热处理电阻炉设计计算举例-PPT.ppt
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1、热处理电阻炉设计计算举例电阻炉是最主要的、应用最广的热处理设备电阻炉是最主要的、应用最广的热处理设备优点:优点:1)控温精度和自动化程度很高,准确度可达控温精度和自动化程度很高,准确度可达15;2)炉温均匀性好,波动范围小,可控制在炉温均匀性好,波动范围小,可控制在35;3)热效率高,可达热效率高,可达45%80%(煤气炉煤气炉25%);4)便于采用可控气氛;便于采用可控气氛;5)结构简单紧凑,体积小,便于组成流水线生产;结构简单紧凑,体积小,便于组成流水线生产;6)其生产和热处理工艺的机械化、自动化、生产效率其生产和热处理工艺的机械化、自动化、生产效率和生产质量高,劳动条件好,对环境污染较小
2、。和生产质量高,劳动条件好,对环境污染较小。2箱式电阻炉3箱式电阻炉箱式电阻炉la、高温箱式电阻炉:最高温度、高温箱式电阻炉:最高温度1300,SiC棒作电热元件。棒作电热元件。特点:特点:l电热元件直接布置在炉膛两侧,且不遮蔽,电热元件直接布置在炉膛两侧,且不遮蔽,极少布置于炉顶和炉底,工件加热依靠热辐极少布置于炉顶和炉底,工件加热依靠热辐射。射。l砌筑材料要求高,高铝砖或砌筑材料要求高,高铝砖或SiC制品。制品。45lb、中温箱式电阻炉:额定温度、中温箱式电阻炉:额定温度950,合,合金电热元件金电热元件Ni-Cr。特点:特点:l1)电热元件布置在炉子侧壁和炉顶,依靠)电热元件布置在炉子侧
3、壁和炉顶,依靠辐射加热工件。辐射加热工件。l2)炉衬采用密度不超过)炉衬采用密度不超过1.0g/cm3的轻质耐的轻质耐火粘土砖砌成,保温层采用珍珠岩保温砖火粘土砖砌成,保温层采用珍珠岩保温砖并填以蛭石粉、膨胀珍珠岩颗粒等材料。并填以蛭石粉、膨胀珍珠岩颗粒等材料。6lb、中温箱式电阻炉:额定温度、中温箱式电阻炉:额定温度950,合金电热,合金电热元件元件Ni-Cr。特点:。特点:3)在耐火层和保温层间夹以硅酸铝耐火纤维作为)在耐火层和保温层间夹以硅酸铝耐火纤维作为炉衬。炉衬。l作用:炉衬变薄、重量减轻、炉衬蓄热量减少、作用:炉衬变薄、重量减轻、炉衬蓄热量减少、热损失减少、降低炉子空载功率并缩短升
4、温时间。热损失减少、降低炉子空载功率并缩短升温时间。4)较大的炉子采用温度分区控制,增进温度均匀)较大的炉子采用温度分区控制,增进温度均匀性,性,还可设置风扇,以加快传热速度。还可设置风扇,以加快传热速度。5)炉底电热元件上方敷盖耐热钢制炉底板,其材)炉底电热元件上方敷盖耐热钢制炉底板,其材料以铬锰氮居多。料以铬锰氮居多。7大家有疑问的,可以询问和交流大家有疑问的,可以询问和交流可以互相讨论下,但要小声点可以互相讨论下,但要小声点可以互相讨论下,但要小声点可以互相讨论下,但要小声点89lc、低温箱式电阻炉:、低温箱式电阻炉:650 l有强制气流循环和远红外辐射加热炉,前有强制气流循环和远红外辐
5、射加热炉,前者靠对流传热。者靠对流传热。10热处理电阻炉的设计是一项综合性的技术工作:热处理电阻炉的设计是一项综合性的技术工作:所所需需知知识识:炉炉子子知知识识;热热处处理理工工艺艺;机机械械设设计计;电电工及温度控制等有关内容;工及温度控制等有关内容;设计原则:密切结合生产实际,综合运用有关知识。设计原则:密切结合生产实际,综合运用有关知识。设计准备:详尽收集有关原始资料:设计准备:详尽收集有关原始资料:包包括括:生生产产任任务务(公公斤斤或或件件/小小时时或或年年)及及作作业业制制度度(一一、二二班班或或连连续续生生产产);加加热热工工件件的的材材料料、形形状状、尺尺寸寸和和重重量量;工
6、工件件的的热热处处理理工工艺艺规规程程和和质质量量要要求求;电电源源及及车车间间厂厂房房等等条条件件;炉炉子子的的制制造造维维修修能能力力和和投资金额等。投资金额等。11热处理电阻炉的设计内容热处理电阻炉的设计内容(1)(1)炉型的选择;炉型的选择;(2)(2)炉膛尺寸的确定;炉膛尺寸的确定;(3)(3)炉体结构设计炉体结构设计(包括炉衬、构架、炉门等包括炉衬、构架、炉门等);(4)(4)电阻炉功率的计算及功率分配;电阻炉功率的计算及功率分配;(5)(5)电热元件材料的选择;电热元件材料的选择;(6)(6)电热元件材料的设计计算;电热元件材料的设计计算;(7)(7)炉用机械设备和电气、控温仪表
7、的设计与选用;炉用机械设备和电气、控温仪表的设计与选用;(8)(8)技术经济指标的核算;技术经济指标的核算;(9)(9)绘制炉子总图、砌体图、零部件图、安装图和绘制炉子总图、砌体图、零部件图、安装图和编制电炉使用说明书等随机技术文件。编制电炉使用说明书等随机技术文件。12 热处理电阻炉设计计算举例热处理电阻炉设计计算举例一、设计任务一、设计任务 为某厂设计一台热处理电阻炉,其技术条件为:为某厂设计一台热处理电阻炉,其技术条件为:(1)(1)用途:用途:中碳钢、低合金钢毛坯或零件的淬火、正中碳钢、低合金钢毛坯或零件的淬火、正火及调质处理。处理对象为中小型零件,无定型产品,处火及调质处理。处理对象
8、为中小型零件,无定型产品,处理批量为多品种,小批量;理批量为多品种,小批量;(2)(2)生产率生产率:160kg/h;(3)(3)工作温度工作温度:最高使用温度:最高使用温度950;(4)(4)生产特点生产特点:周期式成批装料,长时间连续生产。:周期式成批装料,长时间连续生产。13 1 1炉底面积的确定炉底面积的确定 因无定型产品,故不能用实际排料法确定炉底面积,因无定型产品,故不能用实际排料法确定炉底面积,只能用加热能力指标法。已知生产率只能用加热能力指标法。已知生产率p为为160kg/h,按表,按表51选择箱式炉用于正火和淬火时的单位面积生产率选择箱式炉用于正火和淬火时的单位面积生产率p0
9、为为120kg/(m2h),故可求得炉底有效面积,故可求得炉底有效面积二、炉型的选择二、炉型的选择 根据设计任务给出的生产特点,拟选用箱式热处理电根据设计任务给出的生产特点,拟选用箱式热处理电阻加热炉,不通保护气氛。阻加热炉,不通保护气氛。三、确定炉体结构和尺寸三、确定炉体结构和尺寸141516 有效面积与炉底总面积存在关系式有效面积与炉底总面积存在关系式F1/F=0.750.85,取,取系数上限,得炉底实际面积系数上限,得炉底实际面积 根据标准砖尺寸,为便于砌砖,取根据标准砖尺寸,为便于砌砖,取L=1.741m,B=0.869m。由于热处理箱式电阻炉设计时应考虑装出料方便,取由于热处理箱式电
10、阻炉设计时应考虑装出料方便,取L/B=2:1,而,而F=LB=0.5L2,因此,可求得,因此,可求得 2 2炉底长度和宽度的确定炉底长度和宽度的确定17 3 3炉膛高度的确定炉膛高度的确定 按统计资料,炉膛高度按统计资料,炉膛高度H与宽度与宽度B之比之比H/B通常在通常在0.50.9之间,根据炉子工作条件,取之间,根据炉子工作条件,取H/B=0.7左右,根据左右,根据标准砖尺寸,选定炉膛高度标准砖尺寸,选定炉膛高度H=0.640m。因此,确定炉膛尺寸如下:因此,确定炉膛尺寸如下:炉底支撑砖厚度炉底支撑砖厚度拱角砖矮边拱角砖矮边高度高度炉底搁砖宽度炉底搁砖宽度砖砖 缝缝长度长度砖长砖长18 为避
11、免工件与炉内壁或电热元件搁砖相碰撞,应使工为避免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,确定工作室有效尺寸为:件与炉膛内壁之间有一定的空间,确定工作室有效尺寸为:L效效=1500mm;B效效=700 mm;H效效=500mm1920 4 4炉衬材料及厚度的确定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,即炉衬结构,即113mmQN1.0轻质粘土砖轻质粘土砖+50mm密度为密度为250kg/m3的普通硅酸铝纤维毡的普通硅酸铝纤维毡+113mrnB级硅藻土砖。级硅藻土砖。炉顶炉顶 采用采用11
12、3mmQN 1.0轻质粘土砖十轻质粘土砖十80mm密度为密度为250kg/m3的普通硅酸铝纤维毡十的普通硅酸铝纤维毡十115mm膨胀珍珠岩。膨胀珍珠岩。炉底炉底 采用三层采用三层QN1.0轻质粘土砖轻质粘土砖(67 3)mm+50mm密度为密度为250kg/m3的普通硅酸铝纤维毡十的普通硅酸铝纤维毡十182mmB级级硅藻土砖和膨胀珍珠岩复合炉衬。硅藻土砖和膨胀珍珠岩复合炉衬。炉门炉门 用用65mmQN1.0轻质粘土砖轻质粘土砖+80mm密度为密度为250kg/m3的普通硅酸铝纤维毡的普通硅酸铝纤维毡+65mmA级硅藻土砖。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炉底隔砖采用重
13、质粘土砖,电热元件搁砖选用重质高铝砖。(注铝砖。(注67=65+2,2是砖缝的宽度。)是砖缝的宽度。)2122四、砌体平均表面积计算四、砌体平均表面积计算炉底板材料选用炉底板材料选用CrMnN耐热钢,根据炉底实际尺寸耐热钢,根据炉底实际尺寸给出,分三块或四块,厚给出,分三块或四块,厚20mm。砌体外廓尺寸如图砌体外廓尺寸如图515所示所示(教材图(教材图5-9)。)。L外外=L+2(115+50+115)=2360mm B外外=B+2(115+50+115)=1490mm H外外=H+f+(115+80+115)+674+50+182 炉炉 顶顶 厚厚 4 块粘土砖高块粘土砖高 炉炉 底保温层
14、厚底保温层厚 =640+116+310+268+50+182 =1566 mm 式中:式中:f 拱顶高度,此炉子采用拱顶高度,此炉子采用600标准拱顶,取拱弧标准拱顶,取拱弧半径半径R=B,则,则f可由可由f=R(1-co300)求得。求得。23炉墙面积包括侧墙及前后墙,为简化计算将炉门包括在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。前墙内。F墙内墙内=2LH十十2BH=2H(L十十B)=20.640(1.741+0.869)=3.341m2 F墙外墙外=2H外外(L外外+B外外)=21.566 (2.360+1.490)=12.058m21.炉顶平均面积炉顶平均面积 2炉墙平均
15、面积炉墙平均面积24五、计算炉子功率五、计算炉子功率 1 1根据经验公式法计算炉子功率根据经验公式法计算炉子功率 由式由式(514)25式中:空炉升温时间(h);F炉膛内壁面积(m2)t炉温();C系数,热损失大的炉子,C3035;热损失小的炉子,C2025,单位为(kwh0.5)(m1.81.55)。这种方法适用于周期作业封闭式电阻炉,使用时需注意使用条件并参考有关文献。26取式中系数取式中系数C=30(kWWh0.5)/(m1.8 8C1.55),空炉升温时间假,空炉升温时间假定为定为升升=4h,炉温,炉温t=950,炉膛内壁面积,炉膛内壁面积F壁壁 由经验公式法计算得由经验公式法计算得P
16、安安75(kW)27 (1)(1)加热工件所需的热量加热工件所需的热量Q Q件件 由附表由附表6得,工件在得,工件在950及及20时比热容分别为时比热容分别为 C件件2=0.63kJ/(kg),C件件1=0.486kJ/(kg),根据式根据式(51)Q件件=P(C件件2 t1C件件1to)=160 (0.63950-0.486 20)=95117 kJ/h (p每小时装炉量)每小时装炉量)(2)通过炉衬的散热损失通过炉衬的散热损失Q散散 由于炉子侧壁和前后墙炉衬结构相似,故作统一数据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处理,为简化计算,将炉门包括在
17、前墙内。2根据热平衡计算炉子功率根据热平衡计算炉子功率28 根据式根据式(115)对于炉墙散热,如图对于炉墙散热,如图516所所示,首先假定界面上的温度及炉示,首先假定界面上的温度及炉壳温度,壳温度,t2 墙墙=7800,t3 墙墙=485,t t4 墙墙=60则则29 耐火层耐火层S1的平均温度的平均温度 ts1均均=(950+780)/2=865,硅酸铝纤维层硅酸铝纤维层S2的平均温度的平均温度 ts2均均=(780+485)/2=632.5,硅藻土砖层硅藻土砖层S3的平均温度的平均温度 ts3均均=(485+60)/2=272.5,S1、S3层炉衬的热导率由附表层炉衬的热导率由附表3得得
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