井式爐課程設(shè)計說明書

1、精品文檔試驗設(shè)計及計算數(shù)據(jù)及結(jié)果一、設(shè)計任務(wù)設(shè)計要求：1 、50800碳鋼淬火用爐中溫淬火爐；2、最高使用溫度900，生產(chǎn)率 70Kg h ；3、畫出總裝圖、畫出爐襯圖、爐殼圖、電熱元件圖。二、爐型的選擇因為工件材料為碳鋼，熱處理工藝為淬火，對于碳鋼最高溫度為900，選擇中溫爐（上限 900）即可，同時工件為圓棒長軸類工件，因而選擇井式爐， 并且無需大批量生產(chǎn)、 工藝多變，則選擇周期式作業(yè)。綜上所述，選擇周期式中溫井式電阻爐，最高使用溫度900。三、爐膛尺寸的確定1、爐膛有效尺寸（爐底強度指標(biāo)法）1.1 確定爐膛有效高度H由經(jīng)驗公式可以得知， 井式爐爐膛有效高度H 應(yīng)為所加熱元件（或者料筐）的

2、長度的基礎(chǔ)上加 0.10.3m。H 效=800+300=1100mm3n 層，由于電阻爐采用三相供電，放置電熱元件的擱磚應(yīng)為H 砌=3n(65+2)+67, 取整后取 n=5，得 H砌 =1072mmH 砌 =1072mm1.2 確定爐膛內(nèi)徑 D工件尺寸為 120 1700，裝爐量每爐9 根, 生產(chǎn)率 245.3 /h, 對長軸類工件，工件間隙要大于等于工件直徑；工件與料框的間隙取100200 。D 料=4 120+120+2 （ 100200）=9991199，取 D 料=1000D 砌比 D 效大 100mm至 300mm，取 D 砌=1350mm。查表1得可用砌墻磚為8SL 427 44

3、6(A,B,R,r)=(168,190.8,765,675)型輕質(zhì)粘土扇形磚。D 砌 =900mm由該磚圍成的爐體的弧長為S= D砌 =3.14 1350=4239mm.精品文檔磚的塊數(shù)為： 4239168=25.2 塊，取整后 N=25，對 D 進(jìn)行修正得： D砌 =251683.14=1350mm，取 1350mm選用代號為 SND-427-09 的扇形擱磚每層擱磚數(shù)目為 N= D 砌 50=84.78，取整為 84 塊。1.3 爐口直徑的確定D 效=1350mm，由于斜行楔形磚。D 爐口H 爐口D 爐口 =660mmdH 爐口 =231mmd=100200mm,取 d=140mm則： D

4、 爐口 =D 砌 2d=10701 號磚型為 8SL ?427 ?414(A,B,R,r)=(166,196,640,550)查表可以直接得到D=1070mm,N=20 塊2 號磚型為 8SL ?427 ?498 斜型楔形磚D 爐口 =（74+2）N，將 D 爐口 =1070mm 代入，得 N=44.2，取整后N=44。1.4 爐口高度的確定按經(jīng)驗，爐口可由斜行楔形磚和三層直行磚堆砌而成。故 H 爐口 =（65+2） 3+30=231mm綜上所述： D砌 =1350mm，H砌 =2077mm， D 爐口 =1070mm，H 爐口 =231mm四、爐體結(jié)構(gòu)設(shè)計爐體包括爐壁、爐底、爐門、爐殼架幾部

5、分。爐體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)計時應(yīng)滿足下列要求：（1）確定砌體的厚度尺寸要滿足強度要求，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間，在滿足強度要求的前提下，.精品文檔應(yīng)盡量選用輕質(zhì)耐火材料；（3）耐火、隔熱保溫材料的使用溫度不能超過允許溫度，否則會降低使用壽命；（4）要保證爐殼表面溫升小于 50，否則會增大熱損失，使環(huán)境溫度升高，導(dǎo)致勞動條件惡化。1、爐壁設(shè)計爐壁厚度可采用計算方法確定，下圖為井式爐爐壁三層結(jié)構(gòu)，第層為耐火層，其厚度一般為 90mm，采用輕質(zhì)粘土磚 RNG-0.6；第層為耐火纖維層， 其厚度設(shè)計為 40mm，采用普通

6、硅酸鋁纖維；第層為保溫層， 采用膨脹蛭石 +硅藻土磚，其厚度可用計算求得。t2t1t3t0t4S1S2S3123t1=950 S1=0.09mS2=0.4mt4=60t0=20=12.17wm2Cq486.8wm2三層爐襯結(jié)構(gòu)在穩(wěn)定傳熱時，對各爐襯熱流密度相同。qt4t 0 。查表得，爐壁溫度 60，室溫 20是=12.17wm2 C ，所以 q486.8wm2RNG-0.6型輕質(zhì)粘土磚：密度熱導(dǎo)率1 600 kg m 310.1650.19 10 3 t 均 wm C比熱容 C10.8360.263 10 3 t 均 KJKg C.精品文檔硅酸鋁纖維：密度 1120 kg m 3熱導(dǎo)率0.0

7、3232wmC20.21 10t 均比熱容 C21.1 KJKg C膨脹蛭石粉：密度 1250 kg m33t =764.4熱導(dǎo)率 30.077 0.2510t均 wmC2比熱容 C30.6573KJKgC1221t1qS1 )由 t2112b1(0.5b1t1b1t21 0.1650.165220.1910 3 (0.50.1910 390021030.1659004880.09)0.19=764.4使用迭代法計算 t2，設(shè) t2=660。則：1230.1650.1910 3900764.40.323wm C660764.420.0320.21()20.138w mC21030.0770.2

8、510 3660600.167 wm C2t3 t2 -q s2764.4 486.80.04623.8 C20.138t3=618.2不滿足要求再次代入迭代：20.032 0.21( 623.8764.4 ) 20.133w m C2103.精品文檔30.077 0.25 10 3 623.8 600.162 w m C2S3t3 t2 -q s20.04=186mm764.4486.8618.2 C20.133623.8618.20.9%5%滿足條件。623.8100%230.0320.21(764.4618.2) 20.132 wm C21030.0770.2510 3618.2600.

9、162 wm C20.132(764.4618.2)S30.186m 取 186mm。486.82、爐底的設(shè)計爐底結(jié)構(gòu)通常是在爐底殼部的鋼板上用珍珠巖磚或硅藻土磚砌成方格子，各格子中填充蛭石粉。然后，在平鋪兩層硅藻土磚，最上面為一層輕質(zhì)粘土磚。爐底磚的厚度尺寸可參照爐壁的厚度尺寸，一般為 230690mm。由于要承受爐內(nèi)工件的壓力， 且裝出爐有沖擊的作用。 故爐底板要求又較高強度。爐底剖面結(jié)構(gòu)如下圖：由底至上，第一層為膨脹蛭石粉和硅藻土磚復(fù)合層， 第二層為硅藻土磚，第三層為輕質(zhì)粘土磚。結(jié)構(gòu)：厚度材料：砌磚型號：mm115膨脹蛭石粉 +BSL427280硅藻土磚 B 級.精品文檔134硅藻土磚

10、B 級BSL427280 67輕 質(zhì) 粘 土 磚 RNG-1.0 RNG-1.03、爐蓋的設(shè)計爐頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)有平頂、拱頂和懸頂三種。當(dāng)爐子的寬度為 6003000mm 時，可采用拱頂，拱角可用 60和 90，其中使用最多的是 60，這種拱頂稱為標(biāo)準(zhǔn)拱頂。拱頂是爐子最容易損壞的部位，拱頂受熱時耐火磚發(fā)生膨脹， 造成砌拱頂時， 為了減少拱頂向兩側(cè)的壓力，應(yīng)盡量采用輕質(zhì)的楔形磚與標(biāo)準(zhǔn)直角磚混合砌筑。第一層第二層爐蓋結(jié)構(gòu)圖設(shè)計條件：爐膛溫度950，殼體溫度 60，室溫 20。上層采用普通硅酸鋁纖維，下層用輕質(zhì)粘土磚。結(jié)構(gòu)厚度材料型號mm第一層85普通硅酸鋁纖維第二層115輕 質(zhì) 粘 土 磚BSL42744

11、3RNG-0.64、爐殼的設(shè)計爐殼的尺寸取決于爐子砌體的尺寸， 爐子的砌體包在爐殼之內(nèi)。 爐體框架要承受砌體和工件的重量以及工作時所產(chǎn)生的其它附加外力。 因此，框架要有足夠用的強度， 框架和爐殼一般通過焊接成型， 構(gòu)成整個整體，以保證強度和密封性的要求。爐殼一般用 35mm 的 Q235 鋼板，爐底用 68mm 的厚板，井式爐爐殼采用 5mm 厚的 Q235 鋼板，爐底選用 8mm 厚的鋼板.Q 它等。精品文檔爐殼圈一般用 6.3 或 7 號角鋼制作。綜上所述，爐殼采用 5mm 厚的 Q235 鋼板，爐底選用 8mm 厚的鋼板，爐殼圈選用三根 7 號角鋼均勻分布， 兩根 7 號角鋼橫向分布，

12、爐底五根槽鋼通過焊接而成。五、電阻爐功率的確定電阻爐的功率大小與爐膛容積、 爐子結(jié)構(gòu)、爐子所要求的生產(chǎn)率和升溫時間等因素有關(guān)。 確定爐子的功率需要綜合考慮各方面的要求，本次設(shè)計采用理論計算的方法計算電阻爐的功率。Q件 4.23 10 4 KJ h理論計算發(fā)是通過爐子的熱平衡計算來確定爐子的功率。 其基本原理是爐子的總功率即熱量的吸收， 應(yīng)能滿足爐子熱量支出的總和。 熱量的支出包括：工件吸熱量 Q 件 、工件夾具吸熱量 Q 夾、爐襯散熱量 Q 散、爐襯蓄熱量 Q 蓄 、爐門和縫隙溢氣熱量 Q 溢、 爐門和縫隙輻射散熱量 Q 輻、 Q 夾=0其他熱損失1、加熱工件的有效熱量Q 件=5.25hQ 件

13、g件 ( c2t2c1t1 )70(9500.6789200.4939)4.23104 KJ h2、工件夾具吸熱量Q 夾因本次所設(shè)計正火爐不需使用夾具，故Q 夾=03、通過爐襯的散熱損失Q 散因為爐頂、 爐底散熱一個較多， 一個較少， 因而在計算中將爐頂、爐底簡化成與爐壁散熱情況一樣。.精品文檔1Fm1H 砌F m22D 砌Fm33S3S2S10.323wm C0.132 wm C0.162wm C爐襯蓄熱情況簡化計算圖Q散t1t03.6S1S2S311 Fm12 Fm23 Fm3F310.1650.1910 3900 764.40.323wmC220.0320.21( 764.4618.2

14、) 20.132 w mC210330.0770.2510 3618.2600.162 wmC22D砌H砌 +2D砌+ (D砌2S1) H 砌+2S1 += 12Fm1=5.61m2D砌2S12Q散 1.47 104KJ h22.精品文檔D砌2S12( D砌2S1 ) H 砌+2 S1 +2+12Fm2 =6.99m 222D砌2S1( D砌2S12S2 )H 砌2S1 2S2+22S22D砌2S12S22( D砌 2S12S2) H砌2S12S2 +2+2Fm3 = 1( D砌2S12S22S3) H 砌2S12S22S3+=9.99m22D砌2S12S222S322F3= ( D砌 2S1

15、2S22S3) H砌 2S12S22S3 +22D砌2S1 2S22S3=12.53m22Q散950203.60.090.040.18610.3145.610.1496.990.179.9912.1712.531.47104 KJh4、爐襯材料蓄熱量Q 蓄爐襯材料的蓄熱量是指爐子從室溫升到工作溫度整個砌體所吸收的熱量。計算式為：Q 蓄V(c2t2c1t1 )第層：600 Kgm 3 ；C20.8360.26310 3900 764.4=1.055KJ ( Kg C ) ；2C20.8360.26310 320=0.841KJ(Kg C ) ；D2S122V1(H 2S1 )DD22.精品文檔1

16、.2690.7670.502m 3Q蓄10.502600764.4+9001.06820 0.8412.626105 KJ h2第層：120 Kgm3 ； C1C21.1KJ(KgC ) ；Q蓄3.9105 KJ hD2S1 2S22D2V1(H 2S1 2S2 )(H 2S1)2S1221.5861.2690.317m 3Q蓄20.317120764.4+618.21.120 1.12.81104 KJh2第層：250 Kgm 3 ， C1C20.66 KJ ( KgC )D2S12S22V1(H 2S1 2S2 2S3 )2S32D2S12( H2S12S2 )2S2Q輻 =4977 KJ

17、 h23.4941.5861.908m 3Q蓄31.90825060+618.20.66200.661 105 KJh2Q 蓄Q蓄1Q蓄2Q 蓄33.9 105 KJ h5、開啟爐門的輻射熱損失 Q 輻Q溢1.39104 KJ h4T24Q 輻5.675T13.6Ft1001000.662Q它9000 KJ h其中： F 爐門開啟的面積： F0.34m22爐口輻射遮蔽系數(shù)：Q總 =8.4910 4 KJ h.精品文檔L231，查表可知：0.76D0.35660t 爐門開啟率：t0.05 ；代入上式計算得： Q 輻 =4977 KJ h6、爐子開啟時溢氣的熱損失Q 溢Q 溢0.5VC (t1t2

18、 ) t2其中： V2200 R2R ， V =22000.660.66 =432m 2 h22Q溢 0.5432 1.4(900 20) 0.051.39104 KJ h7、其它散熱 Q 它一般如下估算： Q 它(0.5 1.0)Q 散則： Q它1.47 1040.6 9000 KJh8、電阻爐熱損失總和Q 總P安35Kw=62.4%Q總 =Q件Q散Q輻Q溢Q它8.49 104 KJ h9、計算功率及安裝功率P空P總18.8%8.49104P計23.57 Kw3600安裝功率應(yīng)大于穩(wěn)態(tài)時計算功率P安kP周期作業(yè)爐 k 取 1.3 到 1.5 之間。得： P安23.571.31.4 ?。?P安

19、35Kw六、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計算1、電阻爐熱效率Q= 件 100%=49.8% Q總升 =3.09h.精品文檔一般電阻爐的熱效率為40%80%，滿足要求。2、電阻爐的空載功率電阻爐的空載功率是指空爐在最高工作溫度并穩(wěn)定狀態(tài)下所消耗的功率，又稱為空爐損失。用下式計算：Q散 +Q它空P空 =6.58 KwP18.8%P總3600P 空值越小越好，一般為爐子總功率的15%25% ，滿足要求。3、空爐升溫時間空爐升溫時間是指在額定電壓下， 經(jīng)過充分干燥、 沒有裝料爐的電阻爐從冷態(tài)加熱最高工作溫度所需的時間?？諣t升溫時間：升 =Q蓄=3.09h3600P安七、功率分配與接線方法（一、）功率分配為了使?fàn)t膛溫度

20、均勻或工藝要求分區(qū)分布爐溫， 需要將溫度分布在爐內(nèi)的各個部分。井式爐功率大于 75Kw 是要考慮分區(qū)， H D 大于 1 也要分區(qū)。綜上所述，本次設(shè)計電阻爐不分區(qū)。（二、）供電電壓與接線方法電阻爐的供電電壓，除少數(shù)因電熱元件的電阻溫度系數(shù)太大或要求采用低電壓供電的大截面電阻板外， 一般均采用車間電網(wǎng)電壓， 即 220V或 380V。電熱元件的接線，應(yīng)根據(jù)爐子的功率大小， 功率分配等因素來決定。因爐子功率為 35Kw，即可采用三相 380V 星形，也可采用三角形接法。綜上所述，本次設(shè)計采用0Cr25Al5 電熱體材料，三相380V 星形接法。八、電熱元件的設(shè)計選用 0Cr25Al5 線狀電熱元件

21、，電壓 380V。1、供電電壓和接線選用三相 380V、星形接法P安35）P11.7 （ KW3n3選用 0Cr25Al5 線狀電熱元件，電壓 380V。不分區(qū)，采用星形接法P=11.7Kw U=220VW 允1.56W / cm 3d=5mmL=55.6mmL 總 =166.8mM總 =23.18kg.精品文檔U380220（ V ）32、確定電熱元件的單位表面功率因爐膛最高溫度不超過900 ， 結(jié) 合 選 材 0Cr25Al5查 表 得W允 1.56W / cm33、確定元件尺寸d34.3P2t3U 2W允D=20mmt（01t） 1.4 （1410 5 1050） 1.46mm2 / m

22、代入上式得 d=4.74mm，取 d=5mmL0.785 10-3 U 2 d20.785 10 322025255.6mh=15mmP t11.71.46L 總=nL=3 55.6=166.8 （ m）M總=0.139 166.8=23.18 kgW102P10011.7=1.34 w cm31.56 w cm3 符合要求dL3.145 55.64 、電熱元件的繞制和布置電熱元件繞制成螺旋狀，布置安裝在爐膛爐壁上，每 5 排串接成一相。每排電熱元件的展開長度：L 折55.6511.12m每排電熱元件的擱磚長度：L(D 砌60)25 2612mm電熱元件螺旋直徑：螺旋直徑 D4 6 d ?。河眠xD4d 4520mmSND 724 018螺旋體圈數(shù)N和螺距 h 分別為：號套管NL折11120D 3.14177 圈20.精品文檔hL取