盐浴炉的设计插入式电极盐浴炉课程设计说明书

word文档整理分享插入式电极盐浴炉课程设计1. 热处理设备课程设计的意义和目的热处理设备课程设计是在学生较为系统地学习了热处理原理与工艺、传热基 本原理、气体力学、燃料与燃烧、耐火材料、电热原理、炉子构造等专业基础知 识上开设的。是高等工业学校金属材料工程专业一次专业课设计练习，是继热处理工艺课程设计后的又一个教学环节。其目的是：培养学生综合运用以上所学的知识独立分析和解决热处理工程技 术问题的能力，掌握热处理设备(主要是热处理炉)设计的一般程序和方法，了 解如何进行设计计算、设备工程图绘制，以及懂得如何查找和使用设计资料。2. 设计任务设计一台热处理炉。其技术条件:(1) 用途T10手工锯条的淬火；处理批量为大批量，温度760C 11，保温时间为5min；(2) 装炉量：12kg/次；(3) 生产率：96kg/h ;(4) 工作温度：最高使用温度w 780C(5) 生产特点：周期式成批装料，长时间连续生产。3. 炉型的选择根据设计任务给出的生产特点，拟选用插入式电极盐浴炉4. 确定炉体结构和尺寸4.1浴槽尺寸的确定确定浴炉的浴槽尺寸的原则：根据周期式工件产量的排布确定其浴槽的尺寸(1)周期工件数量：400件，20个一组；(2)零件尺寸如图4.1所示:315X 12X 0.65(3)盐浴炉两侧预留尺寸为：124/134 (有电极)(4)工件摆放的横间距：25(5)工件摆放的竖间距：50图4.1处理零件图摆放的形式如图4.2所示分两层，每层放十组框的尺寸为：550X 415X 200图4.2装框图已知有效尺寸为：550X 415X 200由工件的排放可以计算得：浴槽的长度：L = 2X 124+50X 11=798浴槽的宽度：B=50X 2+315+134X 2=683盐浴容量一般为浴槽的高度尺寸的2/3，同时根据工件的排放要求（放两层工件）求得为：h=200+100X 2=400,此高度为盐浴炉的溶盐的高度；则可求得浴槽的高度H=400X 3/2=600;4.2坩埚的尺寸确定坩埚是在8mm厚的耐热钢板焊成的炉胆内用水泥结合耐火浇注材料（GL-70）,其烘干后密度为1230kg/m3浇注成形的2】，其尺寸如下图4.3所示：（单位：mr）图4.3炉胆4.3炉衬材料及厚度的确定由于侧墙，前墙及后墙的工件条件相似，采用相同炉衬结构，按设计需求炉胆内 再加一层粘土砖（硅藻土砖 A级）113X230X65 （最高使用温度900C）将65 的那边贴着炉胆的外侧，230那边则放置在高的方向；为了保温需求，炉胆外侧加一层普通硅酸铝纤维针刺毯子，要求其厚度为77;在毯子外侧再加一层粘土砖予以保温固定,此粘土砖硅藻土砖A级为113X 230X 65,此次的113那面则是朝炉胆方向；如下图4.4所示：工三二二三一FT三_ . 图4.4炉子的俯视图盐炉的炉底用水泥浇注而成，厚度为 300mm;炉盖外边用薄钢板，盖内部用普通粘子予以保温，盖中间留有一个直径为10cm的孔用于观察其盐浴的工作情况。电极根据工作要求选用0Cr25AI5,其炉膛温度为760C，允许表面负荷W允 =2.6-3.0。电阻率1.80 mm /m,电阻温度系数3.5 X 1/100000/C,熔点为 1500 r.5砌体外廓尺寸L #=L+2X( 132+116+77+67+8 =1672mmB 外=B+2X( 132+116+77+67+8 =1493mmH #=H+300+130+8+200=1038mmi6炉体各层的温度的计算6.1炉体侧面的各层的温度计算已知炉内温度ti=780C (用最高使用温度来算),要求定炉外温度t5 50C；假设 t 2=730C t 3=670E t 4=150C t 5=40E ;水泥浇料层 S=130mn平均温度为ti均=755E粘土砖层S2=114mm勺平均温度为t2均=700E针刺毯子层S3=75mm勺平均温度为t3均=410E粘土砖层S4=65mm勺平均温度为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由炉壳温度为40E，室温为20E,可用综合导热系数a刀=12.83W(卅)求热流量q墙=(t g-ta) /(S/入 1+S2/入 2+S3/入3+ S4/入4+ 1/ a 刀)=1.2W/ffl2 验算交界面上的温度实际的 t 2实t 3实t 4实t2 实=t 1 -q 墙 X S/ 入 1=735E = ( t 2 实-t 2)/ t 2=0.07%A 5%满足设计要求；t3 实=t i -q 墙 X（ Si/ 入 i+S2/ 入 2） =615C = （ t 3 实-t 3）/ t 3=0.5%A 5%满足设计要求；14 实=t i-q 墙 x（ Si/ 入 i +S/ 入 2+S/ 入 3） =141 CA = （ t 4 实-t4 ） / t 4=4.9%A 5%满足设计要求；15 实=t 1- q 墙 x（ S1/ 入计SV 入 2+S/ 入 3+ S4/ 入 4） =37.4 CA = （15实-t5） / t 5=0.49%A 5%满足设计要求；6.2炉体的底部的温度的计算已知炉内温度t1=780C （用最高使用温度来算）,要求定炉外温度t3=50C；假设12=700C ;按照设计要求 S 1=130mm S=300mm入 1=2.09+0.00186 X11 均入 2=0.689+0.00064 X12均=740Ct2均=375Cq 底=（t g-t a） / （S/ 入 1+S2/ 入 2+1/ a 刀）=2.02W/ m212 实=t 1 - q 底 X S/ 入 1=704CA = （12实-t 2） / t 2=0.57%A 5%满足设计要求；7计算炉子功率7.1根据热平衡计算电极盐浴炉的功率中温盐浴盐浴炉的功率可依据热平衡计算求得，并应满足空炉升温时间的要求。炉加热阶段的主要热损失为：固体盐升温热量Q=VW）（t i-t o）/ t =28045 kJ/h式中Q1固态盐升温热量（kJ/h ）;W y固态盐用量（kg ）VW=P yXvy； =451.5kg;见表 7.1C 1 固态盐的比热容（kJ/kgC） 0.586 kJ/kg C ;t1盐的熔点（C）550C ;to 室温（C）20C ;t盐由室温升至熔点所用的时间（h） 5h;表7.1盐浴炉常用盐的物理性能3性能单位碱金属 硝酸盐 和亚硝 酸盐混 合盐碱金属硝酸盐的混合盐碱金属氯化盐碱金属 氯化盐 的 混合盐碱金属和碱土金属氯化盐的混合盐氯化钡碱类混合物和碳酸的混合盐盐熔点C145170590670550960150工作温C3004306706507501290250度固态密kg /m32120215022602080207038602120度工作温kg /m31850180019001600228029701660度密度固态kJ/(1.341.340.960.840.290.38一比热容C)液态kJ/(1.551.501.421.090.750.50一比热容C)熔化热kJ/ kg127.7230.3368.4669.9345.4182.1一盐的熔化热量Q2= WC2/ t =31189 kJ/h式中Q盐的熔化热量（kJ/h）；C2盐的熔化热（kJ/kg）345.4 kJ/kg ；参考资料word文档整理分享液态盐升温热量Q3= WC （t-t i）/ t =15660 kJ/h式中Q3液态盐升温热（kJ/h ）;G液态盐的比热容（kJ/kgC） 0.754 kJ/kg C；t浴液工作温度（C）780 C；炉壁的散热量Q=3.6F a 刀（t 2-t o）= 17105 kJ/hQ4炉壁的散热量（kJ/h ）;F浴槽外壁的总面积（川）6.5 m2；a刀一一炉壁表面的综合换热系数（ W/mC） 14.62 W/ me ;t2炉外壁的温度（C）50C；盐浴叶面辐射热损失Q=3600Aq=139046 kJ/h式中Q盐浴液面辐射热损失（kg/h ）；A浴剂液面辐射面积0.544 m；q盐浴液面单位面积的辐射损失（kW/m） 71 kW/ m见表7.2表7.2盐液液面的热辐射损失 4丨温度 / C400500600700800900100011001200热损失 q/kW m211.6 20.3 33.2 51.2 76.8108 150203268350砌体蓄热量Q=G1 (Ot 1-Co1t 01)+ G2(C2t 2-Co2t 02)+ G3(C3t 3-Co3t 03)+G 44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砌体蓄热量(kJ/h )；G、(G2、G、G)耐火层和保温层质量(kg);t 1、t2、t 3、t 4、t 01 t 02、t 03、t 04分别耐火层和保温层在冷态和热态的平均温度C)C1、G、O、C4、6、02、03、04分别耐火层和保温层在冷态和热态的的比热容(kJ/kg C);t 空炉升温时间(h);则浴炉所需的总功率P=1.2 X (Q1+Q+Q+Q+Q+Q) /3600=841116/3600=177.1kW8. 电极盐浴炉电极的确定8.1电极材料常见的材料有纯铁、不锈钢、低碳钢、耐热钢、石墨、碳化硅等，由于用于高温电极盐浴炉，而耐热钢浴耐高温，寿命长等特点。所以这里选择耐热钢(0Cr25AI5, 熔点 1500C,工作温度 780C)。8.2电极尺寸电极的功率为 P总=177.1kW;电源端部与变压器端部采取 /Y型接法；变压器与电极采取三相四极制接 法；这就相当于“三对”电极。则每对电极的功率为P=P总/3=60kW;电极电压一般为535V;根据核算需取大电压30V。由于功率较大，为此设计比较大的电极，同时为了保证电极的寿命，电极的 截面电流密度一般取5080A/cm2，取一大截面电流密度 60 A/cm2，而表面 电流密度随盐浴温度而异，780E时的电极表面密度为40 A/cm2。I=P/U=2000AI/S 33.3cm2同时 R U2 /P=0.01478 Q满足上面两个条件初步设计，同时满足三对电极相对应的电阻相等：图8.1电极尺寸与摆布小的那两电极为电极的尺寸 a=80mm , b=109mm , h=350mm大的那两电极为 a=80mm , b=230mm , h=350mm已知介质的电导率为 p =3650yQm此时的R=p L/S=3.650 X 315/(230 X 350)=3.650 X 110/(80 X 350)=0.0144 Q。根据初步设计核算截面电流和表面电流实际电极的电流 匸U/R=2371A此时的功率为P总=3X 12 R=191 kW大于所需求P=177.1kW,符合设计。核算截面电流I/S 60 A/cm2截面电流 I/S 1=2371/(8 X 10.9) =27.2A/cm 2 60 A/cm2截面电流 I/S 2=2371/(8 X 23) =12.88A/cm 2 60 A/cm2校核表面电流密度I p/ S 40 A/cm2I/ S =2371/(35 X 8)=8.4678A/cm2 40A/cm2 ,符合设计要求。I/ S =2371/(35 X 23)=2.645 A/cm 2 40A/cm2 ,符合设计要求。最后确定电极尺寸为：小电极的尺寸a=80mm , b=109mm , h=350mm大电极为 a=80mm , b=230mm , h=350mm8.3启动电极的选择根据的炉膛的尺寸可以选择启动电极型号为RD20-8,其的中径为154mm,展开长1091mm材料规格14.截面积154A./mn2 .9. 炉子技术指标（标牌）额定功率:200kw额定电压:380v最高使用温度:780 C生产率:96kg/h相数：3接线方法：电源端/变压器端： /Y工作室有效尺寸：550*415*20010. 心得体会通过本次全面、系统的合金钢的热处理炉课程设计进一步强化了自己所学的专业 知识，知道一个产品的设计的困难，并且大幅提高了自身分析问题和解决问题的能力， 为日后进一步的工作和研究强化了基础知识。 我深深的体会到实际动手操作和掌握书 本上的理论知识两者之间的差别。每一个小的环节、数据都是不容忽视的，它直接影 响到最终结果，必须实事求是的，以严谨的治学态度去对待它。此次课程设计对于即将走进社会实践的我们有提前演练的作用，为以后更好的适 应社会提供了一个非常好的平台。我想今后的工作中会更得心应手的。 为此感谢辛勤 指导我们的老师们，感谢你们手把手的教导，感谢你们教我们“走路”，谢谢！参考文献11樊东黎热处理技术数据手册机械工业出版社，2000年9月21孟繁杰，黄国靖热处理设备机械工业出版社，1987年6月7热处理手册编写组热处理手册第三分册.机械工业出版社，1982年12月4丨吉泽升，张学龙，武云启热处理炉哈尔滨工程大学出版社，1999年1月参考资料