1、目錄一 設(shè)計(jì)任務(wù)2二 爐型的選擇2三 爐膛尺寸的確定2四 爐體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與材料選擇4五 電阻爐功率的計(jì)算8六 電熱元件的設(shè)計(jì)14七 參考資料20試驗(yàn)設(shè)計(jì)及計(jì)算數(shù)據(jù)及結(jié)果一、設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)要求：1、低合金鋼調(diào)質(zhì)用爐；2、最大生產(chǎn)率75kg/h;3、畫出總裝圖；4、畫出爐襯圖；5、圓出爐殼圖；6、畫出電熱元件接線圖；7、寫出設(shè)計(jì)說明書。二、爐型的選擇熱處理的工件材料：碳鋼、低合金鋼；熱處理工藝：調(diào)質(zhì)處理。對(duì)于碳鋼和低合金鋼奧氏體化最高溫度為【912+(3050)】C,回火的最高溫度為650C,故選擇中溫爐即可，同時(shí)工件尺寸和形狀沒有特殊規(guī)定也不是長軸類，則選擇箱式爐，并且無需大批量生產(chǎn)、品種多、工藝用

2、途多，所以選擇周期式作業(yè)。綜上所述，決定選擇周期式中溫箱式電阻爐，不通保護(hù)氣氛，爐子最高使用溫度為950Co三、爐膛尺寸的確定1、爐膛有效尺寸由于無典型工件，無法按排料法確定，故采用爐底強(qiáng)度指標(biāo)法計(jì)算，即根據(jù)爐于的生產(chǎn)率及生廣能力來計(jì)算。中溫箱式電阻爐L效=1390mm45/12mm的爐底板，爐底板材料為Cr-Mn-NB效=550mm故L效=1390-100=1290mmB效=550mm2、爐膛腔砌墻尺寸取直行磚爐膛寬度:B砌=B效+2X(0.10.15)B砌=5.5+2x0.15=580mm取B砌=120X8+40X9=1320mm爐膛長度：B砌=1320mmL砌=2036mm(1) 爐底有

3、效面積：(2) 查參考文獻(xiàn)【1】表2-1得,G=100kg/(僑h)F效=g=Z5=0.75m2Gh100爐膛有效尺寸：(3) L效=J(21.5JF效L效=J0.751.6=1.39m=1390mm取L效=1390mm爐膛有效寬度：B效=j1/22/3)F效B效=彪0.75=0.541=541mm取B效=550mm根據(jù)參考文獻(xiàn)【1】表2-2選擇標(biāo)準(zhǔn)尺寸為1390X550XL砌=L效+0.1=1.8+0.1=1900mm取L砌=51x36+200=2036mm爐膛高度:H砌=(0.50.9)B砌H砌=0.7x1320=854mm取H砌=67X12+35+37=876mm選擇12層四、爐體結(jié)構(gòu)設(shè)

4、計(jì)與材料選擇H砌=876mmn=12層(一)、選擇爐襯材料部分爐體包括爐壁、爐底、爐底、爐門、爐殼架幾部分。爐體通常用耐火層和保溫層構(gòu)成，尺寸與爐膛砌筑尺寸有關(guān)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足下列要求：(1) 確定砌體的厚度尺寸要滿足強(qiáng)度要求，并應(yīng)與耐火磚、隔熱保溫磚的尺寸相吻合;(2) 為了減少熱損失和縮短升溫時(shí)間，在滿足強(qiáng)度要求的前提下，應(yīng)盡量選用輕質(zhì)耐火材料；(3) 要保證爐殼表面溫升小于50C,否則會(huì)增大熱損失，使環(huán)境溫度升高，導(dǎo)致勞動(dòng)條件惡化。(二八爐體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和尺寸本爐設(shè)計(jì)為三層爐壁(如右圖所示)層選用RNG-0.6型輕質(zhì)粘土磚，其厚度S=115mm中間層選用密度為120kg/m3硅酸鋁耐火纖維，其

5、厚度為S=40mrp最外層選用B級(jí)硅藻土磚為骨架，膨脹蛭石粉進(jìn)行填充。查文獻(xiàn)【2】表1-5、1-9知：RNG-0.6型輕質(zhì)粘土磚：廣密度p1=800【kg/m3】<熱導(dǎo)率入1=0.165+0.194x10-3t均【w/(mC)】I比熱容G=0.836+0.263x10-3t均【KJ/(kgC)】硅酸鋁纖維：、一_3-密度P2=120【kg/m熱導(dǎo)率入2=0.032+0.21(10-3t均)2【w/(mC)】I比熱容C2=1.1【KJ/(kgC)】膨脹蛭石粉：密度P3=250【kg/m3】5熱導(dǎo)率入3=0.+0.25x10-3t均【w/(mC)】比熱容C3=0.6573【KJ/(kgC)】

6、.入01=0.294,b1=0.21x10-3；閾一-一一.3"入03=0.,b3=0.25X10當(dāng)t4=60C時(shí)，由文獻(xiàn)【2】表2-12查得a工=12.17【W(wǎng)/印.C)】q=12.17X(60-20)=486.8(W/itf)將上述各數(shù)據(jù)代入公式得：1I122-1t2廠01V012bi0.5埋10擊q$13b0.21100.165<0.165220.1941030.50.19410395C20.16595048680.115=779(C)為了計(jì)算2的值,先假設(shè)13=661C,由此得硅酸鋁纖維的平均熱導(dǎo)率的近似值2=0.0320.2166177921032=0.178【w/(

7、mC)】Si=115mmS2=40mmSs=230mmti=950C12=779C13=661Ct3=t2q2779486.82004690C0.178t4=60C'因?yàn)?t3c,3100%t3690661100%0.43%5%690故合理。由S31t3t4q030.5b3t3t4可得保溫層的厚度:S313661600.0770.50.2510486.8220.9mm66160取230mm（三八爐頂?shù)脑O(shè)計(jì)形磚和標(biāo)準(zhǔn)直角磚混合砌筑。故選用厚楔形磚T-37,供腳磚采用TJ-91。爐頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)有平頂、拱頂和懸頂三種。爐膛寬度小于400到600mm的小型爐子，如振底式爐、輸送帶式爐常常采用平頂。

8、爐膛寬度為600到3000mm寸，可采用拱頂，拱角可用60和90,其中使用最多的是60因?yàn)闋t膛寬度為1320mm故采用拱頂，拱角為60的標(biāo)準(zhǔn)拱頂。拱頂是爐子最容易損壞的部位，受熱時(shí)耐火磚發(fā)生膨脹,造成砌筑拱頂時(shí)，為了減少拱頂向兩側(cè)的壓力，應(yīng)采用輕質(zhì)的楔采用拱頂，拱角60的標(biāo)準(zhǔn)拱頂（四八爐底的設(shè)計(jì)爐底采用一層113m施藻土磚填充蛭石粉，再平鋪一層67mm的QN-0.6輕質(zhì)粘土磚，一層67mnl勺B級(jí)硅藻土磚，最上層采用230mm勺重質(zhì)高鋁磚和8塊加熱元件擱磚支持爐底板，爐底板采用Cr-Mn-N耐熱鋼，厚度為12mm（五八爐門框的設(shè)計(jì)爐門框的大小主要取決于工件的大小，要保證工件裝、出爐操作方便，使

9、工件裝、出爐時(shí)不至于碰撞電熱體并應(yīng)減少爐膛向外的輻射損失。通常，爐口的尺寸應(yīng)比爐膛稍小，故選擇B框xH框=1000mm700mm勺爐門框。B框日框=采用230mm?質(zhì)耐火粘土磚1000x700mm（六）、爐門的設(shè)計(jì)H效=0.7xB效=0.7x1320=876mmH效=67X12+33=837mm爐門尺寸為B門xH門=B效xH效=1020mr837mm。（七）、爐體框架與爐殼的設(shè)計(jì)Hn=1020mm<837mm爐體外廓尺寸：L外=L砌+115+40+230+230=2036+230+115+60+220=2642mmB外=B砌+2X（115+40+230）L外=2642mmB外=2090m

10、mH外=1985mm=1320+2X(115+40+23。=2090mmH弧=B砌-B砌Cos30=1320-1320xCos30=178mmH外=H®+(115+40+230+H弧+(115+67+67+230=876+115+40+230+178+115+67+67+230=1985mm五、電阻爐功率的計(jì)算本爐采用理論設(shè)計(jì)法，通過爐子的熱平衡來確定爐子的功率。其原理是爐子的總功率即熱量的收入，應(yīng)能滿足爐子熱量支出的總和。具體計(jì)算如下：1、加熱工件的有效熱量Q件Q件=8件c2t2C其中，g件爐子生產(chǎn)率200kg/h11、t2工夾具加入爐前和加熱終了的溫度，分別為20C和950CC1

11、C2工件在t、t2時(shí)的平均比熱容【KJ/(kgC)】查參考文獻(xiàn)【1】表43得低合金鋼在20C時(shí)，比熱容為493.9J/(kgC),950C時(shí)為678.9J/(kgC)將其代入上式得：Q件2000.67899500.493920。件=127015KJ/h=127015KJ/h2、加熱輔助工夾具所需的熱量Q輔因?yàn)樵O(shè)計(jì)的是箱式爐，一般沒有輔助加熱工具，故：Q輔03、可控氣氛吸熱量Q控因?yàn)槲赐ㄈ肟煽貧夥眨剩篞控04、通過爐襯的散熱損失Q散爐襯的散熱損失即爐膛熱量通過爐墻、爐頂、爐底散發(fā)到車間的熱損失。在爐襯傳熱達(dá)到熱穩(wěn)定的情況下通過爐墻的散熱損失，可按下式計(jì)算:Q散飛Stl匕廠3.6(式1)S1S2

12、S3IiFml2Fm23Fm3F。式中：t1、t0分別為爐壁溫度950C和爐外車間溫度20C1、2、3各層材料的平均熱導(dǎo)率【w/(mC)】1 0.1650.1940.1650.1942 0.0320.210.0320.213 0.0770.250.0770.251031095077932779690321010301036906020.333w/(m-C)0.145w/(m-C)0.170w/(m-C)S10.115mS2=0.04mS3=0.23m爐殼外表面對(duì)空氣的綜合傳熱系數(shù)【w/(mC)】查參考文獻(xiàn)【2】表2-12可得12.17w/(m-C)Fm1、Fm2、Fm3各層平均面積(m2)f0

13、爐殼外表面積(m)各層平均面積如下近似計(jì)算：當(dāng)2時(shí)，F(xiàn)m玉；當(dāng)乜F12F1其中，F(xiàn)12B砌H砌L砌H砌B砌L砌21.3200.8762.0370.8761.320F22B砌25H砌2S1L砌2§B砌2S1L砌2§=15.47(m2)F32B砌2S12S2H砌2Si2S2H砌2§2S2B砌2S12S2L砌：=17.08(m2)2時(shí),FmF2F12037L砌2S211.26(nf)2S1252S2F42B砌2§2S22S3H砌2§2S22S3Le2S12S22S3H砌2Si2S22S3Be2S12S22S3L砌2S12S22S3=27.85(m2)

14、F2/Fl<2,F3/F2<2,F4/F3<2.品U11.2615.4713.3622LF2F315.4717.08/八Fm2_-16.27(m222LF3F417.0827.85“，八Fm322.46(m2)22Fo=Ft=27.85(m2)將以上數(shù)據(jù)代入式(1)解得Q散=31704.5(KJ/h)5、爐襯材料的總蓄熱量Q蓄Q蓄VC2t2C1t1式中，V爐襯砌體的體積(m)t1、t2爐襯加熱前后的平均溫度(C)爐襯材料的體積密度(Kg/m3)C1、C2爐襯加熱前后的平均比熱容【KJ/(kgC)】C00.8360.263103200.8412KJ/(KgC)C10.8360.

15、263103t均0.8360.2631039502"91.06KJ/(KgC)C21.1KJ/(KgC)C30.6573KJ/(KgC),3V11.322.0360.8762.35m、，一3V23.87mQ散31704.5KJ/hV3=4.51m3V4=9.34m3ViV2Vi3.872.351.52m33V2V3V24.53.870.64m3V3V4V39.344.514.73mpi=600Kg/mp2=120Kg/mpi=250Kg/"各層的蓄熱量：Q蓄1V11C11C009507791.506001.060.841220810068.4KJ2同理Q蓄2=56628.0

16、KJQ蓄3=280009.0KJ總蓄熱量Q總=。蓄1+Q蓄2+Q蓄3=1146705.4KJ6、開啟爐子的輻射熱損失Q輻-T1T2_Q輻5.6753.6Ft(KJ/h)總蓄熱量Q總=1146705.4KJ100100式中，T1爐膛部的絕對(duì)溫度（Q,1223KT2爐外空氣絕對(duì)溫度（K）,293KF爐門開啟的面積（訛）爐口開啟尺寸1020mrH837mm即面積為0.85m2爐口輻射遮蔽系數(shù)，查參考文獻(xiàn)【2】圖2-16得=0.83t爐門開啟率（為，開爐門時(shí)間設(shè)每小時(shí)3分鐘即Q輻12277.2KJ/hQ溢43743.1KJ/h950200.0543743.1t30.0560將其數(shù)據(jù)代入上式得:輔=12

17、277.2KJ/h7、開啟爐門的溢氣熱損失Q溢Q益VC2t（KJ/h）2式中，v進(jìn)入爐的空氣流量（m/h）C空氣的平均比熱容【KJ/（訛.K）】，為1.4KJ/（WK）T、T2爐子外的溫度，分別為950C和20Ct爐門開啟率，為0.05而V=2200BHH（m/h）,B為爐門寬度（H為爐門開啟高度（m故Q溢2200BHHC丁12丁2t22001.320.837、0.8371.4KJ/h8、其它熱損失Q它Q它=0.5XQ散=22193KJ/h9、爐子每小時(shí)的總熱量支出Q總Q件Q輔Q控Q散Q輻=236930.9KJ/h10、將總熱量換算成計(jì)算功率P計(jì)cQ總236930.9nP十65.8KW3600

18、360011、爐子的裝備功率Ph%K%1.31.5%=1.376X65.8=90.23KW90KW12、電阻爐熱效率的校核Q件127015100%100%0.536%Q總23690一般電阻爐的熱效率為40吮80%故符合要求。13、空爐升溫時(shí)間的校核Q蓄12277.2°”心人升3.78h符合要求。3600志36009014、電阻爐的空載功率展cQ散Q它31704.522193.1.,八心P空14.97KW36003600符合要求六、電熱元件的設(shè)計(jì)（一）、電阻功率的分配因功率為90KW均勻分布在爐膛前后兩個(gè)區(qū)。采用雙星形接線法，供電電壓為380V。（二）、電阻元件材料的選擇選用0Cr25

19、Al5線狀電熱元件（三）、電熱元件的設(shè)計(jì)22193KJ/hQ總236930.9KJ/hP安=90KW53.6%升3.78hP空=14.97KW1、供電電壓和接線供電電壓為三相380V,雙星形聯(lián)接。90P15KW3n32380U2202、確定電熱元件直徑dd34.3P=15KWU=220V39U2W允式中，P元件功率（Kvy,15KWU元件端電壓（V）,220Vt工作溫度下的電阻（Q.mni/m）W允元件的允許表面負(fù)荷率（W/cnri）,查參考文獻(xiàn)【1】表7-4可得：W允=1.6W/cm2其中，t01t（Q.mni/m）式中，0元件在0C時(shí)的電阻率（Q.mm2/m）元件的電阻溫度系數(shù)（1/C）t

20、元件的工作溫度（C）,它比爐子的額定溫度高100200C，此處選為1100Co故t01t1.41410511001.5Q.mm2/m將數(shù)據(jù)代入得:d=6.53mm取d=7mm3、每根電熱元件長度L和總長度L總d=7mmL總=492mM總158.916kg3U2d2L0.78510-3mPt式中，U元件端電壓（V）,220VP元件功率（KVV,24KWd元件線材直徑（mm,7mmt工作溫度下的電阻率（Q.mm2/m）,1.45Q.m/m故L=82mUnL682492mW四三100151.491.6W/cm3，符合要求。dL3.147824、計(jì)算電熱元件的重量M和M總查參考文獻(xiàn)【2】表3-17知，

21、直徑為7mm勺0Cr25Al5電熱元件重量為0.323kg/m,則:M0.3238226.486kgM總626.486158.916kg（四）電熱元件的繞制和布置電熱元件繞制成螺旋狀，均勻布置于兩側(cè)墻及爐底，分為前后兩個(gè)區(qū)，側(cè)墻為16層，爐底為16層。1、爐墻每排電熱元件的展開長度：Li826.83m12每排電熱元件的擱磚長度：L2=36X51/2=918mm電熱元件螺旋直徑D:查參考文獻(xiàn)【2】表3-19選擇D=54即D=W7=35mmLi=6.83m每排電熱元件的圈數(shù):L16.83103吊n62圈D=35mmD3.1435電熱元件螺旋節(jié)距:14.8mm,L2918hn62按h=(24)d校驗(yàn)h:n=62圈h14.8一2.11,符合要求。d72、爐底每排電熱元件的展開長度:82L15.125m16每排電熱元件的擱磚長度:2=943.5mm電熱元件螺旋直徑D:查參考文獻(xiàn)【2】表3-19選擇D5d,即D=35mm每排電熱