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1、热处理炉课程设计说明书班级：材料物理111班学生姓名：张昊天学号： 1320111964指导教师：王操江西理工大学材料科学与工程学院2015年01月06日、 、序百 3二、设计任务书.4三、炉型选择5四、确定炉体结构和尺寸 5五、计算砌体平均表面积6六、炉子功率的计算 7七、炉子热效率计算 10八、炉子空载是的功率计算10九、空炉升温时间计算10十、功率的分配与接线 12十一、炉子技术指标（标牌） 13十二、设计小结 14热处理炉课程设计是在我们学完了大学的这门专业课、以及大部分专业课之后进行的。这是我们在进行课程设计对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，
2、它在我们四年大学生活中占有重要的地位，本次课程设计旨在培养我们实际设计热处理炉及相关设备 的能力，通过这次设计我将使我们获得综合运用过去所学知识，为将来搞好毕业设计、走上工作岗位 打下坚实基础。就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次锻炼。此次课程设计对给定的生产率分析并进行技术指标设计，其中考察了炉体材料选择，不同结构部位尺寸的选择， 能量与实际结构的院系及实际要求，热力学，电学相关知识，历时两个星期的设计加深了对所学知识 的理解，有助于今后能够熟练地运用于工作中。设计过程中遇到一些疑问经过老师的悉心指导都得 以解决，在此对老师表示忠心地感谢。适应性训练，从中锻炼
3、自己分析问题、解决问题的能力，为今 后工作打下一个良好的基础。由于能力有限，设计尚有许多不足之处，恳请老师给予指教。:、设计任务书江西理工大学材料学院2011级材料物理专业热处理炉课程设计任务书2 课程设计名称：热处理炉设计n、课题名称：箱式电阻炉的设计山、课程设计使用的原始资料(数据)及设计技术要求：设计题目：为某厂实际一台热处理炉，其技术条件如下。(D用途：中碳钢、低合金钢毛坯或零件的淬火、 正火及退火处理，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)生产率:100kg/h;(3)工作温度：最高使用温度950 C ;(4)生产特点：周期是成批装料，长时间连续生产；参
4、考资料：课本热处理炉(哈尔滨工程大学出版社)；材料学院材料物理专业111班学生(签名)：张昊天评分：三、炉型的选择根据设计任务书给出的要求，拟选用箱式热处理炉，不同保护气氛,四、确定炉体结构和尺寸1 .确定炉底面积由于没有定型产品，炉底面积无法根据实际排料法确定，故在此采用生产力指标法。生产率p为 100kg/h,查表得到，箱式炉用于淬火和正火时，单位面积生产率 p0 = 120kg/(m2 h),故可以求得 炉底有效面积为Fi= PPo100120=0.83m2有效面积与炉底种面积存在关系式 R/F =0.750.85,这里取0.8,计算得炉底实际面积0.80.830.82=1.04m2 .
5、确定炉底的长度和宽度为了方便装料、出料，热处理箱式电阻炉的底部尺寸有一定的要求，在这里，取 L/B = 2,有122L B = L2 -1.04m22L = JF/0.5 = ,1.04/0.5 =1.4 4 mB =0.721m为了方便砌砖，这里根据标准砖尺寸，取 L=1.394m,B = 0.718m ,如图1所示。3 .确定炉膛高度由统计资料的，炉膛的高度和宽度之比，即 H /B, 一般在0.50.9之间，考虑到炉子的实际工作条件，取H/B=0.7左右，再由标准砖尺寸可以选定炉膛的高度。具体的炉膛尺寸为长L=(2302)5(230/2 2)2 = 1394mm宽B=(1202)4(113
6、 2) 2=718mm高H=(652)737 =506mm在设计中，应当避免工件与炉子的内壁或者电器元件发生碰撞，因此，工件和炉膛壁之间应当有一定的空间，进一步确定炉子工作室的有效尺寸L 效=1200mmB 效=600mmH 效=400mmPsXSE三三1耐热钢 耐火纤维膨胀珍珠岩三 困 酒重质耐火醇 轻质耐火醇硅藻土砖图1砌体结构示意图4 .确定炉衬材料、厚度前墙、后墙和侧墙有相似的工作条件，因此，采用相同的炉衬结构，即113mm QN0.8轻质粘土砖+ 55mm密度250kg/m3的普通硅酸铝纤维毡+113mm B级硅藻土砖。炉门采用65mm QN 1.0轻质黏质土砖 十55mm密度为25
7、0kg/m3的普通硅酸铝纤维毡 +65mm A级 硅藻土砖。炉顶采用113mm QN -1.0轻质黏质土砖+ 55mm密度为250kg/m3的普通硅酸铝纤维毡+115mm膨胀 珍珠岩。炉底采用三层QN _1.0轻质粘土砖（67x3）mm+50mm密度为25kg/m3的普通硅酸铝纤维毡 十182mm B级硅藻土砖和膨胀珍珠岩复合炉衬。炉底板的材料选用Cr -Mn -N耐热钢，根据实际炉底的尺寸，分三块或四块，厚度为 20mm。炉底隔砖采用重质粘土砖（NZ-35）,电热元件搁砖选用重质高铝砖。五、计算砌体平均表面积砌体外廓尺寸为L外=L 2 (115 55 115) = 1964mmB外=B 2
8、(115 55 115) = 1288mm田卜=H + f +(115 + 55+115) +67 父 4+50 + 182= 506 116 285 268 50 182 =1407mm其中f 拱顶高度，此炉子采用60 =标准拱顶，取拱弧半径R=B ,则f可以根据f =R（1-cos30=）求出。1 .炉顶平均面积F顶内2 3.14 0.86961.442 =1.312m2F顶外F平均=B外父 L外=1.288父 1.964 = 2.530m2 =F顶内 F顶外= 1.312 2.530 = 1.822m22 .炉墙平均面积 这里，为了简化计算，将炉门计入前炉墙，即炉墙面积包括侧墙及后墙、炉
9、门F 墙内=2LH 2BH =2H(L B) =2 0.506 (1.442 0.721) =2.189m2F墙外=2H外(L外 +B外)=2父1.407M (1.964 + 1.288) 2 =9.151m2F墙均=F墙内下7 = J2.189 9.151 = 4.476m23 .炉底平均面积 ._2F 底内=B L =0.721 1.442 = 1.040m22F底外=B外黑 L外=1.288父 1.964 = 2.530mF底均=F底内 F底外=1.040 2.530 = 1.622m2六、炉子功率的计算1 .有经验公式进行计算0.50.9PPe =C7升 F一1000 J取其中的系数C
10、 =3q(kW .5)/(m1.8 C1.55),假定空炉子的升温时间是t升=4h ,炉温t =950 C ,炉 膛内面积F壁=2 (1.394 0.506) 2 (0.718 0.506) 1.394 0.718602 3.14 0.7181.3943602=4.186m2因此1.55P0.50.9二30 44.186950 1.551000= 50.3kW即有经验公式法计算得到P 50(kW)2 .由热平衡法计算炉子功率(1)加工热工件所需的热量Q件查表得，在950 C及20 C时，工件的比热容为c件2 =0.636kJ/(kgC), c件1 = 0.486kJ/(kgC),加热工件所需的
11、热量为Q件=p(c牛2G -c件心)= 100 (0.636 950-0.486 20)=59448.0kJ / h(2)通过炉衬的散热损失Q同样为了简化计算，将炉门包括在炉前墙内，而前后墙和炉子侧壁的结构是相似的，这里做统 一数据处理。对于各层导热面积不同的n层平壁炉墙，则应用下述公式计算热流量。Q = tjtn 1(W)、旦上式中，Fi为第i层的平均传热面积。对于炉墙散热，先假定界面上的温度和炉壳温度，t2墙=800C, t藕=450C , t；墙=65C 则 耐火层6的平均温度tsi均=950 +800 =875 C ,硅酸铝纤维层S2的平均温度ts2均=800 + 450 = 625
12、C ,22硅藻土砖层S3的平均温度ts3均=450；65 =257.5C , S , S3层炉衬的热导率为儿=0.290 +0.212父 10，ts1 均=0.290+0.212x10 父875 = 0.476W/(m C)_ _ 3_ _3_ % =0.131 +0.23x10 ts3均=0.131 +0.23父10 x 257.5 = 0.190W/(m，C)在于给定温度相差较小的范围内，可以认为普通硅酸铝纤维的热导率与温度成直线关系，其数值可以查表得到。由ts2均=625C ,得2 -0.318W/(m2 C)查表得，在炉壳温度为65C时，炉墙外表面对车间的综合传热系数为：=12.50W
13、/(m2 C)热流的计算_tg 一 taq =3-60*11，2 3 二,三_950 - 20: 0.115 0.080 0.115+十0.476 0.318 0.190 12.502= 789.2W/m2检验交界面上的温度S c 0.115八t2墙11 -q墙=950 789.2 父=760.9 C兀0.480800 - 760.9=4.88%800 5%,符合设计要求，不需要重新计算。s 0.055八t3 墙=t2 墙 一q青卫= 760.9789.2 父=454.5 C%0.138454.5 - 450 -0.9%4505%,符合设计要求，不需要重新计算。验算炉壳温度s30.115- 八
14、t4墙=t3墙q墙 73 = 454.5 789.2 父= 23.174 C 50 C%0.190满足一般热处理炉表面温升：二50 C的要求。计算炉墙散热损失Q墙散=q墉 F墙均=789.2 4.476 = 3532.5W 同理可得t2顶=759.3C, t3顶=442.0C, t4顶=20C, q顶=789.2W/m22t2底=709.7 C, t3底=620.3 C, t4底=70.3C, q底=567.98W/m炉顶通过炉衬散热Q顶散=4顶 F顶均=789.2 1.882-1485.3W炉底通过炉衬散热Q底散=4底 F底均=567.98 1.622 =921.3W整个炉体散热损失Q散=Q墙散+Q顶散+Q底散= 3532.5 1485.3 921.3 = 5939.1W = 21380.76kJ/h(3)开启炉门的热辐射损失设装出料所需时间为每小时6分钟，则有= 3.6 5.675F、t1100 J这里,Tg =950+273=1223K , Ta = 20 + 273 = 293K ,在正常情况下，炉门开启的高度为炉膛高度H6一半，故炉门开后面积 F =BM=0.718M0.506/2 = 0.182m2,炉门开后率为 加=一 =0.1。260H/2与B之比为0.253/0.718 =0.35,炉门的开启高度与炉墙厚的度之比为0.253/0.285 = 0.
