电阻炉设计.doc

题 目 热处理炉设计 学 院 专 业 班 级 学 号 学生姓名 完成日期 一、设计任务1、设计目的：设计可用于铸铁、碳钢、高合金钢高温退火、淬火的高温箱式电阻炉；2、设计参数：工件采用堆放，置于料筐中；周期性成批装料，长时间连续生产；最高使用温度：1250；额定温度：1200淬火时生产率70Kg/h；空炉升温时间（至1200）:5至7小时炉壳表面温度60 2、 炉型的选择因为工件材料为铸铁、碳钢、高合金钢，热处理工艺为淬火、退火，且最高温度为1250，选择高温炉即可。同时工件没有特殊规定并且需要小批量生产，则选择周期式箱式炉。综上所述，选择周期式高温箱式电阻炉。3、 炉膛尺寸的确定 1.炉底面积确定因无定型产品，故不能用实际排料法确定炉底面积，只能用炉底强度指标法计算。查表得，P0 =110Kg/（m2h） F有效 = P/P0 = 70/110 = 0.64（m2）由于有效面积与炉底总面积存在关系式F/F1=0.750.85，取系数上限，得炉底实际面积： F=F有效=0.64/0.85=0.75m22.炉膛底部的长度和宽度的确定L和B的比例为21.5（小炉子取上限），取L/B=2，因此F=L*B=0.5L2。可得， L=1.28m B=L/2=0.64m为方便砌砖L=1392mm，B=760mm3. 炉膛高度的确定按统计资料，炉膛高度H与宽度B之比HB通常在0509之间，根据炉子工作条件，取HB=0.8左右，选定炉膛高度H=0.6m。因此，确定炉膛尺寸如下 长L=(230+2)*6=1392mm 宽B=(113+2)*8=920mm 高H=(65+2)*11+37=774mm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=1600mm B效=700mm H效=700mm四、炉体材料选择与结构设计由于侧墙、前墙及后墙的工作条件相似，采用相同炉衬结构，应采用4层结构即耐火层为113mmLZ48高铝砖+中间层为230mmQN1.0轻质粘土砖+保温层为300mm硅藻土粉+10mm石棉板。炉顶采用113mmLZ48高铝砖+（65*3）mmQN1.0轻质粘土砖+230mm硅藻土粉。炉门用113mmQN1.0轻质粘土砖做耐火层+200mm硅藻土砖为保温层。炉底采用四层，即2层65mmLZ48高铝砖+2层65mmQN1.0轻质粘土砖+113mmB级硅藻土砖和200mm膨胀珍珠岩复合炉衬。炉底隔砖采用重质高铝砖，电热元件搁砖选用重质高铝砖。炉底板材料选用Cr-Mn-Ni耐热钢，根据炉底实际尺寸给出，分三块或四块，厚20mm。砌体结构如图所示：五、砌体平均表面积计算砌体外廓尺寸上图所示。 L外=L+2*(115+232+300+10)=1856+1314=3170mm B外=B+2*(115+232+300+10)=920+1314=2234mmH外=H+f+(115+67*3+230)+67*4+113+200=2024mm式中：f拱顶高度，此炉子采用60标准拱顶，取拱弧半径尺R=B，则f可由f=R(1-cos30)=123mm求得。1.炉顶平均面积 F顶内=（2R/6）*L=1.79m2 F顶外=B外*L外=6.97m2 F顶均=3.53m22.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=2L*H+2B*H=4.30m2 F墙外=2H外（L外+B外）=21.713m2F墙均=9.66m23.炉底平均面积 F底内=B*L=1.71m2 F底外=B外*L外=6.97m2 F底均=3.45m2六、计算炉子功率1根据热平衡计算炉子功率(1) 加热工件在1200及20时比热容分别为C件2=0.678KJ/(kg)，C件1=0.486KJ(kg)，根据 Q件=p(C件2t1-C件lt0)=120*(0.678*1200-0.486*20)=96466KJ/h(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，将炉门包括在前墙内。根据 Q散=对于炉墙散热，首先假定界面上的温度及炉壳温度，设t2=1180，t3=950，t4=90，t5=60则有：耐S1的平均温度ts1均=（1200+1800）/2=1190轻质粘土砖层S2的平均温度ts2均=（1180+950）/2=1065硅藻土粉S3的平均温度ts3均=（950+90）/2=520石棉板S4的平均温度ts5均=（90+60）/2=75则S1、S2、S3、S4层炉衬的热导率：1=2.09+1.86*10-3*ts1均=2.09+1.86*10-3*1190=4.303W/(m)2=0.29+0.256*10-3*ts2=0.29+0.256*10-3*1065=0.563W/(m)3=0.07+0.2*10-3*ts3均=0.07+0.2*10-3*520=0.174W/(m)4=0.163+0.174*10-3*ts4均=0.163+0.174*10-3*75=0.176W/(m)（3）计算炉墙散热损失 Q墙散=q墙F墙均=512.6*9.66=4952W 同理可以求得 Q顶散=q墙F顶均=512.6*3.53=1809W Q底散=q墙F底均=512.6*3.45=1768W 整个炉体散热损失 Q散=Q墙散+Q顶散+Q底散=4952+1809+1768=8529W 又因为1W=3.6KJ/h， 所以Q散=8529*3.6=30704KJ/h（4） 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，则 Q辐射=因为Tg=1200+273=1473K，Ta=20+273=293K，由于正常工作时，炉门开启高度的一半，故 炉门开启面积A=B*H/2=0.920*0.774/2=0.3560m2 炉门开启率t=6/60=0.1所以可得， Q辐射=19828KJ/h(5) 开启炉门溢气热损失根据Q溢 =qVC(tgt)t，其中qV=442.3m3/h空气密度a=1.29kg/m3，则Ca=1.434KJ/（m3） ta=20 ，tg为溢气温度， tg=20+2/3（1200-20）=807所以 Q溢 =qVC(tgt)t =442.3*1.29*1.434*（807-20）*0.1 =64392KJ（6） 其他热量损失 其他热量损失约为上述热损失之和的1020故 Q它 = 0.12*（Q件+Q散+Q辐+Q溢） = 0.12*(96466+30704+19828+64392) = 25369KJ （7） 热量总输出其中Q辅=0，Q控=0，所以 Q总=Q件+Q辅+Q控+Q散+Q损+Q溢+Q它=236759KJ/h（8） 炉子的安装功率 P安= 其中K为功率储备系数，则 P安=（1.4*236759）/3600=92.07kW在安全范围内，为了减少损耗，取炉子功率为90kW。七、炉子热效率计算1正常工作时的效率 =96466/236759*100=40.72在保温阶段，关闭炉门时的效率 =Q件/Q总-（Q辐+Q溢） =96466/236759-(19828+64392)*100 =63%八、炉子空载功率计算 P空=（30704+25369）/3600=15.6kW九、功率的分配与接线90kW功率均匀分布在炉膛两侧及炉底，组成Y接线。供电电压为车间动力电网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1535kwm2之间。F电=2F电侧+F电底=2*1.856*0.774+0.920*1.856=3.66m2 W=P安/F电=90/3.66=24.60kW/m2十、电热元件材料选择及计算由最高使用温度1200，选用线状0Cr25Al5合金作电热元件，接线方式采用Y。理论计算法(1)求1200时电热元件的电阻率当炉温为1200时，电热元件温度取1300，在20时电阻率20=1.40mm2/m，电阻温度系数=4*10-5-1，则1300下的电热元件电阻率为 t=20(1+t)=1.40*(1+4*10-5*1300)=1.473mm2/m(2)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=0.7W/cm2(3)每组电热元件功率由于采用Y接法，即三相星形接法，每组元件功率 P组=90/n=90/3=30kW(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，故每组电热元件端为每相电压U组=380/=220V则， 电压即为每相电压U组=380/=220V(5) 电热元件直径线状电热元件直径 =14.66mm取d=15mm(6) 每组电热元件长度和重量每组电热元件长度 =193.6m取194m每组电热元件重量 =40.6k式中，m=7.1g/cm2(7) 电热元件的总长度和总重量电热元件总长度 L总=3L组=3*194=582m电热元件总重量 G总=3G组=3*40.6=121.8kg(8)校核电热元件表面负荷 W实=P组/dL组=0.330.7W/cm2 W实W允，结果满足设计要求(9)电热元件在炉膛内的布置按规定，h/d在24范围内满足设计要求，取 h=3d=3*15=45mm布置电热元件的炉壁长度 L=L-50=1856-50=