热处理炉课程设计说明书.doc

目 录一 设计任务 2二 炉型的选择 2三 炉膛尺寸的确定 23四 炉体结构设计与材料选择 35五 电阻炉功率的计算 59六 电热元件的设计 913七 参考资料 14一、设计任务设计要求：1、低合金钢正火用炉；2、最大生产率110Kg/h；3、画出总装图（手工）；4、画出炉衬图、炉壳图(计算机)、电热元件图二、炉型的选择因为工件材料为低合金钢，热处理工艺为正火，对于低合金钢正火最高温度为【912+(3050)】，选择中温炉（上限950）即可，同时工件没有特殊规定也不是长轴类，则选择箱式炉，并且无需大批量生产、工艺多变，则选择周期式作业。综上所述，选择周期式中温箱式电阻炉。三、炉膛尺寸的确定1、用炉底强度指标法计算炉底有效面积：查表2-2得Gh=100Kg/（m2h） F效=1.1（m2）炉膛有效尺寸：L效=L效=1.33（m）=1330mm炉膛有效宽度：B效=B效=0.66(m)=660mm查表2-2选择 1390mm650mm45mm/12mm的炉底板，取B效=0.65mL效=1.390.20.1=1.09（m）2、 炉膛内腔砌墙尺寸炉膛宽度：B砌=B效+2（0.10.15） B砌=0.65+20.125=0.90(m) 炉膛长度：L砌=L效+0.16 =1.25（m） 炉膛内高度： H砌=（0.50.9）B砌H砌=0.80.9=0.720(m)层数n=10.7 选择10层炉膛高度H砌=1067+42+39=0.751(m)四、炉体结构设计与材料选择（一）、选择炉衬材料部分 炉体包括炉壁、炉底、炉底、炉门、炉壳架几部分。炉体通常用耐火层和保温层构成，尺寸与炉膛砌筑尺寸有关。设计时应满足下列要求：（1）确定砌体的厚度尺寸要满足强度要求，并应与耐火砖、隔热保温砖的尺寸相吻合；（2）为了减少热损失和缩短升温时间，在满足强度要求的前提下，应尽量选用轻质耐火材料；（3）要保证炉壳表面温升小于50，否则会增大热损失，使环境温度升高，导致劳动条件恶化。（二）、炉体结构设计和尺寸本炉设计为两层炉壁（如图）内层选用RNG-0.6型轻质粘土砖，其厚度S1=115mm；外层选用硅酸铝耐火纤维，体积密度2=105Kg/m3厚度S2待计算；RNG-0.6型轻质粘土砖： 1=600【Kg/ m3】 1=0.165+0.19410-3t均【w/(m)】 C1=0.836+0.26310-3t均【KJ/（Kg）】耐火纤维 当t3=60时，由表2-122查得=12.17【W/()】 q=12.17（50-20）=486.8（W/） 将上述各数据代入公式得： =782（）代入数据解得：纤维层厚度：=228（mm）取S2=230mm（三）、炉顶的设计炉膛宽度为900mm，采用拱顶，拱角60的标准拱顶，拱顶式炉子最容易损坏的部位，受热时耐火砖发生膨胀，造成砌筑拱顶时，为了减少拱顶向两侧的压力，应采用轻质的楔形砖与标准直角砖混合砌筑。故选用侧厚楔形砖（230,113,65,45）、厚230mm体积密度为105Kg/ m3的硅酸铝耐火纤维和轻质直形砖（230,113,65）.（四）、炉底的设计炉底采用一层113mm硅藻土砖填充蛭石粉，再平铺一层65mm的QN-0.6轻质粘土砖，最上层采用230mm的重质高铝砖支持炉底板+4块加热元件搁砖，炉底板采用Cr-Mn-N耐热钢厚度为12mm。（五）、炉门框的设计 炉门框的壁炉膛稍小取其宽度为： B框H框 =850mm700mm 采用230mm硅藻土砖和113mmRN-0.6轻质粘土砖。（六）、炉门的设计炉门采用113mmRNG-1.0轻质粘土砖和230mmB级硅藻土砖，炉门尺寸为B门H门=950mm820mm。（七）、炉体框架与炉壳的设计 炉体外廓尺寸： L外=L砌+（115+230）+230=1900（mm） B外=B砌+2（115+230）=1590（mm） H弧=B砌- B砌Cos30=122（mm） H外=H砌+（115+20+230）+ H弧+（115+67+230） H外=1642（mm）五、电阻炉功率的计算本炉采用理论设计法，通过炉子的热平衡来确定炉子的功率。其原理是炉子的总功率即热量的收入，应能满足炉子热量支出的总和。具体计算如下：1、 加热工件的有效热量Q件 Q件 =g件（C2t2-C1t1）=110（0.6789950-0.493920）=69858.5（KJ/h） （其中C2、C1查表4-3可得）2、 通过炉衬的散热损失Q散 （式1） 1=0.165+0.19410-3（950+782）2=0.33 2=0.107 F1 =2（0.91.25+0.90.72+0.721.25） =5.35（） F2 =2（1.481.13+1.480.95+1.130.95） =8.44（） F3 =2（1.941.59+1.941.41+1.591.41） =16.12（）2 2 Fm1=（F1+ F2）2=6.9（） Fm2=（F3+ F2）2=12.3（）F2、= F3=16.12（） 将以上数据代入式1解得Q散 =14556.5（KJ/h）3、炉衬材料的总蓄热量Q蓄总轻质粘土砖、硅酸铝耐火纤维、在1面积上所占的量分别为：G1=0.115600=69（Kg）G2=0.230105=24.15（Kg）它们的平均比热容分别为：C1 =0.836+0.26310-30.5（950+782） =1.06【KJ/（Kg）】C2 =1.07【KJ/（Kg）】各层的蓄热量:Q1=691.06（950+782）2-20=61876（KJ）Q2=24.151.07（782+60）2-20=10362（KJ）Q蓄总= Q1Fm1+ Q2Fm2=554398(KJ)4、开启炉子的辐射热损失Q辐 t炉口开启尺寸850mm460mma/b=460/850=0.54 L/a=230/460=0.5查表2-16得=0.5炉口面积F=0.460.85=0.391（）t=3/60=0.05将上述数据代入公式得Q辐=6442（KJ/h）5、开启炉门的溢气热损失Q溢V=2200BH=22000.950.46=652 （m3/h）C=1.4KJ/（K）Q溢=6521.4（950+60）0.50.05=23048（KJ/h）6、其他热损失Q它Q它=（0.51.0）Q散Q它=0.814556.5=11645.2（KJ/h7、Q总 = Q件 + Q辐 + Q控 + Q散 + Q溢+ Q它 =69858.5+14556.5+6442+23048+11645.2 =125550.2（KJ/h） P= Q总 /3600=34.8（KW） P安=1.3P=44.84（KW） 取P安=45KW8、电阻炉热效率=Q件/Q总100%=55.6%9、空炉升温时间空=Q蓄/（3600P安）=3.4（h）符合要求10、电阻炉的空载功率P空P空=（Q效+ Q它）/3600=7.28（KW）为炉子总功率的16%，符合要求。六、电热元件的设计（一）、电阻功率的分配 因功率为45KW，故采用三相380V星形接线法，使用三组15KW电阻丝均匀分布单星形接法（二）、电阻元件材料的选择 选用0Cr25Al5为电热元件（三）、电热元件的设计 1、供电电压和接线 选用三相380V、星形接法，长度比为1：1 P=P安/3n=45/3=15（KW） U=380/=220（V）2、确定电热元件的单位表面功率因炉膛最高温度不超过950，结合选材0Cr2Al5查表7-4得W允=1.62.0W/cm33、确定元件直径dd= 取 d = 6.0 mm 式中W允=1.6w/cm2L总=nL= mM= kg4、求电热元件的总质量M总= kg 式中g为6mm的电阻丝每米长的重量，g=0.201Kg/m可由表3-17查得W=1.31 W/cm31.6 W/cm3符合要求（五）电热元件的绕制和布置电热元件绕制成螺旋状，均匀布置于两侧墙及炉底，侧墙和炉底均为10层。每排电热元件的展开长度：L、=6.08（m）每排电热元件的搁砖长度L1=1090-50=1040（mm） D=6d=46=36（mm）每排电热元件的圈数： n= 取 n=54电热元件螺旋节距：h=按h=（24）d校验 校核： 符合要求（四）、电热元件引出棒及其套管的设计与选择（1）、引出棒的设计引出帮必须用耐热钢或者不锈钢制造，以防止氧化烧损，固选用1Cr18Ni9Ti，=14mm，L=400mm，丝状电热元件与引出棒之间的连接，采用接头铣槽后焊接。引出棒长度：L引=115+230+100=445（mm）（2）、保护套管的选择根据设计说明中炉膛以及电热元件的设计，所以确定L侧墙=115+230=345（mm），引出棒的直径d=14mm，因此选用SND724016号套管，高铝矾土，重量0.5Kg，d引=16mmD引=36mm，长度300mm。（五）、热电偶及其保护套管的设计与选择（1）、热电偶的选择 由于炉内最高的温度为950.长期使用的温度在1000一些，所以选用镍铬-镍硅热电偶。由于炉膛不分区，所以选用型号WRN-121的镍铬-镍硅热电偶，保护套管规格选择，外径24mm，插入长度为500mm。保护材料为双层瓷管。（2）、热电偶保护套管的选择 L炉顶=230+20+230=460mm。热电偶外径=24mm，插入长度为460mm。根据这些条件，应该选用SND724020,高矾土，重量0.4Kg。d套=25mm、D套=40mm，长度为300mm。测温热电偶与控温热电偶均选用此保护套管即可。 周期式中温箱式电阻炉13