熱處理爐第二章5.ppt

1、1,第二章 爐子傳熱原理,5. 綜 合 傳 熱,2,一.對流和輻射同時(shí)存在時(shí)的傳熱,a輻輻射換熱系數(shù)w/(m2) a綜合傳熱系數(shù)。,3,注：,（1）中、高溫電阻爐和真空電爐：a輻為主，a對可忽略不計(jì)； （2）低溫空氣循環(huán)電阻爐、鹽浴爐：a對為主，a輻可忽略不計(jì)； （3）裝有風(fēng)扇的中溫電阻爐、燃料爐：a綜合。,4,二.爐墻的綜合傳熱,爐內(nèi)熱量爐內(nèi)側(cè)爐外側(cè)環(huán)境 （一）平壁爐墻傳熱,5,（二）復(fù)合爐墻的傳熱（符合串并聯(lián)定律）,6,（三）圓形壁爐墻,7,（四）減少熱損爐墻采取措施（加大熱阻）,1. 增加爐墻厚度R=/（F）； 2.采用小、小、比熱容C小的耐火保溫材料。 R，b（蓄熱系數(shù)）蓄熱小。 推薦

2、：中溫電阻爐0.6g/cm3輕質(zhì)磚、泡沫磚；高溫爐：0.806g/cm3高鋁磚砌耐火層。 3. 改變爐墻結(jié)構(gòu)：雙層爐殼、空心磚爐墻結(jié)構(gòu)；采用圓形爐膛，外表面積縮小14%左右。,8,Thank You for Attention,9,三.爐襯厚度計(jì)算,在設(shè)計(jì)三層爐墻時(shí)，耐火層和中間保溫層的厚度S、S，一般根據(jù)爐膛溫度以及爐子的大小按標(biāo)準(zhǔn)磚尺寸的整倍數(shù)選定，而爐墻內(nèi)、外表面溫度t和t4為已知，那么剩下的只需計(jì)算確定滿足此規(guī)定T4溫度時(shí)的外層保溫層厚度S，以及未知的界面溫度t和t3值。 在穩(wěn)定傳熱時(shí)，對各層爐襯可分別列出下述方程： q=(t1-t2)+0.5b(t+t) /S (a) q=(t2-t

3、3)+0.5b2(t2+t3)/S2 (b) q=(t3-t4)+0.5b3(t3+t4)/S3 (c),10,方括號部分為各層爐襯的平均熱導(dǎo)率。由式 (a)可直接解出未知的界面溫度t2的計(jì)算式 同理，由式(b)、可分別得t3和S3的計(jì)算式 S3=(t3-t4)+0.5b3(t3+t4) 計(jì)算的順序應(yīng)該是：先計(jì)算出t2,再計(jì)算t3,最后算出保溫層的厚度S3。,11,例 設(shè)計(jì)某熱處理中溫爐的平壁爐墻（側(cè)墻），已知爐膛溫度為950，車間溫度20，爐殼合理溫度為60。耐火層用QN-0.6輕質(zhì)粘火磚，厚度115mm。保溫層為115mm的B級硅藻土磚，外層用礦渣棉，礦渣棉的體積密度0.2t/m3。試確定

4、礦渣棉層的厚度及其界面溫度。,12,解 由爐襯材料的熱導(dǎo)率算式 QN-0.6輕質(zhì)磚 1=0.165+0.19410-3 t W/（m） B級硅藻土磚 2=0.131+ 0.23 10-3 t W/（m） 礦渣棉 3=0.07+ 0.16 10-3 t W/（m） 故 01=0.165 b1= 0.19410-3 ； 2=0.131 b2= 0.23 10-3 3=0.07 b3= 0.16 10-3 。 當(dāng) t4=60時(shí)，由表2-12查得 =12.17 W/（m2）。 故 q=12.17（60-20）=486.8（W/m2）。將上述數(shù)據(jù)代入式（2-70）， 先算出界面溫度t2。,13,再由式（

5、2-71）計(jì)算t3 由式（2-72）計(jì)算礦渣棉保溫層的厚度 S3=（588-60）0.07+0.50.1610-3（588+60）=132mm,14,下面進(jìn)一步計(jì)算1m2面積側(cè)墻的蓄熱量。輕質(zhì)粘土磚、硅藻土磚和礦渣棉在1m2面積側(cè)墻上所占的重量分別為 G1=0.115600=69 Kg G2=0.115550=63.3 Kg G3=0.132200=26.4 Kg 它們的平均比熱容分別為 C1=0.836+0.26310-3 0.5（950+782）=1.06 KJ/（Kg ） C2=0.837+0.25110-3 0.5（782+588）=1.0 KJ/（Kg ） C3=0.75 KJ/（K

6、g ） 各層的畜熱量 Q1=691.06（950+782）/2-20=61876 KJ， Q2=42095 KJ， Q3=6019 KJ,15,總畜熱量 Q=109990 KJ 上述爐墻若用體積密度為120Kg/m3的硅酸鋁耐火纖維爐襯，它的平均導(dǎo)熱率為 m=0.032+0.21（tm/103）2= 0.032+0.21（950+60）/（2103）2 =0.086 W/（m ） 由此得全耐火纖維爐墻的厚度 S=（950-60）0.086/486.8=157mm 1m2面積爐墻的重量為18.8Kg，相應(yīng)的畜熱量 Q=18.81.1（50+60）/2-20=10030KJ,16,耐火纖維的平均比

7、熱容按1.1KJ/（Kg ）計(jì)算。由此可見，在上述條件下用耐火纖維爐襯代替磚徹爐襯后，爐襯的畜熱量將減少近90%。 因而在周期作業(yè)爐上使用耐火纖維爐襯可顯著節(jié)能，并能大大縮短其空爐升溫時(shí)間。 例設(shè)計(jì)某熱處理中溫爐的平壁爐墻（側(cè)墻），已知爐膛溫度為950，車間溫度20，爐殼外溫度60。耐火層用QN-0.6輕質(zhì)粘土磚，厚度115mm。保溫層為115mm的B級硅藻土磚，外層用礦渣棉，其=0.2t/m3，試確定礦渣棉層的厚度及其界面溫度。,17,解：已知 QN-0.6輕質(zhì)磚 1=0.165+0.19410-3 t W/（m） B級硅藻土磚 2=0.131+ 0.23 10-3 t W/（m） 礦渣棉

8、3=0.07+ 0.16 10-3 t W/（m） 爐外壁與車間為對流換熱 q=at=12.17(60-20)=486.8 (w/m2),S3=(t3-t4)+0.5b3(t3+t4)=132(mm),18,另：再計(jì)算1m2面積側(cè)墻的蓄熱量。 已知三層在1m2面積上所占重量分別為： G1=0.115600=69 Kg G2=0.115550=63.3Kg G3=0.132200=26.4Kg 平均比熱 ： C1=0.836+0.26310-30.5（950+782）=1.06 KJ/ （Kg） C2=0.837+0.2510-3 t均=1.0 KJ/（Kg） C3=0.75 KJ/（Kg） 各

9、層蓄熱：Q1=G1C1t=61876 KJ Q2=42095 KJ Q3=6019 KJ 總畜熱量：Q=109990 KJ,19,上述爐墻若用=120 Kg/m3的硅酸鋁耐火纖維單層爐襯，則 m=0.032+0.21（tm/103）2 KJ/（Kg） =0.032+0.21（950+60）/21032=0.086 W/（m） =（950-60）0.086/486.8=157 mm G=18.8 Kg Q=10030 KJ（c=1.1KJ/（Kg） 可見Q下降約90，.節(jié)能顯著 .空爐升溫 降低,20,2.強(qiáng)制對流時(shí)的對流換熱系數(shù) （1）氣體沿平面流動時(shí),21,注：VO為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，若不是則換算V

10、O=Vt 273/（273+t） （2）氣流沿長形工件流動時(shí) a=kvt 0.8 w/(m2) t:100 200 300 400 500 600 K:4.81 4.19 3.74 3.37 3.20 3.09 也有a=6.98+3.2Vt 0.8 w/(m2) (3).爐氣在燃料爐內(nèi)奚流動時(shí) a=z vt 0.8/(d 0.2) kLkH2o w/(m2) 式中：Vt-爐膛內(nèi)爐氣的實(shí)際流速（m/s） d-爐膛通道的水力學(xué)直徑（m） z-爐氣溫度的系數(shù) 爐氣溫度（）600 800 1000 1200 1400 z 1.99 1.77 1.61 1.48 1.39,22,kL-通道長度L與水力學(xué)

11、直徑d比值的系數(shù) L/d 2 5 10 15 20 30 40 50 kL 1.40 1.24 1.14 1.09 1.07 1.04 1.02 1.00 kH2o-爐氣中水蒸氣含量的系數(shù) H2o 0 2 5 10 15 20 25 30 kH2o 1.00 1.18 1.24 1.29 1.34 1.39 1.43 1.47 (4)氣流在通道內(nèi)層流流動時(shí) a=5.99/d (w/m2) -爐氣的導(dǎo)熱系數(shù) （w/(m)） d-通道的水力學(xué)直徑,23,例3：設(shè)有一臺空氣循環(huán)電爐，循環(huán)空氣溫度為500，爐內(nèi)加熱扎制金屬板面積為1m2，求當(dāng)循環(huán)空氣的實(shí)際流速分別為5、10和20m/s，金屬板溫度為100時(shí)的對流換熱量。 解：求VO，當(dāng)Vt1=5m/s時(shí) VO1=Vt273/（273+500）=1.8m/S 同理：Vt2=10m/s，VO2=3.5m/s Vt3=20m/s，V03=7.1m/S 設(shè)金屬