1、數(shù)據(jù)及結(jié)果試驗(yàn)設(shè)計(jì)及計(jì)算、設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)要求：1、叮50 800碳鋼淬火用爐中溫淬火爐；2、最高使用溫度900E，生產(chǎn)率70Kg h ;3、畫出總裝圖、畫出爐襯圖、爐殼圖、電熱元件圖二、爐型的選擇因?yàn)楣ぜ牧蠟樘间摚瑹崽幚砉に嚍榇慊穑瑢?duì)于碳鋼最高溫度為 900r，選擇中溫爐（上限900r）即可，同時(shí)工件為圓棒長軸類工件, 因而選擇井式爐，并且無需大批量生產(chǎn)、工藝多變，則選擇周期式作業(yè) 綜上所述，選擇周期式中溫井式電阻爐，最高使用溫度900C。三、爐膛尺寸的確定1、爐膛有效尺寸（爐底強(qiáng)度指標(biāo)法）1.1確定爐膛有效高度H由經(jīng)驗(yàn)公式可以得知，井式爐爐膛有效高度H應(yīng)為所加熱元件（或 者料筐）的長度的基礎(chǔ)

2、上加0.10.3m。H 效=800+300=1100mm由于電阻爐采用三相供電，放置電熱元件的擱磚應(yīng)為3n層，H 砌=1072mmH 砌=3nx （65+2）+67,取整后取 n=5,得 H砌=1072mm1.2確定爐膛內(nèi)徑D工件尺寸為120X 1700,裝爐量每爐9根，生產(chǎn)率245.3 kg /h,對(duì) 長軸類工件，工件間隙要大于等于工件直徑；工件與料框的間隙取100200 。D 砌=900mmD 料=4 X 120 X ' +120+2 X ( 100200) =9991199,取 D 料=1000D砌比D效大100mm至300mm取D砌 =1350mm查表得可用砌墻磚為8SL 42

3、7 446(A,B,R,r)=(168,190.8,765,675)型輕質(zhì)粘土扇形磚。由該磚圍成的爐體的弧長為S=二 D砌=3.14 X 1350=4239mm磚的塊數(shù)為：4239十168=25.2塊，取整后N=25對(duì) D進(jìn)行修正得：D砌=25X 168-3.14=1350mm 取 1350mm 選用代號(hào)為SND-427-09的扇形擱磚每層擱磚數(shù)目為N=：D砌十50=84.78，取整為84塊。1.3爐口直徑的確定D 效=1350mm,由于斜行楔形磚。D 爐口 =660mmH 爐口 =231mmd=100200mm取 d=140mm則：D 爐口 =D 砌一2d=1070號(hào)磚型為 8SL ?427

4、 ?414(A,B,R,r)=(166,196,640,550)查表可以直接得到 D=1070mm,N=20塊2)號(hào)磚型為8SL ?427 ?498斜型楔形磚二 D 爐口 = (74+2) N,將 D 爐口=1070mm 代入，得 N=44.2,取整后 N=44。1.4爐口高度的確定按經(jīng)驗(yàn)，爐口可由斜行楔形磚和三層直行磚堆砌而成。故 H 爐口 = (65+2)X 3+30=231mm綜上所述：D砌=1350mm H砌=2077mm D 爐口=1070mm，H 爐口 =231mm四、爐體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)爐體包括爐壁、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)

5、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) 耐火、隔熱保溫材料的使用溫度不能超過允許溫度，否則會(huì)降 低使用壽命；(4) 要保證爐殼表面溫升小于 50 C,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。1爐壁設(shè)計(jì)爐壁厚度可采用計(jì)算方法確定，下圖為井式爐爐壁三層結(jié)構(gòu)，第I層為耐火層，其厚度一般為90mm,采用輕質(zhì)粘土磚RNG-0.6; 第U層為耐火纖維層，其厚度設(shè)計(jì)為40mm,采用普通硅酸鋁纖維； 第川層為保溫層，采用膨脹蛭石+硅藻土磚，其厚度

6、可用計(jì)算求得。t1=950CS1=0.09mS2=0.4mt4=60 Ct0=20 C“=12.17w mV'C q = 486.8w m2E -i p-lll T-l4! J -ma - w 1 *！ *- rai.1 - SI SB q Ts4n*!flM *",!'«*! r4<aT!l'«n*!fl lipm ！ i-l二二M.ll* hlrmllH-BMB J t0.IT-1 m«r<u J s - w 3 J - a -t23AL T451 rr# - - 4 u -l-Fladlw : ” : !w:a_

7、三層爐襯結(jié)構(gòu)在穩(wěn)定傳熱時(shí)，對(duì)各爐襯熱流密度相同。q二t4-t。查表得，爐壁溫度 60C,室溫 20C是12.17w mVc，所以 q =486.8w. m2RNG-0.6型輕質(zhì)粘土磚：密度 -600kg m3熱導(dǎo)率 i =0.165 0.19 10”t 均 w mfc比熱容 G =0.836 0.263 10“t均 KJ KgJc硅酸鋁纖維：密度二 1 =120kg m3熱導(dǎo)率 為=0.032+0.21（10t均）2w/（mfC ）比熱容 C2 =1.1Kj/（KgLfC ）膨脹蛭石粉：t2=764.4C密度幾=250 kg m3熱導(dǎo)率 乜=0.077 0.25 10J3t均w mLC比熱容C

8、3 ".6573KJ K占C由 t2一 20（0.5砧2 乙一 qSJb1165.。估 2 0.19 10"5 0.19 " 9002=7644C使用迭代法計(jì)算t2,設(shè)t2=660C。貝 1 =0.165 0.19 10 900764.4 =0.323wC0.19 100.165 900 -488 0.09)2.丄 660 +764.4 2ic 、2 =0.032 0.21(3) =0.138w mtC2漢103 =0.0770.25 10； 66： 60 =0.167 w m?C叱=764.4 -48如器=623.8七t3=618.2C不滿足要求再次代入迭代:2

9、 103'2 =0.032 0.21 (6238 警4)2 =0.133w mL；C= 0.0770.25 10a 623.860= 0.162w mfCS3=186mm6238 6182 100% =0.9% <5%滿足條件623.87032 0.21(764.4 618.22 103)2=0.132w mC= 0.0770.25 10S33618.260=0.162 w mC0.132(764.4 -618.2)486.8=0.186m 取 186mm。2、爐底的設(shè)計(jì)爐底結(jié)構(gòu)通常是在爐底殼部的鋼板上用珍珠巖磚或硅藻土磚砌成 方格子，各格子中填充蛭石粉。然后，在平鋪兩層硅藻土磚

10、，最上面為 一層輕質(zhì)粘土磚。爐底磚的厚度尺寸可參照爐壁的厚度尺寸，一般為 230690mm。 由于要承受爐內(nèi)工件的壓力，且裝出爐有沖擊的作用。故爐底板要求又 較高強(qiáng)度。爐底剖面結(jié)構(gòu)如下圖：出nI由底至上，第一層為膨脹蛭石粉和硅藻土磚復(fù)合層， 第二層為硅藻 土磚，第三層為輕質(zhì)粘土磚。結(jié)構(gòu)：厚度/mm材料：砌磚型號(hào)：I115膨脹蛭石粉+ 硅藻土磚B級(jí)BSL 427 280n134硅藻土磚B級(jí)BSL 427 28067輕質(zhì)粘土磚RNG-1.0RNG-1.03、爐蓋的設(shè)計(jì)爐頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)有平頂、拱頂和懸頂三種。當(dāng)爐子的寬度為 6003000mm時(shí)，可采用拱頂，拱角可用 60°和90°,其

11、中使用最多 的是60°，這種拱頂稱為標(biāo)準(zhǔn)拱頂。拱頂是爐子最容易損壞的部位， 拱頂受熱時(shí)耐火磚發(fā)生膨脹，造成砌拱頂時(shí)，為了減少拱頂向兩側(cè)的壓 力，應(yīng)盡量采用輕質(zhì)的楔形磚與標(biāo)準(zhǔn)直角磚混合砌筑。第層第二層爐蓋結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)厚度/ mm材料型號(hào)第一層85普通硅酸鋁纖維第二層115輕質(zhì)粘土磚RNG-0.6BSL 427 443設(shè)計(jì)條件：爐膛溫度950T，殼體溫度60r，室溫20C 上層采用普通硅酸鋁纖維，下層用輕質(zhì)粘土磚。爐殼采用5mm厚 的Q235鋼板，爐 底選用8mm厚的 鋼板4、爐殼的設(shè)計(jì)爐殼的尺寸取決于爐子砌體的尺寸，爐子的砌體包在爐殼之內(nèi)。爐 體框架要承受砌體和工件的重量以及工作時(shí)所產(chǎn)生

12、的其它附加外力。 因 此，框架要有足夠用的強(qiáng)度，框架和爐殼一般通過焊接成型，構(gòu)成整個(gè) 整體，以保證強(qiáng)度和密封性的要求。爐殼一般用35mm的Q235鋼板，爐底用68mm的厚板，井式爐爐殼圈一般用6.3或7號(hào)角鋼制作。綜上所述，爐殼采用5mm厚的Q235鋼板，爐底選用8mm厚的鋼 板，爐殼圈選用三根7號(hào)角鋼均勻分布，兩根7號(hào)角鋼橫向分布，爐底 五根槽鋼通過焊接而成。五、電阻爐功率的確定電阻爐的功率大小與爐膛容積、爐子結(jié)構(gòu)、爐子所要求的生產(chǎn)率和 升溫時(shí)間等因素有關(guān)。確定爐子的功率需要綜合考慮各方面的要求，本4Q件=4.23 10 KJ次設(shè)計(jì)采用理論計(jì)算的方法計(jì)算電阻爐的功率。Q夾=0理論計(jì)算發(fā)是通過

13、爐子的熱平衡計(jì)算來確定爐子的功率。其基本原 理是爐子的總功率即熱量的吸收，應(yīng)能滿足爐子熱量支出的總和。 熱量 的支出包括：工件吸熱量 Q件、工件夾具吸熱量Q夾、爐襯散熱量Q散、 爐襯蓄熱量Q蓄、爐門和縫隙溢氣熱量q溢、爐門和縫隙輻射散熱量Q輻、 其他熱損失q它等。1加熱工件的有效熱量Q件=5.25h=70 (950 0.6789 -20 0.4939) =4.23 104 KJ h2、工件夾具吸熱量Q夾因本次所設(shè)計(jì)正火爐不需使用夾具，故Q夾=03、通過爐襯的散熱損失Q散因?yàn)闋t頂、爐底散熱一個(gè)較多，一個(gè)較少，因而在計(jì)算中將爐頂、 爐底簡化成與爐壁散熱情況一樣。tl -to"3. SS3

14、13.6'l Fm1' 2Fm2 ' 3 Fm3JF3 t = 0.323w m'C2=0.132w 卅C3=0.162w 止C0.165 0.19 10° 900 -764.4 =o.323w mL：CF =1ml -21+(D砌 + 2SJ(H砌 +2 )+=5.61m2Q散二 1.47 104 KJ h_ 1F m2 =2!h（D砌 + 2S）（H砌+2S ）+2兀 P砌 *2汩 +n（D 砌+ 2S! +2S2）（H 砌+ 2S +2S2 ）+2 兀 D 砌+ 2S 十2$）!n（D砌 + 2S +2S）（H砌 + 2S +2S 片2兀（D砌

15、+ 2S +2£=6.99m2Fm3=2応（D 砌* 2S1 *2S2 +2S3）（ H 砌* 2S *2S2 *2S3 ）+c|ZD砌+ 2S1+2S2+2S3：2兀Iri2'2=9.99m2F3=：（D砌 2 2S2 2$） H砌 20 2S2 2S3 +=12.53m22 二 D 砌 2S 苓 2S3950-200.040.1860.090.314 5.61 0.149 6.99 0.17 9.99 12.17 12.533.6=1.47 1 04 KJ h4、爐襯材料蓄熱量Q蓄爐襯材料的蓄熱量是指爐子從室溫升到工作溫度整個(gè)砌體所吸收 的熱量。計(jì)算式為：Q蓄=V 

16、9;（C2t2 -砧）第 I 層：亍=600Kg m3;=1.055KJ （KgLC）;o （900 +764 4C2 =0.836 0.263 10900764.4C2 =0.836 0.263 10” 20=0.841KJ （KgL；C）;y =（h 23）-3= 1.269 -0.767 = 0.502mQ蓄1 = 0.502 漢 600 卩64.4+900 匯 1.068 20 疋 0.841 = 2.626 疋 105 KJ/hQ蓄二3.9 105KJ h第 U 層：r =120Kg m3 ; G 二 C2 =1.1KJ (KgL：C)；V1 =(H 2S 2S2)二fD +2S 使

17、22-(H 20)二3=1.586 1.269 =0.317mQ蓄2 =0.317 X120 |764.4+618.2 X1.1 20X1.1 =2.8仆104 Kj/h第川層：t = 250 Kg m3, G 二 C2 = 0.66 KJ (KgL：C)V1 =(H 2S 2S,2E)二D 23 2S2 2$2(H +20+25)5D 十2S1 十爼)Q 輻=4977 KJ h=3.494 -1.586 =1.908m3Q蓄3 =1.908 漢25060+618.2 x 0.66 20 漢0.66 = 1 漢 105 Kj/hQ溢工 1.39 104 KJ hQ蓄二Q蓄i Q蓄2 Q蓄3 =

18、3.9105kj h5、開啟爐門的輻射熱損失 Q輻TiQ輻二5.6751100丿1100丿 j3.6FPTt其中：F爐門開啟的面積：一宀普2二 0.34m2Q 它=9000 KJ hQ總=8.49 104 KJ h門一爐口輻射遮蔽系數(shù):I OQdL = 231 =0.35，查表可知:D 660=0.76汽爐門開啟率:-0.05 ;代入上式計(jì)算得：Q輻=4977 KJ h6、爐子開啟時(shí)溢氣的熱損失Q溢Q 溢=0.5VC （tt?）汽其中：V=2200二 rSR，V-2200- I 2丿仇2丿 *Q溢二0.5 432 1.4(90020) 0.05 =1.39 104 KJ h7、其它散熱Q它一般

19、如下估算：Q它二(0.51.0)Q散則：Q它=1.47 104 0.6 =9000 KJ h8電阻爐熱損失總和Q總Q總=Q件Q散Q輻Q溢Q它二8.49 104 KJ h9、計(jì)算功率及安裝功率8.49 1043600= 23.57 Kw卩安=35Kw-62.4%升 -3.09h安裝功率應(yīng)大于穩(wěn)態(tài)時(shí)計(jì)算功率P安二kP周期作業(yè)爐k取1.3到1.5之間得：瑕=23.57 氣 1.31.4)取：啓=35Kw六、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算1、電阻爐熱效率件-一件 100%=49.8%Q總般電阻爐的熱效率為40%80%，滿足要求2、電阻爐的空載功率電阻爐的空載功率是指空爐在最高工作溫度并穩(wěn)定狀態(tài)下所消耗 的功率，又稱

20、為空爐損失。用下式計(jì)算：Q散+Q它3600=6.58Kw18.8%P空值越小越好，一般為爐子總功率的15%25%，滿足要求。3、空爐升溫時(shí)間空爐升溫時(shí)間是指在額定電壓下，經(jīng)過充分干燥、沒有裝料爐的電 阻爐從冷態(tài)加熱最高工作溫度所需的時(shí)間。空爐升溫時(shí)間:=3.09h3600F安七、功率分配與接線方法（一、）功率分配為了使?fàn)t膛溫度均勻或工藝要求分區(qū)分布爐溫，需要將溫度分布在 爐內(nèi)的各個(gè)部分。井式爐功率大于75Kw是要考慮分區(qū)，H/ D大于1也要分區(qū)。綜上所述，本次設(shè)計(jì)電阻爐不分區(qū)。（二、）供電電壓與接線方法電阻爐的供電電壓，除少數(shù)因電熱元件的電阻溫度系數(shù)太大或要求 采用低電壓供電的大截面電阻板外，

21、一般均采用車間電網(wǎng)電壓，即220V 或 380V。電熱元件的接線，應(yīng)根據(jù)爐子的功率大小，功率分配等因素來決定。 因爐子功率為35Kw，即可采用三相380V星形，也可采用三角形 接法。綜上所述，本次設(shè)計(jì)采用0Cr25AI5電熱體材料，三相380V星形 接法。八、電熱元件的設(shè)計(jì)選用0Cr25AI5線狀電熱元件，電壓 380V。1、供電電壓和接線選用三相380V、星形接法p=fk=西=11.7 ( KW )3n 3選用0Cr25AI5線狀電熱元件，電 壓 380V。不分區(qū)，采用星 形接法P=11.7KwU=220VW允二 1.56W / cm3d=5mmL=55.6mmL 總=166.8mM 總=2

22、3.18kg380= 220( V)2、確定電熱元件的單位表面功率因爐膛最高溫度不超過900 C ,結(jié)合選材0Cr25AI5查表得W允=1.56W / cm33、確定元件尺寸P2Pt d =34.3 32 tD=20mmU2W允pt = P0(1 +5t)= 1.4 (1+410x1050)1.460|_mm2 /m代入上式得d=4.74mm 取d=5mmL =0.785 10-3U2d2P?t= 0.785 10 *2202 5211.7 1.46=55.6mh=15mm選SND- 724 號(hào)套管用018L 總=門L=3X 55.6=166.8 ( m)皿總=0.139 X 166.8=23

23、.18 kg2W =10 P 100 11.7=1.34w cm3 ：1.56w cm3 符合要求 兀 4、電熱元件的繞制和布置電熱元件繞制成螺旋狀，布置安裝在爐膛爐壁上，每5排串接成一相。每排電熱元件的展開長度：L 折=55.6 r 5 = 11.12m每排電熱元件的擱磚長度：L =(D 砌-60) -25 = 2612mm電熱元件螺旋直徑：螺旋直徑 D = 4 6 d取:D = 4d = 4 5 二 20mmL折N =折n：D111203.14 20= 177 圈螺旋體圈數(shù)N和螺距h分別為:選用型號(hào)WRN-121的鎳鉻- 鎳硅熱電偶h =L =14.76mm 取 h=15mmN152 <=3 v 4，滿足h = （24的要求。