热处理电阻炉-电阻炉设计.ppt

重点 设计方法与步骤教学要求 了解箱式电阻炉的设计内容 方法与步骤 热处理电阻炉设计计算举例 一 设计任务 为某厂设计一台热处理电阻炉 其技术条件为 1 用途 中碳钢 低合金钢毛坯或零件的淬火 正火及调质处理 处理对象为中小型零件 无定型产品 处理批量为多品种 小批量 2 生产率 160kg h 3 工作温度 最高使用温度 950 4 生产特点 周期式成批装料 长时间连续生产 2020 3 19 2 分组情况 1 4组 2 生产率 40 80 120 200kg h 3 工作温度 最高使用温度 950 分组情况 5 9组 2 生产率 40 80 120 160 200kg h 3 工作温度 最高使用温度 1200 分组情况 10 13组 2 生产率 40 80 120 160kg h 3 工作温度 最高使用温度 650 1 炉底面积的确定因无定型产品 故不能用实际排料法确定炉底面积 只能用加热能力指标法 已知生产率p为160kg h 按表2 7 P34 选择箱式炉用于正火和淬火时的单位面积生产率p0为120kg m2 h 故可求得炉底有效面积 二 炉型的选择 根据设计任务给出的生产特点 拟选用箱式热处理电阻加热炉 不通保护气氛 三 确定炉体结构和尺寸 有效面积与炉底总面积存在关系式F1 F 0 75 0 85 取系数上限 得炉底实际面积 根据标准砖尺寸 为便于砌砖 取L 1 741m B 0 869m 由于热处理箱式电阻炉设计时应考虑装出料方便 取L B 2 1 而F L B 0 5L2 因此 可求得 见图示 2 炉底长度和宽度的确定 3 炉膛高度的确定按统计资料 炉膛高度H与宽度B之比H B通常在0 5 0 9之间 根据炉子工作条件 取H B 0 7左右 根据标准砖尺寸 选定炉膛高度H 0 640m 因此 确定炉膛尺寸如下 炉底支撑砖厚度 拱角砖矮边高度 炉底搁砖宽度 砖缝 长度 砖长 为避免工件与炉内壁或电热元件搁砖相碰撞 应使工件与炉膛内壁之间有一定的空间 确定工作室有效尺寸为 L效 1500mm B效 700mm H效 500mm 4 炉衬材料及厚度的确定由于侧墙 前墙及后墙的工作条件相似 采用相同炉衬结构 即113mmQN 1 0轻质粘土砖 50mm密度为250kg m3的普通硅酸铝纤维毡 113mrnB级硅藻土砖 炉顶采用113mmQN 1 0轻质粘土砖十80mm密度为250kg m3的普通硅酸铝纤维毡十115mm膨胀珍珠岩 炉底采用三层QN 1 0轻质粘土砖 67 3 mm 50mm密度为250kg m3的普通硅酸铝纤维毡十182mmB级硅藻土砖和膨胀珍珠岩复合炉衬 炉门用65mmQN 1 0轻质粘土砖 80mm密度为250kg m3的普通硅酸铝纤维毡 65mmA级硅藻土砖 炉底隔砖采用重质粘土砖 电热元件搁砖选用重质高铝砖 注 67 65 2 2是砖缝的宽度 四 砌体平均表面积计算 炉底板材料选用Cr Mn N耐热钢 根据炉底实际尺寸给出 分三块或四块 厚20mm 炉墙面积包括侧墙及前后墙 为简化计算将炉门包括在前墙内 F墙内 2LH十2BH 2H L十B 2 0 640 1 741 0 869 3 341m2F墙外 2H外 L外 B外 2 1 566 2 300 1 430 11 68m2 炉顶平均面积 2 炉墙平均面积 五 计算炉子功率1 根据经验公式法计算炉子功率 取式中系数C 30 kW h0 5 m1 8 C1 55 空炉升温时间假定为 升 4h 炉温t 950 炉膛内壁面积F壁 由经验公式法计算得P安 75 kW 1 加热工件所需的热量Q件查表 工件在950 及20 时比热容分别为C件2 0 63kJ kg C件1 0 486kJ kg 根据式Q件 P C件2t1 C件1to 160 0 63 950 0 486 20 95117kJ h p每小时装炉量 2 通过炉衬的散热损失Q散由于炉子侧壁和前后墙炉衬结构相似 故作统一数据处理 为简化计算 将炉门包括在前墙内 2 根据热平衡计算炉子功率 耐火层S1的平均温度ts1均 950 780 2 865 硅酸铝纤维层S2的平均温度ts2均 780 485 2 632 5 硅藻土砖层S3的平均温度ts3均 485 60 2 272 5 S1 S3层炉衬的热导率由附表3得 1 0 29 0 256 10 3ts1均 0 29 0 256 10 3 865 0 511W m 3 0 131 0 23 10 3ts3均 0 131 0 23 10 3 272 5 0 194W m 普通硅酸铝纤维的热导率由附表4查得 在与给定温度相差较小范围内近似认为其热导率与温度成线性关系 由tS2均 632 5 得 2 0 129W m 当炉壳温度为60 室温为20 时 由附表2经近似计算得 12 17W m2 综合传热系数 求热流 验算交界面上的温度t2墙 t3墙 满足一般热处理电阻炉表面温升 50 的要求 室温20 验算炉壳温度t4墙 计算炉墙散热损失Q墙散 q墙 F墙均 730 4 6 25 4562 5W同理可以求得t2顶 844 39 t3顶 562 6 t4顶 53 q顶 485 4W m2 t2底 782 2 t3底568 54 t4底 53 7 q底 572 2W m2炉顶通过炉衬散热Q顶散 q顶 F顶均 485 4 2 29 1111 6W炉底通过护衬散热Q底散 q底 F底均 572 2 2 23 1276W 整个炉体散热损失Q散 Q墙散 Q顶散十Q底散 4562 5 1111 6 1276 6950 1w 因为1W 3 6kJ h 所以Q散 3 6 6950 1 25020 4kJ h 3 开启炉门的辐射热损失设装出料所需时间为每小时6分钟 根据式 式中 C 黑体辐射系数 F 炉门开启面积或缝隙面积 m 3 6 系数 炉口遮蔽系数 t 炉门开启率 即平均1小时内开启的时间 对常开炉门或炉壁缝隙而言 t 1 由于炉门开启后 辐射口为矩形 且H 2与B之比为0 32 0 869 0 37 可看出此为一拉长的矩形 炉门开启高度与炉墙厚度之比为H S 0 32 0 28 1 14 查得 0 7 故 0 28 0 113 0 002 0 113 0 002 0 05 m 图1 14 4 开启炉门溢气热损失溢气热损失由式 Q吸 得Q溢 qV C t g t t其中 qV 由式 qva 1997BH 得 5 其它热损失其它热损失约为上述热损失之和的10 20 故Q它 0 13 Q件 Q散 Q辐 Q溢 0 13 95117 25020 4 8877 75 33713 23346 1kJ h 6 热量总支出其中Q辅 0 Q控 0 由式 5 l0 得Q总 Q件 Q辅 Q控 Q散 Q辐 Q溢 Q它 95117 25020 4 8877 75 33713 23346 1 202931 2kJ h 与标准炉子相比较 取炉子功率为75kW 7 炉子安装功率 1 正常工作时的效率 2 在保温阶段 关闭炉门时的效率 六 炉子热效率计算 七 炉子空载功率计算 八 空炉升温时间计算 由于所设计炉子的耐火层结构相似 而保温层蓄热较少 为简化计算 将炉子侧墙 前后墙及炉顶按相同数据计算 炉底由于砌砖方法不同 进行单独计算 因升温时炉底板也随炉升温 也要计算在内 1 炉墙及炉顶蓄热 由式 得 蓄 V1 1 C1 t1 C1t0 V2 2 C2 t2 C2t0 kJ 炉底蓄热计算 查附表3得 2020 3 19 35 查附表3得 3 炉底板蓄热根据附表6查得950 和20 时高合金钢的比热容分别为C板2 0 670kJ kg 和C板1 0 473kJ kg 经计算炉底板重量G 242kg 所以有 Q蓄板 G C板2t1 C板1t0 242 636 5 9 46 151743 6kJ 对于一般周期作业炉 其空炉升温时间在3 8小时内均可 故本炉子设计符合要求 因计算蓄热时是按稳定态计算的 误差大 时间偏长 实际空炉升温时间应在4小时以内 得空炉升温时间 Q蓄 Q蓄1 Q蓄底 Q蓄板 1032238 389880 15174 36 1573861 6kJ 75kW功率均匀分布在炉膛两侧及炉底 组成Y 或YY 接线 供电电压为车间动力电网380V 核算炉膛布置电热元件内壁表面负荷 对于周期式作业炉 内壁表面负荷应在15 35kw m2之间 常用为20 25kw m2之间 表面负荷在20 25kW m2常用的范围之内 故符合设计要求 九 功率的分配与接线 1 图表法查图得0Cr25A15电热元件75kW箱式炉YY接线 直径d 5mm时 其表面负荷为1 58W cm2 每组元件长度L组 50 5m 总长度L总 303 0m 元件总重量G总 42 3kg 2 理论计算法 1 求950 时电热元件的电阻率 t当炉温为950 时 电热元件温度取1100 由附表12查得0Cr25A15在20 时电阻率 20 1 40 mm2 m 由最高使用温度950 选用线状0Cr25Al5合金作电热元件 接线方式采用YY 十 电热元件材料选择及计算 4 每组电热元件端电压由于采用YY接法 车间动力电网端电压为380V 故每组电热元件端电压即为每相电压 3 每组电热元件功率由于采用YY接法 即三相双星形接法 每组元件功率 2 确定电热元件表面功率由图5 3 根据本炉子电热元件工作条件取W允 1 6W Cm 电阻温度系数 4 10 5 1 则1100 下的电热元件电阻率为 t 20 1 t 1 40 10 5 1100 1 46 mm2 m 7 电热元件的总长度和总重量电热元件总长度由式 5 27 得L总 6L组 6 52 07 312 44m电热元件总重量由式 5 28 得G总 6G组 6 7 26 43 56kg 式中 M由附表12查得 M 7 1g cm2所以得 所需电热元件总长度和总重量为L总 nL m 5 27 G总 nG kg 5 28 9 电热元件在炉膛内的布置将6组电热元件每组分为4折 布置在两侧炉墙及炉底上 则有 布置电热元件的炉壁长度L L 50 1741 50 1691mm丝状电热元件绕成螺旋状 当元件温度高于1000 由表5 5可知 螺旋节径D 4 6 d 取D 6d 6 5 30mm螺旋体圈数N和螺距h分别为 h L N 1691 138 12 3mmh d 12 3 5 2 46按规定 h d在2 4范围内满足设计要求 根据计算 选用YY方式接线 采用d 5mm所用电热元件重量最小 成本最低 电热元件节距h在安装时适当调整 炉口部分增大功率 电热元件引出棒材料选用1Cr18Ni9Ti 12mm L 500mm 十一 炉子构架 炉门启闭机构和仪表图 略 十二 炉子总图 主要零部件图及外部接线图 略 砌体图 略 重量 出厂日期 十四 编制使用说明书 略 思考题 为减少周期作业箱式电阻炉的蓄热损失 在设计和使用上需注意哪些问题 十三 炉子技术指标 标牌 额定功率 75kW额定电压 380V最高使用温度 950 生产率 160kg h相数 3接线方法 YY工作室有效尺寸 1500 700 500外形尺寸 L 2300mm B 1430mm H 1566mm 结束 为 L效 1500mm B效 700mm H效 500mm 返回