pfth型油淬真空炉设计

1、工程设备设计基础设计说明书（课程设计）设计说明书目录 一:设计任务说明-2二: 加热部分设计-2Ø 1: 炉膛尺寸-2Ø 2: 炉墙-2Ø 3: 炉用耐热钢-3Ø 4: 加热元件设计-3三: 加热炉功率计算-5 Ø 1: 炉膛尺寸-2Ø 2: 炉墙-2Ø 3: 炉用耐热钢-3Ø 4: 加热元件设计-3四: 真空系统介绍-6五: 绘制炉型图-8一、设计任务书1） 设计题目 ：pfth型油淬真空炉设计 2）油淬真空炉条件：项目单位指标炉子有效尺寸Mm500×1200最大炉装量Kg250额定功率Kw150二、加

2、热部分设计 1炉膛尺寸 炉子有效尺寸为500×1200，由于在摆放工件时需要考虑装料、出料方便和炉气流动，在工件之间要留有一定空间,工件与电热元件也要留出一定的空间通常为100150mm，靠近炉门初温度偏低，工件到炉门应留出100200mm。因此： 炉膛长度：L=L1+0.20.3m 炉膛宽度：B=B1+0.20.4m 其中L1 和 B1分别为炉子有效长度和宽度，这里炉子为柱状的，所以： 炉膛直径R=500+300=800mm 高度：H=1200+300=1500mm 由于没有待处理的钢件，没有规定的温度，但通过电动率P和炉子的体积我们可以估算炉子的加热温度（经验公式）： 工作温度（

3、）功率（kw）12001000700400P=100150P=75100P=5075P=3550 我们设计的淬火炉的功率为150KW，那么可以估计一下炉子的加热温度大约有1000。据此来确定炉墙材料和加热元件。2 炉墙 10001200的高温炉需要三层炉衬，即高铝砖、轻质耐火砖和保温材料，外加石棉板和钢板外壳。查询热处理炉（西北工业大学出版）的炉墙组成表可知1000的炉墙组成为： 炉膛温度炉墙材料厚度（mm）1000轻质耐火粘土砖=1.3115硅藻土砖=0.6180膨胀珍珠岩<0.16663 炉用耐热钢 热处理炉的炉内构件如炉底板、炉罐、导轨、料盘、炉辊、内罩等都是在高温下工作的，承受一

4、定的载荷，并受到高温化学介质的腐蚀，因此这些构件必须用耐热钢制造。常用的耐热钢有1Cr18Ni9Ti、Cr18Ni25Si2、等奥氏体耐热钢，由于Cr、Ni的消耗过多，筑炉投资较大，几年来开始使用无Cr、Ni或少Cr、Ni的耐热钢。其中比较重要的有Fe-Al-Mn系和Fe-Cr-Mn-N系耐热钢。 Fe-Al-Mn系的耐热钢根据其含Al量的不同分三种，分别用于800900、950以下、10001100。 由于所设计的热处理炉为高温热处理炉，我们采用耐热性能最好的第三种。2.加热炉功率的计算 （1）热平衡方程式为:热平衡计算法的原理就是为了保持炉子在工作湿度下正常运行，必须保证炉子热量收入与热量

5、支出相平衡。一般是设定炉子的热交换是处在稳定状态下进行的，则热平衡方程式 (2-1)加热器发出的总热量 kJ/h 有效热消耗,即加热工件及夹具所消耗的热量 kJ/h无功热损失 kJ/h加热过程中炉子结构蓄热消耗的能量 kJ/h（2）有效热消耗的计算有效热消耗一般包括加热工件和加热工夹具所消耗的热量总和即： 工件加热消耗的热量 kJ/h 夹具加热消耗的热量 kJ/hl、加热工件所消院的热量：=G()G炉子生产率 kg/h工件加热的最终温度,一般取炉温 工件加热的起始温度,一般取室温 工件在温度和时的平均比热容 kJ/(kg)2、加热工夹具所消随的热置的计算与的计算公式相同。常用金属的平均比热容如

6、表4-1所示。由表4-1可知=0.5016 kJ/(kg.K), 由设计要求可知G为250kg/h, =1000, =20则有: =2500.5016(1000-20)=122892kJ对夹具热消耗的计算,公式与工件热消耗相同,但可以忽略。所以:=122892kJ/h（3）无功热损失的计算无功热损失在稳定状态时主要包括下列各项：=+ (2-2)通过隔热层辐射给冷壁的热损失 kJ/h 水冷电极传导的热损失kJ/h 热短路造成的热损失 kJ/h其他热损失kJ/h对于周期作业炉，由于加热过程的初始阶段处于不稳定传热状态，没有达到热平衡，因此无功热损失比稳定状态时要小。为了简便起见，仍按稳定状态热交换

7、计算。(a)通过隔热层辐射给冷壁的热损失的计算隔热屏的选择 一般隔热屏的内表面与加热器之间的距离约为50100mm；加热器与工件(或夹具、料筐)之间的距离为50一150mm。隔热屏两端通常不布置加热器，温度偏低。因此，隔热屏每端应大于有效加热区约150300mm，或更长一些。从传热学的观点看，采用热损失最小圆筒形的隔热屏。 选用石墨毡隔热屏，隔热屏内铺设一层柔性石墨板(或耐高温纸制品)。根据热平衡原理，经过非金属隔热屏(石墨毡隔热屏陶瓷纤维隔热屏)辐射给冷壁的热损失， 等于隔热屏内壁传导至外壁的热量Q传，亦等于隔热屏辐射结冷壁的热量Q辐，即：Q传Q辐设定隔热屏内壁温度与电热元件接近，电热元件的

8、温度按高于炉子工作温度100150计算，取t11100，隔热屏外壁温度t2670，炉壳内壁温度t350。再取L=1200+2×250mm1700mm。电热元件距炉膛选定为50mm左右，隔热屏距电热元件约50mm，隔热屏扎实厚度约为50mm，故500100×250×2800mm， 8002×50（厚度）900mm。Q传通过非金属隔热屏传导热损失(kJ/h); t1隔热层内壁温度()； t2隔热层外壁温度()； L圆简壁长度或深度(m); d1圆筒内壁直径(m)； d2圆筒外里直径(m)； 隔热层材料的平均热导率kJ/(m·h·)隔热层材

9、料的平均热导率由图4-1(导热系数曲线)取=0.2754kJ/(m·)由以前计算可知圆简壁长度或深度L=1.7m,圆筒内壁直径d1=0.8m, 圆筒外壁直径d2=0.9m,则有: =10733.91 kJ/hQ辐按封闭空间内两表面的辐射换热计算： (kJh)Q辐通过非金属隔热屏辐射热损失(kJh) Cn导热辐射系数kJ(m2·h·K4)；F1辐射体外表面积(m2)；F2接受体内表面积(m2)；T2辐射体外表面绝对温度（K）T3接受体内表面绝对温度（K）1辐射体的黑度；2接受体的黑度。由表4-3(各种材料的辐射黑度)取辐射体的黑度1=0.202, 接受体为水冷内壁，

10、取不锈钢表面磨光时的黑度为0.074 ,F10.800×1.7004.27m2，F20.900×1.700=4.80m2=0.3084(m2·h·K4)则有:=10269.98kJ/hQ传 和Q辐近似相等，满足条件，取Q传=10733.91kJh即= 10733.91kJh（b）水冷电极传导的热损失Q2Q2水冷电极传导热损失，(kJh)；n水冷电极数；水的密度(kg/m3)；C水的比热容kJ(kg·);d水管直径(m)，一般取d=0.0060.010m;v水的流速(m/h)，对软水一般取0.8m/s1.2m/s,对中等硬度的水取1.2一3m/s

11、；t1冷却水出口温度()一般取3035,对于硬水为了防止积垢应不超过35;t2冷却水入口温度()，一般取2025。根据一些设计单位的经验，一个水冷电极消耗功率约0.51kW。取水冷电极数n为6;水的密度为1000 kg/m3;水的比热容C为 4200 kJ(kg·); 水管直径d为0.008m; 水的流速v为1.0 m/s; 冷却水出口温度t1为30; 冷却水入口温度为20,则有:=45577.73kJ/h (C)热短路损失Q 3 该项热损失,包括隔热层支撑件与炉壁联接热传导损失，炉床或工件支承架短路传导损失，以及其它热短路损失等。这部分热损失很难精确计算，权据经验，这部分热损失大约

12、为Q1的5一10左右，即Q3(5一10)Q1取Q310Q1(d)其它热损失Q4其它热损失，加热电偶导出装置，真空管道、观察孔、风扇装置等的热损失。这部分的热损失也很难精确计算，根据经验，这部分热损失大约为Q1的3一5左右,取Q4(3一5) Q1 取Q45Q1 总热损失Q损失Q1+Q2+Q 3+Q4= Q1+Q2+10Q1+5Q1 =1.15Q1+Q2=1.1510733.91+45577.73=56311.64kJ/h式中Q损失无功热损失(kJ/h)， Q1通过隔热层辐射给水冷壁的热损失(kJ/h)；Q2水冷电极传导的热损失(kJ/h)Q 3热短路造成的热损失(kJ/h)；Q4其它热损失(kJ

13、/h)。(4)结构蓄热量的计算 炉子结构蓄热消耗是指炉子从室温加热至工作温度，并达到稳定状态即热平衡时炉子结构件所吸收的热量，对于连续式炉，这部分销耗可不计算。对于周期式炉，此项消耗是相当大的，它直接影响炉子的升温时间，对确定炉子功率有很重要的意义。炉子结蔷热量是隔热层、炉床、炉壳内壁等热消耗之总和，有下式其中:Q蓄结构蓄热量(kJ/h)； G结构件重量(kg)；Cm结构件材料的平均比热容kJ(kg·)t结构件增加的温度();炉子的升温时间(h)。隔热屏的体积为50×900×17002402100000.240 ,石墨的密度为80kg/m3 ; 石墨毡隔热屏重G=

14、800.24 =19.2kg,由表4-1知Cm=1.254 kJ(kg·)石墨毡隔热屏Q石墨=炉壳内壁等结构Q结 取炉壳重量为1000kg, 炉壳材料用不锈钢，平均比热容为0.5041kJ(kg·),增加的平均温度为60, 炉子的升温时间为1h,则有: Q结 =30246KJ/h则Q蓄=24076.8+30246=54322.8 KJ/h(5)炉子功率的确定用热平衡法确定炉子总功率。真空热处理电炉，是将电功率转变为热功率，两者应相平衡。空载升温功率N空(kw)。式中 3595换算系数，3595kJ1kw炉子总功率N总(kw):式中 K安全系数，考虑到炉子使用过程中指标会降低

15、，供电电压波动，电热元件电阻变化等，所以必须有相当的功率储备。对于连续作业炉， K1.1一1.2，对于周期作业炉， K1.2一1.3。本设计取K为1.3,则有:=84.44kw3、电热元件的设计当炉温为1000时，电热元件温度取1200，选用钼做电热元件，保护气体选用氮气。由表4-12可知，电压选用200V。采用YY型接法，即三相双星形接法，由表4-15知，n=6。(1)求温度1000时的电热元件的电阻率 由公式： 加热体在工作温度的电阻率 单位： 加热体在20的电阻率 单位： 电阻温度系数t温度 单位：由表4-4查的钼在20的电阻率为0.52, 电阻温度系数为 , 加热炉工作温度为1000,代入数据得: =2.97（2）确定电热元件表面功率由表4-