650℃ 90kgh的箱式電阻爐設計 課程設計報告.doc

報告題目：650 90kg/h的箱式電阻爐設計 熱處理設備課程設計任務書課題名稱 650 90 kg/h的箱式電阻爐設計完成時間20XX-10-20指導教師 職稱高工、講師學生姓名 班 級 總體設計要求和技術要點總體設計要求：1.通過設計，培養(yǎng)學生具有初步的設計思想和分析問題、解決問題的能力，了解設計的一般方法和步驟。2.初步培養(yǎng)學生的設計基本技能，如爐型的選擇、結構尺寸設計計算、繪圖、查閱手冊和設計資料，熟悉標準和規(guī)范等。3.使學生掌握設計熱處理設備的基本方法，能結合工程實際，選擇并設計常用熱處理設備，培養(yǎng)學生對工程技術問題的嚴肅認真和負責的態(tài)度。設計一臺熱處理箱式電阻爐，其技術要點為：1.用途：中碳鋼、低合金鋼毛坯或零件的淬火、正火、調質處理及回火。2.工件：中小型零件，無定型產品，處理批量為多品種，小批量；3.最高工作溫度：650、750、850、950、1100、1200（選一個溫度）；4.生產率：60-120kg/h（分7份）；5.生產特點：周期式成批裝料，長時間連續(xù)生產。工作內容及時間進度安排1.熱處理設備設計準備 0.5天2.箱式電阻爐結構尺寸計算、選擇爐體材料、計算分配電阻爐加熱功率 0.5天3.計算電熱元件尺寸、進行結構設計 0.5天3.核算設備技術經濟指標 0.5天4.繪制電阻爐總圖、電熱元件零件圖 1.0天5.編寫設計說明書、使用說明書 0.5天6.設計總結 0.5天7.答辨 1.0天課程設計成果1、設計說明書：設計說明書是存檔文件，是設計的理論計算依據。說明書的格式如下：（1）統(tǒng)一模板，正規(guī)書寫；（2）說明書的內容及計算說明項目：（a）、對設計課題的分析；（b）、設計計算過程；（c）、爐子技術指標；（d）、參考文獻。2、設計圖紙：（1)電阻爐總圖一張（A3），要求如下：（a）、圖面清晰，比例正確；（b）、尺寸及其標注方法正確；（c）、視圖、剖視圖完整正確；（d）、注出必要的技術條件。（2）零件圖3張：電熱元件零件圖，爐門圖，爐襯圖（A4）。3、使用說明書：電阻爐的技術規(guī)范及注意事項等。2.1 確定爐體結構和尺寸 2.1.1 爐底面積的確定 因無定型產品，故不能使用實際排料法確定爐底面積，只能用加熱能力指標法。爐子的生產率為P=90，按表5-1選擇箱式爐用于正火和淬火時的單位面積生產率P0為120kg/(m2h)。故可求的爐底的有效面積 F1=P/P0=0.75 m2 由于有效面積與爐底總面積存在關系式F/F0=0.780.85，取系數上限，得爐底實際面積 F=F1/0.85=0.88m2 2.1.2 確定爐膛尺寸由于熱處理箱式電阻爐設計時應考慮裝、出料方便,取 L/B=2，因此，可求的： L=1.328 m B=L/2=0.664 m根據標準磚尺寸，為便于砌磚，取 L=1.392 m B=0.680 m 按統(tǒng)計資料，爐膛高度H與寬度B之比H/B通常在0.50.9之間，根據爐子的工作條件，取H/B=0.7左右。則H=0.490 m可以確定爐膛尺寸如下 L=(230+2)6=1392 mm B=(120+2)3 +(40+2)2+（113+2）2=680 mm H=(65+2)7+21=490 mm確定為避免工件與爐內壁或電熱元件擱磚相碰撞，應使工件與爐膛內壁之間有一定空間，確定工作室有效尺寸為 L效=1200 mm B效=500 mm H效=350 mm F壁=2(LH)+(LB)+2(BH)+23.14B1/6L=3.97m2由經驗公式可知： P安=C-0.5升F0.9(t/1000)1.55 取式中系數C=30(kMh0.5)/(m1.81.55),空爐升溫時間假定為升=4h，爐溫t=650。 所以 P安= 304-0.53.970.9（650/1000）1.55 =26.61 kW暫取 P安=30kW2.1.3 爐襯材料及厚度的確定由于側墻、前墻及后墻的工作條件相似，采用相同爐襯結構，即113mmQN1.0輕質粘土磚50mm密度為250kg/m3的普通硅酸鋁纖維氈113mmB級硅藻土磚。 爐頂采用113mmQN1.0輕質粘土磚80mm密度為250kg/ m3的普通硅酸鋁纖維氈115mm膨脹珍珠巖。爐底采用三層QN1.0輕質粘土磚（673）mm50mm的普通硅酸鋁纖維氈182mmB級硅藻土磚和膨脹珍珠巖復合爐襯。爐門用65mm QN1.0輕質粘土磚80mm密度為250kg/m3的普通硅酸鋁纖維氈65mmA級硅藻土磚。爐底隔磚采用重質粘土磚，電熱元件擱磚選用重質高鋁磚。爐底板材料選用CrMnN耐熱鋼，根據爐底實際尺寸給出，分三塊或四塊，厚20mm。2.2 砌體平均表面積計算L外L+2(115+50+115)=1950 mmB外B+2(115+50+115)=1240 mmH外H+f+(115+80+115)+674+50+182 =1390 mm 式中：f拱頂高度，此爐子采用60標準拱頂，取拱弧半徑RB，則f可由fR（1cos30）求得。 2.2.1 爐頂平均面積F頂內L1.392=0.991m2 F頂外B外L外1.724 m2 F頂均1.31 m2 2.2.2 爐墻平均面積爐墻面積包括側墻及前后墻，為簡化計算將爐門包括在前墻內。F墻內2LH2BH2H（LB）20.490(1.392+0.680)=2.031 m2F墻外2H外(L外B外)21.390(1.950+1.240)=8.868 m2F墻均4.24 m2 2.2.3爐底平均面積F底內BL0.6801.3920.947 m2F底外B外L外1.2401.950=2.418 m2F底均1.51 m22.3 根據熱平衡計算爐子功率2.3.1 加熱工件所需的熱量Q件查表得，工件在650及20時比熱容分別為c件21.051kJ/(kg)，c件10.486kJ/(kg)Q件p(c件2t1c件1t0)90(1.0516500.48620)60609 kJ/h2.3.2 通過爐襯的散熱損失Q散由于爐子側壁和前后墻爐襯結構相似，故作統(tǒng)一數據處理，為簡化計算，將爐門也包括在前墻內。 根據式 Q散 對于爐墻散熱，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595，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層爐襯的熱導率由附表3得 10.29+0.25610-3ts1均0.442W/(m) 30.131+0.2310-3ts3均0.175W/(m) 普通硅酸鋁纖維的熱導率由附表4查得，在與給定溫度相差較小范圍內近似認為其熱導率與溫度成線性關系，由ts2均430，得 20.098W/(m) 當爐殼溫度為60，室溫為20時，由附表2近似計算得12.17 W/(m) (1)求熱流 q墻 417.3W/ m2(2)驗算交界面上的溫度t2墻，t3墻t2墻=t1q墻541.40.26%5%，滿足設計要求，不需重算。 t3墻=t2墻q墻328.2 2.6%5%，滿足設計要求，不需重算。(3)驗算爐殼溫度t4墻t4墻=t3墻q墻54.070滿足一般熱處理電阻爐表面升溫50的要求。(4)計算爐墻散熱損失 Q墻散q墻F墻均417.34.241769.4 W同理可以求得t2頂=583.9, t3頂=374.2, t4頂=38.5, q頂256.9 W/ m2t2底=508.8, t3底=356.7, t4底=50.3, q底298.1 W/ m2爐頂通過爐襯散熱 Q頂散q頂F頂均336.5 W爐底通過爐襯散熱Q底散q底F底均450.1 W整個爐體散熱損失 Q散Q墻散Q頂散Q底散2556 W 2.3.3開啟爐門的輻射熱損失設裝出料所需時間為每小時6分鐘Q輻3.65.675Ft（）4（）4因為Tg650273923K，Ta20273293K，由于正常工作時，爐門開啟高度為爐膛高度的一半，故 爐門開啟面積 FB0.6800.167 m2 爐門開啟率 t0.1由于爐門開啟后，輻射口為矩形，且與B之比為0.36，爐門開啟高度與爐墻厚度之比為0.88，由圖114第1條線查得0.66，故 Q輻3.65.675Ft（）4（）4 3.65.6750.1670.10.66（）4（）4 1617.7kJ/h2.3.4開啟爐門溢氣熱損失溢氣熱損失由下式得 Q溢qvaaca(tgta) t其中，qva1997B19970.6800.245=164.7m3/h冷空氣密度a1.29kg/ m3,由附表10得ca1.342kJ/( m3),ta=20, tg為溢氣溫度，近似認為tgta(tg-ta) 20(650-20)=440Q溢qvaaca(tgta) t164.71.291.342(44020)0.111975.3 kJ/h2.3.5其它熱損失其它熱損失約為上述熱損失之和的10%20%，故Q它0.13(Q件+Q散+Q輻+Q溢)=9939.5 kJ/h2.3.6熱量總支出其中Q輔0，Q控0，由下式得Q總Q件+Q輔+Q控+Q散+Q輻+Q溢+ Q它=86397.5 kJ/h2.3.7爐子安裝功率P安 其中K為功率儲備系數，本爐設計中K取1.5，則 P安36.0kW與標準爐子相比較，取爐子功率為35kW。2.4爐子熱效率計算2.4.1正常工作時的效率=60609/86397.5 =70.2%2.4.2在保溫階段，關閉時的效率83.2%2.5爐子空載功率計算 P空3.5 kW2.6空爐升溫時間計算由于所設計爐子的耐火層結構相似，而保溫層蓄熱較少，為簡化計算，將爐子側墻和前后墻及爐頂按相同數據計算，爐底由于砌磚方法不同，進行單獨計算，因升溫時爐底板也隨爐升溫，也要計算在內。2.6.1爐墻及爐頂蓄熱V側粘21.392(100.067+0.135)0.115=0.258m3V前后粘2(0.680+0.1152)(150.067+0.135)0.115=0.239m3V頂粘0.97(1.392+0.276)0.115=0.186m3V側纖2(1.392+0.115)(100.067+0.135)0.05=0.121m3V前后纖2(0.680+0.1152)(150.067+0.135)0.05=0.104m3V頂纖1.071(1.392+0.276)0.08=0.143m3V側硅2 (100.067+0.135)(1.392+0.115)0.115=0.279m3V前后硅21.240(150.067+0.135)0.115=0.325m3V頂珍 1.9501.2400.115=0.278 m3Q蓄V粘粘c粘(t粘t0)+V纖纖c纖(t纖t0)+ V硅硅c硅(t硅t0)因為t粘（t1t2墻）/2595.7查附表3得 c粘0.84+0.2610-3t粘0.84+0.2610-3595.7=0.995 kJ/(kg) t纖（t2墻t3墻）/2434.8查附表3得 c纖0.81+0.2810-3t纖0.81+0.2810-3434.8=0.932 kJ/(kg)t硅（t3墻t4墻）/2191.1查附表3得 c硅0.84+0.2510-3t硅0.84+0.2510-3191.1=0.888 kJ/(kg)所以得Q蓄1(V側粘+ V前后粘+ V頂粘)粘c粘(t粘t0)+(V側纖+ V前后纖+ V頂纖)纖c纖(t纖t0)+( V側硅+ V前后硅+ V頂硅)硅c硅(t硅t0) 493808 kJ/h2.6.2爐底蓄熱計算V底粘4(0.020.12+0.1130.065)+(0.042)0.113+(0.1130.120)21.392+(1.240-0.1152)(1.950-0.115)0.065 0.225m3V底纖1.9501.2400.050.121m3V底硅1.9501.2400.1820.440m3由于t底粘（t1t2底）/2(650+508.8)/2579.4查附表3得 c底粘0.84+0.2610-3t底粘0.991 kJ/(kg) t底纖（t2底t3底）/2(508.8+356.7)/2432.8查附表3得 c底纖0.81+0.2810-3t底纖0.931 kJ/(kg) t底硅（t3底t4底）/2(356.7+50.3)/2203.5查附表3得 c底硅0.84+0.2510-3t底硅0.891 kJ/(kg)所以得Q底蓄0.2251.01030.991(579.4-20)+0.1210.251030.931(432.8-20)+0.4400.51030.891(203.5-20)172327 kJ/h2.6.3爐底板蓄熱根據附表6查得650和20時高合金鋼的比熱容分別為c板20.875kJ/(kg)和c板10.473kJ/(kg)。經計算爐底板重量G=180kg，所以有 Q板蓄G(c板2t1- c板1t0)=180(0.8756509.46)100672.2 kJ/hQ蓄Q蓄1Q底蓄Q板蓄766807 kJ/h空爐升溫時間 升6.1h對于一般周期作業(yè)爐，其空爐升溫時間在38小時內均可，故本爐子設計符合要求。因計算蓄熱時是按穩(wěn)定態(tài)計算的，誤差大，時間偏長，實際空爐升溫時間應在4小時以內。2.7功率的分配與接線35kW功率均勻分布在爐膛兩側及爐底，組成Y、或YY、接線。供電電壓為車間動力380V。核算爐膛布置電熱元件內壁表面負荷，對于周期式作業(yè)爐，內壁表面負荷應在1535kW/ m2 之間，常用為2025 kW/ m2 之間。 F電2F電側F電底21.3920.490+1.3920.680=2.31 m2 WP安/F電35/2. 3115.2kW/ m2 故符合設計要求。2.8電熱元件材料選擇及計算由最高使用溫度650，選用線狀0Cr25Al15合金電熱元件，接線方式采用Y。2.8.1圖表法由附表15查得0Cr25Al1電熱元件35kW箱式爐Y接線，直徑d4.8mm時，其表面負荷為1.56W/ cm2。每組元件長度L組49.6m,總長度L總148.8m,元件總重量G總19.1kg。2.8.2理論計算法1、求650時電熱元件的電阻率t 當爐溫為650時，電熱元件溫度取1100，由附表12查得0Cr25Al5在20時電阻率201.40mm2/m，電阻溫度系數410-5-1,則1100下的電熱元件電阻率為 t20(1+t)= 1.40(1+410-51100)= 1.46mm2/m2、確定電熱元件表面功率 由圖53，根據本爐子電熱元件工作條件取W允1.6W/ cm2。3、每組電熱元件功率 由于采用Y接法，即三相雙星形接法，每組元件功率 P組35/n=35/311.7 kW4、每組電熱元件端電壓 由于采用YY接法，車間動力電網電壓為380V，故每組電熱元件端電壓即為每項電壓 U組380/=