热处理设备课程之650 90kgh的箱式电阻炉设计Word格式文档下载.docx

1、（2）.工件：中小型零件，无定型产品，处理批量为多品种，小批量；（3）.最高工作温度：650；（4）.生产率：90kg/h；（5）.生产特点：周期式成批装料，长时间连续生产。设计说明2.1 确定炉体结构和尺寸2.1.1 炉底面积的确定因无定型产品，故不能使用实际排料法确定炉底面积，只能用加热能力指标法。炉子的生产率为P=90，按表5-1选择箱式炉用于正火和淬火时的单位面积生产率P0为120kg/（m2h）。故可求的炉底的有效面积F1=P/P0=0.75 m2由于有效面积与炉底总面积存在关系式F/F0=0.780.85，取系数上限，得炉底实际面积F=F1/0.85=0.88m22.1.2 确定炉

2、膛尺寸由于热处理箱式电阻炉设计时应考虑装、出料方便,取 L/B=2，因此，可求的：L=1.328 mB=L/2=0.664 m根据标准砖尺寸，为便于砌砖，取L=1.392 m B=0.680 m按统计资料，炉膛高度H与宽度B之比H/B通常在0.50.9之间，根据炉子的工作条件，取H/B=0.7左右。则H=0.490 m可以确定炉膛尺寸如下L=（230+2）6=1392 mmB=（120+2）3 +（40+2）2+（113+2）2=680 mmH=（65+2）7+21=490 mm确定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空间，确定工作室有效尺寸为L效=1200 m

3、m B效=500 mm H效=350 mmF壁=2（LH）+（LB）+2（BH）+23.14B1/6L=3.97m2由经验公式可知：P安=C-0.5升F0.9（t/1000）1.55取式中系数C=30（kMh0.5）/（m1.81.55）,空炉升温时间假定为升=4h，炉温t=650。所以 P安= 304-0.53.970.9（650/1000）1.55 =26.61 kW暂取 P安=30kW2.1.3 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113mmQN1.0轻质粘土砖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113m

4、mQN1.0轻质粘土砖80mm密度为250kg/ m3的普通硅酸铝纤维毡115mm膨胀珍珠岩。炉底采用三层QN1.0轻质粘土砖（673）mm50mm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65mm QN1.0轻质粘土砖80mm密度为250kg/m3的普通硅酸铝纤维毡65mmA级硅藻土砖。炉底隔砖采用重质粘土砖，电热元件搁砖选用重质高铝砖。炉底板材料选用CrMnN耐热钢，根据炉底实际尺寸给出，分三块或四块，厚20mm。2.2 砌体平均表面积计算L外L+2（115+50+115）=1950 mmB外B+2（115+50+115）=1240 mmH外H+f+（115+80

5、+115）+674+50+182 =1390 mm式中：f拱顶高度，此炉子采用60标准拱顶，取拱弧半径RB，则f可由fR（1cos30）求得。2.2.1 炉顶平均面积F顶内L1.392=0.991m2F顶外B外L外1.724 m2F顶均1.31 m22.2.2 炉墙平均面积炉墙面积包括侧墙及前后墙，为简化计算将炉门包括在前墙内。F墙内2LH2BH2H（LB）20.490（1.392+0.680）=2.031 m2F墙外2H外（L外B外）21.390（1.950+1.240）=8.868 m2F墙均4.24 m22.2.3炉底平均面积F底内BL0.6801.3920.947 m2F底外B外L外1

6、.2401.950=2.418 m2F底均1.51 m22.3 根据热平衡计算炉子功率2.3.1 加热工件所需的热量Q件查表得，工件在650及20时比热容分别为c件21.051kJ/（kg），c件10.486kJ/（kg）Q件p（c件2t1c件1t0）90（1.0516500.48620）60609 kJ/h2.3.2 通过炉衬的散热损失Q散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，将炉门也包括在前墙内。根据式 Q散对于炉墙散热，首先假定界面上的温度及炉壳温度，t2墙540，t3墙320，t4墙60则耐火层s1的平均温度ts1均595，硅酸铝纤维层s2的平均温度ts2均4

7、30，硅藻土砖层s3的平均温度ts3均190，s1、s3层炉衬的热导率由附表3得10.29+0.25610-3ts1均0.442W/（m30.131+0.2310-3ts3均0.175W/（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成线性关系，由ts2均430，得20.098W/（m当炉壳温度为60，室温为20时，由附表2近似计算得12.17 W/（m（1）求热流q墙417.3W/ m2（2）验算交界面上的温度t2墙，t3墙t2墙=t1q墙541.40.26%5%，满足设计要求，不需重算。t3墙=t2墙q墙328.22.6%（3）验算炉壳温度t4墙t

8、4墙=t3墙q墙54.070满足一般热处理电阻炉表面升温50的要求。（4）计算炉墙散热损失Q墙散q墙F墙均417.34.241769.4 W同理可以求得t2顶=583.9, t3顶=374.2, t4顶=38.5, q顶256.9 W/ m2t2底=508.8, t3底=356.7, t4底=50.3, q底298.1 W/ m2炉顶通过炉衬散热Q顶散q顶F顶均336.5 W炉底通过炉衬散热Q底散q底F底均450.1 W整个炉体散热损失Q散Q墙散Q顶散Q底散2556 W2.3.3开启炉门的辐射热损失设装出料所需时间为每小时6分钟Q辐3.65.675Ft（）4（）4因为Tg650273923K，

9、Ta20273293K，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 FB0.6800.167 m2炉门开启率 t0.1由于炉门开启后，辐射口为矩形，且与B之比为0.36，炉门开启高度与炉墙厚度之比为0.88，由图114第1条线查得0.66，故3.65.6750.1670.10.66（）4（）41617.7kJ/h2.3.4开启炉门溢气热损失溢气热损失由下式得Q溢qvaaca（tgta） t其中，qva1997B19970.6800.245=164.7m3/h冷空气密度a1.29kg/ m3,由附表10得ca1.342kJ/（ m3）,ta=20, tg为溢气温度，近似认为tg

10、ta（tg-ta） 20（650-20）=440Q溢qvaaca（tgta） t164.71.291.342（44020）0.111975.3 kJ/h2.3.5其它热损失其它热损失约为上述热损失之和的10%20%，故Q它0.13（Q件+Q散+Q辐+Q溢）=9939.5 kJ/h2.3.6热量总支出其中Q辅0，Q控0，由下式得Q总Q件+Q辅+Q控+Q散+Q辐+Q溢+ Q它=86397.5 kJ/h2.3.7炉子安装功率P安其中K为功率储备系数，本炉设计中K取1.5，则P安36.0kW与标准炉子相比较，取炉子功率为35kW。2.4炉子热效率计算2.4.1正常工作时的效率=60609/86397.

11、5 =70.2%2.4.2在保温阶段，关闭时的效率83.2%2.5炉子空载功率计算P空3.5 kW2.6空炉升温时间计算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，将炉子侧墙和前后墙及炉顶按相同数据计算，炉底由于砌砖方法不同，进行单独计算，因升温时炉底板也随炉升温，也要计算在内。2.6.1炉墙及炉顶蓄热V侧粘21.392（100.067+0.135）0.115=0.258m3V前后粘2（0.680+0.1152）（150.115=0.239m3V顶粘0.97（1.392+0.276）0.115=0.186m3V侧纤2（1.392+0.115）0.05=0.121m3后纤20.

12、05=0.104m3V顶纤1.0710.08=0.143m3V侧硅2 （10（1.392+0.115）0.115=0.279m3后硅21.2400.115=0.325m3V顶珍 1.9501.2400.115=0.278 m3Q蓄V粘粘c粘（t粘t0）+V纤纤c纤（t纤t0）+ V硅硅c硅（t硅t0）因为t粘（t1t2墙）/2595.7查附表3得c粘0.84+0.2610-3t粘0.84+0.2610-3595.7=0.995 kJ/（kgt纤（t2墙t3墙）/2434.8c纤0.81+0.2810-3t纤0.81+0.28434.8=0.932 kJ/（kgt硅（t3墙t4墙）/2191.1

13、c硅0.84+0.2510-3t硅0.84+0.25191.1=0.888 kJ/（kg所以得Q蓄1（V侧粘+ V前后粘+ V顶粘）粘c粘（t粘t0）+（V侧纤+ V前后纤+ V顶纤）纤c纤（t纤t0）+（ V侧硅+ V前后硅+ V顶硅）硅c硅（t硅t0）493808 kJ/h2.6.2炉底蓄热计算V底粘4（0.020.12+0.1130.065）+（0.040.113+（0.1130.120）21.392+（1.240-0.115（1.950-0.115）0.0650.225m3V底纤1.9500.050.121m3V底硅1.9500.1820.440m3由于t底粘（t1t2底）/2（650

14、+508.8）/2579.4c底粘0.84+0.2610-3t底粘0.991 kJ/（kgt底纤（t2底t3底）/2（508.8+356.7）/2432.8c底纤0.81+0.2810-3t底纤0.931 kJ/（kgt底硅（t3底t4底）/2（356.7+50.3）/2203.5c底硅0.84+0.2510-3t底硅0.891 kJ/（kgQ底蓄0.2251.01030.991（579.4-20）+0.1210.250.931（432.8-20）+0.4400.50.891（203.5-20）172327 kJ/h2.6.3炉底板蓄热根据附表6查得650和20时高合金钢的比热容分别为c板20

15、.875kJ/（kg）和c板10.473kJ/（kg）。经计算炉底板重量G=180kg，所以有Q板蓄G（c板2t1- c板1t0）=180（0.8756509.46）100672.2 kJ/hQ蓄Q蓄1Q底蓄Q板蓄766807 kJ/h空炉升温时间升6.1h对于一般周期作业炉，其空炉升温时间在38小时内均可，故本炉子设计符合要求。因计算蓄热时是按稳定态计算的，误差大，时间偏长，实际空炉升温时间应在4小时以内。2.7功率的分配与接线35kW功率均匀分布在炉膛两侧及炉底，组成Y、或YY、接线。供电电压为车间动力380V。核算炉膛布置电热元件内壁表面负荷，对于周期式作业炉，内壁表面负荷应在1535k

16、W/ m2 之间，常用为2025 kW/ m2 之间。F电2F电侧F电底21.3920.490+1.3920.680=2.31 m2WP安/F电35/2. 3115.2kW/ m2故符合设计要求。2.8电热元件材料选择及计算由最高使用温度650，选用线状0Cr25Al15合金电热元件，接线方式采用Y。2.8.1图表法由附表15查得0Cr25Al1电热元件35kW箱式炉Y接线，直径d4.8mm时，其表面负荷为1.56W/ cm2。每组元件长度L组49.6m,总长度L总148.8m,元件总重量G总19.1kg。2.8.2理论计算法1、求650时电热元件的电阻率t当炉温为650时，电热元件温度取11

17、00，由附表12查得0Cr25Al5在20时电阻率201.40mm2/m，电阻温度系数410-5-1,则1100下的电热元件电阻率为 t20（1+t）= 1.40（1+410-51100）= 1.46mm2/m2、确定电热元件表面功率由图53，根据本炉子电热元件工作条件取W允1.6W/ cm2。3、每组电热元件功率由于采用Y接法，即三相双星形接法，每组元件功率P组35/n=35/311.7 kW4、每组电热元件端电压由于采用YY接法，车间动力电网电压为380V，故每组电热元件端电压即为每项电压U组380/=220V5、电热元件直径线状电热元件直接由下式得d34.34.7 mm取d=4.8 mm

18、6、每组电热元件长度和重量每组电热元件长度由下式得L组0.78510-3 =0.78551.25m每组电热元件重量由下式得G组d2 L组M式中，M由附表12查得M7.1g/ cm2G组d2 L组M6.58kg7、电热元件的总长度和总重量电热元件总长度L总3L组351.25153.75m电热元件总重量G总3G组19.74kg8、校核电热元件表面负荷W实1.51W/ cm2W实 W允，结果满足设计要求。9、电热元件在炉膛内的布置将6组电热元件每组分为4折，布置在两侧炉墙及炉底上，则有L折L组/4=51.25/412.81m布置电热元件绕成螺旋状，当元件温度高于1000。由表55可知，螺旋节径D=（

19、46）d，取D=5d54.824mm螺旋体圈数N和螺距h分别为NL折/D12.81/（3.1424） 103170圈hL/N（1392-50）/1707.9mmh/d=7.9/3=2.6按规定，h/d在24范围内满足设计要求。根据计算，选用Y方式接线，采用d4.8mm所用电热元件重量最小，成本最低。电热元件节距h在安装时适当调整，炉口增大功率。电热元件引出棒材料选用1Cr18Ni9Ti，12mm，l500mm。2.9炉子技术指标（标牌）额定功率：35kW 额定电压：380V使用温度：650 生产率：90 kg/h相数：3 接线方法：Y工作室有效尺寸：1200500350 外型尺寸：重量： 出厂日期：参 考 文 献1、热处理炉 吉泽升、张雪龙、武云启编著,哈尔滨工程大学出版社2、工程制图 大连理工大学出版社组编3、热处理炉设计手册 机械工业出版社组