炉子设计说明书-曾文聪.docx

热处理炉课程设计炉 型 中温 箱 式 电 阻 炉 学 院 材料与冶金学院 专 业 金属材料工程 学 号 200802127009 学生姓名 曾文聪 指导教师 从善海 日 期 2011年5月16日5月27日 - 目录 一 设计任务书-1 二 炉型的选择-1 三 确定炉体结构尺寸-2 3.1 炉底面积的确定-2 3.2 炉底长度和宽度的确定-2 3.3 炉膛高度的确定-2 3.4 炉衬材料及厚度的确定-3 四 砌体平均表面积的计算-3 4.1 炉顶平均面积-3 4.2 炉墙平均面积-4 4.3 炉底平均面积-4 五 计算炉子功率-4 5.1 根据经验公式法计算炉子功率-4 5.2 根绝热平衡计算炉子功率-4 六 炉子热效率计算-9 七 炉子空载功率计算-9 八 空炉升温时间计算-9 8.1 炉墙及炉顶蓄热-9 8.2 炉底蓄热计算-10 九 功率分配与接线-11 十 电热元件材料材料选择及计算-12热处理炉设计任务书 编号：09材料冶金学院 专业年级班级：金属材料工程08级0801班学号：200802127009 姓名：曾文聪 一、基本条件1.炉型：中温箱式电阻炉2.用途：中碳钢、低合金钢的中小型毛坯工件的正火、淬火及调质，无定型产品，多品种小批量。3.最高工作温度：10004.炉壁外壳温度805.生产率：60kg/h6.空炉升温时间：3小时7.生产特点：周期式成批装料，长时间连续生产8.电源：三相二、设计要求1.设计内容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2.标定主要技术数据（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3.提交资料 （1）纸质和电子版本的设计计算说明书，规格：A4（2）纸质和电子版本的炉子总图(AotuCAD绘制)，幅面：A1二: 炉型的选择 根据设计任务书给的生产特点，拟选用箱式热处理电阻炉，不通保护气氛。三: 确定炉体结构的尺寸1 . 炉底面积因无定型产品，故不能用实际排料法确定炉底面积，只能用加热指标法。已知生产率为 60kg/h，查表5-1，可得箱炉式得单位面积生产率为,故可以得到炉底有效面积为：由于有效面积与炉底总面积存在关系式，得炉底实际面积：2.炉底长度和宽度的确定由于热处理箱式电阻炉设计时因考虑装出料方便，取=2/3，因此可求得： L=1188mm B=2L/3=792mm根据标准砖尺寸，为方便砌砖，取L=1160mm，B=700mm3.炉膛高度的确定：按统计资料，炉膛高度H与宽度B之比通常在0.50.9之间，根据炉子的工作条件，取=0.8左右，根据标准砖尺寸，选定炉膛高度 H=0.506mm。即： 长 宽 高 为避免工件与炉内壁式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，确定工件室有效尺寸为=1000mm =580mm =400mm4. 炉衬材料及厚度：炉墙：113mmQN-0.4轻质粘土砖 + 150mm膨胀珍珠岩炉顶：113mmQN-0.4轻质粘土砖 + 80mm密度为250kg/m3普通硅酸铝纤维毡 + 115mm膨胀珍珠岩 炉底：四层QN-0.4轻质粘土砖(673)mm + 182mmB级硅藻土砖 炉门：65mmQN-0.4轻质粘土砖 + 80mm密度为250kg/m3普通硅酸铝纤维毡 + 65mmA级硅藻土砖 炉底隔砖：重质粘土砖电热原件搁砖：重质高铝砖炉底板材料：Cr-Mn-N耐热钢，厚20mm四: 砌体平均表面积的计算砌体外廓尺寸： 式中:-拱顶高度,此炉子采用60标准拱顶,取拱顶半径R=B,则1.炉顶平均面积：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=0.85 m2=1.230x1.690=2.079m2=1.3296m22.炉墙平均面积：=20.506(1160+0.700)=1.738m2=21.342(1.690+1.230)=7.837m2=3.84m23.炉底平均面积：五: 计算炉子功率1. 根据经验公式法计算炉子功率：由式(5-14)取式中系数 空炉升温时间假定为=3小时,炉温t=1000,炉膛内壁面积：=54.09kW55kW2. 根据热平衡法计算炉子功率：1)加热工件所需的热量由附表6得知，工件在1100及20时比热容分别为：=0.410 kJ/(kg) =0.670kJ/(kg) =2)通过炉衬的散热损失 墙： 令：=750=80=(1000+750)/2=875=(750+80)/2=4151=008+0.2210-3=0.272W/(m) 2=0.04+0.2210-3=0.131W/(m)当炉壳为70，室温为20时，=13.45W/(m2)=600.89W/m2=t1-(s1/1)=750.9=(750.9-750)/877 =012%5%=-(s2/2)=64.4180都满足设计要求=2361.15W顶： 令：=800=530=80=(1000+800)/2=900=(800+530)/2=675=(530+80)/2=3051=0.08+0.2110-3=0.278W/(m)2=0.1361W/(m)3=0.04+0.2210-3=0.1071W/(m)当炉壳为80，室温为20时，=15.40W/(m2)=459.3W/m2=t1-(s1/1)=813.3=(813.3-800)/800=1.7%5%=-(s2/2)=543.3=(543.3-530)/530=.2.5%5%=-(s3/3)=50.1480都满足设计要求=610.41W底： 令：=550=80=(1000+550)/2=750=(550+80)/2=3151=008+0.2210-3=0.251W/(m)2=0.131+0.2310-3=0.203W/(m)当炉壳为80，室温为20时，=10.68W/(m2)=547.2W/m2=t1-(s1/1)=561.8=(561.8-550)/550=2.1%5%=-(s2/2)=71.280都满足设计要求=710.9W整个炉体散热损失：=2361.1+610.4+710.9=3628W=13256.64kJ/h5)其他热损失:其他热损失约为上述热损失之和的10%20%10592.9 kJ/h6)热量总支出:其中=0，=0=63557.56kJ/h7)炉子安装功率:由式(5-11) 其中K为功率储备系数,本炉设计中K取1.5,则与标准炉子相比较，取炉子功率为40kW。六、炉子热效率计算正常工作时的效率由式（512）:=62.5%七、炉子空载功率计算八，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，前后墙及炉顶按相同数据计算，炉底由于砌砖方法不同，单独计算，因升温时炉衬板也随炉升温，也要计算在内。中间层和外层的磷酸盐珍珠岩蓄热相对很少，故忽略不计，炉顶的磷酸盐珍珠岩和炉底的膨胀珍珠岩也做类似处理。1.炉墙及炉顶蓄热由公式：=1.068kJ/(kg) 2.炉底蓄热计算=780.9=0.84+0.2610-3=1.043J/(kg)=320.9=0.84+0.2510-3=0.9202 kJ/(kg) 3.炉底板蓄热量:由附表6，1100和20时高合金钢的比热容分别为：=0.670kJ/(kg) =0.473kJ/(kg)经计算炉底板质量：故: 故：=229033.0+142582.2+110970.7=482586.0kJ空炉升温时间：由设计要求，则：，故本炉子设计符合要求。九、功率的分配与接线55kW功率均匀分布在炉膛两侧及炉底，组成串联接线。供电电压为车间动力电网220V。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1535kW/m2之间，常用为2025kW/m2之间。表面负荷范围1535W/m2之内，故符合设计需求。十、电热元件材料选择及计算由最高使用温度1000，选用线状0Cr25Al5合金作电热元件，接线方式采用串联。理论计算法(1)求1000时电热元件的电阻率当炉温为1000时，电热元件温度取1100，由附表12查得0Cr25Al5在20时电阻率=1.40mm2/m，电阻温度系数=410-5-1，则1200下的电热元件电阻率为(22)确定电热元件表面功率由图5-3，根据本炉子电热工作条件取(3)每组电热元件功率由于采用Y接法，每组元件功率(4)每组电热元件端电压由于采用Y接法，车间动力电网端电压为380V，故电热元件端电压为(5)电热元件直径 取d=5.2mm(6)每组电热元件长度和重量由附表12查得=7.1g/cm3电热元件的总长度和总质量 电热元件总长度由式(5-27)得 电热元件总重量由式(5-28)得 (8)校核电热元件表面负荷 ,结果满足设计要求。(9)电热元件在炉膛内的布置 将电热元件分为6折，布置在两侧炉墙及炉底上，则有 布置电热元件的炉壁长度 丝状电热元件绕成螺旋状，当原件温度高于1000摄氏度，由表5-5可知，螺旋节径 取 螺旋体圈数N和螺距h分别为： 按规定，h/d在24范围内满足设计要求。 根据计算，选用串联方式接线，采用d=5.2mm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，炉口部分增大功率。 电热元件引出棒材料选用1Cr18Ni9Ti，=14mm，l=420mm 。L=1188mmB=792mmL=1160mmB=700mmH=506mmL=1160mmB=700mmH=506mm=1000mm=580mm=400mm=0.85m2=2.079m2=1.3296 m2=1.738m2=7.837m2=3.84m2=54.09kW55kW=875=4151=0.272W/(m)2=0.131W/(m)=600.89W/m2=750.9=64.41 =2361.15W=900=675=3051=0.278W/(m)2=0.1361W/(m)3=0.1071W/(m)=15.40W/(m2)=459.