650℃箱式电阻炉设计书.docx

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1、6509箱式电阻炉设计书热工过程与设备课程设计（说明书）题目：热处理箱式电阻炉的设计（生产率UOkg/h,功率30kw,温度W600C）院（系）：|材料科学与工程学院J专业班级：材料083学亮|学生姓名：指导教师起止时间：2011-12-262011-1-8课程设计任务及评语院（系）：材料科学与工程教研室：材料科学与工程学号学生姓名,专业班级材料083课程设计（论川卜嬴理箱式电阻炉的设计题 目生产率110kg/h,功率30kw,工作温度W60（TC设计任务：设计热处理箱式电阻炉，生产率110kg/h,功率 30kw课程设计（论文）任工作温度W60（rc务（-）炉型的选择（二）确定炉体结构与尺寸

2、V =1579 X1910 X1450=4. 373 m3V 膛+耐=895X1150 X 1610+(7 1035 -10352 /2)/4= 1.658 m3V尸 V 膛+耐- V 膛= =0.668 m3N2= V 总-V 膛+耐=4. 373-1. 658=2. 715 m3查阅资料可知耐火材料的重度PF1.3X103kg/ m3,保温材料的重度P 2-0. 2 X 103kg/ m3o设t耐，t保是耐火层和保温层在炉子工作时的 平均温度。G, C2为耐火材料和保温材料在t耐，t保时的比热。Coi, C2为耐火材料和保温材料在室温下的比热。所以得Q 蓄= V1 P 1 (Cit 耐Co

3、i to) + V2 P 2 (C2t 保Co2t0)=0. 668X1. 3X103X (0 . 8 36+0 . 263X103 X 560)X560-(0. 836+0. 236X103X20)X20+2. 715X0. 2X 103X 0. 6573X (290-20) =559938. IkJ进而可得空炉升温时间t升=559938. 1/(3600义30) =5h八、功率的分配与接线根据设定的要求，电热元件可采用YY型接法。即45kW的功率为三区，一根加热，每根原件功率为15KW,均匀分布在炉膛两侧及炉底，每根电热体的电压为220Vo炉膛电热元件内壁表面负荷为：F 电二2F 电侧+F

4、 电底=2XI. 320X0. 720+1. 320X0. 870=3. 0m2W=P 安/F 电二45/3. 0=15kW / m2 结果表明表面负荷率符合15kw/m2的要求。九、电热元件材料选择及计算因热处理炉的最高使用温度60CTC,应选用Cr13Al4合金作电热元件。1 .计算60(rc时电热元件的电阻率p当炉温为60CTC时，电热元件温度取600,由文献附表12查得 Crl3A14在20时电阻率P326。mn/ni,电阻温度系数a=15X10-5-1,则60CTC下的电热元件电阻率：Pt=l. 26mm2小.确定电热元件表面功率根据本炉子电热元件工作条件取W允=5. 6W/cm20

5、.每组电热元件功率由于采用YY接法，即三相星形接法，每组元件功率：P组 二45/n=45/3=15kW.每组电热元件端电压由于采用YY接法，车间动力电网端电压为380V,故每组电热元件端电压即为每相电压U组二二220 V2 .电热元件直径线状电热元件直径：d=34. 3=3. 48mm取d=3. 5mm3 .每组电热元件长度和重量每组电热元件长度为：L组=0.785XIO(U组2d2/P组=24. 626m取24. 63m每组电热元件重量：G组=(r/4)cfL组P川 式中一人由文献附表12查得Pm=7.4g/cm所以可得：G组=(n /4(f) L 组 p m=l. 75kg.电热元件的总长

6、度和总重量电热元件总长度由式(5-27)得L总=3L组=3X24. 63=73. 89m电热元件总重量由式(5-28)得G总=3G *3XL 75=73. 89kg7 .校核电热元件表面负荷W 实二 P 组/ Ji dL 组=0. 06W/cm2W实W允，结果满足设计要求。8 .电热元件在炉膛内的布置依炉膛尺寸确定在炉子侧墙和炉底各安置一组电热体，每个电热体来 回四折安装，因此L折二D/4=24. 63/4=6. 16mL二L-60=1380-50=1330mm螺旋节径 D二(6-8) d,本设计取 D=7d=7X3. 5=24. 5mm 取 D=25N二 L 折/ Ji D=6. 16/ (

7、3. 14 X 25)=79H二 L /N=1330/79二17根据要求h/d=2.4,符合设计要求。因此选用YY方式接线，采用 d=3. 5mm所用电热原件。电热元件节距h在安装时适当调整，炉口部 分增大功率。十、电热体元件图见附图一十一、电阻炉装配图见附图二十二、电阻炉技术指标（标牌）额定功率：45kw额定电压：380 V最高使用温度：600生产率：150kg/h相数：3接线方法：YY 工作室有效尺寸： 1320mmX860mmX 720mm外形尺寸：1910mmX 1450mmX 1579mm参考文献1刘人达.冶金炉热工手册.北京：冶金工业出版社，2002.3.2编委会.热处理手册第三卷

8、.北京：机械工业出版社，1992.3孙茂星.热处理工程与工艺.北京：机械工业出版社，1999. 12.4吴德荣.工业炉及其节能.北京：机械工业出版社，1995.5刘校曾.热处理炉及车间设备.北京：机械工业出版社，1985.6编委会.电阻炉设计手册.北京：冶金工业出版社，1959. 12. 附图一图1螺旋状电热体结构图2丝状电热体在炉墙上的安装图3丝状电热体在炉底的安装附图二图4高温电阻炉结构图（三）砌体平均表面积计算（四）计算加热炉功率卜五）炉子热效率计算 卜六）炉子空载功率计算 卜七）空炉升温时间计算（A）功率分配与接线（九）电热元件材料选择与计算（十）电热体元件图（十一）电阻炉装配图卜十二

9、）炉子技术性能指标（十三）参考文献指导教师评语及成|成绩：指导教师签字：绩年 月日目录一、炉型的选择- 4 -二、确定炉体结构和尺寸- 4 -三、砌体平均表面积计算-5 -四、计算炉子功率- 6 -五、炉子热效率计算- 8 -六、炉子空载功率计算-9 -七、空炉升温时间计算-9 -八、功率的分配与接线- 10 - 九、电热元件材料选择及计算-11 -十、电热体元件图- 12 -十一、电阻炉装配图- 12 -十二、电阻炉技术指标(标牌)- 12 -参考文献- 13 -设计任务：按工作要求可设计一台热处理电阻炉，其技术要求为：用途：中低碳钢、合金钢毛坯或零件的淬火、正火处理，处理对 象为中小型零件

10、，无定型产品，处理批量为多品种，小批量；(2)生产率:110kg/h；(3)工作温度：最高使用温度W60CTC；生产特点：周期式成批装料，长时间连续生产。一、炉型的选择根据设计任务给出的技术要求和生产特点，本设计宜选用箱式热处理 电阻炉。二、确定炉体结构和尺寸.炉底面积的确定因为无法确定产品类型，故无法用一次装料量来计算炉底面积，只能 用炉底强度来计算。已知生产率为UOkg/h,则选择箱式炉用于淬火 和正火时的单位面积炉底强度h为115kg/(m2 h),故可求得炉底有 效面积Fi 二 P/h 二 110/115 = 0. 96m2有效面积与炉底总面积的比例系数K二F/F尸0. 750. 85

11、,取系数为0. 84,则炉底实际面积：F = Fi/0. 84 =0. 96/0. 84 =1. 14m2.炉底长度和宽度的确定由于热处理箱式电阻炉设计时应考虑装出料方便，取L/B二3： 2,因此， 可求得B =930nlL =1310m考虑到便于砌砖，根据标准石专尺寸，取L=1380mm, B=920mln。1 .炉膛高度的确定炉膛高度目前没有严格计算方法，根据统计的资料炉膛高度H与炉底 宽度B之比H/B通常在0. 50. 9之间，本设计根据炉子工作条件并考 虑利于辐射与对流传热等因素，这里取H/B=0. 85,再根据标准砖 尺寸，最终选定炉膛高度H二780mmo因此，确定炉膛尺寸如下：长

12、L 二 230X8 = 1380mm宽 B = 115X8 = 920mm高 H = 65X12 =780mm为避免工件与炉内壁或电热元件搁砖相碰撞，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= 1320mmB 效= 860mmH 效= 720mm.炉衬材料及厚度的确定箱式电阻炉侧墙、前墙及后墙以及炉顶的工作环境类似，可采用相同 炉衬结构，即二层结构：115nnn耐火的轻质粘土砖和150nlm保温的膨 胀蛭石。轻质粘土砖牌号为QZ-13,密度为1.3 g/cm：的，膨胀蛭石 的密度为0. 2g/cm3o炉底采用厚为1151nm的搁砖和厚为65mm的轻质 粘土砖以及保温填料

13、砌成。三、砌体平均表面积计算砌体外廓尺寸如附图1所示：贝I：L 外二 L+2X (115+150)= 1910mmB 外二 B+2X (115+150)= 1450mmH外二 H+(115+150) +65+230+115+f = 1579mm式中：f -拱顶矢高，此炉子采用60标准拱顶，拱弧半径R二B, 则 f = R(l-cos30 )= 124mm。1 .炉顶平均面积炉顶内面积：F顶内二(2 jtR/6) XL = 1. 330m2炉顶外面积：F顶外二B外XL外=2. 770m2炉顶平均面积：F顶均二二1. 919m22 .炉墙平均面积炉墙面积包括侧墙面积及前后墙面积，为简化计算将炉门包

14、括在前墙 内，则:炉墙内 面积： F 墙内 = 2LH+2BH = 2X1. 380X0. 780+2 X 0. 920 X 0. 780=3. 588 m2炉墙外面积：F 墙外二 2H 外(L 外+B 外)= 2X1.579X(1.910+1.450)= 10. 611m2炉墙平均面积： F墙均二二 6. 170 m2.炉底平均面积炉底内面积：F 底内二BXL=0.920XI. 380= 1. 2696 m2炉底外面积：F底外二B外XL外=1.450X1. 910 = 2. 7695m2炉底平均面积：F底均二二1. 875m2四、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件由文

15、献附表6得，工件在60CTC及20C时比热容分别为C件2=0. 682KJ/ (kg ),C件尸0. 494KJ/(kg),贝心Q 件二g(C 件2匕- C 件it。)=110X (0. 682X600-0. 494X20): 43925. 20 kJ/h1 .加热辅助夹具所需的热量Q辅根据公式Q 辅=5%Q 件=0. 05X43925. 20=2196. 26.通过炉衬的散热损失Q散对于炉墙散热，首先假定炉壳内外温度及两层材料界面上的温度， t1=600, t2= 60, t 界二 520,则：耐火层Si的平均温度：3均=(600+520)/2=560保温层S2的平均温度:t2均=(520+

16、60)/2=290轻质粘土砖的热导率由文献附表3得人尸0. 407+0. 349X IO-3Xti均=0. 407+0. 349X 10-3X560=0. 60244W/(m )膨胀蛭石的热导率，由t2均二29CTC得X2=o. 07+0. 00025Xt3= 0. 07+0. 00025X290 = 0. 1425 W/(m )当炉壳温度为60,室温为2CTC时，由文献附表2可近似计算得a 2=12. 7W/ (m2 )a)求热流q 墙二(600-60) / (Sl/入什 S2/X2+l/a Q=(600-60) / (0. 115/0. 60244+0. 15/0. 1425+0. 06)

17、二414W/ m2b)计算交界面上的温度t界t 界=600-414X0. 115/0. 60244=521 ,验算中间温度：(521-520) /521=0. 2%5%,说明假设温度合理，不需 要重新设定。c)计算炉墙散热损失炉墙散热损失：Q墙散二q墙F墙均二414X6. 170=2554. 38 W炉顶散热损失：Q顶散二q墙F顶均二414XI. 919=794. 47 W炉底散热损失：Q底散二q墙F底均=414XI. 875=776. 25 W则：整个炉体散热损失Q散二Q墙散+Q顶散+ Q =4125. 10W=14850. 36KJ/h.计算开启炉门的辐射热损失根据公式:Q辐=3. 6X

18、5.据5F6 t -其中 Tg=600+273=873 K, Ta=20+273=293K,炉门开启率 6 t=0. 1； 炉子正常工作时炉门全开，根据实际情况和工作要求可设炉门宽 b=320mm , 高 h=0.85b=272mm , 则炉门开启面积： F=bXh=0. 320X0. 272=0. 08704 m2由于炉门开启后，辐射口为矩形，炉门高度与炉墙厚度之比为0. 272/0. 265=1.03,经文献中图1可查得：0=0. 72则：Q 辐二3. 6X5. 675F 6 t-=3. 6X5. 675X0. 08704X0. 72X0. IX (5808. 41-73. 70)=733

19、. 58KJ/h5.计算开启炉门溢气热损失因为溢气热损失Q溢二VC (ta-tb) 8其中V为进入炉内的冷空气量，根据公式可近似V=2200 bh-h% =99. 8679nl7hC为空气在温度ta tb之间的平均比热，即C=(l. 181+0. 435)/2=0. 808o ta=600, tb=20o则： Q 溢二 VC (ta-tb) 6=99.8679X0.808 X (600-20) X0. 1=4680. 21kJ/h.其它热量损失其他热量损失约为散热损失的50%,故Q 它=0. 5Q 散二0. 5 X 14850. 36=7425. 18kJ/h6 .计算热量总输出因为Q控=0,

20、则Q总=Q件+Q辅+Q控+Q散+Q辐+Q溢+Q它二43925. 20+2196.26+0+14850. 36+733. 58+4680. 21+7425. 18=73810.79kJ/h7 .炉子额定功率的计算P额二其中K为功率储备系数，本炉设计中K取1.5,则P =(l. 5X73810. 79)/3600=31kw与标准炉子相比较，取炉子功率为45kW。五、炉子热效率计算1.正常工作时的效率T =43925. 20/73810. 79X100%=59. 5%2.在保温阶段，关闭炉门时的效率n =Q 件/ Q 总(Q 辐+Q 溢)二43925. 20/E73810. 79-(733. 58+4680. 21)二64. 2%六、炉子空载功率计算P空二二(14850. 36+7425. 18)/3600=6. 19kW七、空炉升温时间计算本设计炉子的耐火层，保温层结构相似，由于个人知识所限，采用粗略计算。将其近似看作箱体。1.蓄热量的计算V 膛二780X920X1380+(ji 920 -9202 /2)/4=0. 99 m3