鹽浴爐的設(shè)計(jì)插入式電極鹽浴爐課程設(shè)計(jì)說明書

1、word文檔整理分享插入式電極鹽浴爐課程設(shè)計(jì)1. 熱處理設(shè)備課程設(shè)計(jì)的意義和目的熱處理設(shè)備課程設(shè)計(jì)是在學(xué)生較為系統(tǒng)地學(xué)習(xí)了熱處理原理與工藝、傳熱基 本原理、氣體力學(xué)、燃料與燃燒、耐火材料、電熱原理、爐子構(gòu)造等專業(yè)基礎(chǔ)知 識(shí)上開設(shè)的。是高等工業(yè)學(xué)校金屬材料工程專業(yè)一次專業(yè)課設(shè)計(jì)練習(xí)，是繼熱處理工藝課程設(shè)計(jì)后的又一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。其目的是：培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用以上所學(xué)的知識(shí)獨(dú)立分析和解決熱處理工程技 術(shù)問題的能力，掌握熱處理設(shè)備(主要是熱處理爐)設(shè)計(jì)的一般程序和方法，了 解如何進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算、設(shè)備工程圖繪制，以及懂得如何查找和使用設(shè)計(jì)資料。2. 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一臺(tái)熱處理爐。其技術(shù)條件:(1) 用途T10手工鋸

2、條的淬火；處理批量為大批量，溫度760C 11，保溫時(shí)間為5min；(2) 裝爐量：12kg/次；(3) 生產(chǎn)率：96kg/h ;(4) 工作溫度：最高使用溫度w 780C(5) 生產(chǎn)特點(diǎn)：周期式成批裝料，長時(shí)間連續(xù)生產(chǎn)。3. 爐型的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)給出的生產(chǎn)特點(diǎn)，擬選用插入式電極鹽浴爐4. 確定爐體結(jié)構(gòu)和尺寸4.1浴槽尺寸的確定確定浴爐的浴槽尺寸的原則：根據(jù)周期式工件產(chǎn)量的排布確定其浴槽的尺寸(1)周期工件數(shù)量：400件，20個(gè)一組；(2)零件尺寸如圖4.1所示:315X 12X 0.65(3)鹽浴爐兩側(cè)預(yù)留尺寸為：124/134 (有電極)(4)工件擺放的橫間距：25(5)工件擺放的豎間距

3、：50圖4.1處理零件圖擺放的形式如圖4.2所示分兩層，每層放十組框的尺寸為：550X 415X 200圖4.2裝框圖已知有效尺寸為：550X 415X 200由工件的排放可以計(jì)算得：浴槽的長度：L = 2X 124+50X 11=798浴槽的寬度：B=50X 2+315+134X 2=683鹽浴容量一般為浴槽的高度尺寸的2/3，同時(shí)根據(jù)工件的排放要求（放兩層工件）求得為：h=200+100X 2=400,此高度為鹽浴爐的溶鹽的高度；則可求得浴槽的高度H=400X 3/2=600;4.2坩堝的尺寸確定坩堝是在8mm厚的耐熱鋼板焊成的爐膽內(nèi)用水泥結(jié)合耐火澆注材料（GL-70）,其烘干后密度為12

4、30kg/m3澆注成形的2】，其尺寸如下圖4.3所示：（單位：mr）圖4.3爐膽4.3爐襯材料及厚度的確定由于側(cè)墻，前墻及后墻的工件條件相似，采用相同爐襯結(jié)構(gòu)，按設(shè)計(jì)需求爐膽內(nèi) 再加一層粘土磚（硅藻土磚 A級(jí)）113X230X65 （最高使用溫度900C）將65 的那邊貼著爐膽的外側(cè)，230那邊則放置在高的方向；為了保溫需求，爐膽外側(cè)加一層普通硅酸鋁纖維針刺毯子，要求其厚度為77;在毯子外側(cè)再加一層粘土磚予以保溫固定,此粘土磚硅藻土磚A級(jí)為113X 230X 65,此次的113那面則是朝爐膽方向；如下圖4.4所示：工三二二三一FT三_ . 圖4.4爐子的俯視圖鹽爐的爐底用水泥澆注而成，厚度為

5、300mm;爐蓋外邊用薄鋼板，蓋內(nèi)部用普通粘子予以保溫，蓋中間留有一個(gè)直徑為10cm的孔用于觀察其鹽浴的工作情況。電極根據(jù)工作要求選用0Cr25AI5,其爐膛溫度為760C，允許表面負(fù)荷W允 =2.6-3.0。電阻率1.80 mm /m,電阻溫度系數(shù)3.5 X 1/100000/C,熔點(diǎn)為 1500 r.5砌體外廓尺寸L #=L+2X( 132+116+77+67+8 =1672mmB 外=B+2X( 132+116+77+67+8 =1493mmH #=H+300+130+8+200=1038mmi6爐體各層的溫度的計(jì)算6.1爐體側(cè)面的各層的溫度計(jì)算已知爐內(nèi)溫度ti=780C (用最高使用溫

6、度來算),要求定爐外溫度t5< 50C；假設(shè) t 2=730C t 3=670E t 4=150C t 5=40E ;水泥澆料層 S=130mn平均溫度為ti均=755E粘土磚層S2=114mm勺平均溫度為t2均=700E針刺毯子層S3=75mm勺平均溫度為t3均=410E粘土磚層S4=65mm勺平均溫度為14均=95ES/ 入 1=130/(2.09+0.00186 Xti均)=37.2S22/ 入 2=114/(0.689+0.00064 Xt2均)=100.2S3/ 入 3=75/0.19=394.7S/ 入 4=65/(0.689+0.00064 Xt4均)=86.7由爐殼溫度為

7、40E，室溫為20E,可用綜合導(dǎo)熱系數(shù)a刀=12.83W(卅)求熱流量q墻=(t g-ta) /(S/入 1+S2/入 2+S3/入3+ S4/入4+ 1/ a 刀)=1.2W/ffl2 驗(yàn)算交界面上的溫度實(shí)際的 t 2實(shí)t 3實(shí)t 4實(shí)t2 實(shí)=t 1 -q 墻 X S/ 入 1=735E = ( t 2 實(shí)-t 2)/ t 2=0.07%A< 5%滿足設(shè)計(jì)要求；t3 實(shí)=t i -q 墻 X（ Si/ 入 i+S2/ 入 2） =615°C = （ t 3 實(shí)-t 3）/ t 3=0.5%A< 5%滿足設(shè)計(jì)要求；14 實(shí)=t i-q 墻 x（ Si/ 入 i +S/

8、入 2+S/ 入 3） =141 CA = （ t 4 實(shí)-t4 ） / t 4=4.9%A< 5%滿足設(shè)計(jì)要求；15 實(shí)=t 1- q 墻 x（ S1/ 入計(jì)SV 入 2+S/ 入 3+ S4/ 入 4） =37.4 CA = （15實(shí)-t5） / t 5=0.49%A< 5%滿足設(shè)計(jì)要求；6.2爐體的底部的溫度的計(jì)算已知爐內(nèi)溫度t1=780C （用最高使用溫度來算）,要求定爐外溫度t3=50C；假設(shè)12=700C ;按照設(shè)計(jì)要求 S 1=130mm S=300mm入 1=2.09+0.00186 X11 均入 2=0.689+0.00064 X12均=740Ct2均=375Cq

9、 底=（t g-t a） / （S/ 入 1+S2/ 入 2+1/ a 刀）=2.02W/ m212 實(shí)=t 1 - q 底 X S/ 入 1=704CA = （12實(shí)-t 2） / t 2=0.57%A< 5%滿足設(shè)計(jì)要求；7計(jì)算爐子功率7.1根據(jù)熱平衡計(jì)算電極鹽浴爐的功率中溫鹽浴鹽浴爐的功率可依據(jù)熱平衡計(jì)算求得，并應(yīng)滿足空爐升溫時(shí)間的要求。爐加熱階段的主要熱損失為：固體鹽升溫?zé)崃縌=VW）（t i-t o）/ t =28045 kJ/h式中Q1固態(tài)鹽升溫?zé)崃浚╧J/h ）;W y固態(tài)鹽用量（kg ）VW=P yXvy； =451.5kg;見表 7.1C 1 固態(tài)鹽的比熱容（kJ/kg

10、C） 0.586 kJ/kg C ;t1鹽的熔點(diǎn)（C）550C ;to 室溫（C）20C ;t鹽由室溫升至熔點(diǎn)所用的時(shí)間（h） 5h;表7.1鹽浴爐常用鹽的物理性能3性能單位堿金屬 硝酸鹽 和亞硝 酸鹽混 合鹽堿金屬硝酸鹽的混合鹽堿金屬氯化鹽堿金屬 氯化鹽 的 混合鹽堿金屬和堿土金屬氯化鹽的混合鹽氯化鋇堿類混合物和碳酸的混合鹽鹽熔點(diǎn)C145170590670550960150工作溫C3004306706507501290250度固態(tài)密kg /m32120215022602080207038602120度工作溫kg /m31850180019001600228029701660度密度固態(tài)kJ/(

11、1.341.340.960.840.290.38一比熱容C)液態(tài)kJ/(1.551.501.421.090.750.50一比熱容C)熔化熱kJ/ kg127.7230.3368.4669.9345.4182.1一鹽的熔化熱量Q2= WC2/ t =31189 kJ/h式中Q鹽的熔化熱量（kJ/h）；C2鹽的熔化熱（kJ/kg）345.4 kJ/kg ；參考資料word文檔整理分享液態(tài)鹽升溫?zé)崃縌3= WC （t-t i）/ t =15660 kJ/h式中Q3液態(tài)鹽升溫?zé)幔╧J/h ）;G液態(tài)鹽的比熱容（kJ/kgC） 0.754 kJ/kg C；t浴液工作溫度（C）780 C；爐壁的散熱量Q=

12、3.6F a 刀（t 2-t o）= 17105 kJ/hQ4爐壁的散熱量（kJ/h ）;F浴槽外壁的總面積（川）6.5 m2；a刀一一爐壁表面的綜合換熱系數(shù)（ W/mC） 14.62 W/ me ;t2爐外壁的溫度（C）50C；鹽浴葉面輻射熱損失Q=3600Aq=139046 kJ/h式中Q鹽浴液面輻射熱損失（kg/h ）；A浴劑液面輻射面積0.544 m；q鹽浴液面單位面積的輻射損失（kW/m） 71 kW/ m見表7.2表7.2鹽液液面的熱輻射損失 4丨溫度 / C400500600700800900100011001200熱損失 q/kW m211.6 20.3 33.2 51.2 7

13、6.8108 150203268350砌體蓄熱量Q=G1 (Ot 1-Co1t 01)+ G2(C2t 2-Co2t 02)+ G3(C3t 3-Co3t 03)+G 4©4上 4-Co4t 04)/ T '=(370.4 X 1435+37.5 X 6894+701X 949+350X 132)/5=300299 kJ/h式中Q 6砌體蓄熱量(kJ/h )；G、(G2、G、G)耐火層和保溫層質(zhì)量(kg);t 1、t2、t 3、t 4、t 01' t 02、t 03、t 04分別耐火層和保溫層在冷態(tài)和熱態(tài)的平均溫度C)C1、G、O、C4、6、02、03、04分別耐火層

14、和保溫層在冷態(tài)和熱態(tài)的的比熱容(kJ/kg C);t '空爐升溫時(shí)間(h);則浴爐所需的總功率P=1.2 X (Q1+Q+Q+Q+Q+Q) /3600=841116/3600=177.1kW8. 電極鹽浴爐電極的確定8.1電極材料常見的材料有純鐵、不銹鋼、低碳鋼、耐熱鋼、石墨、碳化硅等，由于用于高溫電極鹽浴爐，而耐熱鋼浴耐高溫，壽命長等特點(diǎn)。所以這里選擇耐熱鋼(0Cr25AI5, 熔點(diǎn) 1500C,工作溫度 780C)。8.2電極尺寸電極的功率為 P總=177.1kW;電源端部與變壓器端部采取 /Y型接法；變壓器與電極采取三相四極制接 法；這就相當(dāng)于“三對(duì)”電極。則每對(duì)電極的功率為P=

15、P總/3=60kW;電極電壓一般為535V;根據(jù)核算需取大電壓30V。由于功率較大，為此設(shè)計(jì)比較大的電極，同時(shí)為了保證電極的壽命，電極的 截面電流密度一般取5080A/cm2，取一大截面電流密度 60 A/cm2，而表面 電流密度隨鹽浴溫度而異，780E時(shí)的電極表面密度為40 A/cm2。I=P/U=2000AI/S < 60 A/cm2可求得S> 33.3cm2同時(shí) R< U2 /P=0.01478 Q滿足上面兩個(gè)條件初步設(shè)計(jì)，同時(shí)滿足三對(duì)電極相對(duì)應(yīng)的電阻相等：圖8.1電極尺寸與擺布小的那兩電極為電極的尺寸 a=80mm , b=109mm , h=350mm大的那兩電極為

16、 a=80mm , b=230mm , h=350mm已知介質(zhì)的電導(dǎo)率為 p =3650yQm此時(shí)的R=p L/S=3.650 X 315/(230 X 350)=3.650 X 110/(80 X 350)=0.0144 Q。根據(jù)初步設(shè)計(jì)核算截面電流和表面電流實(shí)際電極的電流 匸U/R=2371A此時(shí)的功率為P總=3X 12 R=191 kW大于所需求P=177.1kW,符合設(shè)計(jì)。核算截面電流I/S < 60 A/cm2截面電流 I/S 1=2371/(8 X 10.9) =27.2A/cm 2 <60 A/cm2截面電流 I/S 2=2371/(8 X 23) =12.88A/c

17、m 2 < 60 A/cm2校核表面電流密度I p/ S ' <40 A/cm2I/ S ' =2371/(35 X 8)=8.4678A/cm2 < 40A/cm2 ,符合設(shè)計(jì)要求。I/ S ' =2371/(35 X 23)=2.645 A/cm 2 <40A/cm2 ,符合設(shè)計(jì)要求。最后確定電極尺寸為：小電極的尺寸a=80mm , b=109mm , h=350mm大電極為 a=80mm , b=230mm , h=350mm8.3啟動(dòng)電極的選擇根據(jù)的爐膛的尺寸可以選擇啟動(dòng)電極型號(hào)為RD20-8,其的中徑為154mm,展開長1091mm材料規(guī)格14.截面積154A./mn2 .9. 爐子技術(shù)指標(biāo)（標(biāo)牌）額定功率:200kw額定電壓:380v最高使用溫度:780 C生產(chǎn)率:96kg/h相數(shù)：3接線方法：電源端/變壓器端： /Y工作室有效尺寸：550*415*20010. 心得體會(huì)通過本次全面、系統(tǒng)的合金鋼的熱處理爐課程設(shè)計(jì)進(jìn)一步強(qiáng)化了自己所學(xué)的專業(yè) 知識(shí)，知道一個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)的困難，并且大幅提高了自身分析問題和解決問題的能力， 為日后進(jìn)一步的工作和研究強(qiáng)化了基礎(chǔ)知識(shí)。 我深深的體會(huì)到實(shí)際動(dòng)手操作和掌握書 本上的理論知識(shí)兩者之間的差別。每一個(gè)小的環(huán)節(jié)、數(shù)據(jù)都是不容忽