畢業(yè)設計（論文）10噸熔鋁保溫爐的設計

1、10t熔鋁保溫爐的設計摘要：本文對10t熔鋁保溫爐進行了設計，熔體溫度680780，額定容量10t爐，爐型為固定式反射爐，用天然氣作為燃料，熱值為35421kjm3，爐膛最高溫度1050，液體升溫速度為30h。設計主要結果如下：爐子的爐膛尺寸為：長3132mm,寬2913mm，高507mm；爐子的爐體尺寸為：長5509mm，寬5203mm，高3160mm。爐子耐火材料選擇如下：爐底耐火材料采用三層結構，內層選用高鋁磚，中間層選用澆注料，外層選用輕質保溫磚；爐壁耐火材料選擇如下：內層跟鋁液接觸部分采用高鋁磚，外層采用澆注料；上部不跟鋁液接觸部分內層采用耐火粘土磚，外層采用輕質保溫磚再加一層硅鈣板

2、。爐頂耐火材料采用耐火粘土磚外加一層輕質保溫磚。爐子熱負荷計算結果如下：爐子總熱量消耗為2.43106kj，煙氣帶走的熱量為9.87105kj，爐底熱損失為1.9105kj，爐壁熱損失為119515kj，爐頂散熱損失為98626kj。根據(jù)爐子的熱量損失，選用兩個高速調溫燒嘴，燃料為天然氣。同時對爐門形狀以及升降系統(tǒng)進行了設計；通過對爐子的整體受力分析，選用了合適的外部型鋼。對排煙系統(tǒng)，預熱器進行了選用。使用autocad軟件繪制了10t保溫爐總圖，保溫爐鋼結構總圖，爐門總圖。關鍵詞： 保溫爐；熱負荷；耐火材料；燒嘴the design of 10t heat holding furnaceab

3、stract：this paper designs 10t melting heat holding preservation furnace, the melting temperature is 680 to 780, nominal capacity is 10t/furnace, the furnace type is stationary reverberatory furnace, using natural gas as fuel, the calorific value is 35421kjm3 , the furnace high temperature is 1050，th

4、e liquid heating rate is 30h. design is the main part of the furnace in molten pool size the length is 3132mm, the breadth is 2913mm, the height is 507mm, the whole size of the furnace isthe length is 5509mm, the breadth is 5203mm, the height is 3160mm. select of the refractory materials is: refract

5、ory materials of furnace bottom is three layers, the inner layer uses alumina bricks; the middle layer uses castable; the external layer uses lightweight insulation brick; select of the furnace wall the refractory materials is: the inner layer with a contact portion of the liquid aluminum uses high

6、alumina bricks; the outer layer uses castable; the upper part is not in contact with liquid aluminum inner refractory clay brick; the outer layer use lightweight insulation brick and plus a layer of calcium silicate board. the furnace heat load calculation and checking, consumption of total calories

7、 for the stove 2.43 106kj, 9.87 105kj flue to take away the heat, furnace bottom heat loss of 1.9 105kj furnace wall heat loss 119515kj, roof heat loss 98626kj . according to the stoves heat loss, the choice of two high-speed thermostat burner, the fuel gas. the same time, designing the door shape a

8、nd lift system; global stress analysis of the furnace, the choice of a suitable external steel. smoke extraction system, preheater choice. use autocad software to draw a 10t holding furnace diagram, map, holding furnace steel door total. key words: heat holding furnace; heat load; refractory; burner

9、目錄1前言11.1先進保溫爐簡述21.1.1 爐體結構21.1.2感應器31.1.3 漏爐報警裝置31.1.4冷卻系統(tǒng)41.2保溫爐的主要組成部分及作用41.2.1爐體41.2.2燃燒系統(tǒng)51.2.3 排煙系統(tǒng)51.2.4爐子的外部鋼結構51.2.5預熱器61.2.6爐子的控制系統(tǒng)61.2.7爐門的設計71.3 設計的主要內容71.3.1 爐子尺寸的確定71.3.2 爐襯材料的選用71.3.3 爐子熱負荷計算71.3.4 爐子燒嘴的選用81.3.5 爐門升降系統(tǒng)設計81.3.6 爐體外部結構的設計82 設計的要求及目的92.1 廠方要求92.2 設計目標93 設計分析計算103.1 熔鋁保溫爐

10、爐膛尺寸計算103.2 砌體設計103.2.1 爐底耐火材料133.2.2 爐壁耐火材料133.2.3 爐頂耐火材料154.爐子部件選擇234.1燒嘴的選擇235.煙囪的設計275.1 排煙方式275.1.1 機械排煙275.1.2 煙囪的尺寸276 爐門煙罩的設計297 爐門升降系統(tǒng)的設計307.1 爐門大小的設計307.2爐門升降系統(tǒng)設計327.2.1 鋼材重量的計算328 爐體外部鋼結構的設計348.1 爐體鋼板的選用348.2 外部型鋼的選擇348.2.1 底部型鋼的選擇348.2.2 墻壁型鋼的選擇358.2.3 爐頂拉桿的確定359 預熱器369.1 預熱器的分類選型369.2 預

11、熱器的工作原理3610 熔鋁保溫爐煙塵的治理3711結論38致謝39參考文獻40附錄一:總圖41附錄二:鋼結構總圖42附錄三:爐門總圖431前言 鋁作為金屬再生資源之一，在國民經(jīng)濟中有著舉足重輕的地位。自八十年代以來，我國冶金技術不斷發(fā)展。在消化引進國外先進冶金技術上, 在金屬熔煉過程中使用了點火保溫爐，感應保溫爐，電氣熔鋁保溫爐等多種形式的保溫爐，并對保溫爐結構進行了較大改進。使國內鋼鐵企業(yè)燒結質量不斷提高,能耗不斷降低。目前，國內外較先進的保溫爐，所使用煤氣熱值都較高，焦爐煤氣占相當大的比例。使保溫質量差，能耗高。圖1.1為泰州職業(yè)技術學院機電工程系研制電氣熔鋁保溫爐的爐體總體結構設計1。

12、1- 旋臂 2- 保溫蓋 3- 熔液控制熱電偶 4- 壓蓋 5- 爐蓋 6- 坩鍋 7- 電熱帶 8- 輕質保溫磚 9- 爐底保溫層 10- 耐火柱 11- 電線接口保護蓋 12- 超溫熱電偶 13- 漏湯出口 14- 硅酸鋁纖維氈15- 支座 16- 爐蓋固定鉤 17- 起重吊耳圖1.1 保溫爐圖1.1為300kg電氣熔鋁保溫爐的爐體總裝圖。殼體采用厚8mm的鋼板焊成, 爐身高980mm,外徑為1320mm,上下內表面各加焊一根寬100mm的箍，以增強其剛度。爐底外焊有80mm高的槽鋼框架構成爐腳，既可增強爐底的剛度，又能減少爐底向地面的傳熱。爐蓋厚120mm，用固定鉤螺栓與爐身相連。爐身四

13、周焊有三只起重吊耳，以便起吊運輸。爐身上側焊有支座，支座中的轉軸與旋臂相連。保溫蓋掛在旋臂下，保溫蓋由5mm的鋼板焊成，蓋內裝滿硅酸鋁纖維氈并用螺栓和墊圈固定。熔鋁時將保溫蓋置于爐蓋上的開口處，舀取熔液時通過把手和杠桿機構將其與旋臂一起轉開。爐側電線接口保護蓋由厚2mm的鋼板與鋼絲網(wǎng)焊成, 電源線由此引入與10mm的不銹鋼接線柱相連, 每根接線柱分別利用陶瓷管穿入爐殼與電熱帶相連。爐側距底面100mm處開有140 mm100mm的斜向漏液出口, 可清除意外漏液，正常使用時用保溫磚堵住，并用螺栓及蓋板封好。鋁熔液溫度控制在760左右，膛溫度控制在900左右。由于舀熔液時坩鍋處于敞開狀態(tài),因而由幅

14、射和對流引起的換熱損失較大，加上熔爐殼體表面的換熱損失，該爐熱效率約為60%左右,確定爐功率為40 kw。而保溫材料及保溫層厚度則根據(jù)900的爐膛溫度,并按爐殼表面溫度低于60的要求設計。其中爐墻耐火保溫層分為二層,內層由厚113mm的rqn-0.8輕質耐火磚8砌成1050mm970mm的圓筒，外層由密度為160kg/m3的普通硅酸鋁纖維氈充填在園筒與爐殼之間。耐火磚圓筒內安放了3組6層耐熱鋼鉤，鉤上掛有三根繞成u形的電熱帶,電熱帶材料選用0cr25al5,規(guī)格為1.5mm20mm。按單位表面積允許功率w為20kw/m2計算，每根電熱帶長15.5m。石墨坩鍋bx401放置在爐底中央320mm

15、300mm的耐火柱上。耐火柱由重質高鋁耐火材料燒成, 其密度=2300kg/m3,下墊10mm厚的硅酸鋁纖維氈。爐蓋內裝滿硅酸鋁纖維氈。壓蓋中間開有580mm 的孔，用螺栓固定在爐蓋上。壓蓋利用硅酸鋁纖維氈既能將坩鍋壓穩(wěn)，又能防止熔液濺至爐膛。熔液控制熱電偶置于壓蓋上方,其反饋信號是控制加熱電功率的主信號。爐底保溫層厚230mm, 由二層rqn-0.6輕質耐火粘土磚交錯砌成。1.1 先進保溫爐簡述保溫爐的功能是對上爐熔化后的鋁水沉渣鎮(zhèn)靜作用，來提高鋁水的純度，同時加熱至鑄錠溫度為下步鑄錠準備。無心感應爐的基本原理可以用電磁感應定律和焦耳-楞次定律來描述5。根據(jù)無心爐的基本結構可知，感應器產(chǎn)生的

16、磁通除通過爐料金屬外，仍有部分磁通在爐體外閉合，若爐殼是一個閉合環(huán)路，則勢必在該環(huán)路內產(chǎn)生感應電流而發(fā)熱，因而國內無心感應爐通常都將爐殼做成兩個半圓，使感應電流不成環(huán)路而避免感應發(fā)熱。然而，在交變磁場中反復磁化產(chǎn)生的磁滯損耗也是感應加熱的效果之一， 因而國內1 t以下中頻感應爐通常都用鋁合金做外殼，避免磁滯損耗發(fā)熱。設計利用磁軛的磁屏蔽作用及短路環(huán)的磁場壓縮作用，使得保溫爐的外殼可以設計成圓筒形封閉式鋼殼結構，適應了鑄造生產(chǎn)的惡劣環(huán)境, 大大加強了爐子的剛性。使用證明，該裝置十分有效地解決了封閉式鋼殼及爐蓋的感應發(fā)熱問題，電爐通電2 h 后, 在輻射熱尚未到來之時, 爐殼及爐蓋的溫度仍為室溫狀

17、態(tài)。1.1.1 爐體結構爐體由爐殼、爐蓋、感應器、爐襯、磁軛及緊固裝置、傾爐機構等組成。感應器的上下端有用不銹鋼材料制作的冷卻管，用以冷卻爐襯，防止爐襯溫度梯度的突變。不銹鋼冷卻管不成閉路，無渦流。感應器及不銹鋼環(huán)用環(huán)氧樹脂電木柱組裝成一個圓筒形整體。為了盡量減少冷卻環(huán)部分感應的匝間電壓，冷卻環(huán)全部采用一圈多匝的形式，其水路用夾布膠管串通。在感應器的圓周上均勻分布磁軛, 磁軛設計成仿形截面，即與感應器壓貼部分按照感應器外徑的弧度造出，便于與感應器緊密壓貼，減少氣隙，對提高磁屏蔽有一定好處，且壓貼面積增大，感應器裝置更加牢固。磁軛通過不銹鋼螺絲與爐殼固定。感應器的軸向固定利用鋼板圓環(huán)壓緊磁軛頂部

18、，通過不銹鋼螺絲拉桿螺栓與爐底板固定在一起，因而，感應器的軸向和徑向的緊固都利用爐殼作支承。封閉式鋼殼足以保證感應器及其爐襯的鋼性，為了進一步屏蔽磁場，最大限度避免爐殼發(fā)熱，在感應器的上下端均設置了短路環(huán)。爐體傾轉機構及爐蓋開閉采用液壓驅動，保證了動作的平穩(wěn)性。1.1.2感應器并聯(lián)感應加熱功率決定于感應器的電壓及槽路等效阻抗，當感應器電壓一定時，等效阻抗越小，功率越大，在槽路結構確定之后，等效阻抗決定于爐料的多少。在通常的感應器中，當爐料為一半容量的情況下，爐子功率為額定值的50% 左右，當金屬液再少的情況下，加熱的功率就更少了。為了在小留量下獲得大功率, 設計的感應器為多組并聯(lián)式, 即使在小

19、留量情況下加熱功率仍可達到較大值, 較好地滿足生產(chǎn)工藝要求, 提高了勞動生產(chǎn)率。(1)感應器內徑d1感應器內徑d1等于坩堝內徑d加上兩邊坩堝壁厚，坩堝厚度與爐子容量有關，確定時，考慮了兩個因素:一是盡量減少爐子的無功損耗,越大, 無功損耗越大。二是坩堝必須具有足夠的機械強度和壽命, 顯然越大越好。(2)感應器高度h1感應器高度h1可參照熔體高度h確定,其目的是使金屬液面在工作狀態(tài)相對平緩, 沒明顯的駝峰。電爐工作時，由于電磁力所形成的攪拌效應，在不同的工作頻率下，金屬液表面形成一定高度的駝峰，頻率越低，駝峰越高。1.1.3 漏爐報警裝置爐襯由于受到金屬液的連續(xù)沖刷和腐蝕,坩堝壁便變得越來越薄,

20、 不同的搗制工藝, 不同的爐襯材料, 其使用壽命也不同。坩堝壁變薄后, 會影響爐子的電氣參數(shù), 反映在爐料直徑增大, 槽路阻抗減少, 功率增加。對于大容量無心爐, 裝置漏爐報警是十分必要的, 一方面可以預知爐襯的腐蝕程度, 另一方面可及時警覺漏爐,及時采取措施不至于毀壞感應器和爐殼。本系統(tǒng)報警電極片用0.35 mm 不銹鋼板剪折而成,用粘結劑粘貼在耐火膠泥層上, 外面再搗制爐襯。該電路為直流接觸式報警電路, 可以接報警電極, 當爐襯變薄絕緣電阻減少時, 可以從電流表中感知漏電流。當爐襯有局部穿孔導致電極短路時，晶閘管scr 導通, j1 吸合，電鈴d 和燈光信號dx動作，發(fā)出報警信號，此時電流

21、表指示值為漏爐電流的最大值。由于電極片感知的是直流通道，因此lc組成的形低通濾波器的截止頻率設計為50hz或更低, 特征阻抗盡量低(但要同時考慮電容器的容量避免太大),以阻止電爐工作時感應電勢對報警電路的干擾。1.1.4冷卻系統(tǒng)中頻電源約有50%的故障是由于冷卻系統(tǒng)不良造成的,因而國外一般采用不銹鋼冷卻塔作閉路水循環(huán),以確保水源清潔,并利用穩(wěn)定元素作為電極吸收因閉路循環(huán)水經(jīng)電離后產(chǎn)生的離子。根據(jù)國內中頻電源運行的情況了解到,由于冷卻水多取自水池水或直接抽取河水、地下水,運行時造成雜質沉降于冷卻管道,或硬水中礦物積聚,造成冷卻不良而加速了晶閘管的損壞,感應器換熱不良使得溫度升高,支柱碳化反過來使

22、感應器變形等。系統(tǒng)采用了電源部分和爐體部分分路冷卻, 即電源部分和爐體部分各一個冷卻回路,兩回路之間用熱交換器隔離換熱,總熱量由外置冷卻塔冷卻后流入封閉式水池,在一定范圍內保證水源的清潔,達到了較好的冷卻效果。本次爐子設計采用蘇州嘯波再生金屬設備成套有限公司常規(guī)設計的鋁水保溫精煉爐，其額定容量為10噸/爐。提溫和保溫是通過安裝在側墻的二個燃油高速調溫燒嘴供熱，爐子使用溫度最高1050，預定為800850，鋁水溫度為740760。爐子裝置：該爐配有自動點火、自動調溫的燃燒系統(tǒng)及爐壓自動控制系統(tǒng)，在廢氣排煙道上設置了噴流輻射空氣換熱器（空氣預熱溫度為250）?；驅U氣引出供鋁屑烘干回轉窯作熱源使用

23、。1.2 保溫爐的主要組成部分及作用1.2.1爐體爐體由爐殼、爐蓋、感應器、爐襯、磁軛及緊固裝置、傾爐機構等組成。感應器的上下端有用不銹鋼材料制作的冷卻管，用以冷卻爐襯，防止爐襯溫度梯度的突變。不銹鋼冷卻管不成閉路，無渦流。感應器及不銹鋼環(huán)用環(huán)氧樹脂裝成一個圓筒形整體。為了盡量減少冷卻環(huán)部分感應的匝間電壓，冷卻環(huán)全部采用一圈多匝的形式，其水路用夾布膠管串通。在感應器的圓周上均勻分布磁軛, 磁軛設計成仿形截面，即與感應器壓貼部分按照感應器外徑的弧度造出，便于與感應器緊密壓貼，減少氣隙，對提高磁屏蔽有一定好處，且壓貼面積增大，感應器裝置更加牢固。磁軛通過不銹鋼螺絲與爐殼固定。感應器的軸向固定利用鋼

24、板圓環(huán)壓緊磁軛頂部，通過不銹鋼螺絲拉桿螺栓與爐底板固定在一起，因而，感應器的軸向和徑向的緊固都利用爐殼作支承。封閉式鋼殼足以保證感應器及其爐襯的鋼性，為了進一步屏蔽磁場，最大限度避免爐殼發(fā)熱，在感應器的上下端均設置了短路環(huán)。爐體傾轉機構及爐蓋開閉采用液壓驅動，保證了動作的平穩(wěn)性。1.2.2燃燒系統(tǒng)燒嘴的類型有，按燃料的種類分為煤氣燒嘴，油嘴和煤粉燒嘴；按燒嘴的噴射速度分，可以分為高速燒嘴，中速燒嘴和低速燒嘴。按照供給的燃料的壓力又可以將燒嘴分為高壓燒嘴，中壓燒嘴，低壓燒嘴，他們與高速，中速，低速燒嘴又是有區(qū)別的。燒油的燒嘴主要有燒重油和柴油的，燒油的燒嘴成本過高，采用的較少，而且要考慮要怎么樣

25、將油最好的霧化，混勻，比較麻煩；煤粉燒嘴現(xiàn)在更是用的較少；目前大多數(shù)廠家使用的主要是燒氣燒嘴，在燒氣燒嘴中主要有：反射爐煤氣燒嘴、城市煤氣燒嘴、天然氣燒嘴、液化氣燒嘴等，它們各自都有不同的特點。反射爐煤氣燒嘴的熱值很低，只有5952kj7440kj左右，氣體中的主要燃燒成分為co，很容易造成事故；城市煤氣燒嘴的熱值在16864kj/m3，氣體的主要成分為co和焦爐煤氣，也是比較危險的，且熱值也不高；天然氣燒嘴的熱值高達了41664kcal/m3，氣體成分為ch4，天然氣的熱值高，價格較低，是理想的燃料，所以現(xiàn)在多采用天燃氣燒嘴。1.2.3 排煙系統(tǒng)排煙方式可分為機械排煙與自然排煙兩種，當排煙阻

26、力小于500600pa時，一般均采用自然排煙，及選用固定式煙囪。煙囪分為磚煙囪、鋼筋混泥土煙囪和鋼煙囪三種。煙囪直徑小于或等于0.7m時，采用鋼板焊制的鋼煙囪。進煙囪的煙氣溫度低于500時，煙囪內壁不襯耐火材料；高于500時需襯耐火材料。圓形磚煙囪的最小出口直徑為0.7m。當排煙的阻力較大時，例如大于500600pa時，采用自然排煙難以克服排煙阻力，此時采用機械排煙。機械排煙分為引風機排煙和噴射排煙兩類。前者排煙溫度根據(jù)引風機耐高溫性能受限制，一般引風機的溫度不高于250，因而需向煙道內混入冷空氣將煙氣溫度降低。噴射排煙可不受排煙溫度的限制，雖效率較低，但應用方便。自身預熱燒嘴、干法除塵系統(tǒng)、

27、井式爐排煙均有采用噴射排煙方式的。1.2.4爐子的外部鋼結構在爐子的磚體砌筑完畢之后，要在磚體的外面采用鋼材來加固爐子，固定爐子，鋼材的型號選用要根據(jù)其具體的作用來定，要保證能夠承受爐子的應力，鋼材不會斷裂，變形。爐體外部的鋼材部分主要可以分為爐體緊貼磚體的鋼板，鋼板外的型鋼，以及爐頂上的拉桿。1.2.5預熱器預熱器按預熱介質的流動形式可分為順流預熱器、逆流預熱器和交錯預熱器三種。順流式的優(yōu)點是預熱器的爐壁溫度比較高，因為煙氣溫度最高處的被預熱介質溫度最低，被預熱介質溫度升高后煙氣溫度已經(jīng)下降。但順流式預熱的熱工性能差，在預熱出口處煙氣與被預熱介質的溫差較小，因而該處的熱交換面的傳熱效果很小。

28、另外由于進出口煙氣和被預熱介質之間的溫差大，對器壁容易溫度應力，選用材時要注意。逆流式預熱器正好和順流式相反，進口端的器壁溫度高，出口端的器壁溫度低，因此可以采用兩種性能不同的材料。這種預熱器傳熱面的利用較好，預熱溫度也可以較高。當煙氣溫度較高而要求預熱溫度不高時，通常采用順流式，煙氣溫度較低或要求預熱溫度較高時則采用逆流式。1.2.6爐子的控制系統(tǒng)熔鋁保溫爐屬于大功率用電設備, 其溫度控制若僅采用全通、全斷的兩態(tài)控制方法, 則難以保證熔液溫度控制在(7602)的恒溫要求。因而在該爐電氣控制系統(tǒng)中，采用三相電源經(jīng)nf3p100a 無熔絲開關引出后，再經(jīng)sc-80電磁接觸器及可控硅供電的三相電熱

29、負載星形連接的三態(tài)恒溫控制電路。把膛溫控制熱電偶3反饋的溫度信號經(jīng)智能型熱電偶溫度表輸出的溫差電壓vt作為溫差信號,以改變頻率來控制電瓶適應湯溫可能出現(xiàn)的變化，并以補償?shù)姆绞窖a充或減少供電熱功率。智能型熱電偶溫度表輸出的溫差電壓vt輸入傳感電壓比較電路，與門限電平進行比較，比較輸出電瓶送到控制電平電路的輸入端, 控制電瓶電路在脈沖信號的作用下產(chǎn)生控制電平，控制電瓶經(jīng)輸出電路放大后驅動光耦隔離電路去控制可控硅門極的通斷，實現(xiàn)三態(tài)恒溫控制?？勺冮T限電路受溫差電壓vt 、控制電平電路的輸出和跟蹤范圍調整電路的控制, 產(chǎn)生傳感電壓比較器的可變門限電壓。當湯溫t遠低于設定溫度t0時(如起動階段)，電路輸

30、出全通電瓶。三相可控硅全通，滿功率加熱。隨著熔液溫度升高, 當t0- t10時, 溫差電壓vt開始下降,電路輸出間斷電瓶，可控硅間斷通電，隨著vt 的下降，間斷控制電瓶頻率也下降, 可控硅平均導通電流減少，使加熱電功率逐步減少。當vt低于最低極限電壓或湯溫t上升過快時，電路輸出斷電瓶,可控硅關斷，電爐電熱功率為零。在恒溫狀態(tài)下, 即t= t0或t =2時, 智能型溫度表輸出相對穩(wěn)定的溫差電壓vt，電路輸出間斷控制電瓶，可控硅間斷導通，使電爐平均供電功率與熱耗散功率達到平衡, 以維持膛溫恒定。電爐加料或出料時會使膛溫降低或升高, 這時候vt會自動升高或降低。電路在vt的變化下, 輸出頻率升高或降

31、低的間斷控制電平，使可控硅平均導通電流增大或縮小，以增加或減少供電功率而適應膛溫的波動。智能型熱電偶溫度表在不高于600負載條件下輸出420 ma電流誤差信號。轉換為溫差電壓vt時約為2.412v。溫控板在vt8.5v時開始輸出恒高全通電瓶，38.5v之間輸出間斷控制電瓶, 其溫控信號最大變化范圍為125hz。恒溫時vt 變化范圍為4.56v，溫控信號變頻區(qū)間為712.5hz。超溫控制熱電偶12在爐膛溫度超過900時,其反饋信號經(jīng)另一只智能型熱電偶溫度表輸出控制信號并通過電磁接觸器關斷電源，對電熱帶進行超溫保護。1.2.7爐門的設計本次熔鋁保溫爐的爐口大小長為1140mm，頂弧高為587mm，

32、設計的爐門要能完全地覆蓋住爐口，并且具有一定的氣密性就行了。因此，取爐門長為1490mm，左右各超出爐門口175mm，上下高度各超出爐口高度150mm左右，爐門不宜過大，否則不僅浪費材料而且不好開啟。制作爐門首先要鋪設一層槽鋼，槽鋼要立焊，內部空間用來填充澆注料，提高爐門的穩(wěn)定性。1.3 設計的主要內容1.3.1 爐子尺寸的確定根據(jù)爐子的噸位，與實際結合，計算出爐子的各部件的尺寸，并且用圖紙形式表示出來。1.3.2 爐襯材料的選用（1）爐底耐火材料的選用（2）爐壁耐火材料的選用（3）爐頂耐火材料的選用1.3.3 爐子熱負荷計算（1）10t鋁液每小時吸熱量（2）爐子熱損失計算：包括煙氣帶走的熱量

33、，爐底、爐壁、爐頂?shù)臒釗p失1.3.4 爐子燒嘴的選用根據(jù)升溫要求及爐子的熱損失選用合適的燒嘴。1.3.5 爐門升降系統(tǒng)設計（1）爐門的大小，要求能完全地覆蓋住爐口。（2）升降系統(tǒng)根據(jù)爐門總重量合理設計1.3.6 爐體外部結構的設計（1）爐體鋼板的選用（2）外部型鋼的選用2 設計的要求及目的2.1 廠方要求（1）熔鋁保溫爐的最大容量10t+10%（2）燃料種類：天然氣（3）鋁液溫度：680780；（4）帶液體升溫速度：30/h（5）額定容量：10t（6）爐門的升降采用配重加氣缸拉升的方式2.2 設計目標（1）確定熔池的深度，通常情況下，為了避免鋁液上下的溫差過大，要求爐子的熔池深度在600mm左

34、右，以深度為基準，按照手冊及工程設計人員的經(jīng)驗，確定爐子的長、寬。（2）根據(jù)爐的是升溫速度，通過計算爐子的熱負荷，合理選用爐子的燒嘴型號，并確定其在爐子上的位置，使熱能得到更大化的利用。（3）設計爐子的爐襯材料，盡可能的降低爐膛產(chǎn)生的熱損失，且使爐膛的外表面溫度達到國家的有關規(guī)定。（4）為爐子的外表面選用鋼板，要經(jīng)濟，耐用。（5）為爐底設計鋼結構，要求能承載爐子的重量和抵御外部的作用力。（6）設計爐子四周的橫撐、支柱，確定在爐子上的焊接位置，且不影響其它部件的正常工作，要求用最少的鋼材，產(chǎn)生最大的效果，并且美觀。（7）設計爐頂?shù)匿摻Y構。（8）設計爐門的大小，要求便于人工操作，熱散損失小，還要根

35、據(jù)爐門大小設計升降裝置，選擇合適的電機。（9）在爐門上方安裝煙罩，便于溢出煙氣，保護環(huán)境。3 設計分析計算3.1 熔鋁保溫爐爐膛尺寸計算爐子的尺寸計算一般都是根據(jù)爐子的載荷從爐膛開始計算的，所以也應該首先計算這臺爐子的爐膛尺寸。本次設計的爐子最大容量是10t。在保溫爐的爐膛設計中爐膛的深度一般都在600左右，因為當爐膛的深度太深時，如達到1000時，鋁液上下的溫差就會達到150，這會使鋁液的質量大受影響，所以一般熔池的深度會比較淺；但太淺的話，又會是熔液的表面積太大，散熱和受熱不好，也會加大爐子的面積，制造成本增加。所以取熔池深度為522。根據(jù)蘇州嘯波再生金屬設備成套有限公司的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，爐子的

36、邊深比一般為1：0.20左右，同時還考慮爐子的邊長問題，因為爐子的內襯是磚砌的，要盡量的能夠湊整塊磚數(shù)，避免切割。還要使爐子的長寬盡量的協(xié)調，不應讓爐子過寬，過窄。每塊磚的尺寸為23011365，因為有兩毫米的磚縫，所以爐子爐頂長度應為232的整數(shù)倍，當取2320時，2320：5071:0.21，這樣邊深比較小，再加4塊磚的長度得到3132，得3132:5071：0.16，且這時，根據(jù)每立方米鋁重量為2.35t，計算出爐膛的寬度為2913，這樣就得到了爐膛的大小，但這樣還不能畫出爐膛來。接下來要考慮爐膛中的斜坡大小，首先明確斜坡的作用主要是便于爐口的扒渣，還要使鋁液不會外溢，造成損失。爐子的斜

37、坡與水平方向的夾角一般要小于304，且越小越容易扒渣，考慮到爐子為10t，所以取26。在爐底面上要設置一定的斜度，一般是1000:20，主要是便于鋁液流出出鋁水口。爐頂高度的計算因為要首先將爐子整體尺寸算出，所以要在爐子的耐火材料層全部定下來后再計算。3.2 砌體設計砌體設計的主要內容如下5:(1)正確選擇耐火材料與絕熱材料；(2)正確組成爐墻、爐底與爐頂結構；(3)確定砌體的系列尺寸；(4)按照爐子的熱工要求正確設計燃燒室、排煙道及磚體的其它布局結構；(5)合理布置測溫孔、窺視孔、排煙孔燒嘴磚及膨脹縫的位置與數(shù)量；(6)選擇適宜的砌筑泥漿與各種泥料，并分項計算各種耐火材料與建筑材料的用量等。

38、表3.1 各類砌體的磚縫厚度規(guī)定特類砌體不大于0.5類砌體不大于1類砌體不大于2類砌體不大于3類砌體不大于5硅藻土磚砌體允許大于5紅磚砌體（內有耐火磚襯）拱頂510爐底和爐墻810表3.2 根據(jù)爐子部位和生產(chǎn)操作條件規(guī)定的磚縫厚度爐子的部位和操作條件砌體精細程度磚縫厚度爐子的液面帶。氣體壓力超過40kpa的部位（泥漿內沒有水玻璃或礬土水泥）。如熱溫度超過1400的爐頂?？缍瘸^4000，加熱溫度超過1300的爐頂類砌體1爐子具有氣體壓力為1040kpa，鋁液溫度達到1250的部位。受熱溫度達1400的主爐頂和大跨度的拱頂類砌體2爐子沒有爐渣、液態(tài)金屬和材料磨損的部位。溫度不超過1200而氣體壓

39、力不超過10kpa的部位類砌體3不遭受爐渣和材料磨損作用的爐底、煙道底和墻類砌體5遭受溫度不大于700800的氣體預熱作用的爐窯和干燥窯的紅磚砌體或隔熱砌體內部有耐火磚襯的爐子外部的紅磚砌體5墻810拱510選擇筑爐材料的一般規(guī)則如下：(1)材料必須具有能滿足工業(yè)爐使用要求的技術性能，其各項技術性能指標應符合現(xiàn)行國家標準規(guī)定或設計要求。(2)所選材料必須具有良好的施工性能，并能滿足施工的技術要求和工程質量要求。(3)所采用的材料必須符合國家有關勞動保護、環(huán)境保護的法律、法規(guī)和技術規(guī)范的規(guī)定。根據(jù)所要求的施工精細程度，耐火砌體分為若干類，各類砌體的磚縫厚度規(guī)定如表3.1所示。 筑爐用火泥，火泥的

40、最大粒徑不應大于磚縫的30%，而磚縫大于4時，其最大粒徑不應大于1.5。爐子混泥土基礎的標高，應符合設計的要求，其誤差不得超過mm。一般爐墻的垂直誤差不應超過3，全高不應超過15 ?；A磚墩的垂直誤差每米不應超過3，全高不應超過10 。砌磚表面不應凹凸不平。朝向爐內的爐墻表面局部的不平不應超過5 。根據(jù)爐子的部位和生產(chǎn)操作條件拱頂?shù)拇u縫厚度以及工業(yè)爐砌筑的允許誤差分別見表3.2和3.3所示 。表3.3 一般工業(yè)筑爐允許誤差項次誤差名稱允許誤差mm1垂直誤差：（1）墻每米高3全高15（2）基礎磚墩每米高6全高102表面平整誤差（用2m長靠尺檢查，靠體與砌體之間的間隙）（1）墻面5（2）掛磚墻面7

41、（3）拱腳磚下的爐墻上表面5（4）底面53線尺寸誤差：（1）矩（或方）形爐膛的長度和寬度10（2）矩（或方）形爐膛的對角線長度差15（3）圓形爐膛內半徑誤差內半徑2m15內半徑2m（4）拱和拱頂?shù)目缍龋?）煙道的高度和寬度 3.2.1 爐底耐火材料 首先設計爐底的耐火材料，在爐底內層的是一級高鋁磚，型號為t7，具體的尺寸為30015065，含al2o375%，在砌磚的時候將磚立起來砌筑，并且要使磚寬的一面對準爐門口，這樣砌筑的好處是盡量的減少朝向爐門口的磚縫，減少扒渣時對高鋁磚帶來的損害，提高磚的壽命。因為磚的長度為300mm，所以就取高鋁磚層的厚度為300mm，采用一級高鋁磚主要是不會污染鋁

42、液。在斜坡上用的是澆注料，因為斜坡的砌筑比較麻煩，采用澆注料一次成型，方便，硬度較高，也不會污染鋁液。澆注料用在斜坡和爐門口邊上，高度與高鋁磚層保持一致，為300mm 。在爐底高鋁磚砌筑的時候，要考慮盡量防止鋁液的泄露，所以砌筑時磚縫要去1mm，砌筑斜度取1000:20，并且要向一角傾斜，便于鋁液流出。在距離四周的垂直墻壁較近的時候采用澆注料進行填充，使爐底密實防止漏液。最重要的是一定要使斜坡高于鋁液面100mm來作為安全線。爐底采用高鋁磚與澆注料配合使用，降低了渣線對爐底的浸蝕，延長了爐底的使用壽命。并且也比爐底全部采用澆注料降低了成本，具有一定的經(jīng)濟性。在高鋁磚外層采用澆注料，這種澆注料是

43、屬于外購的澆注料，有多種型號，蘇州嘯波再生金屬設備成套有限公司用的澆注料的型號主要是130,160等。其中130號澆注料含鋁量較低，約40%，能承受1300 。160號澆注料的含鋁量較高，在60%左右，密度較高，致密，重量較重，能承受1600的高溫。在爐底上通常選用澆注料的厚度取100mm，最小不應小于80mm，爐底澆注料的型號主要采用130型號的，因為鋁液的溫度較低，130型號的就足夠了。這也是根據(jù)蘇州嘯波再生金屬設備成套有限公司多年的經(jīng)驗來取的，澆注料層的作用主要是起到防漏的作用，澆注料層的鋪設要首先采用模具將澆注料成型，還要注意在澆注料的塊與塊之間要留一定的空隙作為膨脹縫。在以前，采用石

44、棉板，但是石棉板的成分有害，所以現(xiàn)在已基本上不用。也有直接用磚的，但是磚縫是無法避免的，而且鋁的流動性也很好，如果砌筑不好的話，很容易造成泄漏，發(fā)生事故，所以現(xiàn)在蘇州嘯波再生金屬設備成套有限公司采取這種方法以及一些措施很好的解決了這種問題。在澆注料的外層再用輕質保溫磚用來保溫，主要降低爐底的散熱損失，輕質保溫磚層的厚度主要是根據(jù)蘇州嘯波再生金屬設備成套有限公司多年的經(jīng)驗與實驗得出的，避免過厚或過薄造成的損失和浪費，一般取200mm左右。3.2.2 爐壁耐火材料 爐子四周的墻壁不同于爐底、爐頂。在爐壁上有一小部分是與鋁液面接觸的，也有一大部分是不與鋁液面接觸的，為了經(jīng)濟合理設計出爐壁的耐火材料，

45、將爐壁分為兩個部分。這樣，就要在爐壁的不同位置上采用不同的材料，降低爐子的成本，也使爐子更加好用。首先設計爐壁的內襯材料，在液面的接觸部分，為了不污染鋁液，繼續(xù)采用高鋁磚，高鋁磚砌筑的高度也要高于液面100mm，高鋁磚采用t3型號的，尺寸為23011365，計算磚縫后的尺寸為23211665，在砌筑的時候采用橫豎砌筑方法，在砌筑好高鋁磚后，再在高鋁磚的外層放置116mm厚的澆注料，澆注料在這里的作用也是防漏。還要在爐壁下端留有出鋁水口的位置，出鋁水口磚要提前制作，周圍要打澆注料，使爐子的墻壁密實，不會產(chǎn)生泄漏。在爐口的一側不采用這樣的耐火材料，因為在爐底的設計中已經(jīng)說明過，爐口的部分采用的是2

46、2的一個澆注料制作的斜坡，下邊用的是保溫磚，并且在爐口的部分用的澆注料為160型號的，因為160型號的澆注料含鋁量較高，對鋁液污染小，還要就是它的耐磨性較好。在爐門口，爐門的開合會產(chǎn)生溫度的急變，160型號的澆注料可以滿足對溫度較大的變化要求。爐壁耐火材料的組成如圖3.1所示： 圖3.1 耐火材料砌筑爐墻示意圖 從上圖可以看出，這樣砌磚的主要好處是能夠有效地防止鋁液的泄漏，再加上高鋁磚的外層鋪設的耐火材料，這樣爐子基本上就不會泄漏了，并且由于現(xiàn)在耐火材料的傳熱較小，這樣，在爐襯材料較薄的時候也能達到較好的保溫效果。 對于在液面以上的部分來說，因為不接觸到鋁液，所以所用的耐火材料不需要考慮成分對

47、鋁液的污染，我選用的材料是耐火粘土磚，厚度由液面以下的部分決定，取464mm，在耐火粘土磚的外面是厚度116mm的輕質保溫磚，之所以取116mm，主要是考慮到磚的尺寸，以便砌筑。116mm是加了磚縫厚度之后的尺寸。最后，為了進一步的減少散熱的損失，在最外層再加一層50mm的硅鈣板，這樣，在較薄的爐襯材料下，又將爐子的散熱減少。在爐門口的一側，有爐門在開合時候的活動，所以要求也不一樣，爐門通常情況下比較重，為了減少爐門的變形，要求所用的耐火材料的穩(wěn)定性要好，不易變形，用130型號的澆注料來做耐火材料，具有較高的穩(wěn)定性，在高溫的狀態(tài)下不易變形，能夠保證爐門在導軌上正常運動。在爐門口下方的地方用于其

48、它爐壁一樣的材料。在爐壁的砌筑過程中，要保證爐壁的穩(wěn)定性，不能在高溫下變形，要求在耐火材料之間留有一定的膨脹縫。為了防止不同耐火材料的粘結，要再不同耐火材料澆筑時放置薄膜，這樣就避免了層間的粘結，薄膜在高溫時會熔化，不會影響耐火材料的性能。在以后爐子要進行修理的時候也方便對各種耐火材料的更換。3.2.3 爐頂耐火材料在工業(yè)爐設計中，路定的設計多采用拱頂，熔鋁保溫爐的設計也不例外，通常情況下拱頂?shù)慕嵌葹?0，這樣做的最大好處是將爐頂?shù)牧芎玫姆窒騻让娴臓t膛，爐頂上采用拉桿將爐子拉住，這樣爐子的穩(wěn)定性就大大提高了。爐頂所用的耐火材料不必考慮是否會污染鋁液，考慮它的保溫性能就可以了。在爐頂?shù)膬炔恳?/p>

49、到高溫的炙烤，在選用的時候考慮材料的耐火性，通常用的耐火材料按外觀分類主要有：耐火磚、不定型耐火材料、耐火纖維。考慮到本次設計的爐子容積不是很大，爐頂?shù)拿娣e也補大，用耐火粘土磚砌筑，在以外的爐子設計中，也多采用耐火粘土磚，其方便砌筑，效果也好，如果用澆注料一次成型的話，很可能會因為技術的不成熟而造成事故。耐火粘土磚在高溫下的熱穩(wěn)定性好，膨脹率低，熱傳導率低，并且它的抗氧化、抗還原性很強，能夠避免煙氣的浸蝕，這些性能足以使其用作爐頂?shù)膬纫r材料。在粘土磚的外層加一層輕質保溫磚進一步降低爐頂?shù)臏囟龋阡佋O輕質保溫轉的時候，考慮到輕質保溫轉的尺寸，將輕質保溫磚的尺寸定為65mm，這樣在砌筑的時候就不需

50、要再對磚進行切割了，既節(jié)省了材料又方便砌筑。在爐頂砌筑的耐火保溫磚的形狀是契形的，形狀如圖3.2所示： 圖3.2 契形磚示意圖采用這種磚是便于拱形的砌筑。在砌筑的時候采用立起來砌筑的方法。 輕質保溫磚的砌筑采用平砌的方法，這樣利用輕質保溫磚來覆蓋原來耐火粘土磚的磚縫，以減少由于磚縫而增加的熱損失，降低爐頂?shù)臏囟?。這樣整個爐子的砌磚布置就完成了，但是，在路門組合件上也需要加耐火材料，一方面用來保溫，還有就是用來降低爐門溫度。爐門的澆注料采用的是含鋯纖維棉，這種材料膨脹率低，導熱隨溫度的升高而降低，耐磨性好。這樣就選定了爐子各部分所用的耐火材料，爐子的砌體圖就可以畫出來了。3.3 熔鋁保溫爐熱負荷

51、的計算3.3.1 鋁液的吸熱qm計算金屬的吸熱計算公式: 6 (3.1)式中，qm鋁液的吸熱量；c鋁液態(tài)時的平均比定壓熱熔c=1.09kj-1k-1(適用于658.61000)q潛金屬熔化潛熱q熔=4.1868（941）kj-1t鋁液所升高的溫度， m鋁液的質量根據(jù)設計要求，設鋁液流進溫度為660，鋁水升溫速度為30h，爐子使用溫度最高1050，預定為800850，由以上的數(shù)據(jù)來計算。 =100001.0930+9410000 =972700 kj上式中的金屬吸熱分為兩部分，660的鋁液每小時升高30所吸收的熱量；金屬鋁從液態(tài)到固態(tài)相變過程中需要的熱量，稱為熔化潛熱。以上的計算得出，將10t鋁

52、液從660開始按每小時30升溫所需要的熱量為9.727105 kj。 計算結果：qm=972700 kj3.3.2 爐子熱損失計算在計算出金屬的耗熱量后，由于并不知道爐子每小時的耗熱量，則無法計算出爐子的熱損失，此時，采取假設法。假設爐子的熱效率為40%，也就是說燃料燃燒生產(chǎn)的熱量中有40%用于鋁液的升溫，由此計算出爐子一小時總的熱量消耗為： qz=97270040%=2.43106kj式中qz爐子每小時需要的總熱量相互比較常用的燃料特性，考慮到環(huán)保，燃料決定采用天然氣，標準狀態(tài)下天然氣的低發(fā)熱值為3344038456kjm-3,在設計中取35000 kjm-3。每小時需要的天然氣的量為v天，

53、則： v天=2.43106kj35000 kjm-3=70m3每小時需要70m3的天然氣，表3.4中表示的是天然氣的主要成分以及各自的百分含量。表3.4 天然氣的成分種類co2+h2sh2ch4cmhnn2含量/%0.120285870.10.41.24(1)燃料燃燒理論需要的空氣量7經(jīng)驗計算公式： (m3/m3) (3.2) 天然氣=35000 kjm-3，將其帶入公式（3.2）計算得: l0=9.27 m3/m3。(2)燃料燃燒實際需要的空氣量 在理想狀態(tài)下燃料完全燃燒時所必需的最小空氣量稱為理想空氣消耗量；在實際條件下燃料完全燃燒或不完全燃燒所需的空氣量為實際空氣消耗量。實際空氣量與理論

54、空氣量之比稱為空氣系數(shù)。 計算公式為： (3.3)將l0=9.27帶入公式（3.3）中，得l=1.19.27=10.20式中 空氣系數(shù)，氣體燃料取1.051.1 l實際空氣消耗量,m3(3)煙氣損失量8在燃料燃燒的過程中會產(chǎn)生大量的高溫煙氣，這些煙氣會帶走很大一部分熱量，所以煙氣熱量的損失是爐子熱損失中比重最大的，本爐采用的燃料是天然氣。同固體燃料、液體燃料相比較，氣體燃料燃燒完全且易于控制，容易實現(xiàn)燒嘴的空氣、燃料自動比例調節(jié)，還可對燃料和空氣進行高溫預熱，從而提高燃燒效能和有效地節(jié)約燃料。天然氣在氣體燃料中又具有高熱值，污染少的特點，它被視為最干凈的能源之一，這樣有利于企業(yè)的環(huán)保，目前天然氣的設施十分完備，便于安裝，節(jié)約了資金。天然氣燃燒后的主要成分見下表3.5：表3.5天然氣的主要產(chǎn)物燃料主要產(chǎn)物co2h2on2主要產(chǎn)物成分/%9.618.771.7根據(jù)上表中的成分進行煙氣熱損失計算。在=1.15時單位燃