福州大学课程设计格式金属例子Word格式文档下载.docx

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（3）熟练阅读设计任务书，明确设计任务。

根据任务书要求，进行合理设计，图面整洁，图样及标注符合国家标准和行业规范，能够对设计内容和结果与同行进行书面或口头交流。

（4）能够结合工程实际进行总体设计，满足高效、安全、可靠的要求，且使用寿命长，造价便宜。

2.课程设计题目描述和要求

2.1.设计一台箱式中温电阻炉，已知：

1）工件的材料及类型：

碳钢及低合金钢的中小型毛坯或工件。

2）热处理工艺：

淬火，正火及调质。

3）实际生产率：

G=170Kg/h。

4）最高工作温度：

950℃

5）生产特点：

周期式成批装料，长时间连续生产，处理批量为多品种小批量。

3.课程设计报告内容

3.1确定炉体结构和尺寸

3.1.1炉底面积的确定

因无定型产品，故不能使用实际排料法确定炉底面积，只能用加热能力指标法。

炉子的生产率为P=80，箱式炉用于正火和淬火时的单位面积生产率P0为120kg/（m2·

h）。

故可求的炉底的有效面积

F1=P/P0=0.5m2

由于有效面积与炉底总面积存在关系式F/F0=0.78～0.85，取系数上限，得炉底实际面积

F=F1/0.8=0.59m2

3.1.2确定炉膛尺寸

由于热处理箱式电阻炉设计时应考虑装、出料方便取L/B=2：

1因此，可求的：

L==1.086m

B=L/2=0.543m

根据标准砖尺寸，为便于砌砖，取

L=1.043mB=0.534m

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，根据炉子的工作条件，取H/B=0.8左右。

则H=0.640m

可以确定炉膛尺寸如下

L=（230+2）×

4+（230×

0.5+2）=1043mm

B=（120+2）×

3+（40+2）×

4=534mm

H=（65+2）×

6+37=439mm

确定为避免工件与炉内壁或电热元件砖相碰撞，应使工件与炉膛内壁之间有一定

空间，确定工作室有效尺寸为L效=900mmB效=400mmH效=300mm

F壁=2×

（L×

H）+（L×

B）+2（B×

H）+2×

3.14×

B×

1/6×

L=2.53m2

由经验公式可知：

P安=Cτ-0.5升F0.9（t/1000）1.55

取式中系数C=30〔（kM·

h0.5）/（m1.8·

℃1.55）〕,空炉生温时间假定问τ升=4h，炉温t=750℃。

所以30×

4-0.5×

2.530.9×

（750/1000）1.55=P安

解得，P=22.1kW暂取P安=25kW

3.1.3炉衬材料及厚度的确定

由于侧墙、前墙及后墙的工作条件相似，采用相同炉衬结构，即113mmQN－1.0轻质粘土砖＋50mm密度为250kg/m3的普通硅酸铝纤维毡＋113mmB级硅藻土砖。

炉顶采用113mmQN－1.0轻质粘土砖＋80mm密度为250kg/m3的普通硅酸铝纤维毡＋115mm膨胀珍珠岩。

炉底采用三层QN－1.0轻质粘土砖（67×

3）mm＋50mm的普通硅酸铝纤维毡＋182mmB级硅藻土砖和膨胀珍珠岩复合炉衬。

炉门用65mmQN－1.0轻质粘土砖＋80mm密度为250kg/m3的普通硅酸铝纤维毡＋65mmA级硅藻土砖。

炉底隔砖采用重质粘土砖，电热元件搁砖选用重质高铝砖。

炉底板材料选用Cr－Mn－N耐热钢，根据炉底实际尺寸给出，分三块或四块，厚20mm。

3.2砌体平均表面积计算

L外＝L+2×

（115+80+115）=1650mm

B外＝B+2×

（115+80+115）=1095mm

H外＝H+f+（115+80+115）+67×

4+50+182

=439+104+310+268+50+182

=1321mm

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可由f＝R（1－cos30°

）求得。

3.2.2炉顶平均面积

F顶内＝×

L＝×

1.043=0.583m2

F顶外＝B外×

L外＝1.095×

1.650=1.807m2

F顶均＝＝1.05m2

3.2.3炉墙平均面积

炉墙面积包括侧墙及前后墙，为简化计算将炉门包括在前墙内。

F墙内＝2LH＋2BH＝2H（L＋B）＝2×

0.439×

（1.043+0.534）=1.385m2

F墙外＝2H外（L外＋B外）＝2×

1.321×

（1.650+1.095）=7.252m2

F墙均＝＝3.17m2

3.2.4炉底平均面积

F底内＝B×

L＝0.534×

1.043＝0.56m2

F底外＝B外×

1.650=1.81m2

F底均＝＝1.01m2

3.3根据热平衡计算炉子功率

3.3.1加热工件所需的热量Q件

查表得，工件在750℃及20℃时比热容分别为c件2＝0.624kJ/（kg·

℃），c件1＝0.486kJ/（kg·

℃）

Q件＝p（c件2t1－c件1t0）＝60×

（0.624×

750－0.486×

20）＝27497kJ/h

3.3.2通过炉衬的散热损失Q散

由于炉子侧壁和前后墙炉衬结构相似，故作统一数据处理，为简化计算，将炉

包括在前墙内。

根据式Q散＝

对于炉墙散热，首先假定界面上的温度及炉壳温度，t’2墙＝620℃，t’3墙＝360℃，

t’4墙＝60℃则

耐火层s1的平均温度ts1均＝＝685℃，硅酸铝纤维层s2的平均温度ts2均＝＝490℃，硅藻土砖层s3的平均温度ts3均＝＝210，s1、s3层炉衬的热导率由附表3得

λ1＝0.29+0.256×

10-3ts1均＝0.465W/（m·

λ3＝0.131+0.23×

10-3ts3均＝0.119W/（m·

普通硅酸铝纤维的热导率由附表4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＝490℃，得

λ2＝0.100W/（m·

当炉壳温度为60℃，室温为20℃时，由附表2近似计算得αΣ＝12.17W/（m·

（1）求热流

q墙＝

＝

＝496.4W/m2

（2）验算交界面上的温度t2墙，t3墙

t2墙=t1－q墙＝627.3℃

Δ＝＝＝1.16%

Δ<

5%，满足设计要求，不需重算。

t3墙=t2墙－q墙＝379℃

Δ＝＝＝4.7%

（3）验算炉壳温度t4墙

t4墙=t3墙－q墙＝60.7℃<

70℃

满足一般热处理电阻炉表面升温<

50℃的要求。

（4）计算炉墙散热损失

Q墙散＝q墙·

F墙均＝496.4×

3.17＝1573.6W

同理可以求得

t2顶=646.9℃,t3顶=296.9℃,t4顶=55.63℃,q顶＝419.6W/m2

t2底=618.4℃,t3底=446.7℃,t4底=44.3℃,q底＝301.5W/m2

炉顶通过炉衬散热

Q顶散＝q顶·

F顶均＝440.6W

炉底通过炉衬散热

Q底散＝q底·

F底均＝304.5W

整个炉体散热损失

Q散＝Q墙散＋Q顶散＋Q底散

＝2318.7W

3.3.3开启炉门的辐射热损失

设装出料所需时间为每小时6分钟

Q辐＝3.6×

5.675Fφδt[（）4－（）4]

因为Tg＝750＋273＝1023K，Ta＝20＋273＝293K，

由于正常工作时，炉门开启高度为炉膛高度的一半，故

炉门开启面积F＝B×

＝0.534×

＝0.117m2

炉门开启率δt＝＝0.1

由于炉门开启后，辐射口为矩形，且与B之比为0.41，炉门开启高度与炉墙厚度之比为＝0.77，由图1－14第1条线查得φ＝0.6，故

Q辐＝3.6×

＝3.6×

5.675×

0.117×

0.1×

0.6×

[（）4－（）4]

＝1560.6kJ/h

3.3.4开启炉门溢气热损失

溢气热损失由下式得

Q溢＝qvaρaca（t’g－ta）δt

其中，qva＝1997B·

·

＝1997×

0.534×

0.186×

=109.7m3/h

冷空气密度ρa＝1.29kg/m3,由附表10得ca＝1.342kJ/（m3·

℃）,ta=20℃,t’g为溢气温度，近似认为t’g＝ta＋（t’g-ta）＝20＋（750-20）=506.7℃

Q溢＝qvaρaca（t’g－ta）δt＝109.7×

1.29×

1.342×

（750－20）×

0.1＝9242.9kJ/h

3.3.5其它热损失

其它热损失约为上述热损失之和的10%～20%，故

Q它＝0.14（Q件+Q散+Q辐+Q溢）=5686.7kJ/h

3.3.6热量总支出

其中Q辅＝0，Q控＝0，由下式得

Q总＝Q件+Q辅+Q控+Q散+Q辐+Q溢+Q它

=46306kJ/h

3.3.7炉子安装功率

P安＝

其中K为功率储备系数，本炉设计中K取2，则

P安＝＝26.7kW

与标准炉子相比较，取炉子功率为30kW。

3.4炉子热效率计算

3.4.2正常工作时的效率

η＝=59.4%

3.4.3在保温阶段，关闭时的效率

η＝＝65.8%

3.5炉子空载功率计算

P空＝＝＝2.22kW

3.6空炉升温时间计算

由于所设计炉子的耐火层结构相似，而保温层蓄热较少，为简化计算，将炉子侧墙

和前后墙及炉顶按相同数据计算，炉底由于砌砖方法不同，进行单独计算，因升温时炉底板也随炉升温，也要计算在内。

3.6.2炉墙及炉顶蓄热

V侧粘＝2×

[1.043×

（9×

0.067+0.135）×

0.115]=0.177m3

V前·

后粘＝2×

[（0.534+0.115×

2）×

（12×

0.115]=0.198m3

V顶粘＝0.97×

（1.043+0.276）×

0.115=0.153m3

V侧纤＝2×

[（1.043+0.115）×

0.05]=0.126m3

后纤＝2×

[（0.439+0.115×

0.05]=0.92m3

V顶纤＝1.071×

0.08=0.101m3

V侧硅＝2×

[（12×

（1.043+0.115）×

0.115]=0.285m3

后硅＝2×

0.115]=0.343m3

V顶硅≈2.3×

1.043×

0.115=0.276m3

Q蓄＝V粘ρ粘c粘（t粘－t0）+V纤ρ纤c纤（t纤－t0）+V硅