6 KJ/h)Q 散 Q 墙散+Q 底散+Q 顶散5441.48+1368.83+1567.828378.1330161.32KJ/h2.4.2 开启炉门的辐射热损失 Q 辐设装出料所需时间为每小时 6 分钟Q 辐 3.6*5.765Ft(Tg/100)4-(Ta/100)4Tg950+27
16、31223KTa20+273293K 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FB*(H/2)0.967*0.707/20.343m2炉门开启率 t6/600.1由于炉门开启后,辐射口为矩形,且 H/2 与 B 之比为0.351/0.9780.36,炉门开启高度与炉墙厚度之比为 0.351/0.281.25,由图 1-14 第一条线查得 0.7 故Q 辐 5.675*3.6Ft(Tg/100)4-(Ta/100)45.675*3.6*0.343*0.1*0.7*(22372-73.7)11406.62KJ/h2.4.3 开启炉门溢气热损失 Q 溢Q 溢 qvaaca(t?g-ta)t近似认为 qva1997B*H/21997*0.978*0.351*0.351406.14冷空气密度 a1.29?/? 有附表得 Ca1.342 KJ/(?)ta 20 t?g 为溢
