井式電阻爐課程設(shè)計(jì)

1、目 錄一 設(shè)計(jì)任務(wù) 1二 爐型的選擇 1三 爐膛尺寸的確定 1四 砌體平均表面積計(jì)算 2五 電阻爐功率的計(jì)算 2六 電阻爐熱效率計(jì)算 6七 爐子空載功率計(jì)算 6八 空爐升溫時(shí)間計(jì)算 6九 功率的分配與接線 9十 電熱元件材料選擇及計(jì)算 9十一、爐子技術(shù)指標(biāo)12十二、繪制爐型圖12參考文獻(xiàn)一、設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)種類：軸類工件，桿件和長(zhǎng)管件的回火加熱（材料為中碳鋼，低合金鋼）生產(chǎn)能力：160 kg/h零件最大尺寸：50*1800mm作業(yè)制度：3班制生產(chǎn)二、 爐型的選擇根據(jù)技術(shù)條件要求，工件材料為中碳鋼或者低合金鋼，熱處理工藝為回火，對(duì)于中碳鋼或低合金鋼回火最高溫度大約為600700，所以選擇中溫爐（上限

2、950）即可。金屬熱處理多用箱式爐、井式爐或者連續(xù)電阻加熱爐。同時(shí)工件規(guī)定是長(zhǎng)軸類，選擇箱式爐，并且無需大批量生產(chǎn)、工藝多變，則選擇周期式作業(yè)。綜上所述，選擇周期式中溫井式電阻爐。三、爐膛尺寸的確定1、爐底面積的確定：用爐底強(qiáng)度指標(biāo)法計(jì)算，爐底有效面積：查表5.1得gs=100kg/（m2·h），又gs=160kg/hfa=1.6（m2）由于存在關(guān)系式=0.780.85，取系數(shù)上限，得爐底實(shí)際面積：f=1.88（m2）2、爐底直徑的確定： 由公式f=r2= d=1.55m3、爐膛高度的確定：由于加熱工件的最大長(zhǎng)度為1800mm，工件距爐頂和爐底各約150mm250mm，則爐深 h=1

3、800+250+250=2300mm4、爐襯材料及厚度的確定：爐體包括爐壁、爐底、爐底、爐門、爐殼架幾部分。爐體通常用耐火層和保溫層構(gòu)成，尺寸與爐膛砌筑尺寸有關(guān)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足下列要求：（1）確定砌體的厚度尺寸要滿足強(qiáng)度要求，并應(yīng)與耐火磚、隔熱保溫磚的尺寸相吻合；（2）為了減少爐襯熱損失和縮短冷爐升溫時(shí)間，在滿足耐火、保溫和機(jī)械強(qiáng)度要求的前提下，應(yīng)盡量選用輕質(zhì)耐火材料；（3）保溫材料的使用溫度不能超過允許溫度，否則將使保溫性能降低；（4）爐襯外表面溫升以保持在4060為宜，否則會(huì)增大熱損失，使環(huán)境溫度升高，導(dǎo)致勞動(dòng)條件惡化。對(duì)于950的井式爐，用一層輕質(zhì)粘土磚作為耐火層，硅藻土磚及蛭石粉做保護(hù)層

4、，在爐膛底部應(yīng)干鋪一層粘土磚作為爐底。對(duì)于深度較大的爐子，在耐火層和爐口磚之間應(yīng)當(dāng)留1525mm膨脹縫，爐膛底部應(yīng)留有清楚氧化皮的扒渣口，爐襯外有爐殼保護(hù)。綜上所述，爐墻采用113mmqn-1.0輕質(zhì)粘土磚+80mm密度為250kg/m3普通硅酸鋁纖維氈+113mmb級(jí)硅藻土磚。爐頂采用113mmqn-1.0輕質(zhì)粘土轉(zhuǎn)+80mm密度為250kg/m3普通硅酸鋁纖維氈+85mm蛭石粉。爐底采用qn-1.0輕質(zhì)粘土轉(zhuǎn)(67*2)mm+50mm密度為250kg/m3普通硅酸鋁纖維氈+182mmb級(jí)硅藻土磚和硅藻土粉復(fù)合爐襯。爐殼用5mm鋼板制作。四、砌體平均表面積計(jì)算d外=d+2*(115+80+1

5、15)=1550+620=2170(mm)h外=h+c底+f+h拱角c底=67*2+50+182=366mmf=r(1-cos30°)=d(1-cos30°)=1550*(1-cos30°)=208mmh拱角=(65+2)+(135+2)*2=341mm、h外=2300+366+208+341=3215(mm)(1) 爐頂平均面積f頂內(nèi)=2.51m2f頂外=5.03 m2f頂均=3.63 m2（2） 爐墻平均面積f墻內(nèi)=2*=2*3.14*0.775*2.3=11.19 m2f墻外=2*=2*3.14*1.085*3.215=21.91 m2f墻均=15.95m2

6、（3） 爐底平均面積f底內(nèi)=3.14*0.7752=1.89 m2f底外=3.14*1.0852=3.70 m2f底均=2.69m2五、電阻爐功率計(jì)算本爐采用理論設(shè)計(jì)法，理論設(shè)計(jì)法就是采用熱平衡來確定爐子功率的方法。其原理是爐子的總功率即熱量的收入，應(yīng)能滿足爐子熱量支出的總和。電阻爐的種類和作業(yè)形式不同，熱量支出的具體項(xiàng)目和數(shù)量也不相同。根據(jù)熱平衡計(jì)算爐子功率：（1） 加熱工件所需的熱量查表可知，工件在950及20時(shí)比熱容分別為=0.636，=0.486，所以=gs()=160*(0.636*950-0.486*20)=95117kj/h（2） 加熱輔助構(gòu)件（料筐、工具夾、支承架、爐底板、料盤

7、等）所需的熱量=g輔()=0 kj/h（3） 加熱控制氣體所需的熱量 =c()=0 kj/h（4） 通過爐襯的散熱損失通過爐襯的散熱損失指爐膛內(nèi)的熱量通過爐體散發(fā)到大氣中的損失。在爐子加熱階段，通過爐襯的散熱損失屬于不穩(wěn)定態(tài)傳熱。由于爐子側(cè)壁和前后墻爐襯結(jié)構(gòu)相似，故作統(tǒng)一數(shù)據(jù)處理，為簡(jiǎn)化計(jì)算，將爐門包括在前墻內(nèi)=對(duì)于爐墻散熱，如圖所示，首先假定界面上的溫度及爐殼溫度，=850，=450，=60。則耐火層s1的平均溫度=900，硅酸鋁纖維層s2的平均溫度=650，硅藻土磚s3的平均溫度=255，s1,s3層爐襯的熱導(dǎo)率由表得=0.294+0.212*900= 0.485w/(m)=0.131+0

8、.23*255= 0.190w/(m)普通硅酸鋁纖維的熱導(dǎo)率由表查得，在給定溫度相差較小范圍內(nèi)近似認(rèn)為其熱導(dǎo)率與溫度成線性關(guān)系，由=650，得=0.128w/(m)當(dāng)室溫為20時(shí)，由表近似計(jì)算得=12.17w/(m2)1） 求熱流=600.2w/m22） 驗(yàn)算交界面上的溫度, =-=950-600.2*=807.7=*100%=4.9%,滿足設(shè)計(jì)要求，不需重算。 =-=807.7-600.2*=432.6=*100%=3.8% ,滿足設(shè)計(jì)要求，不需重算。3） 驗(yàn)算爐殼溫度=-=432.6-600.2*=69.3<70滿足要求4）計(jì)算爐墻散熱損失=600.2*15.95=9573.2w同理

9、可以求得=808.1，=434.2，=63，=598.3w/m2 =807.1，=430.4，=67，=602.8w/m2爐頂通過爐襯散熱=598.3*3.63=2171.8w爐底通過爐襯散熱 =602.8*2.69=1621.5w整個(gè)爐體散熱損失=9573.2+2171.8+1621.5=13366.5w =48119.4kj/h（5）開啟爐門的輻射損失設(shè)裝出料所需時(shí)間為每小時(shí)6分鐘，可得因?yàn)?950+273=1223k, =20+273=293k,故爐門開啟面積 f=3.14*=1.89爐門開啟率 由于爐門開啟后，輻射口為圓形，且h與 r 之比為0.2/0.775=0.26，爐門開啟高度與

10、爐墻厚度之比為0.2/0.31=0.65，查表知=0.7，故=3.6*5.675*1.89*0.7*0.1*=6027kj/h（6）開啟爐門溢氣損失溢氣熱損失 其中， m3/h 冷空氣密度 kg/m3, 由表得kj/(m3), , 為溢氣溫度，近似認(rèn)為=+=20+=640，=276.9*1.29*1.342*（640-20）*0.1=29715.9kj/h（7）其它熱損失其它熱損失約為上述熱損失之和的10%-20%，故=10%*(+)=0.1*（95117+0+48119.4+6027+29715.9）=17897.9kj/h（8）熱量總支出=+=95117+0+48119.4+6027+29

11、715.9+17897.9=196877.2kj/h（9）爐子的安裝總功率其中k為功率儲(chǔ)備系數(shù)，本爐設(shè)計(jì)中k取1.4，則=76,.5kw與標(biāo)準(zhǔn)爐子相比較，取爐子功率為75kw。六、 電阻爐熱效率計(jì)算1. 正常工作時(shí)的效率=*100%=48.3%2. 在保溫階段，關(guān)閉爐門時(shí)的效率*100%=59%七、 爐子空載功率計(jì)算=18.3kw八、 空爐升溫時(shí)間計(jì)算由于所設(shè)計(jì)爐子的耐火層結(jié)構(gòu)相似，而保溫層蓄熱較少，為簡(jiǎn)化計(jì)算，將爐子側(cè)墻、前后墻及爐頂按相同數(shù)據(jù)計(jì)算，爐底由于砌磚方法不同，進(jìn)行單獨(dú)計(jì)算，因升溫時(shí)爐底底板也隨爐升溫，也要計(jì)算在內(nèi)。1. 爐墻及爐頂蓄熱=2*1.509*(34*0.067+0.13

12、5)*0.115=0.837m3=2*1.509*(34*0.067+0.135)*0.115=0.837m3=0.97*(1.509+0.276)*0.115=0.199 m3=2*(1.509+0.115)*(34*0.067+0.135)*0.080=0.627 m3=2*(1.509+0.115)*(34*0.067+0.135)*0.080=0.627m3=1.071*(1.509+0.276)*0.0.080=0.153m3=2*(1.509+0.115)*(34*0.067+0.135)*0.115=0.901 m3=2*(1.509+0.115)*(34*0.067+0.135

13、)*0.115=0.901m3=2.360*1.490*0.115=0.404m3所以因?yàn)?=878.8查表得 1.07kj/(kg)查表得0.98kj/(kg)查表得0.90kj/(kg)所以得 + + =（0.837+0.199）*0.8*1.07*（878.7-20）+（0.627+0.153）*0.25*0.98*（620.2-20）+（0.901+0.404）*0.55*0.90*（251-20）=761508.9+114698.2+149220.2=1025427.3kj2. 爐底蓄熱計(jì)算 =0.143m3 =1.601*1.079*0.05=0.086m3=1.601*1.079

14、*0.182=0.314m3 =808.1，=434.2，=63，=598.3w/m2 =807.1，=430.4，=67，=602.8w/m2 =878.6查表得 1.07kj/(kg)查表得0.98kj/(kg)查表得0.90kj/(kg)所以得=0.143*1.0*1.07*(878.6-20)+0.176*0.25*0.98*(618.8-20)+0.633*0.5*0.90*(248.7-20)=222339.9 kj3. 爐底板蓄熱查表得950和20時(shí)鋼板的比熱容分別為=0.679和=0.473。經(jīng)計(jì)算爐底板重量g=242kg，所以有=g()=242*(0.670*950-0.47

15、3*20)=151743.6kj所以=1025427.3+222339.9 +151743.6=1399510.8kj得升溫時(shí)間為=5.18h對(duì)于一般周期作業(yè)爐，其升溫時(shí)間在28小時(shí)內(nèi)均可，故本爐子設(shè)計(jì)符合要求。九、 功率的分配與接線75kw功率均勻分布在爐膛兩側(cè)及爐底，組成接線。供電電壓為車間動(dòng)力網(wǎng)380v。核算爐膛布置電熱元件內(nèi)壁表面負(fù)荷，對(duì)于周期式作業(yè)爐，內(nèi)壁表面負(fù)荷應(yīng)在1525kw/m2之間。=2*1.714*0.64+1.714*0.869=3.74m2=20.05kw/m2表面負(fù)荷在常用的范圍之內(nèi)，故符合設(shè)計(jì)要求。十、 電熱元件材料選擇及計(jì)算由最高使用溫度950，選用線狀合金作電熱

16、元件，接線方式采用380v單相接法。1. 求950時(shí)電熱元件的電阻率當(dāng)爐溫為950時(shí)，電熱元件溫度取1100，查表得0cr27al7mo2在20時(shí)電阻率 ，電阻溫度系數(shù) ，則1200下的電熱元件電阻率為1.40*(1+4*1100)=1.462. 確定電熱元件表面功率查表知，=1.7w/cm23. 每組電熱元件功率由于采用三相接法，每組元件功率=10kw4. 每組電熱元件端電壓由于采用三相接法，車間動(dòng)力電網(wǎng)端電壓為380v，故每組電熱元件端電壓即為每相電壓5. 電熱元件直徑線狀電熱元件直徑為=4.2mm取6. 每組電熱元件長(zhǎng)度和質(zhì)量每組電熱元件長(zhǎng)度為=0.785*=45.9m每組電熱元件質(zhì)量為

17、式中，所以得=4.52kg7. 電熱元件的總長(zhǎng)度和總重量電熱元件的總長(zhǎng)度為=3*45.9=137.7m電熱元件總重量為=3*4.52=13.56kg8. 校核電熱元件表面負(fù)荷w/cm2，結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。9. 電熱元件在爐膛內(nèi)的布置將3組電熱元件分為12折，布置在爐墻及爐底上，則有=11.5m布置電熱元件的爐壁長(zhǎng)度mm絲狀電熱元件繞成螺旋狀，當(dāng)元件溫度低于1000，查表知，螺旋直徑d= (46)d，取d=5d=5*5=25mm螺旋體圈數(shù)n和螺距h分別為=146圈=15.4mm=3.08按規(guī)定，h/d在24范圍內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)要求。根據(jù)計(jì)算，選用yy方式接線，采用所用電熱元件重量最小，成本最低。電熱

18、元件節(jié)距h在安裝時(shí)適當(dāng)調(diào)整，路口部分增大功率。10、電熱元件引出棒及其套管的設(shè)計(jì)與選擇（1）、引出棒的設(shè)計(jì)引出棒用耐熱鋼或者不銹鋼制造，以防止氧化燒損，固選用1cr18ni9ti，=12mm，l=500mm，絲狀電熱元件與引出棒之間的連接，采用接頭銑槽后焊接。（2）、保護(hù)套管的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)說明中爐膛以及電熱元件的設(shè)計(jì)，選用snd·724·016號(hào)套管，高鋁礬土，重量0.5kg，d引=16mm，d引=36mm，長(zhǎng)度300mm。（五）、熱電偶及其保護(hù)套管的設(shè)計(jì)與選擇（1）、熱電偶的選擇 由于爐內(nèi)最高的溫度為950.長(zhǎng)期使用的溫度在1000一些，所以選用鎳鉻-鎳硅熱電偶。由于爐膛不分區(qū)，所以選用型號(hào)wrn-121的鎳鉻-鎳硅熱電偶，保護(hù)套管規(guī)格選擇，外徑24mm，插入長(zhǎng)度為500mm。保護(hù)材料為雙層瓷管。（2）