热处理电阻炉设计

更新时间:2023-06-11 04:46:48 阅读: 评论:0

热处理电阻炉设计
一、设计任务
设计一箱式电阻炉,计算和确定主要项目,并绘出草图。
基本技术条件:
(1)用途:碳钢、低合金等的淬火、调质以及退火、正火;
(2)工作:中小型零件,小批量多品种,最长0.8m;
(3)最高工作温度为950
(4)炉外壁温度小于60.
(5)生产率:105Kg/h。
设计计算的主要项目:
(1)确定炉膛尺寸;
(2)选择炉衬材料及厚度,确定炉体外形尺寸;
(3)用热平衡法计算炉子功率;
(4)选择和计算电热元件,确定其布置方法;
(5)写出技术规范。
二、炉型选择
根据设计任务给出的生产的特点,选用中温(650~1000)箱式热处理电阻炉,炉膛不通保护气氛,为空气介质。
三、确定炉膛尺寸
1.理论确定炉膛尺寸
(1)确定炉底总面积
炉底总面积的确定方法有两种:实际排料法和加热能力指标法。本设计用加热能力指标法
来确定炉底面积。已知炉子生产效率P=105Kg/h。按教材表5-1选择适用于淬火、正火的一般箱式炉,其单位炉底面积生产率P0=100~120Kg/(m2·h)。因此,炉子的炉底有效面积(即可以摆放工件的实际面积)F1可按下式计算:
通常炉底有效面积和炉底总面积之比值在0.75~0.85之间选择。炉子小取值小值;炉子大取值大值。本设计取中值0.8,则炉底总面积F为:
(2)确定炉膛的长度和宽度
炉底长度和宽度之比在3/2~2之间选择。考虑到炉子使用时装、出料的方便,本设计取,则炉子炉底长度和宽度分别为:
(3)确定炉膛高度
炉膛高度和宽度之比在0.5~0.9之间选择,大炉子取小值,小炉子取大值。本设计取中值0.7,则炉膛高度为:
2.确定实际炉膛尺寸
为方便砌筑炉子,需要根据标准砖尺寸(230×113×65mm),并考虑砌缝宽度(砌砖时两块砖之间的宽度2mm),上下砖体应互相错开以及在炉底方面布置电热元件等要求,进一步确定炉膛尺寸。依据理论计算的炉膛长度、宽度和高度,进一步确定炉膛尺寸如下:
注意:实际确定的炉膛尺寸和理论计算的炉膛尺寸不要差别太大。
3.确定炉膛有效尺寸
为避免热处理工件与炉膛内壁、电热元件和放置电热元件的搁砖发生碰撞,应使工件与炉内壁保持一定的距离。工件应放置的炉膛的有效尺寸内。炉膛有效尺寸确定如下:
L=1500mm
B=700mm
H=450mm
四、炉衬材料的选择及其厚度的确定
炉衬材料的选择及其厚度的计算应满足在稳定导热的条件下,炉壳温度小于60。由于炉子外壁和周围空气之间的传热有辐射和对流两种方式,因此辐射换热系数和对流换热系数之和统称为综合传热系数。炉壳包括炉墙、炉顶和炉底。这三部分外壁对周围空气的综合传热系数不同(见教材附表2),所以三部分炉衬材料的选择及其厚度也不同,必须分别进行计算。
1.炉墙炉衬材料的选择及其厚度的计算
炉子的两边侧墙和前后墙可采用相同的炉衬结构,同时为简化计算,将炉门看作前墙的一部分。
设炉墙的炉衬结构如图所示,耐火层是113mm厚的轻质粘土砖(QN—0.8),保温层是60mm厚、密度为350Kg/m3的普通硅酸盐耐火纤维毡和230mm厚的A级硅藻土砖(耐火材料和保温材料的选择参照教材附表3和附表4)。这种炉衬结构在稳定导热条件下,是否满足墙外壁温度小于60,应首先求出热流密度,然后计算进行验证。
在炉墙内壁温度950、炉壳周围空气温度20的稳定导热条件下,通过炉墙向周围空气散热的热流密度为:
1)S1,S2,S3确定
S1,S2,S3分别是轻质粘土砖、硅酸盐耐火纤维毡和A级硅藻土砖的厚度(m)。  若考虑它们之间2mm的砌缝宽度,则S1,S2,S3得厚度为:
;  ;   
2)的确定
分别是轻质粘土砖、硅酸盐耐火纤维毡和A级硅藻土砖的平均热导率(W/m·);是炉壳对周围空气的综合传热系数(W/m·)。
要求出,首先必须假定各层界面温度和炉壳温度。设轻质粘土砖和硅酸盐耐火纤维毡之间的界面温度,硅酸盐耐火纤维毡和硅藻土砖之间的界面温度,炉墙外壳温度。如图所示:
求轻质粘土砖的平均热导率
查教材附表3,可得轻质粘土砖(QN—0.8)的平均导热率为:
=0.485W/m·
求硅酸盐耐火纤维毡的平均热导率
硅酸盐耐火纤维毡的平均温度。根据教材附表4查得,密度为350Kg/m3普通硅酸盐耐火纤维毡700、1000的热导率分别为0.121W/m·和0.122W/m·。在700——1000温度范围内,可近似认为其平均导热率与温度成线性关系。则有:
求硅藻土砖的平均导热率
查教材附表3,可得A级硅藻土砖的平均热导率为
求炉墙外壳对周围空气的综合传热系数
当炉墙外壳温度为55,周围空气为20时,由教材附表2可查得,外壳为钢板或涂灰漆表面时,对周围空气的综合传热系数为:
3)求热流密度
将以上数据代入求热炉密度的表达式中,可求得热流密度为:
4)验算各界面和炉墙外壳温度是否满足设计要求
轻质粘土砖和硅酸盐耐火材料纤维毡之间的界面温度t2为:
相对误差为,满足设计要求,不必重算。
硅酸盐耐火纤维毡和硅藻土砖之间的界面温度为:
;
相对误差为,满足设计要求,不必重算。
炉墙外壳温度为:
因炉墙外壳温度小于60,故炉墙炉衬材料及其厚度的选择满足设计要求。若实际计算后,外壳温度大于60,必须重新选择炉墙炉衬材料及其厚度。
2.炉顶炉衬材料的选择及其厚度的计算
设炉顶的炉衬结构为:耐火层是113mm厚的轻质粘土砖(QN—0.8),保温层是厚度60mm、密度350Kg/m3的普通硅酸盐耐火纤维毡和厚度113mm的膨胀珍珠岩。
在炉顶周围内壁温度为950、炉壳周围温度20的稳定导热条件下,通过炉顶向周围空气散热的热流密度为:
1)S1,S2,S3确定
S1,S2,S3分别是轻质粘土砖、硅酸盐耐火纤维毡和膨胀珍珠岩的厚度(m)。  若考虑它们之间2mm的砌缝宽度,则S1,S2,S3得厚度为:
;  ;   
2)的确定
分别是轻质粘土砖、硅酸盐耐火纤维毡和膨胀珍珠岩的平均热导率(W/m·);是炉顶外壳对周围空气的综合传热系数(W/m·)。要求出,首先必须假定各层界面温度和炉壳温度。设轻质粘土砖和硅酸盐耐火纤维毡之间的界面温度,硅酸盐耐火纤维和平膨胀珍珠岩之间的界面温度,炉顶外壳温度

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