热处理炉课程设计毕业设计论文Word文档格式.docx
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6.2炉底蓄热计算 11
6.3炉底板蓄热 12
6.4升温时间 12
7电热元件的选用与功率计算 13
7.1功率计算 13
7.2电热元件材料选择及计算 13
7.3理论计算法 13
7.3.1求950℃时电热元件的电阻率ρt 13
7.3.2确定电热元件表面功率 14
7.3.3每组电热元件功率 14
7.3.4每组电热元件端电压 14
7.3.5电热元件直径 14
7.3.6每组电热元件长度和重量 15
7.3.7电热元件的总长度和总重量 15
7.3.8校核电热元件表面负荷 15
7.3.9电热元件在炉膛内的布置 15
I
热处理箱式电阻炉课程设计
1设计任务
设计一台箱式电阻热处理炉。
其技术条件:
用途:
处理对象为20CrMnMo齿轮轴热处理淬火处理;
生产率:
180kg/h;
工作温度:
最高使用温度≤950˚C;
特点:
长时间连续生产;
批量:
每次5件
2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阻炉,不通保护气氛。
3确定炉体结构和尺寸
3.1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底面积,用按加热能力指标法,已知生产率P为180kg/h,从表1查得单位面积生产率PO为120kg/(m2h),故可求得炉底有效面积
F1=P/P0=180/120=1.5m2
表1 各种热处理炉的单位炉底面积生产率PO[kg/(m2*h)]
工艺类别
炉型
箱式
台车式
坑式
罩式
井式
推杆式
淬火正火
一般锻件正火
铸件正火
合金钢淬火
100-120
110-120
80-140 80-
100
90-140
120-150
100-160
80-20
150-180
150-200
120-180
120-140
由于有效面积与炉底面积存在关系式F1/F=0.75~0.85,取0.85,得炉实际面积:
F=F1/0.85=1.67/0.85=1.76m2
3.2炉底长度和宽度的确定
F/0.5
1.76/0.5
由于热处理箱式电阻炉设计时应考虑出料方便,取L/B=2:
1,因此,可求得L= = =1.876m
B=L/2=1.876/2=0.938m
根据标准砖尺寸,为便于砌砖,取L=1.856m,B=0.936m。
3.3炉膛高度的确定
按统计资料,炉膛高度H与宽度B之比H/B通常在0.5~0.9之间,根据炉子工作条件,取H/B=0.7左右,根据标准砖尺寸,选定炉膛高度H=0.707m。
因此,确定炉膛尺寸如下:
长 L=(230+2)×
8=1856mm
宽 B=(120+2)×
4+(65+2)×
2+(40+2)×
2+(114+2)×
2=936mm
高 H=(65+2)×
10+37=707mm
为避免工件与炉内壁或电热元件搁砖相撞,应使工件与炉膛内壁之间有一定的空
15
间,确定工件室的有效尺寸为:
L效=1600mm;
B效=700mm;
H效=500mm。
3.4炉衬材料及厚度的确定
① 由于侧墙,前墙及后墙的工件条件相似,采用相同炉衬结构,即230mm(QN-0.8轻质粘土砖)+114mm(B级硅藻土砖)+80mm密度为250kg/m3的普通硅酸铝纤维毡
② 炉顶采用114mm(QN-1.0轻质粘土砖)+116mm(膨胀珍珠岩)+80mm密度为250kg/m3的普通硅酸铝纤维毡
③ 炉底采用4层轻质粘土砖(67×
4)mm+80mm密度为250kg/m3的普通硅酸铝纤维毡+183mm(A级硅藻土砖+B级硅藻土砖复合炉衬)。
④ 炉门用67mm(QN-1.0轻质粘土砖)+80mm密度为250kg/m3的普通硅酸铝纤维毡+65mm(A级硅藻土砖)。
⑤ 炉底搁砖采用粘土砖,电热元件搁砖选用重质高铝砖。
炉底板料选用Cr-Cu-N耐热钢,根据炉底实际尺寸给出,分四块,厚度20mm。
4砌体平均表面积计算
4.1砌体外廓尺寸
L外=L+2×
(116+80+116)=2480mm;
B外=B+2×
(116+80+116)=1560mm;
H外=H+f+(116+80+116)+67×
4+50+183=707+135+307+268+50+183=1645mm。
式中:
f---拱顶高度,此炉子采用60˚标准拱顶,取拱弧半径R=B,则f=R(1-cos30˚)求得f=936×
(1-cos30°
)=125。
再在炉外廓外面加一层厚为5mm的钢板来保护炉子,但其尺寸不包括在计算数据
之内。
4.2炉底的平均面积
F顶内=(2πR/6)×
L=[(2×
3.14×
0.936)/6]×
1.856=1.818㎡;
F顶外=B外×
L外=1.56×
2.48=3.8688㎡;
F顶内F顶外
F顶均= =
1.818*3.8688=2.652㎡。
4.3炉墙平均面积
炉墙平均面积包括侧墙及前后墙,为简化计算将炉门包括在前端墙内。
F墙内=2HL+2BH=2H(L+B)=2×
0.707×
(1.856+0.936)=3.948m2;
F墙内F墙外
3.948*13.284
F墙外=2H外(L外+B外)=2×
1.644×
(2.48+1.56)=13.284m2F墙均= = =7.242m2。
4.4炉底平均面积
F底内=B×
L=0.936×
1.856=1.737㎡
F底外=B外×
2.48=3.869㎡;
F底内F底外
1.737*3.869
F底均= = =2.592㎡。
5计算炉子功率
5.1根据经验公式计算炉子功率[1]
P安=Cτ‐0.5升F0.9(t/1000)1.55
其中C=30,空炉升温时间假定为τ为4小时,炉温为950度。
C—系数,热损失大的炉子,C=30-35;
热损失小的炉子,C=20-25。
单位为[(kw·
h0.5)/(m1.8·
℃1.55)]这种方法适用于周期作业封闭式电阻炉。
炉膛内壁面积=2×
(L×
H)×
(B×
H)+L×
B+2πB60/360L=7.503㎡所以
=15×
6.1335×
0.9236=84.97KW
由经验公式计算法的P安≈85kw
5.2根据热平衡计算炉子功率
5.2.1加热工件所需的热量Q件
查表5.1得,工件在950℃及20℃时比热容分别为C件2=0.636KJ/(kg·
℃),C
件1=0.486KJ/(kg·
℃)。
化学成分
[重量分数(%)]
表5.1低合金钢的平均比热容
在不同温度下的平均比热容(kj·
kg-1·
℃-1)
C
Mn
Ni
Cr
50~100
℃
250~300
550~600
650~700
750~800
850~900
0.23
1.51
0.477
0.544
0.741
0.837
0.821
0.536
0.34
0.69
3.53
0.78
0.486
0.557
0.770
1.051
0.636
0.32
0.494
0.552
0.934
0.574
Q件=P(C件2×
t1-C件1×
t2)=180×
(0.636×
950-0.486×
20)=107006.4KJ/h
5.2.2通过炉衬的散热损失Q散
由于炉子侧壁和前后炉衬结构相似,故作统一数据处理,简化计算,将炉门包括在前墙内,
Q散=(t1-tn+1)/∑(si/λiFi)[3]
对于炉墙散热,如图,首先假定界面上的温度及炉壳温度,t'2墙=825℃,t'3墙
=560℃,而知t'4墙=60℃,则:
轻质耐火砖
硅藻土砖 耐火
纤维
5.1 炉墙结构示意图
耐火层s1的平均温度ts1均=(950+825)/2=887.5℃;
硅藻土砖层s2的平均温度ts2均=(820+560)/2=692.5℃;
硅酸铝纤维层s3的平均温度ts3均=(560+60)/2=310℃。
s1,s2层炉衬的热导率由表5.2查得
表5.2 热处理炉常用耐火材料和保温材料
材
和
料
耐火度
荷重
软化
耐压
强度
密
使 用
密度
牌
号
kg•cm-2
热导率(W•m-1•℃-1) 温度℃
g•cm-3
轻
质
最 高
粘土砖
QN—1
硅藻砖B级膨胀珍珠岩
1670 1650 30 1.0 0.29+(0.256/1000)t 1300
5.5 0.131+0.23/1000)t 900
0.31 0.04+(0.22/1000)t 1000
λ1=0.29+(0.256/1000)ts1均=0.29+(0.256/1000)*887.5=0.482W/m℃;
λ2=0.131+(0.23/1000)ts3均=0.131+(0.23/1000)×
692.5=0.290W/m℃;
普通硅酸铝纤维的热导率由表5.3查得,在与给定温度相差较小范围内近似认为其热导率与温度成线性关系:
由ts2均=310℃,得λ3=0.084W/m℃。
表5.3 普通硅酸铝纤维的热导率(W/m℃)温 度
400
700
1000
0.058
0.116
0.21
0,337
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