高溫箱式加熱爐畢業(yè)設(shè)計

1、題目：高溫箱式加熱爐設(shè)計專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué)生：鮑旋軍 （簽名） 指導(dǎo)教師：尚可超 （簽名） 摘 要金屬熱處理是機械制造中的重要工藝之一，與其他加工工藝相比，熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學(xué)成分，而是通過改變工件內(nèi)部的顯微組織，或改變工件表面的化學(xué)成分，賦予或改善工件的使用性能。其特點是改善工件的內(nèi)在質(zhì)量，而這一般不是肉眼所能看到的。文中主要介紹了熱處理爐常用的耐火材料，保溫材料的種類和特點。介紹了熱處理爐的結(jié)構(gòu)，設(shè)計，以及相關(guān)的計算。同時，介紹了電熱元件材料的一般性能，以及相關(guān)的計算與設(shè)計。為了實現(xiàn)節(jié)能的效果，文中還簡要的介紹了當今箱是爐主要的節(jié)能方法和途徑。關(guān)鍵詞：箱式，

2、高溫熱處理，節(jié)能。subject: box-tpye high heat treatment furnace abstractmetal heat treatment is one of the important arts and crafts in machinery manufacturing, compared with other treatment, it usually dont change the shape and the whole piece, but by changing the chemical composition of the microstructure,

3、 or a change in the chemical composition of workpiece surface, or to improve performance of workpiece. its characteristic is that to improve the quality of workpiece, which is generally not naked eye can see.this paper mainly introduces the common heat treatment furnace refractories, insulation mate

4、rials and features.and introduces the structure, design of heat treatment furnace, and related calculation. in order to realize the energy saving effect, this paper has briefly introduced the current mainly energy saving method of box-tpye high heat treatment furnacekeyword: box-tpye ， high heat tre

5、atment， energy saving 目 錄第一章 緒論1第二章 熱處理基礎(chǔ)知識32.1熱處理原理32.2熱處理的主要工藝32.3 熱處理設(shè)備4第三章 爐體材料63.1耐火材料63.2輕質(zhì)耐火材料和絕熱材料8第四章 高溫箱式熱處理爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計104.1 爐子結(jié)構(gòu)設(shè)計104.1.1 爐膛尺寸的確定104.1.2 爐墻的砌筑114.1.3 爐頂?shù)钠鲋?14.1.4 爐門的設(shè)計124.1.5 爐襯材料和厚度的確定134.2 鋼結(jié)構(gòu)的確定13第五章 熱處理爐電熱體設(shè)計175.1 電熱元件材料175.1.1電熱元件材料應(yīng)具有的性能175.1.2 各種電熱材料的特性185.2電爐功率的確定195.3

6、電熱體尺寸及位置的確定235.3.1 電阻爐的接線方法的設(shè)計235.3.2 電熱體的確定255.3.3 電熱體的布置26第六章 箱式熱處理爐的節(jié)能28結(jié) 論29致 謝30參考文獻3131 第一章 緒論金屬熱處理是機械制造中的重要工藝之一，與其他加工工藝相比，熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學(xué)成分，而是通過改變工件內(nèi)部的顯微組織，或改變工件表面的化學(xué)成分，賦予或改善工件的使用性能。其特點是改善工件的內(nèi)在質(zhì)量，而這一般不是肉眼所能看到的。箱式電阻爐在各種機器制造廠的熱處理車間應(yīng)用的很廣泛，適用于單個小批大、中、小型零件的熱處理，如：退火、正火、回火以及固體滲碳等。帶有特殊馬弗室的箱式電阻爐，還

7、可以用來進行固體滲鋁和金屬線、帶的光亮退火，由于用途比較廣，人們常稱它為萬能電阻爐。根據(jù)各種不同的工作要求，箱式電阻爐的爐底有各種不同的構(gòu)造，常見的有以下幾種：1.爐底固定式 這種箱式電阻爐在實際應(yīng)用中的數(shù)量最多，容量可以從數(shù)千瓦到數(shù)百千瓦，工件由人工裝卸。2.爐底升降式 這種箱式電阻爐主要用作大型鑄、鍛件的回火和鋼板的熱處理，其容量大都在數(shù)百千瓦以上，其爐底為一耐熱合金鋼制成的平車，需加熱的工件即放置在上面，沿鐵軌推至爐罩下面的工作臺上，借電動機或液壓裝置把它升到爐膛內(nèi)。平車與爐身接觸處，可以用砂或其他液體密封，以便通入所需的各種保護氣體避免工件的氧化和脫碳。3.爐底可移動式 這種箱式電阻爐

8、的爐底為一有耐火磚與部分耐熱合金鋼制成的平車，但與爐底升降式的箱式電阻爐的平車不同，此平車是從通入爐內(nèi)的軌道上沿水平方向推至爐中，車面正好是爐子的底，通常車輪、車軸均露在爐外。平車的進出大都用電動機曳引，為了使爐子有足夠的熱量，往往在裝載工件的平車的下面也裝有電熱元件，車面與爐身接觸部分，也可用細沙密封。4.滾珠爐底式 這種箱式電阻爐的結(jié)構(gòu)，幾乎全與爐底固定式箱式電阻爐相同，只是在它的爐底上砌有數(shù)條耐熱合金鋼軌道，在這些軌道上，均放有數(shù)顆耐熱合金鋼丸，裝載工件的耐熱鋼底板，即放置在鋼丸的上面，可使工件裝載時的重力大為減輕，這種爐子的主要用途為大、中型鍛模的加熱及固體滲碳，而不適用于小零件的熱處

9、理。隨著社會主義建設(shè)的發(fā)展，熱處理設(shè)備正日益顯示重要作用。通過設(shè)計和制造新設(shè)備，改造舊設(shè)備，以適應(yīng)飛躍發(fā)展的工業(yè)生產(chǎn)的需要，而氣體滲碳爐的改造，主要圍繞提高產(chǎn)品質(zhì)量及設(shè)備的性能，改善勞動條件和消除公害等方面進行的，具體有以下幾方面：1改善爐膛結(jié)構(gòu)，合理布置加熱元件，提高密封程度，強化爐氣對流，以改善加熱質(zhì)量。2加大爐子功率，采用新型筑爐材料，電熱元件和新結(jié)構(gòu)的燒嘴，以強化設(shè)備加熱過程，提高加熱效率。3提高設(shè)備機械化、自動化程度，提高勞動生產(chǎn)率和改善勞動條件。4采用可控氣氛爐，進行無氧化加熱和提高化學(xué)熱處理的效果。5采用能提高節(jié)能效果的耐熱鋼，耐火材料，保溫材料等新材料。第二章 熱處理基礎(chǔ)知識2

10、.1熱處理原理在熱處理產(chǎn)品中80%為的熱處理件為鋼鐵制品，包括鋼廠生產(chǎn)的鋼棒和鋼管、鑄件、鍛件、焊接件、機加工件、軋制件、沖壓件、拉拔件或擠壓件等。鋼的熱處理：是將固態(tài)鋼材采用適當?shù)姆绞竭M行加熱、保暖和冷卻以獲得所需組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝。熱處理不僅可用于強化鋼材，提高機械零件的使用性能，而且還可以用于改善鋼材的工藝性能。其共同點是：只改變內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，不改變表面外形與尺寸。熱處理的目的是改變鋼的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，以改善鋼的性能，通過適當?shù)臒崽幚砜梢燥@著提高鋼的機械性能，延長機器零件的使用壽命。熱處理工藝不但可以強化金屬材料、充分挖掘材料性能潛力、降低結(jié)構(gòu)重量、節(jié)省和能源，而且能夠提高機械產(chǎn)品質(zhì)量、

11、大幅度延長機器零件的使用壽命。熱處理工藝分類：1、整體熱處理：包括退火、正火、淬火、回火和調(diào)質(zhì)；2、表面熱處理：包括表面淬火、物理氣相沉積和化學(xué)氣相沉積等；3、化學(xué)熱處理：滲碳、滲氮、碳氮共滲等。2.2熱處理的主要工藝鋼的退火 將鋼件加熱到適當溫度，保持一定時間，然后緩慢冷卻以獲得近于平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝稱為退火。退火的作用：降低硬度，提高塑性；細化晶粒，消除組織缺陷，消除內(nèi)應(yīng)力，為淬火作好組織預(yù)備。退火根據(jù)加熱溫度可分為在臨界溫度以上或以下的退火，前者又稱相變重結(jié)晶退火，包括完全退火、擴散退火、均勻化退火、不完全退火、球化退火；后者包括再結(jié)晶退火及去應(yīng)力退火。鋼的正火 將鋼件加熱到ac3

12、以上3050，保溫適當時間后；在靜止空氣中冷卻的熱處理工藝稱為正火。正火的目的：細化晶粒，均勻組織，調(diào)整硬度等。正火保溫時間和完全退火相同，應(yīng)以工件透燒，即心部達到要求的加熱溫度為準，還應(yīng)考慮鋼材、原始組織、裝爐量和加熱設(shè)備等因素。鋼的淬火 將鋼件加熱到ac3或ac1以上某一溫度，保持一定時間。然后以適當速度冷卻獲得m或b組織的熱處理工藝。淬火的效果：顯著提高鋼的強度和硬度。淬火的介質(zhì)主要為水或油。主要的淬火方法有：單介質(zhì)淬火、雙介質(zhì)淬火、局部淬火、馬氏體分級淬火、馬氏體等溫度淬火。鋼的回火 鋼件淬火后，再加熱到a1以下某一溫度，保持一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝稱為回火?；鼗鸬淖饔茫悍€(wěn)

13、定組織，消除淬火應(yīng)力；調(diào)整硬度、強度、塑性、韌性?；鼗鸬闹饕椒ㄓ校旱蜏鼗鼗?、中溫回火和高溫回火。2.3 熱處理設(shè)備在機械制造過程中，熱處理占重要地位，它對保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高機器工作效能和延長機器使用壽命都起著重要的作用。在任何一種熱處理工藝，只有通過相應(yīng)的設(shè)備才能實現(xiàn)。目前，熱處理設(shè)備的種類已十分繁多，根據(jù)它們在熱處理生產(chǎn)過程中所完成的任務(wù)，通常將熱處理設(shè)備分為主要設(shè)備和輔助設(shè)備兩大類。為了增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量和改善勞動條件，推行流水生產(chǎn)和自動化生產(chǎn)，又組合成了許多綜合熱處理設(shè)備熱處理聯(lián)合機。主要設(shè)備是完成主要熱處理工序所用的設(shè)備，包括加熱設(shè)備和冷卻設(shè)備。這類設(shè)備對熱處理效果和產(chǎn)品質(zhì)量起決定性

14、的作用，兩者之間又以加熱設(shè)備為最主要，包括各種熱處理爐和加熱裝置。輔助設(shè)備是完成各種輔助工序及主要工序所中的輔助動作所用的設(shè)備及各種工夾具。主要包括清洗設(shè)備、校正設(shè)備、起重運輸設(shè)備、控制氣氛設(shè)備及各種工夾具等。熱處理爐是最重要的熱處理設(shè)備。為了便于選擇使用和分析比較，常依以下幾種特征進行分類：1按熱能來源分類：分為電阻爐、燃料爐。2. 按工作溫度分類：分為低溫爐（650）、中溫爐（6501000）、高溫爐（1000）。3. 按爐膛介質(zhì)分類：分為自然介質(zhì)爐、浴爐、可控氣氛爐、真空爐。4. 按作業(yè)規(guī)程分類：分為周期作業(yè)爐、連續(xù)作業(yè)爐。第三章 爐體材料3.1耐火材料用來建筑爐子的材料統(tǒng)稱為筑爐材料，

15、它包括：耐火材料、絕熱材料、筑爐磚、地基材料和金屬材料等。凡具有能抵抗高溫以及在高溫下所產(chǎn)生的物理和物理化學(xué)作用的材料統(tǒng)稱為耐火材料。耐火材料的基本特性可以通過它的物理性能和工作性能來表示。耐火材料的物理性能包括體積密度、真比重、氣孔率、吸水率、透氣性、耐壓強度、熱膨脹性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性及熱容量等。判斷耐火材料的使用性能的重要指標有耐火度、荷重軟化點、抗渣性、耐極冷極熱性、重燒收縮等。熱處理爐對耐火材料的性能的要求：1）在高溫下不發(fā)生熔化或軟化；2）在高溫使用情況下能承受一定得壓力及其他機械負荷面部變形；3）在高溫長期使用情況下應(yīng)保持一定的體積穩(wěn)定性；4）當溫度急劇變化時不致破裂和剝落；5）能

16、抵抗金屬及爐氣等的化學(xué)侵蝕作用；6）制品必須具備一定得外形尺寸；7）對于熱處理電阻爐來說，還要求在高溫下有良好的絕熱性能。不致因發(fā)熱體接觸而產(chǎn)生漏電。同時要求在高溫下耐火材料與電熱體相互間不起化學(xué)作用；8）在不影響強度的情況下，密度應(yīng)愈小愈好，這樣既能減少爐襯耐火磚體的蓄熱，又能降低爐子的熱傳導(dǎo)損失。各種熱處理爐中用得比較普遍的耐火材料有：普通耐火粘土磚、輕質(zhì)耐火粘土磚、高鋁磚、剛玉磚、硅磚、金剛砂制品等數(shù)種。1.粘土磚 粘土磚的原料主要是耐火粘土和高嶺土，主要的礦物成分是高嶺石（ai2o32si2oh2o）。耐火粘土和一般泥土不同的地方是雜質(zhì)含量少，耐火度高（大于1580）。粘土磚的應(yīng)用范圍

17、極廣，可用來修砌熱處理爐室、燃燒室、煙道、煙囪等以及其他和高溫爐氣接觸的內(nèi)襯。2.高鋁磚 由礦物或含有高氧化鋁的人造材料制成，一般制品中的氧化鋁(ai2o3)的含量為4575%，它的耐火度為17501920，其耐極冷極熱性及抗渣性亦很良好。高鋁磚常被用來砌筑鹽浴爐的爐膛和各種電阻爐的電熱元件擱板。3.剛玉磚 是屬于高鋁磚一類的耐火磚，它由礬土剛玉、鐵礬土及其他材料以耐火粘土為結(jié)合劑用焙燒法制成。通常用作擱置各種電熱元件的架板和用在耐火度及強度要求比較高的地方。4.硅磚 是一種含sio2在93%以上的氧化硅質(zhì)耐火材料。它是由石英巖粉碎后加石灰乳或其他粘接劑制成的。在評價硅磚的質(zhì)量時，體積密度、真

18、比重及荷重軟化點是三個主要指標。5.碳化硅質(zhì)耐火材料 是用碳化硅及少量加入物成型燒制而成。碳化硅是用純石英砂和焦炭，并加入510%鋸木屑和12%食鹽混合后在特殊電爐內(nèi)于20002200高溫下制得的。碳化硅制品當使用溫度高于1300時易被氧化，并易被堿性爐渣所侵蝕。碳化硅質(zhì)制品常用于制造耐火板，換熱器元件，馬弗爐及電爐的高電阻電熱體等。3.2輕質(zhì)耐火材料和絕熱材料在熱處理爐的熱支出項目中，爐墻本身的蓄熱和通過爐墻向外散失的熱量占有很大的比例。為了減少這方面的熱損失，在砌筑熱處理爐等熱工設(shè)備時，常選用一些輕質(zhì)耐火材料和絕熱材料。輕質(zhì)耐火材料和絕熱材料的特點是體積密度小，氣孔率大，因而它本身所積蓄的

19、熱量和通過它向四周擴散的熱量就大為減少。提高了爐溫并降低了燃料的消耗量，同時還可以降低車間的溫度改善勞動條件。目前采用三種方法制造輕質(zhì)耐火材料：1）燒掉加入物法：生產(chǎn)輕質(zhì)粘土磚時，配料中約含35%耐火粘土，20%熟料，此外并有45%木屑、無煙煤末或焦炭等加入物。成型后在氧化氣氛中燒成。在燒成過程中這些加入物被燒掉，在磚內(nèi)造成大量孔隙，這樣就制成了體積密度較小的輕質(zhì)耐火材料。制造輕質(zhì)硅磚和高鋁磚的方法于此類似。2）泡沫法：用松香，苛性鈉制成松香皂，加水后制成泡沫乳劑，將此泡沫液加入到熟料和粘土及5%鋸末屑制成的泥漿中，攪拌均勻制成泡沫磚料。為了使泡沫穩(wěn)定，可使用少量鋁鉀明礬溶液。把這些磚料鑄入鐵

20、模中成型，干燥后取出在窯中進行燒制。3）化學(xué)法：向由熟料和粘土配成的磚料中加入少量白云石或石灰石。白云石或石灰石用稀硫酸溶液處理時放出co2,處理后泥料立即進行澆注，因而磚料激烈脹大。為使脹大后的磚坯體積穩(wěn)定，可向磚料中加入礬土水泥，石膏等，以使磚料脹大后隨即硬化。上述輕質(zhì)耐火磚可以用作高溫絕熱材料。當溫度低于900時，所用的絕熱材料有：石棉、硅藻土、礦渣棉和蛭石等。它們都是一些含有很多細小氣孔的材料，氣孔愈多，愈小則其導(dǎo)熱系數(shù)也就愈低。各種絕熱材料既可以作為散料直接使用，也可以加水調(diào)成膠泥涂抹使用或制成絕熱磚或隔熱板使用。在選用絕熱材料時應(yīng)考慮到它的最高使用溫度，超過規(guī)定溫度后絕熱材料就會喪

21、失強度或破裂。 第四章 高溫箱式熱處理爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計4.1 爐子結(jié)構(gòu)設(shè)計 爐子設(shè)計所依據(jù)的基本技術(shù)條件和原始數(shù)據(jù)應(yīng)包括：典型工件的名稱，形狀尺寸和簡圖，材料，重量以及技術(shù)要求等；熱處理典型工件曲線或工藝過程；生產(chǎn)批量及生產(chǎn)率；其它質(zhì)量要求；機械化作業(yè)程度；投資金額等。4.1.1 爐膛尺寸的確定爐膛的尺寸是爐體結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要數(shù)據(jù)。它與工業(yè)爐產(chǎn)量、技術(shù)工藝操作、物料的尺寸、形狀及其在爐內(nèi)的布置等因素有關(guān)。我國生產(chǎn)的電阻爐已經(jīng)標準化了。可以根據(jù)毛坯需要加熱的溫度、工藝要求的生產(chǎn)率來選用。下面為11030型箱式熱處理爐的技術(shù)規(guī)格：技術(shù)規(guī)格爐子型號 110-30額定功率（千瓦）電壓（伏）相數(shù)最高工作溫度（

22、）空載損失功率（千瓦）生產(chǎn)率（公斤/時）爐膛尺寸（毫米）長寬高電爐連耐火磚爐襯共（噸）30380/220313001210504003002502.34.1.2 爐墻的砌筑加熱爐的爐墻式垂直的，厚達兩塊磚以上。其中內(nèi)層耐火材料為1.5至2塊。外層為絕熱材料，外部用厚為510mm的鋼板作為保護殼。加護爐外鋼板的目的除了可使爐體堅固外，還可以保證工業(yè)爐的氣密性良好。爐墻的最經(jīng)濟厚度，應(yīng)根據(jù)砌體的材料費和蓄熱散熱損失引起的燃料費等進行優(yōu)化計算確定。爐墻上設(shè)置爐門以便裝入和取出被加熱的物料以及觀察和調(diào)撥爐料。爐墻上還留有窺視孔、測量孔及設(shè)置燃燒裝置等，這些爐門、開孔和裝置的數(shù)量、大小及位置的安排要由物

23、料的尺寸、工藝操作的方便及工業(yè)爐結(jié)構(gòu)的具體情況而定，并且不影響爐體的堅固和嚴密。4.1.3 爐頂?shù)钠鲋t頂使爐膛組成中的薄弱環(huán)節(jié)。爐頂是否牢固可靠，對工業(yè)爐工作由重大影響。由于爐頂?shù)膿p壞而降低工業(yè)爐的作業(yè)率等，所以工業(yè)爐的設(shè)計時對爐頂?shù)目煽啃员仨氂枰宰銐虻闹匾?。爐頂按其結(jié)構(gòu)形式可分為拱頂和吊頂（懸掛頂）。拱頂?shù)挠悬c是結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、成本較低。當爐寬（工業(yè)爐跨度）小于4m時，可以采用拱頂結(jié)構(gòu)。拱頂可用楔形磚砌筑或不定形耐火材料搗制而成。拱頂?shù)闹行慕且话阌?0、90、180，常用的60拱頂，稱為標準拱頂，其半徑r等于工業(yè)爐的跨度b，拱頂矢高h0.134b。為將拱頂重量分解成水平推力和垂直重力通

24、過鋼結(jié)構(gòu)傳到基礎(chǔ)上，拱頂配有拱腳磚和拱腳梁。拱腳磚可根據(jù)拱頂?shù)闹行慕呛凸绊斈突饘雍穸冗x配，拱腳梁的大小則根據(jù)強度計算決定。拱頂?shù)暮穸群筒馁|(zhì)與工業(yè)爐跨度的爐內(nèi)的溫度條件有關(guān)。一般隨工業(yè)爐跨度增大，拱頂厚度也可適當增厚，加熱爐拱頂厚度通常選用230300mm。加熱爐拱頂一般可采用粘土質(zhì)耐火材料砌筑。拱頂上面是否覆蓋絕熱材料視溫度條件和拱頂材質(zhì)而定。絕熱材料可采用輕質(zhì)絕熱磚、板或散狀材料。由于爐頂散熱約占工業(yè)爐砌體散熱損失的4060，所以加強爐頂絕熱比爐墻絕熱更為重要。4.1.4 爐門的設(shè)計爐門的設(shè)計必須能關(guān)閉嚴緊，重量輕，強度大，熱的性能好。這里所謂的熱的性能包括保溫能力強和高溫時機械強度大。通常

25、爐門的形式依據(jù)氣動的形式可分為提升式和鉸鏈式兩種。除非小型或加熱物在爐內(nèi)需留置集熱的電爐外，一般均用提升式爐門。爐門除了遮蔽爐門口的熱輻射外，還有保持爐膛密封性的作用。若密閉不嚴吸入冷空氣，不僅會增加熱損失，加重氧化脫碳程度，也影響加熱均勻性箱式爐的爐門與爐框的接觸面應(yīng)經(jīng)過機械加工，以保證良好的密封性。爐門框架內(nèi)的填充的耐火材料必須牢固，因爐門的厚度不大，所用材料必須有良好的保溫性，宜采用超輕質(zhì)耐火材料，并精心砌筑。為了能關(guān)閉嚴密減少熱損失，爐門必須較門孔為大，既有一部分爐門與墻重迭。重迭的尺寸最少每邊有65毫米，通常每邊為130毫米，200毫米以上的一般不采用。爐門的密封方式，有的利用斜面靠

26、爐門自重壓緊，斜面角a大小對爐門的密封性有直接影響。中等爐可選擇2.53.5；大型爐可選取1.5。爐門的損壞的主要原因之一是啟閉時的磨損，因此設(shè)計時我們可使爐門在開始啟開后立即與爐前墻離開，這樣可以減少啟閉時的磨損，要達到這一要求，爐門可用傾斜式的的設(shè)計或爐門上加楔形裝置。4.1.5 爐襯材料和厚度的確定在生產(chǎn)上沒有特殊要求時，爐子外表的表面溫度一般不超過4060。表面溫度太高。爐子的熱損失則大，太低時爐襯的厚度應(yīng)大，增加整個爐子的體積。側(cè)墻、前后墻的耐火層厚度350mm，保溫層250mm，石棉板10mm；爐底耐火層300mm，硅藻土磚310mm，爐門耐火層230mm，硅藻土磚130mm。耐火

27、層選高鋁磚和輕質(zhì)粘土磚，保溫層選蛭石粉。4.2 鋼結(jié)構(gòu)的確定工業(yè)爐的鋼結(jié)構(gòu)的特點是緊靠高溫爐體，所處環(huán)境溫度較高，工作溫度也常有變化，因此工作條件較為惡劣。除有特殊要求采用活動連接外，工業(yè)爐金屬構(gòu)件的連接，一般都采用焊接。由于鋼架是固定死的，所以各部分砌體均需留有膨脹縫，以免受熱后鋼架變形。所有構(gòu)件要盡量采用不需要特殊訂貨的標準型號熱軋鋼材。鋼架結(jié)構(gòu)的計算如下圖2所示為拱頂作用力，爐頂對拱腳磚發(fā)生壓力。這個力可以分為水平分（推）力p和垂直分（重）力g/2。簡化計算，不計拱內(nèi)剪力和彎矩，沒有軸向變形，則兩分力的扭轉(zhuǎn)力矩必然相等。這樣，兩根立柱之間的拱頂作用在立柱的水平推力(n) （4-1）式中：

28、g為兩個立柱之間拱頂?shù)闹亓浚╧g）；b為拱頂?shù)目缍?mm)；h為拱頂?shù)氖父撸╩m）；k1為溫度系數(shù)，參考下表1；k2為拱頂中心角修正系數(shù)，k2=,參考下表2.表1 推力隨溫度增加的溫度系數(shù)k1爐溫常溫9009001100110013001300k11020253.03.5表2 拱頂中心角修正系數(shù)k2拱頂中心角6090120180k21.8661.2070.8660.5經(jīng)計算兩個立柱之間拱頂?shù)闹亓縢為1012kg, 拱頂?shù)目缍葹?00mmp=1012x3.5x1.866/2=3305n拱腳梁所受水平方向的彎矩（nmm） （4-2） 式中，為兩立柱之間的距離（cm）my=3305x124/8=51

29、227.5拱腳梁水平方向的界面系數(shù)（mm3） （4-3）mly=51227.5/1600=32.0立柱的破環(huán)主要是由于彎曲應(yīng)力起作用。其最大彎矩（nmm）式中：h1、h2、h為立柱主要尺寸（mm），=115403截面系數(shù)（mm3） （4-4） w=115403/1600=72爐頂上拉桿的破壞主要是拉力在起作用。所受拉力 （4-5）p1=330554.4/151.9=1183.6要求上拉桿的斷面積可由拉力決定 （4-6）=1183.6/470=0.8依據(jù)上述計算可確定所用材料的截面積，并選定所需鋼材。拱腳梁為10號槽鋼立柱為14號槽鋼上拉桿為5號等邊角鋼第五章 熱處理爐電熱體設(shè)計5.1 電熱元件

30、材料電熱體時電阻路的發(fā)熱體，它是爐子很重要的部分。爐子發(fā)熱量是否達到要求，這于所采用的電熱材料和結(jié)構(gòu)有關(guān)，所以設(shè)計中要經(jīng)過詳細的計算和選擇電熱材料，以便在經(jīng)濟上和技術(shù)上都能達到合理。間接電阻爐的電熱體可分為兩類：金屬電熱體和非金屬電熱體。一般采用的金屬電熱體包括一些電阻比較高的金屬，如：鉬，鎢，鉭等和各種高電阻的合金，如：鎳鉻鐵合金，鉻鎳鋁合金以及銅鎳錳合金等。非金屬電熱體包括石磨、炭、碳化硅等。5.1.1電熱元件材料應(yīng)具有的性能電熱元件常在高于爐溫100200的溫度下工作，因此要求所用的材料應(yīng)具備以下性能：1 較高的比電阻，以便制成適當尺寸的元件；2 較小的電阻溫度系數(shù)，以便溫度波動時不引起

31、爐子功率較大變動；3 較高的化學(xué)穩(wěn)定性，在高溫下不易氧化或與爐襯材料及爐內(nèi)氣氛發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；4 較好的加工性能及較高的高溫強度，易于加工成各種形狀及易于焊接，在高溫下不易變形；5 較小的熱膨脹系數(shù)，以免元件在高溫下過度伸長而造成工作困難。5.1.2 各種電熱材料的特性1.鉬 熔點2630，最高使用溫度可達到1600。在高溫的狀態(tài)下，很易氧化，在600左右時，就與空氣起氧化作用，生成氧化鉬（moo3）氣體揮發(fā)，所以使用鉬作為電熱材料時，必須考慮它在高溫下的穩(wěn)定性，必須有保護氣，或抽真空。鉬的電阻系數(shù)很大，t5.510-3，比電阻0.045歐姆毫米2/米。鉬的電阻隨溫度升高增加很大；為了使爐子功率

32、穩(wěn)定，在電路上必須有安有變阻器或變壓器來調(diào)節(jié)電壓。鉬可以制成絲狀、帶狀或棒狀，因為鉬的性質(zhì)很脆，不易燒成螺旋狀。一般鉬絲使聚成一束，在爐膛四周豎繞。高溫下鉬與各種耐火材料會起作用，為了避免鉬與爐內(nèi)的耐火材料接觸，最好設(shè)置支撐或鉤子來支持鉬電熱體。一般13501600的爐子均采用鉬為電熱材料。2.鎢 鎢的熔點3410，使用溫度20002500，棒狀可達到2500。鎢和鉬一樣在高溫下很易氧化，所以使用時要有保護氣體或抽真空。鎢的性質(zhì)與鉬大致相同，它的電阻溫度系數(shù)很大，t=5.510-3，比電阻很小0.05歐姆毫米2/米，使用時，也必須有安有變阻器或變壓器來調(diào)節(jié)。才能保持爐子功率穩(wěn)定和增加其壽命。在

33、高溫下，鎢也要避免與耐火材料相接觸。鎢是貴重金屬，在工業(yè)上采用鎢為電熱體比較少，一般是用在小型的實驗爐子，爐溫為16002200時采用。3鎳鉻合金 鎳鉻合金的熔點隨其合金成分而定。在1000以下的爐子均可以使用鎳鉻合金為電熱材料。鎳鉻合金最大的優(yōu)點就是在高溫下不易氧化，因為在其表面生成氧化鉻（cr2o3）薄膜，它可以保護內(nèi)部的鎳鉻合金不受氧化。所以不需要任何氣體保護。鎳鉻合金的比電阻相當高11.45歐姆毫米2/米，電阻溫度系數(shù)也較小，t=0.3x10-30.3x10-4，所以當溫度升高時，電功率較穩(wěn)定。鎳鉻合金電熱體通常制成絲狀和帶狀。帶狀常繞成螺旋狀。4.非金屬材料 在非金屬材料電熱元件中，

34、用得最多的是碳化硅，它是由碳化硅工廠用絞壓方法制成，從化學(xué)成分看碳化硅幾乎是一種半導(dǎo)體。碳化硅電熱元件的電阻與溫度成反比，但它得熱電阻有一個特點，即在900時得特性曲線由負轉(zhuǎn)變?yōu)檎?，這一特點可以防止碳化硅電熱元件因電壓得驟增而被燒毀。在使用6080小時后，其電阻增加1520，以后逐漸緩慢，人們把這種電阻得逐漸增加現(xiàn)象，解釋為元件的“老化”。顯然，在電壓穩(wěn)定的態(tài)下，這種情況將使電流減少，因而功率降低，為了保持一定得溫度，必須增高通人元件兩端的電壓。在實際的使用中碳化硅元件的高溫電阻爐，通常都配有一調(diào)壓變壓器。5.2電爐功率的確定 電爐功率的大小與爐子的生產(chǎn)率、升溫時間、爐膛尺寸、爐子結(jié)構(gòu)、工件熱

35、處理等因素有關(guān)。該設(shè)計用理論設(shè)計算法。理論設(shè)計算法：1. 熱工件所需要的熱量：q件=g件（c2t2-c1t1） （5-1） g件 工件的裝爐量（） t1 、t2工件在入爐前的溫度和最終加熱溫度（） c1 、c2工件在t1 、t2時的平均比熱容（千卡/（）由相關(guān)資料查得: g=50kg c1 = 0.12kj/（） c2 =0.162 kj/（） 所以 q件=50（0.1621300-0.1220） =10410（千卡/時）2.通過磚壁的散熱損失q散 （5-2） 由于爐墻散熱,首先假定界面上的溫度及爐殼溫度,t2=1200;t3=900,t4=70則耐火層耐火粘土的平均溫度 t2(均)=(130

36、0+1200)/2=1250耐火層輕質(zhì)粘土磚的平均溫度 t3(均)=(1200+900)/2=1150保溫層s2的平均溫度 t4(均)=(900+60)/2=485 鋁=0.6+0.5510-31250=1.29千卡/米時粘=0.25+0.2210-31100=0.492千卡/米時硅=0.113+0.210-3480=0.21千卡/米時當爐殼溫度為60，室溫為20時，鋼板表面總10.4千卡/米2時求熱流q （5-3）驗算交界面上的溫度t21300-8000.12=12o4 （5-4） =1200-1198/1200=0.3% 5%，故不需重算。1204-8000.33=940 =940-900

37、/900=4.4%5%，故不需重算驗算爐殼溫度t4940-8001.1=60計算爐墻的散熱損失=qf墻（均）=8001.85=1480同理，可算出爐頂及爐底的散熱損失，= qf頂（均）=8000.27=216= qf底（均）=8000.54=432整個爐殼的外壁散熱：q散=+=1480+216+432=2128（3）開啟爐門時的熱損失：當開啟爐門時，除了輻射造成的損失外，還有冷空氣進入爐內(nèi)形成熱氣對流所造成的熱損失。現(xiàn)假定裝出料所需時間約為6分鐘，輻射損失 （5-5）因t爐=1300+273=1573k；t空=20+273=293k；f=0.30.25/2=0.0375米2；=0.1；=0.6

38、1，故626千卡開啟爐門時的溢氣熱損失q溢=vct（t氣-t空） （5-6）v=2200bh=22000.30.25=82.5米3/時因=1.29公斤/米3；c=0.32千卡/米3；t空=20；t氣為溢氣的溫度，隨爐門開啟的時間增長而降低，這里近似地按如下平均法計算，即t氣=t空+（t終+t空）2/3=20+（1300+20）2/3=900；故q溢=82.51.290.320.1（900-20）=2997千卡/時（4）其他熱損失q它=（0.51.0）q散=0.82128=1702.4熱量總支出q總=q件+ q散+ q輻+ q溢+ q它=10410+2128+626+2997+1702.4=17

39、863.4換算成功率：p理=q總/860=17863.4/860=20.8 （5-7）取k=1.5p實=k p理=1.520.8=31.2 （5-8）爐子熱效率的計算：1. 打開爐門時的效率58.3% （5-9）2.在保溫階段，關(guān)閉爐門時的效率=73.1% （5-10）3.爐子空載功率計算=4.45 （5-11） 5.3電熱體尺寸及位置的確定5.3.1 電阻爐的接線方法的設(shè)計出采用一些電阻溫度系數(shù)很大和易于“老化”的電熱元件或依工藝和安全需低壓供電的情況外，一般均應(yīng)采用車間電網(wǎng)的電壓，即220伏或380伏。當爐子功率p小于25千瓦時，通常采用220伏或380伏單相串聯(lián)接法。當爐子功率為3075

40、千瓦時，一般采用三相380伏星形接法或三相220三角形接法。當爐子功率大于75千瓦時，可將電熱元件分成兩組或兩組以上的380伏星形接法，或三相220伏三角形接法。每組功率以3075千瓦為宜。這樣可使電熱元件的功率不致過大，便于調(diào)節(jié)爐溫并保持其均勻性，同時電熱元件尺寸可在最常用的范圍內(nèi)。硅碳棒一類電熱元件，應(yīng)當盡量避免多元件串聯(lián)，而應(yīng)采用并聯(lián)或兩個元件串聯(lián)的接線法。這是因為各硅碳棒的電阻值相差常較大，多元件串聯(lián)時，各棒功率分配不均勻，容易集中在阻值較大的棒上，使其迅速燒毀。周期性作業(yè)電阻爐在升溫階段消耗的功率大，保溫階段很少。因此，可以在升溫時采用三角形接法，在保溫時采用星形接法；也可以在升溫階

41、段采用多組元件，在保溫階段切斷其中的一組或兩組。但是，當采用改換接線法來調(diào)節(jié)爐子功率時，應(yīng)根據(jù)最大功率的接線法來確定電熱元件尺寸，否則，元件將因表面負荷率過高而被燒毀。此外，在不分溫度區(qū)的電爐內(nèi)采用多組元件布置時，應(yīng)使各組在爐內(nèi)分布均勻，以免切斷一組后造成爐溫不均勻。根據(jù)碳化硅在1400時的電阻為2.6歐當采用三相380伏星形接法時：=55.5千瓦 （5-12）暫定接法為三相380伏星形接法5.3.2 電熱體的確定硅碳棒的計算有兩種方法：一是根據(jù)爐子的總功率、爐膛大小和現(xiàn)有的硅碳棒規(guī)格，確定所需的硅碳棒數(shù)量；二是根據(jù)路子功率，爐膛尺寸，計算硅碳棒工作部分直徑，最后確定其規(guī)格。硅碳棒數(shù)目的計算(

42、1)根據(jù)爐子工作溫度和現(xiàn)有硅碳棒的規(guī)格，計算每根棒的功率：p棒=dlw允10-2(千瓦) （5-13）式中:w允在工作溫度下的允許表面負荷率(瓦/厘米2)d硅碳棒工作部分的直徑(毫米)l硅碳棒工作部分的長度(米)依據(jù)表查得爐溫為1300時，w允=14瓦/厘米2。p棒=3.14140.41410-2=2.46(千瓦)(2)根據(jù)爐子總功率確定硅碳棒的數(shù)量:(根) （5-14）n=30/2.46=12.2，采取三相接法，所以取15根(3)計算硅碳棒的端電壓:(伏) （5-15）式中:rt硅碳棒在工作溫度下的電阻(歐);一般取最高工作溫度1400時的電阻值.查表得硅碳棒在1400的電阻值為rt=2.6

43、歐，故80伏(4)確定電壓調(diào)節(jié)范圍和變壓器型號u調(diào)=(0.352)u （5-16）u調(diào)=（0.352）u=（0.352）80=28160伏根據(jù)調(diào)壓范圍和變壓器的額定容量應(yīng)大于爐子功率的原則，可選定zudog-33/0.5型變壓器5.3.3 電熱體的布置為了保證電熱元件具有一定的尺寸，因而爐子的功率和電壓均受到一定的限制，在選擇電壓時，要使電熱元件的尺寸符合于要求。對于功率在1530kw的爐子，則采用單相380伏串聯(lián)，或三相220伏星形連接。通常每組電熱元件的功率以3075kw最為適宜。電熱體多半安裝在爐壁內(nèi)表面。如爐膛寬大高度小時，電熱體也可安裝在爐頂上，但此時必須力求爐底也能安裝電熱體。電熱體也可裝在絕緣子上，或利用絕緣子為間隔。此種絕緣子應(yīng)在爐子的工作溫度下，具有高的絕緣性能、機械強度、耐熱性，并且結(jié)構(gòu)簡單造價便宜。電熱體也可以支撐在耐熱鋼制成的鉤上，這種支撐方法的缺點是在高溫下不能經(jīng)常保證電熱體可靠地工作，因在高溫下爐子的砌磚能與鉤的氧化表面相互作用而生成易溶的渣。電熱體的選擇和布置的兩點注意事項：一、若為了節(jié)省材料，就是說要減少使用電熱體的重量可用下列方法：1使用高的電壓；2增加電熱體組數(shù)，分散電爐功率；3用優(yōu)質(zhì)較