1、中溫井式電阻爐設計目錄一、設計任務1、專業課程設計題目12、專業課程設計任務及設計技術要求1二、爐型的選擇1三、爐膛尺寸的確定11 、爐膛有效尺寸 （排料法）11.1 確定爐膛內徑D 11.2 確 定 爐 膛 有 效 高 度H 21.3 爐口直徑的確定21.4 爐口高度的確定3四、爐體結構設計31、爐壁設計32、爐底的設計53、爐蓋的設計64、爐殼的設計7五、電阻爐功率的確定71、爐襯材料蓄熱量 Q蓄7 82、加熱工件的有效熱量Q件 9103、工件夾具吸熱量Q夾通過爐襯的散熱損失散 105、開啟爐門的輻射熱損失Q輻 126、爐子開啟時溢氣的熱損失Q溢 127、其它散熱Q它138、電阻爐熱損失總

2、和Q總 139 、計算功率及安裝功率13六、技術經濟指標計算131、電阻爐熱效率132、電阻爐的空載功率143、空爐升溫時間14七、功率分配與接線方法141 、功率分配142 、供電電壓與接線方法14八、電熱元件的設計151、I 區152. II 區163. 電 熱 元 件 引 出 棒 及 其 套 管 的 設 計 與 選擇 184. 熱 電 偶 及 其 保 護 套 管 的 設 計 與 選19參考書目、設計任務1、專業課程設計題目：中溫井式電阻爐設計2、專業課程設計任務及設計技術要求：1、$90 X 1000中碳鋼調質用爐.2、每爐裝16根3、畫出總裝圖4、畫出爐襯圖5、畫出爐殼圖（手工）6、畫

3、出電熱元件圖7、寫出設計說明書二、爐型的選擇因為工件材料為$90 X 1000 中碳鋼調質用爐對于中碳鋼調質最高溫度為 870+（3050） C,所以選擇中溫爐（上限950 C）即可，同時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、工藝多變，則選擇周期式作業。綜上所述，選擇周期式中溫井式電阻爐，最高使用溫度950 C。三、爐膛尺寸的確定1、爐膛有效尺寸（排料法）1.1確定爐膛內徑D工件尺寸為090 X 10,裝爐量為16根，對長軸類工件，工件間隙要大于或等于工件直徑；工件與料筐的間隙取 100200mm 。爐膛的有效高度 150250mm 排料法如 圖所示則：根據幾何關系，每根

4、工件最小距離取 90mm，則可以計算出D= 2 X 90 X d=890mmD 效=d+2 X 100 200=1100又因爐壁內徑比料筐大 200300mm故取：D砌=1500mmD 效=1100mm查表得可用砌墻磚為BSL 427 467 (A=168,B=190.8,R=765,r=675)型輕質粘土扇形磚。D 砌=1500mm由該磚圍成的爐體的弧長為:S= D=3.14 X 1500=4710mm磚的塊數：磚的塊數為：4710 - 168=28.04 塊，取整后N=28N=22對 D 進行修正得：D 砌=28 X 168 - 3.14=1500mm,修正后：取 D砌=1500mmD 砌

5、=1500mm1.2確定爐膛有效高度H由經驗公式可以得知，井式爐爐膛有效高度 H應為所加熱元件（或者料筐） 的長度的基礎上加0.10.3m。H 效=1000+200=1200mmH= H 效+250=1450mm由于電阻爐采用三相供電，放置電熱元件的擱磚應為3n層，擱磚21層H 砌=3n X (65+2)+67,n=6.88. 取整后取 n=7再將n=7代入上式，得 H砌=1474mmH 砌=1474mm選用代號為SND-427-09 的扇形擱磚每層擱磚數目為N= D砌十50=94.2，取整為94塊。每層擱磚數目：擱磚總數n=94 X 21=1976 塊N=941.3爐口直徑的確定擱磚總數D效

6、=110mm，由于爐口用斜行楔形磚 n=1976 塊故有，D效=74 X N 將D效=1100mm 代入，得N=46.7，取整后N=47 ,再將n=47代回上式，則得到 D爐口 =1107mm 。扇形磚選擇8SL 0 427.077D 爐口 =166 X N至UD爐口得 D=20.8 取=21=1107mm o1.4爐口高度的確定N=21按一般的設計原則，爐口可由斜行楔形磚和 2層直行磚堆砌而成。故 H 爐口 = (65+2 ) X 3+32=233mmH 爐口 =233mm四、爐體結構設計爐體包括爐壁、爐底、爐蓋、爐殼幾部分。爐體通常用耐火層和保溫層構成，尺寸與爐膛砌筑尺寸有關。設計時應滿足

7、下列要求：(1 )確定砌體的厚度尺寸要滿足強度要求，并應與耐火磚、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間，在滿足強度要求的前提下，應盡量選用輕質耐火材料；(3)耐火、隔熱保溫材料的使用溫度不能超過允許溫度，否則會降低使用壽命；(4 )要保證爐殼表面溫升小于 60 C,否則會增大熱損失，使環境溫度升高，導致勞動條件惡化。1、爐壁設計爐壁厚度可采用計算方法確定，下圖為井式爐爐壁二層結構，第I層為耐火層，其厚度一般為 90mm，采用輕質粘土磚RNG-0.6 ;第U層為B級硅藻土磚+耐火纖維，其厚度取標準磚115 mm ，第川層為保溫層，采用B級硅藻土磚架構中間填充礦渣棉，其厚度設

8、計為xmm。在穩定傳熱時，對各爐襯熱流密度相同。根據課本的公式結合查表，可得：Si 90mm兩層爐寸S2=115q=(t3-t0)，由設計參考書溫升50 C,則爐壁溫度 60 C,室溫20 C是a? =12.17W/(m 2*C)所以 q=1217 x40=486.8 w/(m 2*C)RNG-0.6型輕質粘土磚：!to =20 C密度!600 kg m3 ；熱導率 i 0.165 0.19 103t均 w m；C ;比熱容C1 0.836 0.263 10 3t均 KJ KgC 。硅酸鋁纖維密度 p2=120 kg/m 3;熱導率入2=0.032+0.21X( 10 3t 均)*2W/(m*

9、 0C);比熱容 C2=1.1KJ/(kg*0C)。1f由t2 b 1 12 2$(0.5中12占qSJ代入數據得：12332t2 o.23X0.001 165 2.165 2 0194 10(.5 o.194 10 950 0165 950 .09 64150)=820 CAm=0.032+0.21X (820+50 ) / 2 X 1000*2=0.0727w/ m. CS2=1 /486.6 X 0.0727 X (820-60)=113.5mm取 S2=115mm2、爐底的設計爐底結構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t3=60 C t1 =950 Ct2 =8

10、20 C格子中填充蛭石粉。然后，在平鋪二層重質粘土磚。I II *1 *t3=60 C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度。由底至上，第一層為膨脹蛭石粉和硅藻土磚復合層，第二層，第三層為重粘土磚。結構：厚度/ mm材料：砌磚型號：I115膨脹蛭石粉+硅藻土磚B級BSL 427 -280n67重粘土磚RNG-1.3BSL -427 -01367重粘土磚RNG-1.3BSL - 427 - 013S2=1153、爐蓋的設計爐頂的結構有平頂、拱頂和懸頂三種。當爐子的寬度為6003000mm 時, 可采用

11、拱頂，拱角可用60。和90。，其中使用最多的是60。，這種拱頂稱為 標準拱頂。拱頂是爐子最容易損壞的部位，拱頂受熱時耐火磚發生膨脹，造成砌 拱頂時，為了減少拱頂向兩側的壓力，應盡量采用輕質的楔形磚與標準直角磚混 合砌筑爐蓋結構圖設計條件：爐膛溫度950 C,殼體溫度60 C,室溫20 C上層采用普通硅酸鋁纖維，下層用輕質粘土磚。結構厚度(mm)材料型號第一層180普通硅酸鋁纖維第二層115輕質粘土磚BSRNG-0.6 427 444、爐殼的設計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。爐體框架要 承受砌體和工件的重量以及工作時所產生的其它附加外力。 因此，框架要有足夠 用的強度

12、，框架和爐殼一般通過焊接成型，構成整個整體，以保證強度和密封性 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號角鋼均勻分布，兩根7號角鋼橫向分布，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、爐子結構、爐子所要求的生產率和升溫時間 等因素有關。確定爐子的功率需要綜合考慮各方面的要求，本次設計采用理論計 算的方法計算電阻爐的功率。理論計算發是通過爐子的熱平衡計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，應能

13、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。先預估算功率P古，采用爐膛面積法，P古=50 D砌H砌=110.55kw1、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砌體所吸收的熱量。計C)7算式為:Q壁I.4746000.84 2-0.752 8209501.068 - 200.8471 2Q蓄V (C2t2 C1t1)第I層：600 Kg . mC20.8360.26310 3C20.8360.26310 3V1H22213 .20=

14、0.8417 KJ (Kg|：C)；950 820 =1.068kj (Kgj=369103.42KJV2H23120120Kg m3 ; Ci0.9552C21.1KJ (Kg|：C)；0.84 282060 - 201.11.4742=52994.7KJQ 爐寸=Q1+Q2=369103.42+52994.7=422098.12KJ簡化計算爐底蓄熱:Q爐寸=4.22105KJr 29010 36009508201.068200.84172把 r=750 代入得：Q 蓄 1=114456.9KJr 211510 312020 1. 1820 60 , 1. 12把 r=750 代入得：Q 蓄

15、 2=14556.59KJQ 蓄=Q 1+Q 2=129032.56KJ簡化爐頂的蓄熱量Q 蓄（頂）=Q 蓄（底）=129032.56KJQ 總蓄=Q 爐寸 +Q 蓄（底）+Q 蓄（頂）=422098.12+129032.56+129032.56Q總蓄6.8105 KJ=680163.24KJ2、加熱工件的有效熱量Q件估算空爐升溫時間:680163.243600P =3600110.551.71h則估計取整2小時，工件升溫時間用經驗公式工件直徑1min 得到工/mm件升溫時間取1.5小時，保溫時間0.5小時，裝爐時間0.3小時。則： =2+1.5+0.5+0.3=4.3h工件重量：G PVN

16、16793. 9434. 31.71h2097. 8 103793.943kg184. 637185 kg h取2小時4.3Q 件 g 件(C2t2 C1t1)G=793.9kg= 1859500.6789 - 200.4939148771.39 KJ h3、工件夾具吸熱量Q夾因本次所設計正火爐不需使用夾具，故 Q夾=0Q牛1.48105 KJ4、通過爐襯的散熱損失Q散散熱損失就是爐膛內熱量通過爐墻、爐頂、爐底散發到車間的熱損失。因為爐頂、爐底散熱一個較多，一個較少，因而在計算中將爐頂、爐底簡化 成與爐壁散熱情況一樣。在爐襯傳熱達到熱穩定的情況下，通過爐壁的散熱損失, 可參考下圖，按照下式計算

17、。1nD再* n T譏工汁工.!- 門.工A;*;:-:1飛爐襯蓄熱情況簡化計算圖tl toSi1F miS23. 6先求出各層爐墻材料的平均熱導率:10.165 0.19 10 3 950 82020.333 w m|c0. 0320. 212820 202 1030. 06904 Wm0 C各層爐墻的厚度S列出如下:S10. 09m; S20. 115m是爐殼外表面對空氣的綜合傳熱系數%2 C通過查表得=12.2Fm是各層平均面積，其公式如下所示，代入數據得:Fo10. 165m2 ；Fi2S1 H 砌2S12D砌 2S112.809m2 ；F22S12S2 H 砌2S1 2S222S12

18、S2216. 633m2Fm1丁11.487m2 ；F1F2214. 721m2公式中t是爐膛和室溫t1950 C , t020 C將以上數據代入求Q散，所示如下:950 20Q散 3. 60. 090. 11510.33311.4870.06914.72112.216.633得 Q 散=23632KJ5、開啟爐門的輻射熱損失Q輻計算公式如下：44T1T2Q 輻 5.67513.6F t100100與T2分別是爐膛內部和爐外空氣的絕對溫度（K）;21 11 2F爐門開啟的面積：F0.95m22爐口輻射遮蔽系數：L233-0. 2018，查表可知：0.83D 11100. 3t 爐門開啟率：t,

19、 c 0.069764. 3將以上數據代入公式計算得：Q畐21923KJ6、爐子開啟時溢氣的熱損失Q溢計算公式如下：Q 溢 VC Jt7Q散23632KJ其中：V 2200 rVR ;0. 34.30.06976 ；2200220021. 111.11一22 1.111.112一21.40.5950200.0697658177.96 KJ7、其它散熱Q它21923KJ一般如下估算：Q它（0.51.0）Q散貝U: Q它0.62363214179.2 KJ8、電阻爐熱損失總和Q總Q總Q牛0散QsQ益。它266683.55K J9、計算功率及安裝功率P十C總、69.229KW計3600安裝功率應大于

20、穩態時計算功率P安kP周期作業爐k取1.3到1.5之間。5.8104 KJ得：F安69.2291.31.5 KW 取 P安90KW:六、技術經濟指標計算1、電阻爐熱效率Q件100% 148771-39 100% 55.7%0總266683.55一般電阻爐的熱效率為40%80%，滿足要求。14179.2 KJ2、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定狀態下所消耗的功率，又稱為空爐損失。用下式計算：36002363214179.2360010.5 kw 空-11.6%3、空爐升溫時間空爐升溫時間是指在額定電壓下,經過充分干燥、沒有裝料爐的電阻爐從冷Q總2.66105 KJ態加

21、熱最高工作溫度所需的時間空爐升溫時間：升3600F安680163.243600902.09h七、功率分配與接線方法1、功率分配為了使爐膛溫度均勻或工藝要求分區分布爐溫， 需要將溫度分布在爐內的各 個部分。井式爐功率大于75Kw是要考慮分區，H / D大于1也要分區。綜上所述，由于本次設計電阻爐安裝功率達到90Kw,所以為了更合理的設計與安裝電熱元件，現將爐膛分三區計算，上下區功率分別為：P計 109.89 Kw上區42Kw,下區都是48Kw。P安 150 Kw2、供電電壓與接線方法電阻爐的供電電壓，除少數因電熱元件的電阻溫度系數太大或要求采用低電 壓供電的大截面電阻板外，一般均采用車間電網電壓

22、，即220V或380V。電熱元件的接線，應根據爐子的功率大小，功率分配等因素來決定。因爐子功率為150KW，即可采用三相380V星形，也可采用三角形接法。=55.55%綜上所述，本次設計采用0Cr25AI5電熱體材料，三相380V星形接法。P空=13.3Kw八、電熱元件的設計分區層數功率I區9層42KWU區12層48KW選用0Cr25AI5 線狀電熱元件，電壓 380V1、I區1.1供電電壓和接線選用三相380V、星形接法P P安 42 14( KW)3n 3升=2.3hU 380-220(V)、31.2確定電熱元件的單位表面功率因爐膛最高溫度不超過950 C,結合選材0Cr25AI5查表得W

23、允 1.71W/cm31.3確定元件尺寸d 34.3 3：學u2w 允0(1t)1.4 (14 10 5 1100)1.5 mm代入上式得d=5.2mm,取 d=5.5mmL 0.785 10-3 卩勺2P t2 23 2205.50.785 1014 1.556mL 總=門L=3 X 56=168(m)G gM L =0.169 X 168=28.392 kg三相380V星形接法G 總=G n28.392 385.176kg3符合要求3.14005.5456 =1.447WCm3 1.71WcmI 區:1.4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3排串接成一相排電

24、熱元件的展開長度：L折 56 3 18.67m每排電熱元件的擱磚長度：L(D 砌 60) 25 4496.6mm電熱元件螺旋直徑：螺旋直徑 D 46 d取：D 4d 4 5.5 22mm螺旋體圈數N和螺距h分別為：N 折18670270 圈D 3.14 22L 4496.6怖,“h 16.65mm 取 h=20mmN270202 3.64，滿足h 24 d的要求。5.5電熱元件螺旋節距h在安裝時適當調整，爐口部分減少節距，增大功率。2、II 區2.1供電電壓和接線選用三相380V、星形接法p 吃 4816KW3N3380/ 、U 壽 220( V)2.2確定電熱元件的單位表面功率同上.W允 1

25、.71W/cm32.3確定元件尺寸P 14( KW)U=220(V)W 允 1.71W/cm：d=5.5mmL=56mL總=168( m)G 總=85.176kgL 折 18.67mL 4496.6mmD 22mm0(1t) 1.4 (1 4 10 5 1100) 1.5 |mm2/m代入上式得d=5.74mm ，取d=6.0mmh=20mm0.78510-3 U2d 20. 78510 3220262161. 5256. 24mL 總=門L=3 X 56.24=168.72(m )G gM L =0.236 X 168.72=33.913 kgG總33.9133101.74 kg102PdL100 163.14656.241.511.71 wcm3II 區:符合要求2.4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4排串接成一相排電熱元件的展開長度：F* 16KWL折56.244 14.06 mU 220 V)每排電熱