真空熱處理爐課程設(shè)計

1、真空熱處理爐設(shè)計說明書（課程設(shè)計）一、設(shè)計任務(wù)說明說：WZC-60型真空淬火爐技術(shù)參數(shù):項(xiàng)目單位指標(biāo)爐子后效尺寸mm900X600X450最大裝爐量Kg210最大溫度C1300壓升率Pa/h0.67額定功率Kw100二、確定爐體結(jié)構(gòu)和尺寸：1、爐膛尺寸的確定由設(shè)計說明書中，真空加熱爐的有效加熱尺寸為900mmx600m由450mm,隔熱屏內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸主要根據(jù)處理工件的形狀、尺寸和爐子的生產(chǎn)率決定,并應(yīng)考慮到爐子的加熱效果、爐溫均勻性、檢修和裝出料操作的方便。一般隔熱屏的內(nèi)表面與加熱器之間的距離約為50-100mm加熱器與工件(或夾具、料筐之間的距離為50150mm隔熱屏兩端通常不布置加熱器，溫

2、度偏低。因此，隔熱屏每端應(yīng)大于有效加熱區(qū)約150300mm或更長一些。從傳熱學(xué)的觀點(diǎn)看，圓筒形的隔熱屏熱損失最小，宜盡量采用,則：L=900+2X(150300=11001400mmB=600+2X(50150+2X(50100=8001100mmH=450+2X(50150+2X(50100L=1300mm=650950mmB=900mm不妨，我們?nèi)=1300mm；B=900mmH=850mmH=850mm2、爐襯隔熱材料的選擇由于爐子四周具有相似的工作環(huán)境，我們一般選用相同的材料。為簡單起見，爐門及出爐口我們也采用相同的結(jié)構(gòu)和材料。這里我們選用金屬隔熱屏，由于加熱爐的最高使用溫度為130

3、0C,這里我們采用六層全金屬隔熱屏，其中內(nèi)三層為鋁層，外三層為不銹鋼層。按設(shè)計計算，第一層鋁輻射屏與爐溫相等，以后各輻射屏逐層降低，鋁層每層降低250c左右，不銹鋼層每層降低150C左右。則按上述設(shè)計，各層的設(shè)計溫度為：第一層：1300C;第二層：1050C;第三層：800C;第四層：550C;第五層：400C;第六層：250C;水冷夾層內(nèi)壁：100c最后水冷加層內(nèi)壁的溫度為100c150C,符合要求。3、各隔熱層、爐殼內(nèi)壁的面積及厚度(1)、隔熱屏由于隔熱層屏與屏之間的間距約815mm這里我們?nèi)?0mm鋁層厚度0.3mm不銹鋼層厚度0.6mm屏的各層間通過螺釘和隔套隔開。第一層面積：=2x&

4、*4+&x*4KHJ=2X(1300x900+1300X850+900X850=6.08m2=6.08m2第二層面積：2人=2X(1310X910+1310X860+910X860)=6.2026m25=6.2026m2第三層面積：F2xUBmWM=2X(1320X920+1320X870+920X870)=6.3264m2-=6.3264m2第四層面積：h=2X+LH*+R&xH)=2X(1330X930+1330X880+930X880)=6.4514m25=6.4514m2第五層面積：G=2x(4*用十L/&十紇*凡)=2X(1340X940+1340X890+940X890)=6.57

5、761rf5=6.5776m2第六層面積：_2X.口,：fl2八n*心=2X(1350X950+1350X900+950X900)=6.7050m28=6.705m2(2)、爐殼內(nèi)壁爐殼采用雙層冷冷卻水結(jié)構(gòu)，選用45號優(yōu)質(zhì)碳素鋼。爐殼內(nèi)壁面積：/=2X(/*年+x冷十%父舟)=2X(1360X960+1360X910+960X910)=6.8336m2=6.8336m2壁厚按矩形平板計算，板周邊固定，受外壓1xi0，Pa,水壓實(shí)驗(yàn)按P木=2xi05Pa計。S=225.5XB/d卜卜=225.5X90/360k10f=1.0696cm式中：B矩形板窄邊長度，B=90cm;上力一一45號優(yōu)質(zhì)碳素鋼

6、的彎曲許用應(yīng)力為360Mpa實(shí)際壁厚：S=S+C=17+3=20mm式中：C壁厚附加量；C=C+C+C=1+1+1=3。水壓試驗(yàn)時，其應(yīng)力為0.5獷巴行=(S-C0,5乂wFkIO：=(工0-0.斤=280.3MpaW0.9=324Mpa仃=280.3Mpa則所需壁厚符合要求，即S=20mm0.9=324Mpa三、爐子熱平衡計算S=18mm1、有效熱消耗的計算工件和夾具在1300c和20c的比熱容分別為C=0.636Kg/(kg?C和C=0.486Kg/(kg?C,它們的質(zhì)量分別為G=160kg,G=10kg則qiiUq+q=(G+gK)x(Cltl-Ctl=(120+10X(0.636X13

7、00-0.486X20=106220.4KJ/hQ倘=106220.4KJ/h2、無功熱損失的計算(1)、通過隔熱屏熱損失Q的計算電熱元件、隔熱屏的黑度為：,叢=0.95;1=0.133;5=0.096;八=0.096;則導(dǎo)來輻射系數(shù):If.()-10.45216(I0.95b.OK-14._-=3.226J/(itfh”其中F由前面算得，F(xiàn)：為加熱元件的表面積。同樣計算得：di0.1336,2026111.096=0.2961KJ/(itfh。4.966.20260.0%6.32MUUN6=0.2524KJ/(4.964.966.3264(I1I0JI966.451411).5=0.4352

8、KJ/(4N64.9616.4514(10,5+6.577610.5=1.6640KJ/(m24.966.5776f0.56.70500.5=1.6639KJ/(4.96ft16.705(10.516.8336I0.5&=1.7900KJ/(itfhK熱100J;U673yp73fJOOJlOOJ1I=31124.7KJ/hQ=31124.7KJ/h式中：t網(wǎng)電熱元件得絕對溫度，按高于爐子工作溫度的100c計算，即T=1673K;T爐內(nèi)壁的絕對溫度，即按設(shè)計計算得T*=373K各輻射屏的溫度的驗(yàn)算：（AV1第一層：mo=100）Q。期尸熱；把各項(xiàng)數(shù)據(jù)代入上述公式，計算得T=1545K即tl=1

9、272ct=1272c把各項(xiàng)數(shù)據(jù)代入上述公式，計算得T=1412K即t=1139ct=1139c類似計算，得：t=914ct=914c；t=688c;t=593c;t=688ct=453c;t=99ct=593c驗(yàn)算結(jié)果與前面設(shè)計的各隔熱層溫度基本相t,=453c近，符合要求。t=99c（2）、水冷電極傳導(dǎo)的熱損失Q1QJ-）.X（0.008）=3x1.0x10x4x2x4.2x101x（3020）=12660.5KJ/hQ=12660.5KJ/h式中：n水冷電極，n=3;水的密度，丁=1.0x10KJ/m;d水管直徑，取d=0.008m；水的流速，對于中等硬度水取=2m/s；t冷卻水出口溫度

10、t=30c；t-冷卻水出口溫度t!=20c；(3)、熱短路損失Q該項(xiàng)熱損失，包括隔熱層支撐件與爐壁聯(lián)接熱傳導(dǎo)損失，爐床或工件支承架短路傳導(dǎo)損失，以及其它熱短路損失等。這部分熱損失很難精確計算，權(quán)據(jù)經(jīng)驗(yàn)，這部分熱損失大約為Q的5%10%左右，這里我們?nèi)。篞=8%Q=8%x31124.7=2489.9KJ/hQ=2489.9KJ/h(4)、其他熱損失Q其它熱損失，加熱電偶導(dǎo)出裝置，真空管道、觀察孔、風(fēng)扇裝置等的熱損失。這部分的熱損失也很難精確計算，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，這部分熱損失大約為Q的3%5%左右，取Q=(3%5%Q這里我們?nèi)。篞：=5%Q=5%X31124.7=1556.2KJ/hQ:=1556.2K

11、J/h則：Q：肚=Q+q+q+q：=31124.7+12660.5+2489.9+1556.2=47831.3KJ/hQ：=47831.33、結(jié)構(gòu)的蓄熱量KJ/h爐子結(jié)構(gòu)蓄熱消耗是指爐子從室溫加熱至工作溫度，并達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)即熱平衡時爐子結(jié)構(gòu)件所吸收的熱量，對于連續(xù)式爐，這部分銷耗可不計算。對于周期式爐，此項(xiàng)消耗是相當(dāng)大的，它直接影響爐子的升溫時間，對確定爐子功率有很重要的意義。爐子結(jié)薔熱量是隔熱層、爐床、爐殼內(nèi)壁等熱消耗之總和。(1)、隔熱層的蓄熱量第一層：G=Phi=10.2X10X6.08X0.3X10J=18.6kgg=18.6kg=18.6X0.259X(127220)=6031.4K

12、Jq=6031.4KJ第二層：g=,月地=10.2X10X6.2026X0.3X10:=18.98kgG=18.98kgq=Gquc=18.98X0.259X(113920)=5500.8KJqI=5500.8KJ第三層：=10.2X10-X6.3264X0.3X10J=19.36kgG=19.36kgq=億。式G)=19.36X0.259X(914-20)=4482.7KJq=4482.7KJ第四層：G=p蝌44=7.9X10：X6.4514X0.6X10J=30.58kgG：=30.58kgq；=兒-)=30.58X0.5041X(688-20)=10297.5KJqJ=10297.5KJ

13、第五層：G入=7.9X10：X6.5776X0.6X10J=31.18kgG=31.18kgq、=)=31.18X0.5041X(59320)=9006.3KJq=9006.3KJ第六層：G=7.9X10X6.705X0.6X101=31.78kgG=31.78kgqi=GE&-G)q=31.78X0.5041X(45320)=6936.8KJq*=6936.8KJ(2)、爐殼內(nèi)壁的蓄熱量G=戶例瓦=7.9X105x6.8336X18X101=971.7kgGl=971.7kg由于內(nèi)壁溫度由內(nèi)到外以此降低，內(nèi)部溫度為100C,外部溫度為20Co則：q*=1/2。掙。幾-G=1/2X971.7X

14、0.4682X(10020)=18198.0KJq*=18198.0KJ于是：q；=r6031A+5500.8+4482.7+10297.5+90063+6936J+18198=1=60453.5KJ/hQ=60453.54、爐子功率的驗(yàn)證KJ/h爐子應(yīng)供給的總熱量：Q，=QMi+QM.+Q，=106220.4+47831.3+60453.5=214505.2KJ/hQ=214505.2則爐子總負(fù)載功率NKJ/h。前2145052N=K3595=1.2X3595=97.6kw與爐子所要求的設(shè)計功率100kw相近，則取N：，=100kw。空載升溫功率：N=100kwftn+Q而47831.34-

15、60453-547831.3+60453,5N=-=30.12kwN=30.12kw3595空載升溫時間:60453.535950.8冊-0.8。扭.僦0.8x63-0.8x，3=0.42h總/35953595四、電熱元件的選擇及布置-=0.42h對于中小型加熱爐，為了保證加熱的均勻性，在爐膛的四周都不知上加熱元件，即兩底面和兩側(cè)面都按上加熱元件，加熱元件組成星形連接。由于爐溫最高溫度達(dá)1300C,而加熱元件的溫度則為1400C,殼選用石墨棒為加熱元件，所加電壓為200V。根據(jù)加熱室的形狀尺寸，確定石墨棒的有效加熱長度為L=600項(xiàng)，每個面上都不知有6根石墨棒,四個面上工4X6=24根。每8根

16、為一組進(jìn)行星形連接，每組分配功率為21kw。U1Ip.由公式R=P和F=R得:iP_戶二rPF=P=URx600x10：=12X；o聲X2ixi0l=30.24mmF=30.24mm!社石墨棒的外徑D=10mm,則其內(nèi)徑：-D2-F-x10-0.244Jd=I414=7.8mm為保證功率滿足要求，取d=8mmo根據(jù)計算，選用星形方式連接，石墨棒的外D=10mmD=10mm,內(nèi)徑d=8mm,電熱元件在靠近爐口得d=8mm部分其間距應(yīng)稍小一些，以使?fàn)t口處溫度不致過低。其電源為三相，使用磁性調(diào)壓器。五、其他部件得設(shè)計計算1、冷卻系統(tǒng)設(shè)計(1)、冷卻水消耗計算。+q+Q3=31124.7+12660.

17、48+1556.2=45341.38KJ/h=780X5.07=3954.6KJ/hQ殼-Q部4534138-3954.6EE=4NIUL(4O”O(jiān)=0.5kgV木=P小=1,0=0.5mlV1=0.5m(2、確定水在水殼內(nèi)的經(jīng)濟(jì)流速和當(dāng)量直徑得當(dāng)量直徑為：器管內(nèi)為軟水，流速為出=L5m/s,則水流管-oT-x3600,t熊1.5=11mmd=11mm(3)、球?qū)α鳠釗Q系數(shù)010dms0=0.113dG】o-H-1廠一】.5廣=0.113X11x10=37.91KJ/(itfhC&=37.91(4、驗(yàn)算水冷爐壁得溫度心(CKJ/(itfhC205,7*N%=F+%205.7x9.用=3791K

18、5.07+20=29.8C100C符合要求“=29.8C100CN冷卻水帶走的熱量，符合要求Q殼-Q前4534138-3954.6N=3595=11.51kw(5)、冷卻水的管道設(shè)計進(jìn)水管徑的確定進(jìn)水管直徑d=10mm,出水管徑稍大些為D=14mmo回水管直徑的確定d=11mm下水管道的流速D=14mm%=V2g力=,=3S：=133.35L/sSI.=133.35L/S按Si:選取ZJ150機(jī)械增壓泵為主泵，其主要選取ZJ150機(jī)械技術(shù)指標(biāo)為：增壓泵為主泵抽氣速率150L/S極限真空度6.7X10,Pa4 .選配前級真空泵機(jī)械增壓泵(羅茨泵的前級真空泵的抽氣速率按下式算：按Sii選取2X30

19、旋片式真空泵為前級泵，其主要2X30旋片式真技術(shù)指標(biāo)為：空泵為前級泵抽氣速率30L/S極限真空度6.7X爐Pa5 .確定真空系統(tǒng)管及配件尺寸按所選擇的機(jī)械增壓泵和前級真空泵的性能規(guī)格，選取管道及配件如閥門等尺寸規(guī)格。(1、真空閩門真空閥門的作用是用來調(diào)節(jié)氣流或隔斷氣流，種類繁多，根據(jù)閥門的工作特性、傳動原理、結(jié)構(gòu)和用途。對真空閥的基本要求：盡可能大的流導(dǎo)，密封可靠，操作簡便，密封部件磨損性好長，容易安裝和維護(hù)，有的還要求動作平穩(wěn)快速，或者同時要求占據(jù)空間小等。(2、全屬波紋管金屬波紋管又稱彈性管，它可產(chǎn)生袖向變形，在真空爐上廣泛應(yīng)用于機(jī)械真空泵進(jìn)口側(cè)管道上，其作用是減少機(jī)械泵對爐體的震動；另外可用于補(bǔ)償安裝位置誤差和熱脹冷縮的密封連接件等。真空系統(tǒng)中，對于小型管路，也可用真空橡膠管或尼龍管內(nèi)襯彈簧結(jié)構(gòu)(金屬絲網(wǎng)尼龍管代替金屬波紋管。(3、密封圈結(jié)構(gòu)密封圖形式有幾種，0型主要用于靜密封,J型和0型主要用于動密封，此外還有金屬圈和金屬絲的密封結(jié)構(gòu)。密封形式有靜密封和動密封，其選用依工作要求而定。(4、冷階和過濾器根據(jù)真空熱處理爐的技術(shù)要求，提高真空系統(tǒng)的真空度和保護(hù)真空系統(tǒng)不受污染，系統(tǒng)中常附設(shè)冷阱(又稱捕集器、擋油器、過濾器等。冷阱可捕集真空爐油蒸氣、水蒸氣等氣體，保護(hù)真空泵不受污染；如采用液氮冷阱.RJ提高真空度0.51數(shù)量級（對以Pa為單位而言。過濾器又稱除塵器，它的作用是防