中溫箱式電阻爐設(shè)計(jì)說明

1、目錄一 設(shè)計(jì)任務(wù) 2二 爐型的選擇 2三 爐膛尺寸的確定 2四 爐體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與材料選擇 4五 電阻爐功率的計(jì)算 8六 電熱元件的設(shè)計(jì) 1 4七 參考資料 2 0試驗(yàn)設(shè)計(jì)及計(jì)算數(shù)據(jù)及結(jié)果一、設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)要求：1低合金鋼調(diào)質(zhì)用爐；2、最大生產(chǎn)率75kg/h ；3、畫出總裝圖；4、畫出爐襯圖；5、畫出爐殼圖；6、畫出電熱元件接線圖；7、寫出設(shè)計(jì)說明書。二、爐型的選擇熱處理的工件材料：碳鋼、低合金鋼；熱處理工藝：調(diào)質(zhì)處理。對(duì)于碳鋼和低合金鋼奧氏體化最高溫度為【912+（3050）】C,中溫箱式電回火的最高溫度為650C，故選擇中溫爐即可，冋時(shí)工件尺寸和形阻爐狀沒有特殊規(guī)定也不是長軸類，則選擇箱式爐，并

2、且無需大批量生產(chǎn)、品種多、工藝用途多，所以選擇周期式作業(yè)。綜上所述，決定選擇周期式中溫箱式電阻爐，不通保護(hù)氣氛，爐子最高使用溫度為950 Co三、爐膛尺寸的確定1、爐膛有效尺寸由于無典型工件，無法按排料法確定，故米用爐底強(qiáng)度指標(biāo)法計(jì)算，即根據(jù)爐子的生產(chǎn)率及生產(chǎn)能力來計(jì)算。(1) 爐底有效面積：查參考文獻(xiàn)【1】表2-1得，G=100kg/ (mb h)F 效件二 75 =0.75m2Gh 100(2) 爐膛有效尺寸：L 效=(21.5) F 效L 效=氣0.75 1.6 =1.39m=1390mm取 L 效=1390mm(3) 爐膛有效寬度：B效=.(1/2 2/3)F效B效二 58 0.75

3、=0.541=541mm取 B 效=550mm(4) 根據(jù)參考文獻(xiàn)【1】表2-2選擇標(biāo)準(zhǔn)尺寸為1390X 550 XL 效=1390mm 45/12m m的爐底板，爐底板材料為 Cr-Mn-NB 效=550mm 故 L 效=1390-100=1290mm B 效=550mm2、爐膛腔砌墻尺寸取直行磚爐膛寬度：B砌=B效+2X( 0.1 0.15 )B 砌=1320mmL 砌=2036mmB 砌=5.5+2 X 0.15=580mm取 B砌=120X 8+40X 9=1320 mm爐膛長度：L 砌=L 效+0.1=1.8+0.1=1900mm取 L 砌=51X 36+200=2036mm爐膛高度

4、:H 砌二(0.5 0.9 ) B 砌H砌=0.7 x 1320=854mm取 H砌=67x 12+35+37=876mm選擇12層四、爐體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與材料選擇H 砌=876mmn=12 層(一) 、選擇爐襯材料部分爐體包括爐壁、爐底、爐底、爐門、爐殼架幾部分。爐體通常用耐火層和保溫層構(gòu)成，尺寸與爐膛砌筑尺寸有關(guān)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足下列要求：(1) 確定砌體的厚度尺寸要滿足強(qiáng)度要求，并應(yīng)與耐火磚、隔熱保溫磚的尺寸相吻合;(2) 為了減少熱損失和縮短升溫時(shí)間，在滿足強(qiáng)度要求的前提下，應(yīng)盡量選用輕質(zhì)耐火材料；(3) 要保證爐殼表面溫升小于50 C, 否則會(huì)增大熱損失，使環(huán)境溫度升高， 導(dǎo)致勞動(dòng)條件惡化。(

5、二) 、爐體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和尺寸本爐設(shè)計(jì)為三層爐壁(如右圖所示)層選用RNG-0.6型輕質(zhì)粘土磚，其厚度 Si=115mm中間層選用密度為120 kg/ m 3硅酸鋁耐火纖維，其厚度為S2=40mrp最外層選用B級(jí)硅藻土磚為骨架，膨脹蛭石粉進(jìn)行填充。查文獻(xiàn)【2】表1-5、1-9知：RNG-0.6型輕質(zhì)粘土磚：密度P 1=800【kg/ m 千 熱導(dǎo)率入 3=0.+0.25 x 10-1 均【w/(m C ) J比熱容 C3=0.6573【KJ/ (kg C) J入 01=0.294 , b1=0.21 X10-3 ；3L入 03=0. , b3=0.25 x 10當(dāng)t4=60C時(shí)，由文獻(xiàn)【2J表2-

6、12查得a刀=12.17【W(wǎng)/( m2-C ) J q=12.17 x( 60-20) =486.8 (W/m)將上述各數(shù)據(jù)代入公式得:】< 熱導(dǎo)率入 1=0.165+0.194 x 10-3t 均【w/(m C )】I 比熱容 C1=0.836+0.263 x 10-3t 均【KJ/ (kg C) J硅酸鋁纖維：、3密度 P 2=120【kg/ m J< 熱導(dǎo)率入 2=0.032+0.21 ( 10-3t 均)2【w/(m C) J比熱容 C2=1.1【KJ/ (kg C) J膨脹蛭石粉：3廠密度P 3=250【kg/ m J01I 22* 012b 0.5b|t101右 qs1

7、0.21 1030.165 V0-16f) 2 0.194 103 0.5 0.194 103 950 0.165 950 4868 0.115=779 (C)為了計(jì)算2的值，先假設(shè)13=661 C，由此得硅酸鋁纖維的平均熱導(dǎo)率的近似值2 = 0.032 0.216617792 10 32=0.178【w/(m Y )七3=七2 q779486.82S=115mmS2=40mm Ss=230mm 11=950C 12=779C 13=661 C t4=60C故合理。S3丄 100%七31 t3 t4 q690 661 100%0.43%5%69003 0.5b3 t3 t4可得保溫層的厚度:1

8、3661600.0770.5 0.25 10 486.8220.9mm661取 230mm（三）、爐頂?shù)脑O(shè)計(jì)爐頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)有平頂、拱頂和懸頂三種。爐膛寬度小于400到采用拱頂，拱角60°的標(biāo)準(zhǔn)拱頂600mm的小型爐子，如振底式爐、輸送帶式爐常常采用平頂。爐膛寬度為600到3000mm寸，可采用拱頂，拱角可用60°和90°,其中使用最多的是60°。因?yàn)闋t膛寬度為1320mm故采用拱頂，拱角為 60°的標(biāo)準(zhǔn)拱頂。拱頂是爐子最容易損壞的部位，受熱時(shí)耐火磚發(fā)生膨脹，造成砌筑拱頂時(shí)，為了減少拱頂向兩側(cè)的壓力，應(yīng)采用輕質(zhì)的楔形磚和標(biāo)準(zhǔn)直角磚混合砌筑。故選用厚楔

9、形磚T-37,供腳磚采用TJ-91。（四八爐底的設(shè)計(jì)爐底采用一層113mr硅藻土磚填充蛭石粉，再平鋪一層67mm的QN-0.6輕質(zhì)粘土磚，一層67mnt勺B級(jí)硅藻土磚，最上層采用230mm的重質(zhì)咼鋁磚和8塊加熱兀件擱磚支持爐底板，爐底板米用Cr-Mn-N耐熱鋼，厚度為12mm（五八爐門框的設(shè)計(jì)爐門框的大小主要取決于工件的大小，要保證工件裝、出爐操 作方便，使工件裝、出爐時(shí)不至于碰撞電熱體并應(yīng)減少爐膛向外的 輻射損失。通常，爐口的尺寸應(yīng)比爐膛稍小，故選擇B框X H框 = 1000mrH 700mm勺爐門框。B框 日框=1000 X 700mm采用230mn輕質(zhì)耐火粘土磚（六）、爐門的設(shè)計(jì)H 效=

10、0.7 X B 效=0.7 X 1320=876mmH 效=67X 12+33=837mm爐門尺寸為 B門X H門二B效X H 效=1020mrX 837mm。B 門 Hn=1020mnX 837mm（七）、爐體框架與爐殼的設(shè)計(jì)爐體外廓尺寸：L 外=L 砌+115+40+230+230=2036+230+115+60+220=2642mmB 外=B砌+2X( 115+40+230)L 外=2642mmB 外=2090mmH 外=1985mm= 1320+2X( 115+40+230 =2090mmH弧=B 砌- B 砌 Cos30°= 1320-1320 X Cos30°

11、=178mmH 外=He + (115+40+230 + H 弧 + (115+67+67+230 =876+115+40+230+178+115+67+67+230=1985mm五、電阻爐功率的計(jì)算本爐采用理論設(shè)計(jì)法，通過爐子的熱平衡來確定爐子的功率。其原理是爐子的總功率即熱量的收入，應(yīng)能滿足爐子熱量支出的總 和。具體計(jì)算如下：1、加熱工件的有效熱量Q件Q件件 c2t2c其中，g件爐子生產(chǎn)率200kg/ht、t2 工夾具加入爐前和加熱終了的溫度，分別為20C和950C5 C2工件在t、t2時(shí)的平均比熱容【KJ/(kg Y)】查參考文獻(xiàn)【1】表4 3得低合金鋼在20C時(shí)，比熱容為 493.9

12、J/ (kg ,950 C時(shí)為 678.9J/ (kg將其代入上式得： Q件 2000.67899500.4939202件=127015 KJ/h= 127015 KJ/h2、加熱輔助工夾具所需的熱量Q輔因?yàn)樵O(shè)計(jì)的是箱式爐，一般沒有輔助加熱工具，故：Q輔°3、可控氣氛吸熱量Q控因?yàn)槲赐ㄈ肟煽貧夥?，故：Q控°4、通過爐襯的散熱損失Q散爐襯的散熱損失即爐膛熱量通過爐墻、爐頂、爐底散發(fā)到車間的熱損失。在爐襯傳熱達(dá)到熱穩(wěn)定的情況下通過爐墻的散熱損 失，可按下式計(jì)算:Q散 飛S tl t0S廠 3.6 (式 1)SS2S3I1Fml2 Fm23Fm3F0式中：切t°分別為爐

13、壁溫度950C和爐外車間溫度20C1、2、3各層材料的平均熱導(dǎo)率【w/(m C )1 °.165°.194°.165 °.1942 °.°32°.21°.°32 °.213 °.°770.25°.°77 °.251° 3 t均1° 3 95° 779°.333 w/(m -C )2779 69°32 1°1° 3 t均1° 3 69° 6°2

14、76;.145 w/(m C )°.17° w/(m C)S1 °.115 m S 2=°.°4mS 3=°.23m爐殼外表面對(duì)空氣的綜合傳熱系數(shù)【w/(m C)查參考文獻(xiàn)【2表2-12可得 12.仃w/(m C )Fm1、Fm2、Fm3 各層平均面積(吊)f0 爐殼外表面積(m)各層平均面積如下近似計(jì)算：當(dāng)F2F12 時(shí)，F(xiàn)mF1F2.當(dāng)2 ；F22時(shí),FmF2F1F1lnF2F1其中，F(xiàn)i2 B砌H砌L砌H砌B砌L砌2 1.3200.8762.0370.8761.320203711 .26 (rf)F22B砌2SiH 砌2S1L

15、砌2SH砌2S1B砌2SiL砌20= 15.47(rf)F32B砌2S1 2S2H 砌 2S12S2L砌2S2S2H 砌2Si2S2B 砌2S12S2L 砌2S12S2= 17.08(rf)F42B砌2S, 2S22S3h 砌232S22S3L 砌2S12S22S3 H砌2S12S22S3B 砌2S12S22S3 L砌閒2S12S22S3=27.85(rfF 2/Fi<2, F3/F2V2, F4/F3V2.F! F2 11.26 15.47 仁.36(眄2 2LF2 F315.4717.08r/ 2、Fm2- 16.27(訶)2 2LF3 F417.0827.85cc "/

16、2、Fm3 22.46 ()2 2Fo=Fi=27.85 ()將以上數(shù)據(jù)代入式(1)解得Q散=31704.5 (KJ/h )5、爐襯材料的總蓄熱量Q蓄Q 蓄 V C2t2 C1t1式中，V爐襯砌體的體積(m)tt2爐襯加熱前后的平均溫度(C)爐襯材料的體積密度(Kg/用)C 1、C2爐襯加熱前后的平均比熱容【KJ/ (kg C)C00.8360.263 10 3200.8412KJ/ (Kg-C)C1 0.836 0.263 10 3t均39507790.836 0.263 10- 1.06 KJ/ (Kg -C)C21.1KJ/ (Kg -C)C30.6573KJ/ (Kg -C) 3V11

17、.32 2.0360.8762.35 m ,3V23.87 mQ散31704.5 KJ/hV 3=4.5imM=9.34 m3V23.872.351.523 mV2V3V24.53.870.643 mV3V4V39.344.514.733 mp 1=600Kg/mP2=120Kg/mp 1=250Kg/m各層的蓄熱量：Q 蓄1V1 1 C1t1 C0t0950 7791.50 6001.060.8412 20810068.4 KJ2同理 Q 蓄 2=56628.0 KJQ蓄 3=280009.0KJ總蓄熱量 Q總=0蓄1+ Q蓄2+ Q蓄3=1146705.4KJ5.6751001003.6F

18、 t （ KJ/h）6、開啟爐子的輻射熱損失Q輻總蓄熱量Q總= 1146705.4KJ式中，T1 爐膛部的絕對(duì)溫度（K），1223KT2 爐外空氣絕對(duì)溫度（K）,293KF爐門開啟的面積（川）爐口開啟尺寸1020mrK 837mrp即面積為0.85 m2爐口輻射遮蔽系數(shù)，查參考文獻(xiàn)【2】圖2-16得=0.83t爐門開啟率（%,開爐門時(shí)間設(shè)每小時(shí)3分鐘即 得3600.05將其數(shù)據(jù)代入上式得:Q輔=12277.2KJ/h7、開啟爐門的溢氣熱損失 Q溢Q溢 VC Tl T2 t （ KJ/h）2Q輻12277.2KJ/h式中，v進(jìn)入爐的空氣流量（m/h）C 空氣的平均比熱容【KJ/ （ K）】，為1

19、.4 KJ/（廠K）環(huán)T2 爐子外的溫度，分別為950C和20Ct 爐門開啟率，為0.05而V=2200BHH （m/h ）, B為爐門寬度（m）, H為爐門開啟高度（m）950200.05 43743.1故Q溢 2200BH HC打互 t2200 1.32 0.837、0.837 1.4KJ/h&其它熱損失Q它Q溢43743.1KJ/hQ它=0.5 X Q散=22193KJ/h9、爐子每小時(shí)的總熱量支出Q總Q件Q輔Q控Q散Q輻=236930.9KJ/h10、將總熱量換算成計(jì)算功率P計(jì)22193KJ/h3600竺空65.8KW360011、爐子的裝備功率1.3 1.5 p十12、13、

20、14、= 1.376電阻爐熱效率X 65.8=90.23 KW90KW的校核100% 127015 100%23690般電阻爐的熱效率為40%80%空爐升溫時(shí)間的校核升Q*122773.78 h3600 903600P安電阻爐的空載功率P空Q散 Q它P空360031704.5 22193.13600符合要求六、電熱元件的設(shè)計(jì)（一）、電阻功率的分配0.536%故符合要求。符合要求。14.97 KW因功率為90KV,均勻分布在爐膛前后兩個(gè)區(qū)。采用雙星形接線法，供電電壓為380V。（二）、電阻元件材料的選擇選用0Cr25AI5線狀電熱元件（三）、電熱元件的設(shè)計(jì)Q總236930.9KJ/hP 安=90

21、KW53.6%升 3.78 hP 空=14.97KW1、供電電壓和接線供電電壓為三相380V,雙星形聯(lián)接。P P安9015 KW3n 3 2U 380220V32、確定電熱元件直徑dP=15 KWU=220Vd 34.3Ju2W允式中，P 元件功率（KV）, 15KWU元件端電壓（V），220V2 t工作溫度下的電阻（Q .mm/m）W允元件的允許表面負(fù)荷率（ W/cm）,查參考文2獻(xiàn)【1】表7-4可得：W允 =1.6 W/cm其中，t 0 1 t （Q .mn/m）式中，0元件在0 C時(shí)的電阻率（Q .mm/m）元件的電阻溫度系數(shù)（1/C）t元件的工作溫度（C），它比爐子的額定溫度高1002

22、00 C,此處選為 1100 C。故 t 0 1 t 1.414 10 5 11001.5 Q .mm/m將數(shù)據(jù)代入得：d=6.53 mm取 d=7mm3、每根電熱元件長度L和總長度L總3 U2d2L 0.785 10-3md=7mmP t式中，U元件端電壓（V）, 220VP元件功率（KW ,24KWd元件線材直徑（mr） ,7mm2t工作溫度下的電阻率（Q .mm/m）, 1.45Q .mn/m故 L=82mL總 nL 6 82492 m總、102p10015W0,00“ 1.49 1.6 W/cm3，符合要求。dL 3.14 7 82L 總=492m4、計(jì)算電熱元件的重量 M和M總查參考

23、文獻(xiàn)【2】表3-17知，直徑為7mm的0Cr25AI5電熱元件重量為0.323kg/m，則:M 0.323 8226.486 kgM 總 6 26.486158.916 kg（四）電熱元件的繞制和布置電熱元件繞制成螺旋狀，均勻布置于兩側(cè)墻及爐底，分為前后M 總 158.916kg兩個(gè)區(qū)，側(cè)墻為16層，爐底為16層。1、爐墻每排電熱元件的展開長度：L182 6.83 m12每排電熱元件的擱磚長度：L2=36X 51/2=918 mm電熱元件螺旋直徑D :L1=6.83m查參考文獻(xiàn)【2】表3-19選擇D=5d即D=5X 7=35m每排電熱元件的圈數(shù):n6.83 1033.14 3562圈D=35mm電熱元件螺旋節(jié)距：一 L2 918 h - 14.8 mm n 62按h= （24） d校驗(yàn)h:n=62 圈h 14.8d 72.11,符合要求h=14.8mm2 、爐底每排電熱元件的展開長度:L182165.125 mL1D41圈L15.125 mL 2=943.5mm每排電熱元件的擱磚長度:L2=94