箱式電阻爐課程設(shè)計(jì)匯本

1、一、設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 題目：設(shè)計(jì)一臺(tái)中溫箱式熱處理電阻爐； 爐子用途：中小型零件的熱處理； 材料及熱處理工藝：中碳鋼毛坯或零件的淬火、正火及調(diào)制處理； 生產(chǎn)率：160kg/h ；生產(chǎn)要求：無(wú)定型產(chǎn)品，小批量多品種，周期式成批裝料，長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)生產(chǎn)； 要求：完整的設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)一份和爐子總圖一。二、爐型的選擇根據(jù)生產(chǎn)特點(diǎn)，擬選用中溫箱式熱處理電阻爐，最高使用溫度卩,不通保護(hù)氣氛。三、確定爐體構(gòu)造及尺寸1. 爐底面積確實(shí)定因無(wú)定型產(chǎn)品，故不能用實(shí)際排料法確定爐底面積，只能用加熱能力指標(biāo)法。生產(chǎn)率p為160kg/h，按照教材表5-1選擇箱式爐用于正火和淬火時(shí)的單位面積生產(chǎn)率po為120kg/(m h)，故可求得

2、爐底有效面積：P 160由于有效面積與爐底總面積存在關(guān)系式，取系數(shù)上限，得爐底實(shí)際面積：Fi 1.330 K5 -。斎1.57 m2. 爐底長(zhǎng)度和寬度確實(shí)定由于熱處理箱式電阻爐設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮出料方便，取= ，因此，可求得：B = Lq = 0.086 m根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)磚尺寸，為便于砌磚，取1741 B = 0.869m,如總圖所示。3. 爐膛高度確實(shí)定按照統(tǒng)計(jì)資料，爐膛高度ri與寬度之比通常在之間，根據(jù)爐子工作條件，取H/J! = ft ,640m o因此，確定爐膛尺寸如下：長(zhǎng)L=(230 + 2)x 7 +(230 xJ + 2)= 1741 m 寬-1II高 H = (65 + 2 X 9 + 2

3、7 二 640 mm為防止工件與爐壁或電熱元件擱磚相碰撞，應(yīng)使工件與爐膛壁之間有一定的空間，確定工作室有效尺寸為：I, 沖=1500 mmB效 一 70U mmH岡=500 mm 爐襯材料及厚度確實(shí)定由于側(cè)墻、前墻及后墻的工作條件相似，采用一樣爐襯構(gòu)造，即' 輕質(zhì)粘土磚，+ 8°亦密度為250的普通硅酸鋁纖維氈，+ 113mm耳級(jí)硅藻土磚。爐頂采用''輕質(zhì)粘土磚,密度為:鬥的普通硅酸鋁纖維氈,| + 115miri膨脹珍珠巖。爐底采用三層QN - 1衛(wèi)輕質(zhì)粘土磚 回X外nun , +岡mm密度為鮎卄孫lj的普通硅酸鋁纖維氈，+mm H級(jí)硅藻土磚和膨脹珍珠巖復(fù)合

4、爐襯。爐門(mén)用65 mmQN - 1.0輕質(zhì)粘土磚，+會(huì)0 mm密度為250 /m3的普通硅酸鋁纖維氈， | |"；級(jí)硅藻土磚。爐底隔磚采用重質(zhì)粘土磚，電熱元件擱磚選用重質(zhì)高鋁磚。爐底板材料選用 '，耐熱鋼，根據(jù)爐底實(shí)際尺寸給出， 分三塊或者四塊，厚|。四、砌體平均外表積計(jì)算砌體外廓尺寸如下：= L + 2 X (115 + 80 + 115) = 2360 mm H v = R + 2 x 卩霜十 B0 + 115)- = 1490 mm|H*. =H + f+(115 + 80 + 115) + 67 X4 + 50 + 182 = 1566 mm試中H拱頂高度，此爐子采用

5、60。標(biāo)準(zhǔn)拱頂，取拱弧半徑|R = B，那么f可由j-述!-辟汐；求得。1. 爐頂平均面積2irR 2 X3.14 X 0.869F4= -j-x T, =x 1.741 = 1.585 m3丄 RfjoF頂外=xL = 1.490 X 2.360 = 3.516 m2F r =護(hù)孌 * 卜頂外=V1.5B5 X.5T= 2.360 m22. 爐墻平均面積爐墻面積包括側(cè)墻及前后墻，為簡(jiǎn)化計(jì)算，將爐門(mén)包括在前墻。= 3.341 m2 卜靑?礦詠十吩=2 x 1.566 X 2.360 + 1490)=12.D58 m2F塔陶=應(yīng)x=X 12.0586347 m23. 爐底平均面積= B XL=

6、0,869 X 1.741 = 1.510 m x = 1490 x 2360 = 3.516 m2F盼=#護(hù)比外=凹05& = 2.304 m2五、計(jì)算爐子功率1.根據(jù)經(jīng)歷公式法計(jì)算爐子功率 由教材式衛(wèi)-址取式中系數(shù)噸刖g(護(hù)忙)1,空爐升溫時(shí)間假定為侖糾，爐溫爐膛面積F = 2X(1741X0,640)+ 2 X ()+1741X0.86960°+ 2x 311 乂 仇 8G9 xx 1741=6444) m2所以10001.55950 f1W/=74.1 kW由經(jīng)歷公式法計(jì)算得性:2. 根據(jù)熱平衡計(jì)算爐子功率1加熱工件所需的熱量 Q件由教材附表6得，工件在站代及2。吒時(shí)

7、比熱容分別為2 = 0.548fl/（kg-°C），0.4R6 網(wǎng)/（k耳-°C），根據(jù)式（5二 1）Q件=pl嗨西-嗨i切= 160 X (0.548 X 950-0,486 X 20)=S17+0 .Sk h2通過(guò)爐襯的散熱損失的熱量 ：-I.爐墻的散熱損失由于爐子側(cè)壁和前后墻爐襯構(gòu)造相似，故作統(tǒng)一數(shù)據(jù)處理，為簡(jiǎn)化計(jì)算，將爐門(mén)包括在 前墻。根據(jù)式對(duì)于爐墻散熱，如圖1二1所示，首先假定界面上的溫度及爐殼溫度，t福=80四，那么h950 + 800耐火層F啲平均溫度rslHn =i - 875 ”，硅酸鋁纖BOfl + 450維層.:的平均溫度t鯉均=_ 2= &2

8、N，硅藻土磚層的平均溫度=257.5 弋S旳層爐襯的導(dǎo)熱率由教材附表3得= 0.294 + 0.212 X 10二 0.294 4- 0212 X 875 X 10 3=04R0W/（m °C）入OJl + G.23 x It）打甬均=0131 + D23 X 2575 X ID'3-'f -i "。普通硅酸鋁纖維的熱導(dǎo)率由教材附表4查得，在與給定溫度相差較小圍近似認(rèn)為其熱導(dǎo)率與溫度成直線關(guān)系，由t理均二625 X，得A2= 0.128（m當(dāng)爐殼溫度為，室溫為 是，由教材附表2可得爐墻外外表對(duì)車間的綜合傳熱系求熱流950 - 200.115 O.OBO 15

9、-1OJfHT M28 + 0J90 + 123()t埠驗(yàn)算交界面上的溫度J'SL ,4 “亠0.H5十,埔打=950 - 600.06 X 匸麗=B06.24TI羋B06.24-TOU顫=078%誤差，滿足設(shè)計(jì)要求，不需要重新估算。»2O.U80t3# = t2w - q墻石=BD&24 - 600.06 X 肓屈=431.2|431.2-450|A =,=心=4.184早圭誤差，同樣滿足設(shè)計(jì)要求，不需要重新估算。驗(yàn)算爐殼溫度 = t3f«-=43L2-60(0.115L06 X- 68° < 70°C0J90滿足一般熱處理電阻爐

10、外表升溫1的要求。計(jì)算爐墻散熱損失Q罐敵=x F咚均=600.06 X 6.347 = 3908.58 WII.爐頂?shù)纳釗p失和爐墻散熱損失同理，首先假定界面上的溫度及爐頂殼的溫度,那么:S-950 1 B10.丁耐火層踐的平均溫度S吃一2 893匚，硅酸鋁纖維層空的平均溫度840 W1，膨脹珍珠巖層的平均溫度560 4 52I- o層爐襯的熱導(dǎo)率由教材附表 3得:A = 02940.212 X= 024 + 0.212 x 895 x 10 = 0,4(?斗眄 m °C)Xi = 0,040 + D.220 X 103 = 0040 + 0-220 X306 X 103 = 0-1

11、07 w/(m- °C)普通硅酸鋁纖維的熱導(dǎo)率由教材附表4查得,5均=7幗時(shí)，辿=広1如W'eT）。當(dāng)爐殼溫度為室溫為20S是，由教材附表2可查得爐殼外表對(duì)空氣的綜合傳熱系數(shù)富=1159呵（m*巧。求熱流950 -200A1501)80(HISr-(F4R4 + (H40 + (H07 + Tl39=172.06 rzm驗(yàn)算交界面上的溫度-汀Si0,115知 5 W 叫 472.06 X=837.9 TJ爭(zhēng)S!匚竺二豐U涸 %'，滿足設(shè)計(jì)要求，不需要重新估算。s20,080叫=% -= 337.9 - 472.06 X 聞=568.15 T560驗(yàn)算爐殼溫度應(yīng)s30,

12、115% =叫-q血脣=56S45 - 47206 X區(qū)麗=創(chuàng)用花1代 滿足一般熱處理電阻爐外表升溫要求。計(jì)算爐頂?shù)纳釗p失Qflfc W F迥均二 472.06 X 2.360 = 1114.06III.爐底的散熱損失假定各層界面的溫度及爐底溫度,唏“嚇憐島=550再，。那么，硅酸鋁纖維層 冃的平均溫度E-!I950 + 750耐火層的平均溫度''7S0+ 550鮮均=2= &別吒，硅藻土磚層S 50 + 53”的平均溫度I S' = 2 二b：-':'憶立二層爐襯的熱導(dǎo)率同樣可由教材附表3得A1 = 0.294 +0.212 X 10 _31

13、51. = 0.474 W/(m %)A3 = 0,131 + 0230 X10 =S80B.5B + 1114.06 + 1206.8=6129.4 4 W22066%h3開(kāi)啟爐門(mén)的輻射熱損失設(shè)裝出料所需時(shí)間為每小時(shí) 6分鐘，根據(jù)教材式工!Q滬好小冊(cè)煦寸（爲(wèi)-（爲(wèi)） = 0.2007（m-°C）普通硅酸鋁纖維的熱導(dǎo)率同樣可由教材附表4由插入法得"二:說(shuō) 當(dāng)爐殼溫度為 刃兀，室溫為2珥:是，由教材附表2可得邊： =0 。求熱流0195IL0500,1805374 + 0p2 + 1255 + Ip2=523 m2f驗(yàn)算交界面上的溫度:«10.195-523.8 X

14、o474 = 73«<t：17345-75017502S囲，滿足設(shè)計(jì)要求，不需要重新估算。s20.050乃游tg存闿入 =734.5 523.8 X = 536.1 QC“ < 5%,_滿足設(shè)計(jì)要求，不需要重新估算。驗(yàn)算爐殼溫度E-S?0,1 so% = % -毗=5361 - 5238 x 5355 = 646ft °c 滿足一般熱處理電阻爐外表升溫要求。計(jì)算爐底散熱損失Q底釀=q .<' F拓=523+e x 2.304 = 1206.8 W仰'整個(gè)爐體散熱損失%=囁 +。阱 + %因?yàn)?#39;；匸"，由于正常工作是，爐門(mén)開(kāi)

15、啟高度為爐膛高度一半，故爐門(mén)開(kāi)啟面積F = 0.869 x 2- = 0270 m",爐門(mén)開(kāi)啟率 & = /60 = 0,1。由于爐門(mén)開(kāi)啟后，輻射口為矩形，且 卩2與B之比為嚴(yán)卩0師9 = 0加，爐門(mén)開(kāi)啟高度與 爐墻厚度之比為°-32 031 = L03,由教材圖1-14第一條線查得孔口遮蔽系數(shù) 也二心？，故Q滬踣小仍嘰(爲(wèi)(益=5,675 x 3+6 x 0,278 x 0.1 x 0.7 x1223 W丿-ioo/=8B651 kJ/h4開(kāi)啟爐門(mén)溢氣熱損失溢氣熱損失由教材式得Q溢=qv風(fēng)屁(-t式中，由教材式.得鳥(niǎo)=1997 X 0.869 X 0J20 X J

16、O2U = 3144 麗小冷空氣密度由教材附表10得:-，為溢氣溫度，近似認(rèn)為=20 + -(950 - 20) = 640T=314,1 X 1.29 X 1.302 X (640 - 20) X Q.1=326532 k)hJ I(5) 其他熱損失其他熱損失約為上述熱損失之和的：“總皿，故 互已1：豎十墜十抵十Q.J=0.13 X (81740.8 + 22066 + 8865.1 + 32658.2) 匚 18892.9 kj/h(6) 爐子熱量總支出其中妬7由教材式e-io)得Q總=Q件+ Q羽+Qr%+% + Q：s + Q唯=81740.8 + 22066 + S865.1 4 3

17、2658.2 + 18892.9=164223.02 h7爐子安裝功率 由教材式：【IK取1.4，那么p 一 H其中，為功率儲(chǔ)藏系數(shù)，本爐設(shè)計(jì)中1.4 X 164223.02 p =6：86 kW3600與標(biāo)準(zhǔn)爐子相比擬，取爐子功率為六、爐子熱效率計(jì)算1.正常工作時(shí)的效率由教材式5-12%81740,849.77%164223.022.在保溫階段，關(guān)閉爐門(mén)時(shí)的效率81740.8'* Q悄-(Q崔 + Q毬)1M223.02 - 8S65J - 32658.2 = 66 6%七、爐子空載功率計(jì)算3600八、空爐升溫時(shí)間計(jì)算由于所設(shè)計(jì)爐子的耐火層構(gòu)造相似，而保溫層蓄熱較少，為簡(jiǎn)化計(jì)算，將爐

18、子側(cè)墻、前 后墻及爐頂按一樣數(shù)據(jù)計(jì)算，爐底由于砌磚方法不同，進(jìn)展單獨(dú)計(jì)算，因?yàn)樯郎貢r(shí)爐底板也 隨爐升溫，也要計(jì)算在。1. 爐墻及爐頂蓄熱V| = 2 x 1741 x (12 x 0X)67 + 0.135) X 0.115 = 0.376= 2 X (0.S69 + 0.115 X 2) X (16 X 04)67 + 0.135) X 0.115 =0.305 m3V麗=097匸(1,741 + 0276) X 0.115 = 0225 m3¥霽=2 X |(1.741 + OHsFx (12 x 0.067 + 0135) x 0.080) = 0.279 m3 = 2 X (

19、0.87 + 0.115 X 2) X (16 X 0.067 + 0135) X 0.080 = 0.212 m3 1.071 X (1.741 + 0.276) X 0.08 = 0.172 m3Vg= 2 x 1(12 冥(XOG + 0335)其(1.7昂 1 + (U15) X 仇 115三 0.4Q1 眄 詢桂后=2x 1.490 X (16 x 0.067 + 0.135) x 0415 = 0411 nf Vg2360 x 1490x0415 = 0.404 m3 由教材式(5 15)Q孝 畑P汕詁t鮎-切+ vy 詁£_.-訃)+巴汕協(xié)® - G因?yàn)閘i

20、+ I 埠 950 + 006.24 = 078,12 T查教材附表3，經(jīng)計(jì)算得= 0.84 + 0.26 X 10= 0.84 + 0.26 X 10 3 X 878.12 1.068 «l/(kg - °C)tT查教材附表3，經(jīng)計(jì)算得Cm = 0,81 + 028 x 10 "31 = 031 + 028 x 10 3 x 61&72 = 0.9B3 兩血©=249.6 T$ 墻 + 山音 +31.2 + 60t-T_p '2 2查教材附表3，經(jīng)計(jì)算得= 0.84 + 0.25 xT）_3ts = 0.84 + 0,25 x 10_3

21、 X 249,6 = 0,90 呵/（kg 旳 爐頂珍珠巖按硅藻土磚近似計(jì)算，爐頂溫度均按側(cè)墻近似計(jì)算，所以得Q富旳+凋晁后+卿加皿切 + （啤+如+ v舉p護(hù)纖軸-G-切）+ （喻+ %啟+ V期P桂確（t輕-G=(0.376 + 0J05 + 0225) X 0,8 X 103 X 1.07 X (878.1 - 20)| + (0.279 + 0.212 + 6.173) X 0.25 X 103 X 0.98 X (618.7 - 20)+ (0.401+0.41 + + 0.404) X 0.55 X ID3 X 0.90 X (249.6 - 20) = 901441.3 kJ2.

22、 爐底蓄熱計(jì)算爐底高鋁質(zhì)電熱元件擱磚，近似看成重質(zhì)黏土磚。爐底的復(fù)合爐襯按硅藻土計(jì)算。心蟲(chóng)+燔+網(wǎng)+唱¥右=(0.120 X 0.020 X 4 + 0.065 X 0.230 + 0.010 X 0.230 X 2 + 0.113 X 0.230 X 2) x 1,741=0.165 m3¥曇=(1 11M X 0 065 x 4 4- 0.113 X 0.065 X 3) X 1.741 (1.490-0,113x2)x (2360()413) x 0.065=0.274 irPVj L 2360 x L490 x 0+05 二 0476 m3Vg = Z360 X 1

23、.49(1 X O.LUO = 0.633m3船0TE-5r =fi4225°C近似將重質(zhì)磚和輕質(zhì)磚平均溫度看成相等。差教材附表3，經(jīng)計(jì)算得c = O.AB + 023x 10+ 0.23 x lOX 842.3 = 1.07 4/( kg °C)(:蠱=0.84 + 0.26x 10'3 x L= 0,84 + 026 x lO'x 8423 = 1,06 kI/(k 查教材附表3，經(jīng)計(jì)算得eg - 0.81 +028x10xtg = 0.8l + ftZRxlOx 635.3 = 0.994 宜 + 1畑536.1 + 64.68曲一-300.斗咒查教材

24、附表3，經(jīng)計(jì)算得eg = 0,84 + 0.25 X&-3Xtg = 0B4 + 0.25 X 10'3X 300.4 = 0,92 kJ./(kg T)所以得X 2.1 X 1U3 X LO7 X (0423 - 20)+ 0.274 X LOX 103X 1.06 X (842.3 - 20)+ 0476X0.25 X 103X 0.99 X (礙5喬2町+ 0.633 X 05 x 1(J3 X 0.92 x (300.4 - 20)=652117 k3. 爐底板蓄熱計(jì)算根據(jù)教材附表 6查得粧0氈和20弋 時(shí)高合金鋼的比熱容分別為°伍7°巴鎧'

25、證:和=咕73冊(cè)(血°C)O經(jīng)計(jì)算爐底板質(zhì)量G二2：貂庖，所以有Q| = G（c板山- % 血）=238 X （0.670 X 勺50 0.473 x 20 = 149235*5 kJ 因此，綜上可得爐子蓄熱Q茜=Q評(píng) + Q+Q| = 910441.3 4- 652117 + 1492355 = 1734240.8 kJ由教材式得空爐升溫時(shí)間Q 走174240.9*6.3hT =3600X 75對(duì)于一般周期作業(yè)爐，其空爐升溫時(shí)間在 熱時(shí)是按穩(wěn)定態(tài)計(jì)算的，誤差大，時(shí)間偏長(zhǎng)，均可，故本爐子設(shè)計(jì)符合要求。因計(jì)算蓄 實(shí)際空爐升溫時(shí)間應(yīng)在九、功率的分配與接線75kW功率均勻分布在爐膛兩側(cè)及爐

26、底，組成*、或忙也也接線。供電電壓為車間動(dòng)力電網(wǎng) 。核算爐膛布置電熱元件壁外表負(fù)荷，對(duì)于周期式作業(yè)爐，壁外表負(fù)荷應(yīng)在卜如心曲計(jì)川"之間，常用為1之間。F 電=2x 1.741 X 0.640 + 1.741 X 0.B69 = 3.74 m2W 二養(yǎng)二=20.05 kW/腫電 / TT夕卜表負(fù)荷在常用的圍20-25 kW之，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，選用線狀合金作電熱元件，接線方式采用 -1 O1.圖表法有教材附表15查得0E25AI5電熱元件，75 kw箱式電阻爐接線，直徑d = 5 mm時(shí)，其外表負(fù)荷為1 w/cm2 o每組元件長(zhǎng)度塑=50,5 m

27、，總長(zhǎng)度= 303,0 m，元件總質(zhì)量（訂一423 kgTO2.理論計(jì)算法1求空蘭時(shí)電熱元件的電阻率回當(dāng)爐溫為 '時(shí)，電熱元件溫度取，由教材附表12杳得匯汽二匚|在爐胃時(shí)電阻率"門(mén)1：出沁電阻溫度系數(shù)氣 ，那么下的電熱元件電阻率為Pt=+ crt) = l.Wx 1 + 4X1O"5X1100)= 1.4602確定電熱元件外表功率由教材圖廠V,根據(jù)本爐子電熱元件工作條件取'''O(3)每組電熱元件功率由于采用二i接法，即兩組電熱元件并聯(lián)后再接成L的三相雙星形接法，每組電熱元件功率7575P =_ = =12.5 kW祖 n 3x24每組電熱元件端電壓由于采用 已接法