中溫箱式電阻爐設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、下載可編輯目錄一設(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.專業(yè) .整理 .下載可編輯試驗(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(huà)出總裝圖 ；4、畫(huà)出爐襯圖 ；5、畫(huà)出爐殼圖 ；6、畫(huà)出電熱元件接線圖 ；7、寫(xiě)出設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 。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+(30 中溫箱式電50)】，回火的最高溫度為 650，故選擇中溫爐即可 ，同時(shí)工件 阻爐尺寸和形狀

2、沒(méi)有特殊規(guī)定也不是長(zhǎng)軸類 ，則選擇箱式爐 ，并且無(wú)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 。三、爐膛尺寸的確定1、爐膛有效尺寸由于無(wú)典型工件 ，無(wú)法按排料法確定 ，故采用爐底強(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(lái)計(jì)算 。.專業(yè) .整理 .下載可編輯（1）爐底有效面積 ：查參考文獻(xiàn) 【1】表 2-1 得，Gh=100kg/ （m 2·h）F 效 = g 件 = 75 =0.75m 2Gh100（2）爐膛有效尺寸 ：L 效= （2 1.5）F 效L 效=0.751.6 =1

3、.39m=1390mm取 L 效 =1390mm ，（ 3）爐膛有效寬度 ：B 效 =（1/ 2 2/3)F效B 效 =50.75 =0.541=541mm8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 1390 ×550 ×L效45/12mm的爐底板 ，爐底板材料為 Cr-Mn-N=1390mm故 L 效 =1390-100=1290mm，B 效=550mmB 效=550mm2、爐膛內(nèi)腔砌墻尺寸取直行磚爐膛寬度 ：B 砌 =B 效+2 ×（0.10.15）B 砌=5.5+2 ×0.15=580mm取 B 砌=120&#

4、215;×8+409=1320 mm爐膛長(zhǎng)度 ：B砌=1320mmL 砌=L 效 +0.1=1.8+0.1=1900mm.專業(yè) .整理 .下載可編輯取 L 砌=51×L砌36+200=2036mm爐膛內(nèi)高度 ：=2036mmH 砌= （0.50.9）B 砌H 砌 =0.7 ×1320=854mm取 H 砌 =67 ×12+35+37=876mm選擇12層四、爐體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與材料選擇（一）、選擇爐襯材料部分 H 砌 =876mm 爐體包括爐壁 、爐底、爐底、爐門、爐殼架幾部分 。 爐體 n=12 層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)

5、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 ， 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 。（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）內(nèi)層選用 RNG-0.6 型輕質(zhì)粘土磚 ，.專業(yè) .整理 .下載可編輯其厚度 S1=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=40mm ；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-

6、5 、1-9 知：RNG-0.6 型輕質(zhì)粘土磚 ：密度 =800 【kg/ m 3 】1熱導(dǎo)率 1=0.165+0.194 ×10-3 t 均【w/(m ·)】比熱容 C1=0.836+0.263 ×10-3 t 均【KJ/（kg·）】硅酸鋁纖維 ：密度 2=120 【kg/ m 3】熱導(dǎo)率 2=0.032+0.21 10-3 t 均2【w/(m ·)】比熱容 C2=1.1 【KJ/（kg ·）】膨脹蛭石粉 ：密度 3=250 【kg/ m 3】熱導(dǎo)率 =0.077+0.25 ×10-3 t 均 【w/(m ·)】

7、3比熱容C3=0.6573 【KJ/（kg ·）】01 =0.294 ，b1 =0.21 ×10-3 ；03 =0.077 ， b3=0.25 ×10-3當(dāng) t4=60 時(shí)，由文獻(xiàn)【2】表 2-12 查得 =12.17 【W(wǎng)/( ·)】 q=12.17 ×（60-20 ）=486.8 （W/ ）將上述各數(shù)據(jù)代入公式得 ：.專業(yè) .整理 .下載可編輯12201t1 qs11t201012b1 0.5b1t1b10.21 10 30.165220.194 1030.50.194 10320.165 950486.80.1150.165950= 77

8、9 （）S1=115mm為了計(jì)算2 的值，先假設(shè) t3 =661 ，由此得硅酸鋁纖維的S2=40mm平均熱導(dǎo)率的近似值S3=230mm6617792t 1=950 2 = 0.032=0.178 【w/(m ·)】0.211032t 2=779 q s20.04t3' = t2779486.8690t 3=661 20.178t3't3100 %6906610.43%5%t 4=60 因?yàn)閠3690100%故合理 。由 s31t3t4030.5b3 t3 t4可得保溫層的厚度 ：qs31661600.0770.50.2510366160486 .8220 .9mm取

9、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600mm的小型爐子 ，如振底式爐 、輸送帶式爐常常采用平頂。當(dāng)爐膛寬度為600 到 3000mm時(shí)，可采用拱頂 ，拱角可用 60°和 90°，其中使用最多的是60°。采 用拱 頂，因?yàn)闋t膛寬度為1320mm ，故采用拱頂 ，拱角為 60°的標(biāo)準(zhǔn)拱角 60°的標(biāo).專業(yè) .整理 .下載可編輯拱頂 。拱頂是爐子最容易損壞的部位，受熱時(shí)耐火磚發(fā)生膨準(zhǔn)拱頂脹，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。故選用厚楔形磚T-37

10、，供腳磚采用 TJ-91。（四）、爐底的設(shè)計(jì)爐底采用一層113mm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 67mm 的 B 級(jí)硅藻土磚 ，最上層采用230mm的重質(zhì)高鋁磚和8 塊加熱元件擱磚支持爐底板，爐底板采用 Cr-Mn-N 耐熱鋼，厚度為 12mm 。（五）、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 ×H 框=1000mm ×700mm 的爐門框 。采用 230mm 輕質(zhì)耐火粘土磚（六）

11、、爐門的設(shè)計(jì)B框 框H 效 =0.7 ×B 效=0.7 ×1320=876mm1000 ×700mmH 效 =67 ×12+33=837mm爐門尺寸為 B 門×H 門 =B 效 × H 效 =1020mm ×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+230B門 門.專業(yè) .整理 .下載可編輯=2036+230+115+60+220=2642mm1020mm×B 外=B 砌 +2 ×（115+40+230 ）837mm=1320+2 ×（115

12、+40+230 ）=2090mmH 弧=B 砌 - B 砌 Cos30°=1320-1320 ×Cos30°=178mmH 外=H 砌+ （115+40+230 ）+ H 弧 + （115+67+67+230）L外=876+115+40+230+178+115+67+67+230=1985mm=2642mm五、電阻爐功率的計(jì)算本爐采用理論設(shè)計(jì)法 ，通過(guò)爐子的熱平衡來(lái)確定爐子的功B外率。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=2090mm出的總和 。具體計(jì)算如下 ：H外1、加熱工件的有效熱量 Q件=1985mmQ 件件其中， g件 爐子生產(chǎn)率 200k

13、g/h、 工夾具加入爐前和加熱終了的溫度，1分別為 20和 950C 、 工件在 、 時(shí)的平均比熱容【KJ/1（kg ·）】查參考文獻(xiàn) 【】表 得低合金鋼在20時(shí)，比熱容為493.9 J/ （kg·）,950時(shí)為 678.9J/（kg·）將其代入上式得 ： Q 件2000 .67899500. 493920.專業(yè) .整理 .下載可編輯=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(méi)有輔助加熱工具 ，故：Q輔03、可控氣氛吸熱量控Q因?yàn)槲赐ㄈ肟煽貧夥?，故：Q控0件4、通過(guò)爐襯的散熱損失 Q散127015 KJ/h爐襯的散熱損失即

14、爐膛內(nèi)熱量通過(guò)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(guò)爐墻的散熱損失，可按下式計(jì)算 ：Q散t 1t03.6（式 1）Q輔0S1S2S311Fm12 Fm23Fm3F0式中： t1、t 0 分別為爐內(nèi)壁溫度950 和爐外車間溫度 Q控0201、 2、 3 各層材料的平均熱導(dǎo)率 【w/(m ·)】1 0.165 0.194 10 3 t均0.1650.194 10 3950 7790.333 w/(m ·)2t均220.0320.2110377920.0326900.145 w/(m ·)0.211032.專業(yè) .整理 .下載可編輯3

15、0.077 0.25 100.077 0.25 103t均36906020.170 w/(m ·)S10.115 mS2 =0.04mS3=0.23m爐殼外表面對(duì)空氣的綜合傳熱系數(shù)【w/(m ·)】查參考文獻(xiàn) 【2】表 2-12 可得12.17 w/(m ·)Fm1 、Fm2 、Fm3 各層平均面積 （m2）F0 爐殼外表面積 （m2 ）各層平均面積如下近似計(jì)算：當(dāng) F22 時(shí) ， FmF1F2 ；當(dāng) F22 時(shí) ，F(xiàn)12F1F2F1Fmln F2F1其中，F(xiàn)12 B砌H 砌L砌H 砌B砌L砌21.3200.8762 .0370 .8761.320203711 .

16、26（）F2 2B砌2S1 H砌 2S1L砌 2S1H砌 2S1B砌2S1 L砌2S1=15.47 （）.專業(yè) .整理 .下載可編輯F3 2B砌 2S12S2H 砌2S1 2S2L砌 2S1 2S2H 砌2S1 2S2B砌2S1 2S2L砌 2S12S2=17.08 （）F4 2B砌2S12S2 2S3H 砌2S1 2S2 2S3L砌2S12S22S3H 砌2S12S22S3B砌2S12S22S3L砌2S12S22S3=27.85 （） F2/F1<2 ，F(xiàn)3/F2 <2 ，F(xiàn)4 /F3 <2F1F211.26 15.47Fm1213.36 （）2F2F315.4717.08

17、Fm 2216.27 （）2F3F417.0827.85（）Fm 3222.462F0 =F4=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VC2 t 2C1t 1式中，V 爐襯砌體的體積 （m 3）t1、t 2 爐襯加熱前后的平均溫度（） 爐襯材料的體積密度 （Kgm3 ）Q散C1、 C2 爐襯加熱前后的平均比熱容【KJ/（kg ·）】31704.5 KJ/h.專業(yè) .整理 .下載可編輯C00.8360.26310 3200.8412KJ/（Kg·）C0.8360.26310 3 t均10.8360.2

18、6310 39507791.06 KJ/（Kg·）2C21.1KJ/（Kg·）C30.6573KJ/（Kg·）V11.322.036 0.8762.35m3V23.87m 3V3=4.51m 3V4=9.34 m 3V1V2V13.872.351.52m3V2V3V 24.53. 870 .64m 3V3V4V39.344.514.73m31=600Kg/m 32 =120Kg/m 31=250Kg/m 3各層的蓄熱量 :Q蓄1V1 1C1t1 C0 t 01.5060095077920810068 .4KJ1.060.84122同理Q 蓄2=56628.0 KJ

19、Q 蓄 3 =280009.0KJ總蓄熱量Q 總=Q 蓄 1 + Q 蓄 2+ Q 蓄 3=1146705.4KJ6、開(kāi)啟爐子的輻射熱損失Q輻4T24Q輻T13.6Ft （KJ/h ）5.675100100.專業(yè) .整理 .下載可編輯式中，T1 爐膛內(nèi)部的絕對(duì)溫度 （K）， 1223KT2 爐外空氣絕對(duì)溫度 (K),293K總蓄熱量 QF 爐門開(kāi)啟的面積 （）總爐口開(kāi)啟尺寸 1020mm ×837mm ，即面積為 0.85 =1146705.4 爐口輻射遮蔽系數(shù) ，查參考文獻(xiàn) 【2】圖 2-16 得KJ=0.83t 爐門開(kāi)啟率 （%），開(kāi)爐門時(shí)間設(shè)每小時(shí)3 分鐘即得3t0.0560將

20、其數(shù)據(jù)代入上式得 ：Q 輔 =12277.2KJ/h7、開(kāi)啟爐門的溢氣熱損失Q 溢T1T2Q溢 VC2t （KJ/h ）式中，V 進(jìn)入爐內(nèi)的空氣流量 （m3 /h ）C 空氣的平均比熱容 【KJ/ （·K）】，為 1.4KJ/（·K）T1、T2 爐子內(nèi)外的溫度 ，分別為 950 和 20Q輻t 爐門開(kāi)啟率 ，為 0.0512277.2KJ/h而 V=2200BHH （m3 /h ）， B 為爐門寬度 （m ）， H 為爐門開(kāi)啟高度 （m ）.專業(yè) .整理 .下載可編輯故 Q溢 2200BHT1T2tHC222001.320.8370.8379502043743.11.40.

21、052KJ/h8、其它熱損失 Q 它Q 它 =0.5 ×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Q溢Q它=236930.9KJ/h10 、將總熱量換算成計(jì)算功率P計(jì)Q總236930.9P計(jì)65.8 KW3600360011、爐子的裝備功率安PP安KP計(jì)1.31.5 P計(jì)=1.376 ×65.8=90.23 KW 90KW12、電阻爐熱效率的校核Q件100%127015100%0.536%Q總23690一般電阻爐的熱效率為40%80%，故符合要求 。13、空爐升溫時(shí)間的校核Q溢Q蓄12277.23.78h符合要求 。43743.1KJ/h

22、升3600 903600P安14、電阻爐的空載功率P空.專業(yè) .整理 .下載可編輯Q散Q它31704.5 22193.1P空14.97 KW36003600符合要求Q它六、電熱元件的設(shè)計(jì)22193KJ/h（一）、電阻功率的分配因功率為 90KW，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 。Q總（二）、電阻元件材料的選擇236930.9KJ/h選用 0Cr25Al5 線狀電熱元件（三）、電熱元件的設(shè)計(jì)1、供電電壓和接線供電電壓為三相380V，雙星形聯(lián)接 。P安90KWP3153n2U380220VP 安=90KW32、確定電熱元件直徑d53.6%d 34.3 3 P2

23、t U 2W允式中， P 元件功率 （KW ）， 15KW升3.78hU 元件端電壓 （V）， 220Vt 工作溫度下的電阻 （.mm 2 /m ）W允 元件的允許表面負(fù)荷率（W/cm 2），查參考P空.專業(yè) .整理 .下載可編輯文獻(xiàn)【1】表 7-4可得：W允 =1.6 W/cm 2=14.97KW其中， t0 1t （.mm 2 /m ）式中， 0 元件在 0時(shí)的電阻率 （.mm 2/m ） 元件的電阻溫度系數(shù)（1/ ）t 元件的工作溫度（）， 它比爐子的額定溫度高 100 200 ， 此處選為1100 。故 t01t 1.4 1 4 1051100 1.52/m.mm將數(shù)據(jù)代入得 ：d=6

24、.53 mm取 d=7mm3、每根電熱元件長(zhǎng)度L 和總長(zhǎng)度 L 總L 0.785 10-3 U 2d2 m P tP=15 KW式中， U 元件端電壓 （V）， 220VU=220 VP 元件功率 （KW）,24KWd 元件線材直徑 （mm ）,7mmt 工作溫度下的電阻率（ .mm 2 /m ），1.45.mm 2/m故 L=82mL總nL 682492 m102P10015W/cm 3 ， 符 合 要W3.1471.49 1.6dL82求。4、計(jì)算電熱元件的重量M 和 M 總.專業(yè) .整理 .下載可編輯查參考文獻(xiàn) 【2】表 3-17 知，直徑為 7mm 的 0Cr25Al5 電熱元件重量為

25、 0.323kg/m ，則：M0.323 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(kāi)長(zhǎng)度 ：d=7mmL1826.83 m12每排電熱元件的擱磚長(zhǎng)度：L2 =36 ×512=918 mm電熱元件螺旋直徑D ：查參考文獻(xiàn) 【2 】表 3-19選擇D=5d ，即 D=5 ×7=35mm每排電熱元件的圈數(shù) ：L16.83103圈n3.1462L 總 =492mD35電熱元件螺旋節(jié)距 ：hL291814.8 mmn 62按 h= （24）d 校驗(yàn) h：h14.8d72.11，符合要求 。.專業(yè) .整理 .下載可編輯2、爐底每排電熱元件的展開(kāi)長(zhǎng)度：L182M 總 158.9165.125 m16kg每排電熱元件的擱磚長(zhǎng)度 ：L'2=943.5mm電熱元件螺旋直徑D：查參考文獻(xiàn) 【2】表 3-19 選擇 D5d ，即 D,=35mm每排電熱元件的圈數(shù) ：L1 =6.83mL141 圈nD電熱元件螺旋節(jié)距 ：hL223 mmD=35mmn按 h= （24）d 校驗(yàn) h：h3.28，符合要求 。dn=62 圈（