箱式電阻爐課程設計

1、<p><b>　　一、設計任務書</b></p><p>　　題目：設計一臺中溫箱式熱處理電阻爐；</p><p>　　爐子用途：中小型零件的熱處理；</p><p>　　材料及熱處理工藝：中碳鋼毛坯或零件的淬火、正火及調(diào)制處理；</p><p>　　生產(chǎn)率：160 kg/h；</p><

2、p>　　生產(chǎn)要求：無定型產(chǎn)品，小批量多品種，周期式成批裝料，長時間連續(xù)生產(chǎn)；</p><p>　　要求：完整的設計計算書一份和爐子總圖一張。</p><p><b>　　二、爐型的選擇</b></p><p>　　根據(jù)生產(chǎn)特點，擬選用中溫箱式熱處理電阻爐，最高使用溫度，不通保護氣氛。</p><p>　　三、確定爐

3、體結構及尺寸</p><p><b>　　1.爐底面積的確定</b></p><p>　　因無定型產(chǎn)品，故不能用實際排料法確定爐底面積，只能用加熱能力指標法。已知生產(chǎn)率p為160 kg/h，按照教材表5-1選擇箱式爐用于正火和淬火時的單位面積生產(chǎn)率p0為</p><p>　　120 kg/(m2﹒h)，故可求得爐底有效面積：</p>

4、<p>　　由于有效面積與爐底總面積存在關系式，取系數(shù)上限，得爐底實際面積：</p><p>　　2.爐底長度和寬度的確定</p><p>　　由于熱處理箱式電阻爐設計時應考慮出料方便，取，因此，可求得：</p><p>　　根據(jù)標準磚尺寸，為便于砌磚，取，如總圖所示。</p><p><b>　　3.爐膛高度的確定&

5、lt;/b></p><p>　　按照統(tǒng)計資料，爐膛高度與寬度之比通常在之間，根據(jù)爐子工作條件，取。</p><p>　　因此，確定爐膛尺寸如下：</p><p><b>　　長 </b></p><p><b>　　寬 </b></p><p><b>

6、　　高 </b></p><p>　　為避免工件與爐內(nèi)壁或電熱元件擱磚相碰撞，應使工件與爐膛內(nèi)壁之間有一定的空間，確定工作室有效尺寸為：</p><p>　　4.爐襯材料及厚度的確定</p><p>　　由于側墻、前墻及后墻的工作條件相似，采用相同爐襯結構，即輕質(zhì)粘土磚， 密度為的普通硅酸鋁纖維氈，級硅藻土磚。</p><p>

7、　　爐頂采用輕質(zhì)粘土磚，密度為的普通硅酸鋁纖維氈，膨脹珍珠巖 。</p><p>　　爐底采用三層輕質(zhì)粘土磚，密度為的普通硅酸鋁纖維氈， 級硅藻土磚和膨脹珍珠巖復合爐襯。</p><p>　　爐門用輕質(zhì)粘土磚，密度為的普通硅酸鋁纖維氈，級硅藻土磚。</p><p>　　爐底隔磚采用重質(zhì)粘土磚，電熱元件擱磚選用重質(zhì)高鋁磚。</p><p>　　

8、爐底板材料選用耐熱鋼，根據(jù)爐底實際尺寸給出，分三塊或者四塊，厚。</p><p>　　四、砌體平均表面積計算</p><p><b>　　砌體外廓尺寸如下：</b></p><p>　　試中 ——拱頂高度，此爐子采用60°標準拱頂，取拱弧半徑，則f可由求得。</p><p><b>　　1.爐頂平均

9、面積</b></p><p><b>　　2.爐墻平均面積</b></p><p>　　爐墻面積包括側墻及前后墻，為簡化計算，將爐門包括在前墻內(nèi)。</p><p><b>　　3.爐底平均面積</b></p><p><b>　　五、計算爐子功率</b></p

10、><p>　　1.根據(jù)經(jīng)驗公式法計算爐子功率</p><p><b>　　由教材式</b></p><p>　　取式中系數(shù)，空爐升溫時間假定為，爐溫，爐膛面積</p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　　由經(jīng)驗公式法計算得</b>&

11、lt;/p><p>　　2.根據(jù)熱平衡計算爐子功率</p><p>　?。?）加熱工件所需的熱量</p><p>　　由教材附表6得，工件在及時比熱容分別為，，根據(jù)式</p><p>　　 </p><p>　?。?）通過爐襯的散熱損失的熱量</p&g

12、t;<p><b>　　I.爐墻的散熱損失</b></p><p>　　由于爐子側壁和前后墻爐襯結構相似，故作統(tǒng)一數(shù)據(jù)處理，為簡化計算，將爐門包括在前墻內(nèi)。</p><p><b>　　根據(jù)式</b></p><p>　　對于爐墻散熱，如圖所示，首先假定界面上的溫度及爐殼溫度，，，，則</p>

13、<p>　　耐火層的平均溫度，硅酸鋁纖維層的平均溫度，硅藻土磚層的平均溫度，層爐襯的導熱率由教材附表3得</p><p>　　。普通硅酸鋁纖維的熱導率由教材附表4查得，在與給定溫度相差較小范圍內(nèi)近似認為其熱導率與溫度成直線關系，由，得</p><p>　　當爐殼溫度為，室溫為是，由教材附表2可得爐墻外表面對車間的綜合傳熱系數(shù)</p><p><b&

14、gt;　　①求熱流 </b></p><p>　?、隍炈憬唤缑嫔系臏囟?lt;/p><p>　　誤差，滿足設計要求，不需要重新估算。</p><p>　　誤差，同樣滿足設計要求，不需要重新估算。</p><p><b>　?、垓炈銧t殼溫度</b></p><p>　　滿足一般熱處理電

15、阻爐表面升溫的要求。</p><p><b>　　計算爐墻散熱損失</b></p><p>　　II.爐頂?shù)纳釗p失</p><p>　　和爐墻散熱損失同理，首先假定界面上的溫度及爐頂殼的溫度，，，。則：</p><p>　　耐火層的平均溫度 ，硅酸鋁纖維層的平均溫度，膨脹珍珠巖層的平均溫度。</p>&

16、lt;p>　　層爐襯的熱導率由教材附表3得：</p><p>　　普通硅酸鋁纖維的熱導率由教材附表4查得，時，。</p><p>　　當爐殼溫度為，室溫為是，由教材附表2可查得爐殼表面對空氣的綜合傳熱系數(shù)。</p><p><b>　?、偾鬅崃?lt;/b></p><p>　　②驗算交界面上的溫度</p>

17、<p>　　，滿足設計要求，不需要重新估算。</p><p><b>　?、垓炈銧t殼溫度</b></p><p>　　滿足一般熱處理電阻爐表面升溫要求。</p><p>　?、苡嬎銧t頂?shù)纳釗p失</p><p>　　III.爐底的散熱損失</p><p>　　假定各層界面的溫度及爐底溫

18、度，，，。則</p><p>　　耐火層的平均溫度，硅酸鋁纖維層的平均溫度，硅藻土磚層的平均溫度。</p><p>　　層爐襯的熱導率同樣可由教材附表3得</p><p>　　普通硅酸鋁纖維的熱導率同樣可由教材附表4由插入法得。</p><p>　　當爐殼溫度為，室溫為是，由教材附表2可得。</p><p><b

19、>　　①求熱流</b></p><p>　?、隍炈憬唤缑嫔系臏囟?lt;/p><p>　　，滿足設計要求，不需要重新估算。</p><p>　　滿足設計要求，不需要重新估算。</p><p><b>　?、垓炈銧t殼溫度</b></p><p>　　滿足一般熱處理電阻爐表面升溫要求。&

20、lt;/p><p><b>　?、苡嬎銧t底散熱損失</b></p><p><b>　　整個爐體散熱損失</b></p><p>　?。?）開啟爐門的輻射熱損失</p><p>　　設裝出料所需時間為每小時6分鐘，根據(jù)教材式</p><p>　　因為，，由于正常工作是，爐門開啟高

21、度為爐膛高度一半，故爐門開啟面積，爐門開啟率。</p><p>　　由于爐門開啟后，輻射口為矩形，且與之比為，爐門開啟高度與爐墻厚度之比為，由教材圖1-14第一條線查得孔口遮蔽系數(shù)，故</p><p>　?。?）開啟爐門溢氣熱損失</p><p>　　溢氣熱損失由教材式得</p><p><b>　　式中，由教材式得</b&g

22、t;</p><p>　　冷空氣密度，由教材附表10得，為溢氣溫度，近似認為</p><p><b>　　(5)其他熱損失</b></p><p>　　其他熱損失約為上述熱損失之和的，故</p><p>　　(6)爐子熱量總支出</p><p><b>　　其中，由教材式得</b&

23、gt;</p><p><b>　?。?）爐子安裝功率</b></p><p><b>　　由教材式</b></p><p>　　其中，為功率儲備系數(shù)，本爐設計中取1.4，則</p><p>　　與標準爐子相比較，取爐子功率為。</p><p><b>　　六、爐子

24、熱效率計算</b></p><p>　　1.正常工作時的效率</p><p>　　由教材式（5-12）</p><p>　　2.在保溫階段，關閉爐門時的效率</p><p>　　七、爐子空載功率計算</p><p>　　八、空爐升溫時間計算</p><p>　　由于所設計爐子的耐火層

25、結構相似，而保溫層蓄熱較少，為簡化計算，將爐子側墻、前后墻及爐頂按相同數(shù)據(jù)計算，爐底由于砌磚方法不同，進行單獨計算，因為升溫時爐底板也隨爐升溫，也要計算在內(nèi)。</p><p><b>　　1.爐墻及爐頂蓄熱</b></p><p><b>　　由教材</b></p><p><b>　　因為</b>&

26、lt;/p><p>　　查教材附表3，經(jīng)計算得</p><p>　　查教材附表3，經(jīng)計算得</p><p>　　查教材附表3，經(jīng)計算得</p><p>　　爐頂珍珠巖按硅藻土磚近似計算，爐頂溫度均按側墻近似計算，所以得</p><p><b>　　2.爐底蓄熱計算</b></p><

27、;p>　　爐底高鋁質(zhì)電熱元件擱磚，近似看成重質(zhì)黏土磚。爐底的復合爐襯按硅藻土計算。</p><p><b>　　由于</b></p><p>　　近似將重質(zhì)磚和輕質(zhì)磚平均溫度看成相等。</p><p>　　差教材附表3，經(jīng)計算得</p><p>　　查教材附表3，經(jīng)計算得</p><p>　

28、　查教材附表3，經(jīng)計算得</p><p><b>　　所以得</b></p><p><b>　　3.爐底板蓄熱計算</b></p><p>　　根據(jù)教材附表6查得和時高合金鋼的比熱容分別為和。經(jīng)計算爐底板質(zhì)量，所以有</p><p>　　因此，綜上可得爐子蓄熱</p><p&g

29、t;　　由教材式得空爐升溫時間</p><p>　　對于一般周期作業(yè)爐，其空爐升溫時間在內(nèi)均可，故本爐子設計符合要求。因計算蓄熱時是按穩(wěn)定態(tài)計算的，誤差大，時間偏長，實際空爐升溫時間應在以內(nèi)。</p><p>　　九、功率的分配與接線</p><p>　　功率均勻分布在爐膛兩側及爐底，組成或接線。供電電壓為車間動力電網(wǎng)。</p><p>　　

30、核算爐膛布置電熱元件內(nèi)壁表面負荷，對于周期式作業(yè)爐，內(nèi)壁表面負荷應在之間，常用為之間。</p><p>　　表面負荷在常用的范圍之內(nèi)，故符合設計要求。</p><p>　　十、電熱元件材料選擇及計算</p><p>　　由最高使用溫度，選用線狀合金作電熱元件，接線方式采用。</p><p><b>　　1.圖表法</b>

31、</p><p>　　有教材附表15查得電熱元件，箱式電阻爐接線，直徑時，其表面負荷為。每組元件長度，總長度，元件總質(zhì)量。</p><p><b>　　2.理論計算法</b></p><p>　　（1）求時電熱元件的電阻率</p><p>　　當爐溫為時，電熱元件溫度取，由教材附表12查得在時電阻率，電阻溫度系數(shù)，則下的

32、電熱元件電阻率為</p><p>　?。?）確定電熱元件表面功率</p><p>　　由教材圖，根據(jù)本爐子電熱元件工作條件取。</p><p>　　(3)每組電熱元件功率</p><p>　　由于采用接法，即兩組電熱元件并聯(lián)后再接成的三相雙星形接法，每組電熱元件功率</p><p>　?。?）每組電熱元件端電壓<

33、;/p><p>　　由于采用接法，車間動力電網(wǎng)端電壓為，故每組電熱元件端電壓即為每相電壓</p><p><b>　?。?）電熱元件直徑</b></p><p>　　線狀電熱元件直徑由教材式得</p><p><b>　　取。</b></p><p>　?。?）每組電熱元件長度和

34、質(zhì)量</p><p>　　每組電熱元件長度由教材式得</p><p>　　每組電熱元件質(zhì)量由教材式得</p><p>　　其中由教材附表12查得</p><p>　?。?）電熱元件總長度和總質(zhì)量</p><p>　　電熱元件總長度由教材式得</p><p>　　電熱元件總質(zhì)量由教材式得</

35、p><p>　?。?）校核電熱元件表面負荷</p><p>　　，結果滿足設計要求。</p><p>　?。?）電熱元件在爐膛內(nèi)的布置</p><p>　　將6組電熱元件每組分為4折，布置在兩側爐墻及爐底上，則有</p><p>　　布置電熱元件的爐壁長度</p><p>　　絲狀電熱元件繞成螺旋狀

36、，當元件溫度高于，由教材表可知，螺旋節(jié)徑，取。螺旋體圈數(shù)N和螺距h分別為</p><p>　　按規(guī)定，在范圍內(nèi)滿足設計要求。</p><p>　　根據(jù)計算，選用方式接線，采用所用電熱元件質(zhì)量最小，成本最低。</p><p>　　電熱元件節(jié)距h在安裝時適當調(diào)整，爐口部分增大功率。</p><p>　　電熱元件引出棒材料選用，。</p>

37、;<p><b>　　電熱元件圖（略）。</b></p><p>　　十一、爐子構架、爐門啟閉機構和儀表圖（略）。</p><p>　　十二、爐子總圖，主要零部件圖及外部接線圖（略），砌體圖（略）</p><p>　　十三、爐子技術指標（標牌）</p><p>　　十四、編制使用說明書（略）</p&g