热处理箱式电阻炉的设计.docx

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1、热工过程与设备课程设计题目：热处理箱式电阻炉的设计W 6 00C)(生产率1 5 Okp/ h 功率3 9kw,工作%院（系）：X X课程设计（论文）任务及评语院（系）：材料科学与工程学院教研室:材料教研室号学X X XX X X课程设讣 （论文） 题 目课程设计(论文)要求与任务镒 讣尊电 .1 4 间 H TV 眾八 n/h勺 711- 対p15T 裁 谭 3飒齐文 年 产 寸羽上荐 咸生罄釁 。 4,炉 构炸咪3 板 i仙2.咏叫 J 纟 、SH 士口 页一 为1炉接2弭吆 1* 二 二 駅如珀珀CJM紐配亂卵胖 23M彳O * 分小 破您放讣O、-梓 S-讣讣 课熟课设6 1子加装设设

2、 、：、W 炉 丁怦、 一 二 度 算8阻三工作计划炉3.及指导教师评语及成绩月 年日一、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11H一、电阻炉装配图门1十二、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W60

3、0 C;(4) 生产特点：周期式成批装料，长时间连续生产。一、炉型的选择根据工件的特点与设汁任务的要求及产量大小选择合适的炉型。山于小批量生产，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。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15 Okg/h,按表51选择箱式炉用于正火和淬火时 的单位面积生产率po为120k g/(m2 h)，故可求得炉底有效面积F=p/p 0=150/12 0 =1.2

4、5 m2由于有效面积与炉底总面积存在关系式F/ F i=0. 7 5 0 .85,取系数上限0. 8 5，得到 炉底实际面积：F=F/0.85= 1.2 5/0.8 5=1.47nr2. 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:l, 因此，可求得炉底宽度。L = 7775 =2.059mB= L / 2 = 2. 05 9/2= 1.0 3 0 m 为方便砌砖 L=2205mmB= 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H/B通常在0. 5 20. 9之间，大 多数在0. 8左右，根据炉子工

5、作条件，取H / B=0.7左右,选定炉膛高度H =7 07mmo因 此，确定炉膛尺寸如下长 L=(230+ 2 )X9+( 2 3 0/2+ 2 )=2205mm宽 B=( 1 20+2)X 5+( 5 0+2)X4+( 113+2)X 2=1048mm高 H=(65+2) X 10+3 7 =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2 0 0300mm的空间，有利于辐射与对流传热，山此确定 工作室有效尺寸为L 蟻=20 0 0mmB 效=95 0 mmH 效=500 mm砌体结构如图1所示：fe摻1空;6 .z

6、.ir-F5P *4! J苓Xi%S轻质粘土砖硅藻土砖重质粘土砖图1砌体结构示意图耐热钢164 炉衬材料及厚度的确定山于侧墙、前墙及后墙以及炉顶的工作条件相似，采用相同炉衬结构,即两层：1 1 3 mmQN一1.0轻质粘土砖和180mmB级硅藻土砖。炉底采用耐火层314mm,材料为113mmQNI . 0轻质粘土砖,绝热层硅藻土砖和蛭 石粉厚180mm。炉门用65mmQN 1 .0轻质粘土砖+65mmA级硅藻土砖。炉底板材料选用Cr-Mn-N i耐热钢，根据炉底实际尺寸给出，分三块或四块，厚20m m o炉底隔砖釆用重质粘土砖。三、砌体平均表面积计算砌体外廓尺寸如图1所示。L=L+2X(113

7、+180) =27 9 1 mmB =B+2X(11 3+18 0 ) =16 3 4mmH 外二H+f+(l 1 5+ 1 8 0)+ (65+2)X3+180= 1 52 3 mm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 )= 14 0 mm 求得。1. 炉顶平均面积F 测=(2 jtR/6)XL= 2 . 42m2F 頂外=B 外 X L 外=4 .5 6 in2F顶均=、/F顶内 F顶外=3 .320m2. 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。FijSrt = 2LH+2BH=5.10 9nrF

8、 帥=2 H 外(L 外+B 外)=1 3 ,479 m 2F增均=墙内 F端外=8.29 8 m23. 炉底平均面积F*BX L=2.3 1 lm2F 底外=B 外X L 外=4. 5 6 0m JF忆均= JF氏内 F氏外=3.24 6 m2四、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6得，工件在60OC及20C时比热容分别为C件2=0. 74 1KJ/ (kg C),C 件!=0.486KJ/(kg C),根据Qn=p (C 件 2t.-C 件 t) =150X(0.574X600-0 .4 8 6X 2 0 )=50202.0 KJ/h(2) 通过炉衬的散

9、热损失Q畝山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現根据式(1 15)t tn 4- 1寸 Si召茁对于炉墙散热，如图59所示，首先假定界面上的温度及炉壳温度，炉内温度h=600 C界面温度为12=50 0 C 炉壳温度13=60C耐火层Si的平均温度ti均二(6 00+50 0 ) / 2=5 5 0C保温层S2的平均温度t 2均=(500+6 0 )/2=2 8 0C炉衬的热导率由附表3】得X , =0. 2 9+0. OOO256X t i 均=0.29+ 0 .00 0 25 6 X 550=3.113W / (m C)入 2 = 0.13+0

10、. 0 0 0 23 X ts3 均=0.13+0.00023X 2 80= 0 .1 6 44W/(m C)。当炉壳温度为60C,室温为20C时，由附表2经近似计算可得a尸12. 17W/(m2 C)a )求热流q 墙=(600 20)/ (Si/i+ S2 / X2 + l/a=(6 0 0-2 0) / (0. 1 15/313+02/0.1 644 + 1 /12. 17)=6 8 2. 4w/mb)计算交界面上的温度U增、VIt 2绘=和一处一=6 00682 4X( 0. 1 15/3.113) =57 4 .8C验算界面温度(t212)他绘二4.5% /34(5) 电热元件直径i

11、ll式(52 4 )(2得线状电热元件直径d=34.3= 3.5mm取 d=4mm(6) 每组电热元件长度和重量山式(525尸得每组电热元件长度Lffl= 0 .785 X 103(U ”12d2/P m P 0=32.5 m 取 33 m每组电热元件重量山式(5 28)山得G 粗=(Ji /4) d 2L m P m式中，P m=7.1g / cm2所以得G ai=( Ji /4) d L 组 P m=2.9kg(7 )电热元件的总长度和总重量由式(527)12】得电热元件总长度L 总=3Ltn= 3 X 33=9 9 m电热元件总重量由式(5 28)沁】得G= 3G 纽=3X 2 .9=8

12、.7k g(8 )校核电热元件表面负荷W 实=卩组/ n dLm = 3.1W/cnrW实VW结果满足设计要求。(9)电热元件在炉膛内的布置按规定，h/d在2 4范围内满足设计要求，取3h=3d=3X4= 1 2 mm布置电热元件的炉壁长度L1 =L- 5 0=2025- 5 0=1 97 5 mm螺旋体圈数N 二L /h =1975/ 12= 1 65 圈丝状电热元件绕成螺旋状，当元件温度高于700,螺旋节径D = (68)d,取D=6d=6X 4 =24 mmL折二Nn D = 165X3.14X24 X 1 03= 12.4mLML 折=3 3/12.4=3根据计算，选用Y方式接线，采用

13、d=4mm所用电热元件重量最小，成本最低。电热元 件节距h在安装时适当调整,炉口部分增大功率。电热元件引出棒材料选用1 Crl8Ni 9 Ti, O=12mm,L=5 0 0 mm.电热元件图如图2、3、 4所示。十、电热体元件图见附图一十一、电阻炉装配图见附图二十二、电阻炉技术指标(标牌)额定功率：39kw,额定电压:380 V；最高使用温度：60 0 C住产率1 5 0 k g / h;相数3,接线方法Y;工作有效尺寸 200 0 mmX9 5 0mm X50 0 mm,外形尺寸:2 7 9 ImmX 1 6 3 4 mmX 1523 mm.参考文献1 刘人达.冶金炉热工手册北京:冶金工业

14、出版社，2 002.2 编委会.热处理手册第三卷.北京：机械工业出版社，199 2.3 吴德荣.工业炉及其节能.北京:机械工业出版社，199 5.4 刘孝曾.热处理炉及车间设备.北京：机械出版社，1985.5 陈先咏.热处理车间设计武汉:华中理工大学出版社,1 9 89.6 陈天民.热处理设计简明手册.北京：机械工业出版社,I 99 9 .7 臧尔寿.热处理车间设备与设计.北京：机械工业岀版社，1989.附图一h=12mm图3丝状电热体在炉墙上图4丝状电热体在炉底的安装电热体图2标记处分分区更改文 件名签名年月日图3设计圭凤元标准值20112.16审核批推价段标记比 例图4指导敦师李强11附图二61繃翳簸翹滤絲魏翁耀麴綴總易嬲麗澱魏 鹫慈磁瞬磁磁澱 総磁澱IM 4 ran箱式炉结构图1炉门2热电偶 3炉壳 4炉衬5罩壳 6炉底板7加热元件8炉门升降机箱式炉形貌因标12处分分区更改文件名签名年月日设计董凤元标准值2012.1.6审核批准阶段标记比例指导教师李强1:1