小棚井式爐課程設(shè)計說明書

1、數(shù)據(jù)及結(jié)果D 砌=1280mm試驗設(shè)計及計算一、設(shè)計任務(wù)設(shè)計要求：1、 110 1300碳鋼、低合金鋼正火用爐中溫正火爐；2、裝爐量每爐12根；3、畫出總裝圖、畫出爐襯圖、爐殼圖、電熱元件圖。二、爐型的選擇因為工件材料為碳鋼、低合金鋼，熱處理工藝為正火，對于低合金 鋼正火最高溫度為912+（3050） C，選擇中溫爐（上限950C）即可, 同時工件為圓棒長軸類工件，因而選擇井式爐，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， 最高使用溫度950Eo三、爐膛尺寸的確定1、爐膛有效尺寸（排料法）1.1確定爐膛徑D工件尺寸為110 1300，裝爐量為12根，

2、對長軸類工件，工件間 隙要大于或等于工件直徑；工件與料筐的間隙取100200mm爐膛的有效高度取工件的長度加150250mm排料法如圖所示:貝U: D d 2d 2 6d 2D=805mmD 效=D+2>(100200)=1000mm又因爐壁徑比料筐大 200300mm故?。篋砌=1300mm查表得可用砌墻磚為BSL427 -138(A,B,R,r)=(168,190.8,765,675)質(zhì)粘土扇形磚。由該磚圍成的爐體的弧長為S= D=3.14X1300=4082mm2d6D效型輕H 砌=1675mmn=8N 擱=80磚的塊數(shù)為：4082168=24.29塊，取整后N=24對 D進行修正

3、得：D砌=24X68£.14=1284mm 取 1280mm1.2確定爐膛有效高度HD 爐口=1025mm由經(jīng)驗公式可以得知，井式爐爐膛有效高度H應(yīng)為所加熱元件（或者料筐）的長度的基礎(chǔ)上加 0.10.3m。H 爐口 =233mmH 效=1300+200=1500mmH= H 效+200=1700mm由于電阻爐采用三相供電，放置電熱元件的擱磚應(yīng)為 3n層，H砌=3n>(65+2)+67,取整后取 n=8,得 H砌=1675mm選用代號為SND-427-09的扇形擱磚每層擱磚數(shù)目為N= D砌吒0=80.63，取整為80塊。1.3爐口直徑的確定D效=1000mm由于斜行楔形磚。D (

4、113 2) N ,將 D爐口=1000mn代入，得 N=27.3,取整后 N=28 則 D 爐口=1025mm1.4爐口高度的確定按經(jīng)驗，爐口可由斜行楔形磚和三層直行磚堆砌而成。故 H爐口 = (65+2)X3+32=233mm綜上所述：D砌=1216mm H砌=1675mm D爐口=1098mm H爐口 =231mm四、爐體結(jié)構(gòu)設(shè)計爐體包括爐壁、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)計時應(yīng)滿足下列要求：(1) 確定砌體的厚度尺寸要滿足強度要求，并應(yīng)與耐火磚、隔熱保溫磚的尺寸相吻合；(2) 為了減少熱損失和縮短升溫時間，在滿足強度要求的前提下，

5、應(yīng)盡量選用輕質(zhì)耐火材料；(3) 耐火、隔熱保溫材料的使用溫度不能超過允許溫度，否則會降 低使用壽命；(4) 要保證爐殼表面溫升小于 50 C,否則會增大熱損失，使環(huán)境 溫度升高，導(dǎo)致勞動條件惡化。1爐壁設(shè)計爐壁厚度可采用計算方法確定，下圖為井式爐爐壁三層結(jié)構(gòu)，第I層為耐火層，其厚度一般為90mm采用輕質(zhì)粘土磚RNG-0.6;第U層為耐火纖維層，其厚度設(shè)計為 xmm采用普通硅酸鋁纖維；t i=950CSi=0.09mS2=xmS3=0.115m14=60Ct o=2O°C第川層為保溫層，采用膨脹蛭石+硅藻土磚，其厚度設(shè)計為115mm= 12.2w m2g°Cq 488 w m

6、2三層爐襯結(jié)構(gòu)在穩(wěn)定傳熱時，對各爐襯熱流密度相同。q t4 to。查表得，爐壁溫度 60C，室溫 20C是=12.2w m2goC，所以 q 488w m2RNG-0.6型輕質(zhì)粘土磚：密度!600kg m3熱導(dǎo)率!0.165 0.19 103t均w mg)C比熱容 G 0.836 0.263 10 3t均 KJ Kgg°C硅酸鋁纖維：密度!120kg m3熱導(dǎo)率 20.032 0.21(10 3t均)2w/ mdC12=818 C比熱容 C21.1K#KggoC膨脹蛭石粉：密度 1250 kg m3熱導(dǎo)率 30.077 0.25 10 3t均w mdC比熱容 C30.6573KJ K

7、ggoC由 t2 丄120(0.50右2IqSJb1丄1|0.1652 2 0.19 10 3(0.5 0.19 10 3 9502t23 0.165、0.19 10 0.165 950 488 0.09)=818C使用迭代法計算13,設(shè)t3=470C。則：,0.165 0.19 10 3 95°_818o.333w mjC470 818 2/ ot3=410C2 0.032 0.21(3 )0.119w mgC103470 60/ o3 0.0770.25 10 0.166w mgC2 f s3t3 t4 + q 30.115=60+488 398 C0.166為了計算精確再次代入

8、迭代：398 818 2/ o2 0.0320.21(3 )20.11w mgC3 398 60/ o3 0.077 0.25 100.158w mgC9=0.09m0.115t360+488415 C0.158三次迭代后得到：t3410C,410 415415100%1.2% <5%滿足條件4108182 0.032 0.21(3)2 0.111w mgoC2 2 1033 410 60/ o3 0.077 0.25 10 0.16w mgC20.111(410 60)怖“2 0.093 m 取 90mm4882、爐底的設(shè)計爐底結(jié)構(gòu)通常是在爐底殼部的鋼板上用珍珠巖磚或硅藻土磚砌成 方格

9、子，各格子中填充蛭石粉。然后，在平鋪兩層硅藻土磚，最上面為 一層輕質(zhì)粘土磚。爐底磚的厚度尺寸可參照爐壁的厚度尺寸，一般為230690mm由于要承受爐工件的壓力，且裝出爐有沖擊的作用。故爐底板要求又較高 強度。爐底剖面結(jié)構(gòu)如下圖：由底至上，第一層為膨脹蛭石粉和硅藻土磚復(fù)合層， 第二層為硅藻 土磚，第三層為輕質(zhì)粘土磚。結(jié)構(gòu)：厚度/ mm材料：砌磚型號：I115膨脹蛭石粉+ 硅藻土磚B級BSL-427 280n134硅藻土磚B級BSL-427 28067輕質(zhì)粘土磚RNG-1.0RNG-1.03、爐蓋的設(shè)計爐頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)有平頂、拱頂和懸頂三種。當(dāng)爐子的寬度為6003000mm 時，可采用拱頂，拱角可用 6

10、0°和90°,其中使用最多的是60°，這種 拱頂稱為標(biāo)準(zhǔn)拱頂。拱頂是爐子最容易損壞的部位，拱頂受熱時耐火磚 發(fā)生膨脹，造成砌拱頂時，為了減少拱頂向兩側(cè)的壓力，應(yīng)盡量采用輕 質(zhì)的楔形磚與標(biāo)準(zhǔn)直角磚混合砌筑。爐蓋結(jié)構(gòu)圖設(shè)計條件：爐膛溫度950r，殼體溫度60 r，室溫20 r上層采用普通硅酸鋁纖維，下層用輕質(zhì)粘土磚。結(jié)構(gòu)厚度/ mm材料型號第一層85普通硅酸鋁纖維第二層115輕質(zhì)粘土磚RNG-0.6BSL-427 -4434、爐殼的設(shè)計爐殼的尺寸取決于爐子砌體的尺寸，爐子的砌體包在爐殼之。爐體 框架要承受砌體和工件的重量以及工作時所產(chǎn)生的其它附加外力。因 此，框架要有

11、足夠用的強度，框架和爐殼一般通過焊接成型，構(gòu)成整個 整體，以保證強度和密封性的要求。爐殼一般用35mm勺Q235鋼板，爐底用68mm勺厚板，井式爐爐 殼圈一般用6.3或7號角鋼制作。綜上所述，爐殼采用5mn厚的Q235鋼板，爐底選用8mn厚的鋼板， 爐殼圈選用三根7號角鋼均勻分布，兩根7號角鋼橫向分布，爐底五根 槽鋼通過焊接而成。爐殼采用5mm厚 的Q235鋼板，爐底選用8mm厚的鋼板五、電阻爐功率的確定電阻爐的功率大小與爐膛容積、爐子結(jié)構(gòu)、爐子所要求的生產(chǎn)率和 升溫時間等因素有關(guān)。確定爐子的功率需要綜合考慮各方面的要求，本次設(shè)計采用理論計算的方法計算電阻爐的功率。理論計算發(fā)是通過爐子的熱平衡

12、計算來確定爐子的功率。其基本原 理是爐子的總功率即熱量的吸收，應(yīng)能滿足爐子熱量支出的總和。 熱量 的支出包括：工件吸熱量 Q件、工件夾具吸熱量Q夾、爐襯散熱量Q散、 爐襯蓄熱量Q蓄、爐門和縫隙溢氣熱量q溢、爐門和縫隙輻射散熱量 Q輻、 其他熱損失Q它等。1加熱工件的有效熱量Q件設(shè)升溫時間3小時，保溫時間2.5小時，裝爐時間15分鐘。則： =3+2.5+0.25=5.75h0 11 2工件重量：G vn 3.141.3 7800 12 1155kgg件 G / 1156/75201 Kg hQ件 g 件 ©t2 gI )201 (950 0.6789 20 0.4939)1.33 10

13、5 KJ h2、工件夾具吸熱量Q夾因本次所設(shè)計正火爐不需使用夾具，故Q夾=051.33 103、通過爐襯的散熱損失Q散因為爐頂、爐底散熱一個較多，一個較少，因而在計算中將爐頂、爐底簡化成與爐壁散熱情況一樣。Q夾=0爐襯蓄熱情況簡化計算圖t1 t0SiFS22Fm2S33Fm31F33.63 950 818/ o1 0.165 0.19 10 30.333w mgoC410 818 2/ o2 0.032 0.21(3 )0.111w mgC1033 410 60/ o3 0.077 0.25 10 0.159w mgC2F0 = D 砌 H 砌 +22=9.304m2 ,F1 = (D砌 2S

14、J H 砌 +2S +2D 砌 2S12=11.851m2F2= (D砌 20 2S2) H砌 20 2S2 +2D 砌2S|2S2=14.703m2F3 =(D砌 2S1 2S2 2S3) H 砌2D 砌 2S| 2S2 2S32S12S2 2S3 +Fm3F0 F12F2F2=18.79m210.578m2，16.747m2F m2F22Fi13.277 m2，9500.090.090.314 10.578 0.149 13.277200.1153.60.17 16.747 12.2 18.792.5 104 KJ h4、爐襯材料蓄熱量Q蓄爐襯材料的蓄熱量是指爐子從室溫升到工作溫度整個砌體

15、所吸收0.333w. mg°CQ蓄 v (st? c1t1)I層:600Kg m3 ；C20.8360.26310 3 95-818 =1.068KJ (KggoC)；C20.8360.26310 3 20=0.889 KJ (KggoC)；(H 2SJ2 2D 20D D2 23.104 2.1540.95m30.111w mgoC0.159w mgoCQ裔 0.95 600 818+9501.068 2 0 0.8895.28 1 05 KJ h120 Kg m3 ；Ci C2 1.1KJ (Kgg°C);Vi (H2S1 2S>)D220 2$2(H 2S)4.

16、29733.1041.193mQ蓄21.193 120 818+4101.120 1.19.35 104 KJ h第川層:250Kg m3C20.66KJ (KggoC)V1 (H20 2S2 2S3)22S 23 2£(H 202S2)12S26.21834.2971.921mQ蓄31.921 250 60+4100.66200.666.8 104 KJ hQ 蓄1 Q 蓄 2 Q蓄 36.9105 KJ . h5、開啟爐門的輻射熱損失45.675100 10043.6 F其中：F爐門開啟的面積:1.0252220.825m2爐口輻射遮蔽系數(shù):Q散 2.5 104 KJ hL 23

17、3D 10250.23，查表可知:0.8t 爐門開啟率： t 0.25 5.75 0.0434 ;代入上式計算得：Q輻=1.17 104 KJ h 6、爐子開啟時溢氣的熱損失Q 溢Q溢 0.5VC(t1 t2)t其中：V 2200 R2 R，V=22001.02521.025 2=1299m2 hQ溢 0.5 1299 1.4(950 20) 0.0434 3.8 104 KJ h7、其它散熱Q它一般如下估算：Q它（0.51.0）Q散則：Q它 2.5 1 04 0.61.5 1 04 KJ.h&電阻爐熱損失總和Q總Q總=0件Q散Q輻Q溢Q它2.13 10 KJ h9、計算功率及安裝功率

18、51 92 105P計 1 59.16 Kw3600安裝功率應(yīng)大于穩(wěn)態(tài)時計算功率P安 kP 周期作業(yè)爐k取1.3到1.5之間得：F安 59.14 1.31.4 ?。篜安 90Kw六、技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)計算1、電阻爐熱效率=竺 100%=62.4%Q總一般電阻爐的熱效率為40%80%滿足要求2、電阻爐的空載功率電阻爐的空載功率是指空爐在最高工作溫度并穩(wěn)定狀態(tài)下所消耗 的功率，又稱為空爐損失。用下式計算:Q散+Q它F空散 它=11.1Kw空 18.76%3600F空值越小越好，一般為爐子總功率的 15%25%滿足要求3、空爐升溫時間空爐升溫時間是指在額定電壓下，經(jīng)過充分干燥、沒有裝料爐的電 阻爐從冷態(tài)加

19、熱最高工作溫度所需的時間。Q蓄空爐升溫時間：升=蓄一 =2.13h3600F安七、功率分配與接線方法（一、）功率分配Q蓄 6.9 105Kj/h為了使?fàn)t膛溫度均勻或工藝要求分區(qū)分布爐溫，需要將溫度分布在 爐的各個部分。井式爐功率大于75Kw是要考慮分區(qū)，H/ D大于1也要分區(qū)。綜上所述，本次設(shè)計電阻爐分兩區(qū)計算，上下區(qū)功率都為45Kw（二、）供電電壓與接線方法電阻爐的供電電壓，除少數(shù)因電熱元件的電阻溫度系數(shù)太大或要求 采用低電壓供電的大截面電阻板外，一般均采用車間電網(wǎng)電壓，即220V 或 380V。電熱元件的接線，應(yīng)根據(jù)爐子的功率大小，功率分配等因素來決定。因爐子功率為90Kw即可采用三相38

20、0V星形，也可采用三角形接 法。綜上所述，本次設(shè)計采用0Cr25AI5電熱體材料，三相380V星形接 法。4Q 輻=1.17 10 KJ h八、電熱元件的設(shè)計選用0Cr25AI5線狀電熱元件，電壓 380V。1、供電電壓和接線選用三相380V、星形接法p E安匹 15（ KW） 3n 6U 380 220( V)Q溢 3. 8104 KJ h2、確定電熱元件的單位表面功率因爐膛最高溫度不超過950 C ,結(jié)合選材0Cr25AI5查表得4Q它 1.5 10 KJ hW 允 1.71W/cm33、確定元件尺寸d 34.3'uW允t0(1t) 1.4 (1 4 10 5 1100) 1.5g

21、mm2 / mQ總=2.13 105 KJ h代入上式得d=5.48mn,取d=5.5mmU2d2L 0.785 10-3- 0.785P t10 32 222025.551m15 1.5總=門 L=6>5 仁306 (m)M總=0.169 >306=51.714 kgw 10平 100 15=1.703w/cm31.71w/cm3 符合要求dL 3.14 5.5 514、電熱元件的繞制和布置電熱元件繞制成螺旋狀，布置安裝在爐膛爐壁上，每4排串接成一相。每排電熱元件的展開長度:L 折 51 412.75m每排電熱元件的擱磚長度:P安 90 Kw電熱元件螺旋直徑：螺旋直徑 D 46 d取:D 4d 4 5.5 22mm螺旋體圈數(shù)N和螺距h分別為：L折12750184 圈D 3.14 22LN205.520.68mm 取 h=20mm3.6 4，滿足h 24 d的要求?？?18.76% P總電熱元件螺旋節(jié)距h在安裝時適當(dāng)調(diào)整，爐口部分減少節(jié)距，增大 功率。（四）、電熱元件引出棒及其套管的設(shè)計與選擇1、引出棒的設(shè)計引出幫必須用耐熱鋼或者不銹鋼制造，以防止氧化燒損，固選用升=2.1