热处理箱式电阻炉的设计.docx

1、热处理箱式电阻炉的设计辽 宁 x x 大 学 热工过程与设备 课程设计题目：热处理箱式电阻炉的设计（生产率150kg/h，功率39kw，工作温度600）院（系）：X X专业班级：X X学号：X X学生姓名：X X指导教师：X X起止时间：X X课程设计（论文）任务与评语院（系）：材料科学与工程学院 教研室：材料教研室学 号X X学生姓名X X专业班级X X课程设计（论 文）题 目热处理箱式电阻炉的设计生产率150g/h，功率39kw，工作温度600课程设计（论文）要求与任务一、课设要求熟悉设计题目，查阅相关文献资料，完成箱式电阻炉的设计。二、课设任务设计任务：设计热处理箱式电阻炉，生产率150

2、kg/h，功率39kw，工作温度600。1、炉型选择；2、确定炉体结构与尺寸；3、砌体平均表面积设计；4、计算炉子功率；5、炉子热效率计算；6、炉子空载功率计算；7、空炉升温时间计算8、功率分配与接线；9、电热元件材料选择与计算；10、电热体元件图；11、电阻炉装配图；12、炉子技术指标；13、参考文献。三、设计说明书要求设计说明书结构见设备设计模板。工作计划1设计方案确定，1天；2确定炉体结构尺寸、热效率、空炉升温时间、功率分配和电热元件等的计算，5天；3绘制电热元件图和电阻炉草图，书写整理打印设计说明书，3天；4设计验收与答辩，1天。指导教师评语与成绩成绩： 指导教师签字： 学生签字： 年

3、 月 日一、炉型的选择 2二、确定炉体结构和尺寸 2三、砌体平均表面积设计 4四、计算炉子功率 5五、炉子热效率计算 7六、炉子空载功率计算 7七、空炉升温时间计算 7八、功率分配与接线 9九、电热元件材料选择与计算 9十、电热体元件图 11十一、电阻炉装配图 11十二、炉子技术指标 11参考文献 12设计任务：为某厂设计一台热处理电阻炉，其技术条件为：(1)用途：中碳钢、低合金钢毛坯或零件的退火，处理对象为中小型零件，无定型产品，处理批量为多品种，小批量；(2)生产率：150kg/ h； (3)工作温度：最高使用温度600；(4)生产特点：周期式成批装料，长时间连续生产。一、炉型的选择根据工

4、件的特点与设计任务的要求与产量大小选择合适的炉型。由于小批量生产，品种多和工艺稳定的要求拟选用箱式热处理电阻炉，不通保护气氛。二、确定炉体结构和尺寸1炉底面积的确定炉底面积的计算方法有两种。一种是根据一次装料量计算，另一种是根据炉底强度指标计算1。因工件的加热周期和装炉量不明确，故不能用炉子一次装料量确定炉底面积，只能用炉底强度指标法。已知生产率为150kg/h，按表511选择箱式炉用于正火和淬火时的单位面积生产率p0为120kg/(m2h)，故可求得炉底有效面积F=p/p0=150/120=1.25m2由于有效面积与炉底总面积存在关系式F/F1=0.750.85，取系数上限0.85，得到炉底

5、实际面积： F=F/0.85= 1.25/0.85=1.47m22炉底长度和宽度的确定对于热处理箱式电阻炉，设计时考虑装出料的方便，根据长度与宽度之比，取L/B=2:1，因此，可求得炉底宽度 L=2.059m B=L2=2.0592=1.030m 为方便砌砖L=2205mm B=1048mm3炉膛高度的确定根据统计的资料，炉膛高度（H）对炉底宽度（B）之比HB通常在05209之间，大多数在0.8左右，根据炉子工作条件，取HB=0.7左右，选定炉膛高度H=707mm。因此，确定炉膛尺寸如下长 L=(230+2)9+(230/2+2)=2205mm宽 B=(120+2)5+(50+2)4+(113

6、+2)2=1048mm高 H=(65+2)10+37=707mm为防止工件与炉内壁或电热元件搁砖相碰撞，应使工件与炉膛内壁之间有一定的空间，在一般情况下，要保证炉料上部有200300mm的空间，有利于辐射与对流传热，由此确定工作室有效尺寸为L效=2000mmB效=950mmH效=500mm砌体结构如图1所示： 轻质粘土砖 硅藻土砖 重质粘土砖 耐热钢图1砌体结构示意图4炉衬材料与厚度的确定由于侧墙、前墙与后墙以与炉顶的工作条件相似，采用相同炉衬结构，即两层：113mmQN1.0轻质粘土砖和180mmB级硅藻土砖。 炉底采用耐火层314mm，材料为113mmQN1.0轻质粘土砖,绝热层硅藻土砖和

7、蛭石粉厚180mm。 炉门用65mmQN1.0轻质粘土砖+65mmA级硅藻土砖。 炉底板材料选用Cr-Mn-Ni耐热钢，根据炉底实际尺寸给出，分三块或四块，厚20mm。炉底隔砖采用重质粘土砖2。三、砌体平均表面积计算砌体外廓尺寸如图1所示。L外=L+2(113+180)=2791mmB外=B+2(113+180)=1634mmH外=H+f+(115+180)+（65+2）3+180=1523mm式中：f拱顶高度，此炉子采用60标准拱顶，取拱弧半径尺R=B，则f可由f=R(1-cos30)=140mm求得。1.炉顶平均面积F顶内=（2R/6）L=2.42m2F顶外=B外L 外=4.56m2 F顶

8、均= =3.320m22.炉墙平均面积 炉墙面积包括侧墙与前后墙，为简化计算将炉门包括在前墙内。F墙内=2LH+2BH=5.109m2F墙外=2H外（L外+B外）=13.479m2F墙均= =8.298m23.炉底平均面积F底内=BL=2.311m2F底外=B外L外=4.560m2F底均= =3.246m2四、计算炉子功率1据热平衡计算炉子功率(1) 加热工件所需的热量Q件由附表61得，工件在600与20时比热容分别为C件2=0.741KJ/(kg)，C件1=0.486KJ(kg)，根据 Q件=p(C件2t1-C件lt0)=150(0.574600-0.48620)=50202.0KJ/h(2

9、) 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，将炉门包括在前墙内3。根据式(115)2对于炉墙散热，如图594所示，首先假定界面上的温度与炉壳温度，炉内温度t1=600 界面温度为t2=500 炉壳温度t3=60耐火层S1的平均温度t1均=（600+500）/2=550保温层S2的平均温度t2均=（500+60）/2=280炉衬的热导率由附表31得1=0.29+0.000256t1均=0.29+0.000256550=3.113W/(m)2=0.13+0.00023ts3均=0.13+0.00023280=0.1644W/(m)。当炉壳温度为60，室

10、温为20时，由附表21经近似计算可得=12.17W/(m2)a)求热流q墙 =（600-20）/（S1/1+ S2/2 +1/） =（600-20）/（0.115/3.113+0.12/0.1644+1/12.17） =682.4w/m2b)计算交界面上的温度t2墙、t2墙=600-682.4（0.115/3.113）=574.8验算界面温度（t2墙t2）/t2墙=4.5%5% 该假设结果满足设计要求，不需要重算.c)验算炉壳温度t3墙t3墙=574.8-682.4（S2/2）=58该结果满足一般热处理电阻炉表面温度60的要求。d).计算炉墙散热损失Q墙散= q墙F墙均=682.48.298=

11、5662.6W同理可以求得Q顶散= q墙F顶均=682.43.32=2265.6WQ底散= q墙F底均=682.43.246=2215.1W整个炉体散热损失Q散= Q墙散+Q顶散+ Q底散=10143.3W=2819.8kj/h(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，根据式(56)2Q辐=3.65.675Ft-因为Tg=600+273=873K，Ta=20+273=293K，由于正常工作时，炉门开启高度的一半，故炉门开启面积F=B=1.048=0.370 m2炉门开启率t=0.1由于炉门开启后，辐射口为矩形，且与B之比为0.35/1.048=0.34，炉门高度与炉墙厚度之

12、比为0.35/0.29=1.21，由图1-144第一条线图1-144查得=0.7故Q辐=3.65.675Ft-=3034.0kJ/h（4）开启炉门溢气热损失溢气热损失 Q溢=qvaaCa（tg-ta）t其中qva=1997B=439.9m3/h空气密度a=1.29 kg/m3由附表103得Ca=1.358KJ/（m3）ta=20 ，tg为溢气温度，tg=20+ （600-20）=406.7Q溢=qvaaCa（tg-ta）t=29800.1 KJ/h（5）其它热量损失其他热量损失越为上述热损失之和的1020故Q它=0.12（Q件+Q散+Q辐+Q溢）=10302.7KJ/h（6）热量总输出其中Q辅

13、=0，Q控=0，Q总=Q件+Q辅+Q控+Q散+Q损+Q溢+Q它=96158.6KJ/h（7）炉子的安装功率P安=其中K为功率储备系数，本炉设计中K取1.4，则P安=（1.4112656）/3600=37.4kw为减少加热时间，与标准炉子相比较，取炉子功率为39kW。五、炉子热效率计算1正常工作时的效率4由式(512)1=50202.0/96158.6=52.22在保温阶段，关闭炉门时的效率=Q件/Q总-（Q辐+Q溢）=79.3六、炉子空载功率计算P空=3.65kW七、空炉升温时间计算由于所设计的箱式电阻炉的耐火层结构相似，而保温层蓄热较少，为简化计算，将炉子侧墙、前后墙与炉顶按相同数据计算，炉

14、底由于砌砖方法不同，进行单独计算5，因升温时炉底板也随炉升温，也要计算在内。1.炉墙与炉顶蓄热V侧粘=2(2.205+20.115)0.115（0.707+0.115）=0.451m3V前后粘=21.0480.115(0.707+0.115)=0.198m3V顶粘=2.2051.0480.115=0.266m3V侧硅=22.205+2(0.115+0.232)0.232（0.707+0.115+0.232）=1.444m3V前后硅=2（1.048+0.1152）0.232（0.707+0.115+0.232）=0.625m3V顶硅=（2.205+20.115）0.232（1.048+20.115）=0.722m3由式(59)因为t粘=(t1+t2墙)2=(600+574.8)/2=587.4Q蓄=V粘粘C粘(t粘-to)+V硅硅C硅(t硅-t0)查附表33得C粘=0.84+0.2610-3t粘=0.990kJ/(kg)t硅=(t2墙+t3墙)/2=（574.8+58）/2=31