热处理炉课程设计毕业设计论文.docx

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热处理设备课程设计

目录

1设计任务 1

2炉型的选择 1

3确定炉体结构和尺寸 1

3.1炉底面积的确定 1

3.2炉底长度和宽度的确定 2

3.3炉膛高度的确定 2

3.4炉衬材料及厚度的确定 3

4砌体平均表面积计算 3

4.1砌体外廓尺寸 3

4.2炉底的平均面积 4

4.3炉墙平均面积 4

4.4炉底平均面积 4

5计算炉子功率 4

5.1根据经验公式计算炉子功率[1] 4

5.2根据热平衡计算炉子功率 5

5.2.1加热工件所需的热量Q件 5

5.2.2通过炉衬的散热损失Q散 5

5.1炉墙结构示意图 6

5.2.3开启炉门的辐射热损失 8

5.2.4开启炉门溢气热损失 9

5.2.5其他热损失 9

5.2.6热量总支出 9

5.2.7炉子安装功率 9

5.2.8炉子热效率计算 10

5.2.9炉子空载功率计算 10

6空炉升温时间的计算 10

6.1炉墙及炉顶蓄热 10

6.2炉底蓄热计算 11

6.3炉底板蓄热 12

6.4升温时间 12

7电热元件的选用与功率计算 13

7.1功率计算 13

7.2电热元件材料选择及计算 13

7.3理论计算法 13

7.3.1求950℃时电热元件的电阻率ρt 13

7.3.2确定电热元件表面功率 14

7.3.3每组电热元件功率 14

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7.3.4每组电热元件端电压 14

7.3.5电热元件直径 14

7.3.6每组电热元件长度和重量 15

7.3.7电热元件的总长度和总重量 15

7.3.8校核电热元件表面负荷 15

7.3.9电热元件在炉膛内的布置 15

I

热处理设备课程设计

热处理箱式电阻炉课程设计

1设计任务

设计一台箱式电阻热处理炉。

其技术条件：

用途：

处理对象为20CrMnMo齿轮轴热处理淬火处理；生产率：

180kg/h；

工作温度：

最高使用温度≤950˚C；特点：

长时间连续生产；

批量：

每次5件

2炉型的选择

根据设计任务给出的生产特点，拟选用箱式热处理电阻炉，不通保护气氛。

3确定炉体结构和尺寸

3.1炉底面积的确定

因无定型产品，故不能用实际排料法确定炉底底面积，用按加热能力指标法，已知生产率P为180kg/h，从表1查得单位面积生产率PO为120kg/（m2h），故可求得炉底有效面积

F1=P/P0=180/120=1.5m2

0

热处理设备课程设计

表1 各种热处理炉的单位炉底面积生产率PO[kg/（m2*h）]

工艺类别

炉型

箱式

台车式

坑式

罩式

井式

推杆式

淬火正火

一般锻件正火

铸件正火

合金钢淬火

100-120

110-120

80-140 80-

100

90-140

120-150

100-160

100-120

80-20

150-180

150-200

120-180

120-140

由于有效面积与炉底面积存在关系式F1/F=0.75～0.85，取0.85，得炉实际面积:

F=F1/0.85=1.67/0.85=1.76m2

3.2炉底长度和宽度的确定

F/0.5

1.76/0.5

由于热处理箱式电阻炉设计时应考虑出料方便，取L/B=2：

1，因此，可求得L= = =1.876m

B=L/2=1.876/2=0.938m

根据标准砖尺寸,为便于砌砖,取L=1.856m,B=0.936m。

3.3炉膛高度的确定

按统计资料，炉膛高度H与宽度B之比H/B通常在0.5～0.9之间,根据炉子工作条件,取H/B=0.7左右,根据标准砖尺寸，选定炉膛高度H=0.707m。

因此，确定炉膛尺寸如下：

长 L=（230+2）×8=1856mm

宽 B=（120+2）×4+（65+2）×2+（40+2）×2+（114+2）×2=936mm

高 H=（65+2）×10+37=707mm

为避免工件与炉内壁或电热元件搁砖相撞，应使工件与炉膛内壁之间有一定的空

15

间，确定工件室的有效尺寸为：

L效=1600mm；B效=700mm；H效=500mm。

3.4炉衬材料及厚度的确定

① 由于侧墙，前墙及后墙的工件条件相似，采用相同炉衬结构，即230mm（QN-0.8轻质粘土砖）+114mm（B级硅藻土砖）+80mm密度为250kg/m3的普通硅酸铝纤维毡

② 炉顶采用114mm（QN-1.0轻质粘土砖）+116mm（膨胀珍珠岩）+80mm密度为250kg/m3的普通硅酸铝纤维毡

③ 炉底采用4层轻质粘土砖（67×4）mm+80mm密度为250kg/m3的普通硅酸铝纤维毡+183mm（A级硅藻土砖+B级硅藻土砖复合炉衬）。

④ 炉门用67mm（QN-1.0轻质粘土砖）+80mm密度为250kg/m3的普通硅酸铝纤维毡+65mm（A级硅藻土砖）。

⑤ 炉底搁砖采用粘土砖，电热元件搁砖选用重质高铝砖。

炉底板料选用Cr-Cu-N耐热钢，根据炉底实际尺寸给出，分四块，厚度20mm。

4砌体平均表面积计算

4.1砌体外廓尺寸

L外=L+2×（116+80+116）=2480mm；B外=B+2×（116+80+116）=1560mm；

H外=H+f+（116+80+116）+67×4+50+183=707+135+307+268+50+183=1645mm。

式中：

f---拱顶高度，此炉子采用60˚标准拱顶，取拱弧半径R=B，则f=R（1-cos30˚）求得f＝936×（1-cos30°）=125。

再在炉外廓外面加一层厚为5mm的钢板来保护炉子，但其尺寸不包括在计算数据

之内。

4.2炉底的平均面积

F顶内=（2πR/6）×L=[（2×3.14×0.936）/6]×1.856=1.818㎡；F顶外=B外×L外=1.56×2.48=3.8688㎡；

F顶内F顶外

F顶均= =

1.818*3.8688=2.652㎡。

4.3炉墙平均面积

炉墙平均面积包括侧墙及前后墙，为简化计算将炉门包括在前端墙内。

F墙内=2HL+2BH=2H（L+B）=2×0.707×（1.856+0.936）=3.948m2；

F墙内F墙外

3.948*13.284

F墙外=2H外（L外+B外）=2×1.644×（2.48+1.56）=13.284m2F墙均= = =7.242m2。

4.4炉底平均面积

F底内=B×L=0.936×1.856=1.737㎡

F底外=B外×L外=1.56×2.48=3.869㎡；

F底内F底外

1.737*3.869

F底均= = =2.592㎡。

5计算炉子功率

5.1根据经验公式计算炉子功率[1]

P安=Cτ‐0.5升F0.9（t/1000）1.55

其中C=30，空炉升温时间假定为τ为4小时，炉温为950度。

C—系数，热损失大的炉子，C=30-35；热损失小的炉子，C=20-25。

单位为[（kw·h0.5）/（m1.8·℃1.55）]这种方法适用于周期作业封闭式电阻炉。

炉膛内壁面积=2×（L×H）×（B×H）+L×B+2πB60/360L=7.503㎡所以

P安=Cτ‐0.5升F0.9（t/1000）1.55

=15×6.1335×0.9236=84.97KW

由经验公式计算法的P安≈85kw

5.2根据热平衡计算炉子功率

5.2.1加热工件所需的热量Q件

查表5.1得，工件在950℃及20℃时比热容分别为C件2=0.636KJ/（kg·℃），C

件1=0.486KJ/（kg·℃）。

化学成分

[重量分数（%）]

表5.1低合金钢的平均比热容

在不同温度下的平均比热容（kj·kg-1·℃-1）

C

Mn

Ni

Cr

50~100

℃

250~300

℃

550~600

℃

650~700

℃

750~800

℃

850~900

℃

0.23

1.51

0.477

0.544

0.741

0.837

0.821

0.536

0.34

0.69

3.53

0.78

0.486

0.557

0.770

1.051

0.636

0.636

0.32

0.69

0.494

0.552

0.741

0.837

0.934

0.574

Q件=P（C件2×t1-C件1×t2）=180×（0.636×950-0.486×20）=107006.4KJ/h

5.2.2通过炉衬的散热损失Q散

由于炉子侧壁和前后炉衬结构相似，故作统一数据处理，简化计算，将炉门包括在前墙内，

Q散=（t1-tn+1）/∑（si/λiFi）[3]

对于炉墙散热,如图,首先假定界面上的温度及炉壳温度,t＇2墙=825℃,t＇3墙

=560℃,而知t＇4墙=60℃,则：

轻质耐火砖

硅藻土砖 耐火

纤维

5.1 炉墙结构示意图

耐火层s1的平均温度ts1均=（950+825）/2=887.5℃；硅藻土砖层s2的平均温度ts2均=（820+560）/2=692.5℃；硅酸铝纤维层s3的平均温度ts3均=（560+60）/2=310℃。

s1，s2层炉衬的热导率由表5.2查得

表5.2 热处理炉常用耐火材料和保温材料

材

和

料

耐火度

荷重

软化

耐压

强度

密

使 用

密度

牌

号

℃

℃

kg•cm-2

热导率（W•m-1•℃-1） 温度℃

g•cm-3

轻

质

最 高

粘土砖

QN—1

硅藻砖B级膨胀珍珠岩

1670 1650 30 1.0 0.29+（0.256/1000）t 1300

5.5 0.131+0.23/1000）t 900

0.31 0.04+（0.22/1000）t 1000

λ1=0.29+（0.256/1000）ts1均=0.29+（0.256/1000）*887.5=0.482W/m℃；

λ2=0.131+（0.23/1000）ts3均=0.131+（0.23/1000）×692.5=0.290W/m℃；

普通硅酸铝纤维的热导率由表5.3查得，在与给定温度相差较小范围内近似认为其热导率与温度成线性关系：

由ts2均=310℃，得λ3=0.084W/m℃。

表5.3 普通硅酸铝纤维的热导率（W/m℃）温 度

100

400

700

1000

100

0.058

0.116

0.21

0,337