箱式電阻爐課程設(shè)計(jì)

1、一、設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)題目：設(shè)計(jì)一臺(tái)中溫箱式熱處理電阻爐；生產(chǎn)能力：160 kg/h；生產(chǎn)要求：無(wú)定型產(chǎn)品，小批量多品種，周期式成批裝料，長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)生產(chǎn)；要求：完整的設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)一份和爐子總圖一張。二、爐型的選擇根據(jù)生產(chǎn)特點(diǎn)，擬選用中溫箱式熱處理電阻爐，最高使用溫度650，不通保護(hù)氣氛。三、確定爐體結(jié)構(gòu)及尺寸1.爐底面積的確定因無(wú)定型產(chǎn)品，故不能用實(shí)際排料法確定爐底面積，只能用加熱能力指標(biāo)法。已知生產(chǎn)率p為160 kg/h，按照教材表5-1選擇箱式爐用于退火和回火時(shí)的單位面積生產(chǎn)率p0為100 kg/(m2h)，故可求得爐底有效面積：F1=PP0=160100=1.6m2由于有效面積與爐底總面積存在關(guān)系

2、式F1F=0.600.85，取系數(shù)上限，得爐底實(shí)際面積：F=F10.85=1.60.85=1.88m22.爐底長(zhǎng)度和寬度的確定由于熱處理箱式電阻爐設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮出料方便，取LB=2，因此，可求得：L=F0.5=1.880.5=1.94mB=L2=1.942=0.97 m根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)磚尺寸，為便于砌磚，取L=1.970 m，B=0.978 m，如總圖所示。3.爐膛高度的確定按照統(tǒng)計(jì)資料，爐膛高度H與寬度B之比HB通常在0.50.9之間，根據(jù)爐子工作條件，取HB=0.654m。因此，確定爐膛尺寸如下：長(zhǎng) L=230+2×8+230×12+2=1970 m寬 B=120+2×

3、4+65+2×2+40+2×3+113+2×2=978mm高 H=65+2×9+37=640 mm為避免工件與爐內(nèi)壁或電熱元件擱磚相碰撞，應(yīng)使工件與爐膛內(nèi)壁之間有一定的空間，確定工作室有效尺寸為：L效=1700 mmB效=700 mmH效=500 mm4.爐襯材料及厚度的確定由于側(cè)墻、前墻及后墻的工作條件相似，采用相同爐襯結(jié)構(gòu)，即113mm QN-0.8輕質(zhì)粘土磚，+80 mm 密度為250 kgm3的普通硅酸鋁纖維氈，+113mm B級(jí)硅藻土磚。爐頂采用113 mmQN-1.0輕質(zhì)粘土磚，+80 mm密度為250 kgm3的普通硅酸鋁纖維氈，+115

4、mm膨脹珍珠巖 。爐底采用三層QN-1.0輕質(zhì)粘土磚67×3mm，+50 mm密度為250 kgm3的普通硅酸鋁纖維氈，+182 mm B 級(jí)硅藻土磚和膨脹珍珠巖復(fù)合爐襯。爐門(mén)用65 mmQN-1.0輕質(zhì)粘土磚，+80 mm密度為250 kgm3的普通硅酸鋁纖維氈，+65 mm A級(jí)硅藻土磚。爐底隔磚采用重質(zhì)粘土磚（NZ-35），電熱元件擱磚選用重質(zhì)高鋁磚。爐底板材料選用Cr-Mn-N耐熱鋼，根據(jù)爐底實(shí)際尺寸給出，分三塊或者四塊，厚20mm。四、砌體平均表面積計(jì)算砌體外廓尺寸如下： L外=L+2×115+80+115=2590 mm B外=B+2×115+80+1

5、15=1590 mm H外=H+f+115+80+115+67×4+50+182=1441mm試中 f拱頂高度，此爐子采用60°標(biāo)準(zhǔn)拱頂，取拱弧半徑R=B，則f可由f=R(1-cos30°)求得f=131.052。1.爐頂平均面積 F頂內(nèi)=2R6×L=2×3.14×0.9786×1.97=2.017 m2 F頂外=B外×L外=1.590×2.590=4.1181m2 F頂均=F頂內(nèi)×F頂外=2.017×4.1181=2.882 m22.爐墻平均面積爐墻面積包括側(cè)墻及前后墻，為簡(jiǎn)化計(jì)算，

6、將爐門(mén)包括在前墻內(nèi)。 F墻內(nèi)=2LH+2BH=2HL+B =2×0.640×(1.97+0.978) =3.77 m2 F墻外=2H外L外+B外 =2×1.441×2.59+1.590 =12.05m2 F墻均=F墻內(nèi)×F墻外 =3.77×12.05 =6.74 m23.爐底平均面積 F底內(nèi)=B×L=0.978×1.97=1.93 m2 F底外=B外×L外=1.590×2.590=4.12m2 F底均=F底內(nèi)×F底外=1.93×4.12=2.8 m2五、計(jì)算爐子功率1.根據(jù)經(jīng)

7、驗(yàn)公式法計(jì)算爐子功率由教材式（8.5）P安=KF0.9t10001.55取式中系數(shù)K為保溫系數(shù)，取值為11，爐溫t=650，爐膛面積 F 避=2×1.97×0.640+2×0.978×0.640+1.97×0.978 +2×3.14×0.978×60°360°×1.97 =5.7 m2所以 P安=KF0.9t10001.55 =11×5.70.9×65010001.55 =27 kW由經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算得P安30kW2.根據(jù)熱平衡計(jì)算爐子功率（1）加熱工件所需的熱量Q件

8、由資料附表得，工件在650及20時(shí)比熱容分別為c件2=1.051kJkg，c件1=0.486 kJkg，根據(jù)式(5-1) Q件=pc件2t1-c件1t0 =160×1.051×650-0.486×20 =107748.8kJh（2）通過(guò)爐襯的散熱損失的熱量Q散I.爐墻的散熱損失由于爐子側(cè)壁和前后墻爐襯結(jié)構(gòu)相似，故作統(tǒng)一數(shù)據(jù)處理，為簡(jiǎn)化計(jì)算，將爐門(mén)包括在前墻內(nèi)。根據(jù)式 Q散=t1-tn+1i=1nsiiFi對(duì)于爐墻散熱，如圖1-1所示，首先假定界面上的溫度及爐殼溫度，t2墻=540，t3墻=320，t4墻=60，則耐火層s1的平均溫度ts1均=650+5402=59

9、5 ，硅酸鋁纖維層s2的平均溫度ts2均=430 ，硅藻土磚層s3的平均溫度ts3均=190 ，s1，s3層爐襯的導(dǎo)熱率由教材附表3得 1=0.290+0.256×10-3ts1均= 0.442W（m） 3=0.131+0.23×10-3ts3均 =0.160W（m）。普通硅酸鋁纖維的熱導(dǎo)率由教材附表4查得，在與給定溫度相差較小范圍內(nèi)近似認(rèn)為其熱導(dǎo)率與溫度成直線關(guān)系，由ts2均=430 ，得 2=0.099W（m）當(dāng)爐殼溫度為60，室溫為20是，由教材附表2可得爐墻外表面對(duì)車(chē)間的綜合傳熱系數(shù)=12.17W(m2)求熱流 q墻=tg-tas11+s22+s33+1=650-2

10、00.1150.442+0.0800.099+0.1150.160+112.17 =417.5 Wm2驗(yàn)算交界面上的溫度t2墻和t3墻t2墻=t1-q墻s11=541.5=t2墻-t2墻t2墻=541.5-540540=0.27%誤差<5%，滿足設(shè)計(jì)要求，不需要重新估算。t3墻=t2墻-q墻s22=328.58=t3墻-t3墻t3墻=2.61%誤差<5%，同樣滿足設(shè)計(jì)要求，不需要重新估算。驗(yàn)算爐殼溫度t4墻t4墻=t3墻-q墻s33=54.25<70滿足一般熱處理電阻爐表面升溫<50的要求。計(jì)算爐墻散熱損失Q墻散=q墻×F墻均=417.5×6.74=

11、2813.95WII.爐頂?shù)纳釗p失和爐墻散熱損失同理：t2頂=586.9 t3頂=376.45t4頂=36.34Q頂散=q頂F頂均=257.6×2.882=742.4 Wm2III.爐底的散熱損失t2底=504.6t3底=357.9 t4底=49.5 Q底散=q底F底均=309.4×2.8=866.32 Wm2整個(gè)爐體散熱損失 Q散=Q墻散+Q頂散+Q底散 =2813.95+742.4+866.32 =4422.67W =15922kJh（3）開(kāi)啟爐門(mén)的輻射熱損失設(shè)裝出料所需時(shí)間為每小時(shí)6分鐘，根據(jù) Q輻=3.6×5.660FtTg1004-Ta1004因?yàn)門(mén)g

12、=650+273=923 K，Ta=20+273=293 K，由于正常工作是，爐門(mén)開(kāi)啟高度為爐膛高度一半，故爐門(mén)開(kāi)啟面積F=B×H2=0.978×0.6402=0.316 m2，爐門(mén)開(kāi)啟率t=660=0.1。由于爐門(mén)開(kāi)啟后，輻射口為矩形，且H2與B之比為0.3200.978=0.33，爐門(mén)開(kāi)啟高度與爐墻厚度之比為0.320.316=1.01，由教材圖1-14第一條線查得孔口遮蔽系數(shù)=0.7，故 Q輻=3.6×5.660FtTg1004-Ta1004 =5.660×3.6×0.316×0.1×0.7×9231004-

13、2931004 =3246.6 kJh（4）開(kāi)啟爐門(mén)溢氣熱損失溢氣熱損失由公式得Q溢=qvctg-tt式中， qva=1997BH2H2=1997×0.978×0.320×0.320=353.5 m3h冷空氣密度a=1.29 kgm3，由附表得ca=1.302 kJm3，ta=20 ，tg為溢氣溫度，近似認(rèn)為 tg'=ta+23tg-ta=20+23650-20=440 Q溢=qvaacatg'-tgt =353.5×1.29×1.302×(440-20)×0.1 =13062.1 kJh(5)其他熱損失其他

14、熱損失約為上述熱損失之和的10%20%，故 Q他=0.13Q件+Q散+Q輻+Q溢 =0.13×107748.8+15922+3246.6+13062.1 =18197.335 kJh(6)爐子熱量總支出其中Q輔=0，Q控=0，由公式得 Q總=Q件+Q輔+Q控+Q散+Q輻+Q溢+Q他 =107748.8+15922+3246.6+13062.1+18197.335 =158176.835 kJh（7）爐子安裝功率由教材式（8.15）P安=KQ總3600其中，K為功率儲(chǔ)備系數(shù)，本爐設(shè)計(jì)中K取1.3，則P安=1.3×158176.8353600=57.11 kW與標(biāo)準(zhǔn)爐子相比較，

15、取爐子功率為60 kW。六、爐子熱效率計(jì)算1.正常工作時(shí)的效率由教材式（8.18）=Q件Q總=107748.8158176.835=68.12%2.在保溫階段，關(guān)閉爐門(mén)時(shí)的效率=Q件Q總-Q輻+Q溢=107748.8158176.835-3246.6-13062.1=60.9%七、爐子空載功率計(jì)算P空=Q散+Q他3600=15922+18197.3353600=9.48kW八、功率的分配與接線60kW 功率均勻分布在爐膛兩側(cè)及爐底，組成Y、或YY、接線。供電電壓為車(chē)間動(dòng)力電網(wǎng)380V。核算爐膛布置電熱元件內(nèi)壁表面負(fù)荷，對(duì)于周期式作業(yè)爐，內(nèi)壁表面負(fù)荷應(yīng)在1535kWm2之間，常用為2025 kW

16、m2之間。F電=2F電側(cè)+F電底=2×1.741×0.640+1.741×0.978=3.9m2W=P安F電=603.9=15.38kWm2表面負(fù)荷在常用的范圍1525 kWm2之內(nèi)，故符合設(shè)計(jì)要求。九、電熱元件材料選擇及計(jì)算由最高使用溫度650 ，選用線狀0Cr25Al5合金作電熱元件，接線方式采用YY。1.圖表法有教材表96查得0Cr25Al5電熱元件，60 kW箱式電阻爐YY接線，直徑d=4.5 mm時(shí)，其表面負(fù)荷為1.39 Wcm2。每組元件長(zhǎng)度L組=50.1m，總長(zhǎng)度L總=306.0 m，元件總質(zhì)量G總=34.6kg。2.理論計(jì)算法（1）求650 時(shí)電熱

17、元件的電阻率t當(dāng)爐溫為650時(shí)，電熱元件溫度取1100 ，由資料附表12查得0Cr25Al5在20 時(shí)電阻率20=1.40 mm2m，電阻溫度系數(shù)=4×10-5 -1，則1100下的電熱元件電阻率為t=201+t=1.40×1+4×10-5×1100=1.46 mm2m（2）確定電熱元件表面功率根據(jù)本爐子電熱元件工作條件取W允=1.6 Wcm2。(3)每組電熱元件功率由于采用YY接法，即兩組電熱元件并聯(lián)后再接成Y的三相雙星形接法，每組電熱元件功率P組=60n=603×2=10kW（4）每組電熱元件端電壓由于采用YY接法，車(chē)間動(dòng)力電網(wǎng)端電壓為38

18、0 V，故每組電熱元件端電壓即為每相電壓U組=3803=220 V（5）電熱元件直徑線狀電熱元件直徑由公式得d=34.33P組2t（U組2W允）=34.33102×1.462202×1.6=3.6 mm取d=4.5 mm。（6）每組電熱元件長(zhǎng)度和質(zhì)量每組電熱元件長(zhǎng)度得L組=0.785×10-3U組2d2P組t=0.785×10-3×2202×4.5210×1.46=46.1 m每組電熱元件質(zhì)量得G組=4d2L組M=3.144×4.52×46.1×7.1×10-5=5.24 kg其中M由附表查得M=7.1 gcm3（7）電熱元件總長(zhǎng)度和總質(zhì)量電熱元件總長(zhǎng)度得L總=6L組=6×46.1=276.6 m電熱元件總質(zhì)量得G總=6G組=6