1、中溫井式電阻爐設(shè)計(jì)目錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)1、專業(yè)課程設(shè)計(jì)題目12、專業(yè)課程設(shè)計(jì)任務(wù)及設(shè)計(jì)技術(shù)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(nèi)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)31、爐壁設(shè)計(jì)32、爐底的設(shè)計(jì)53、爐蓋的設(shè)計(jì)64、爐殼的設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)算功率及安裝功率13六、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算131、電阻爐熱效率132、電阻爐的空載功率143、空爐升溫時(shí)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(shè)計(jì)151、I 區(qū)152. II 區(qū)163. 電 熱 元 件 引 出 棒 及 其 套 管 的 設(shè) 計(jì) 與 選擇 184. 熱 電 偶 及 其 保 護(hù) 套 管 的 設(shè) 計(jì) 與 選19參考書目、設(shè)計(jì)任務(wù)1、專業(yè)課程設(shè)計(jì)題目：中溫井式電阻爐設(shè)計(jì)2、專業(yè)課程設(shè)計(jì)任務(wù)及設(shè)計(jì)技術(shù)要求：1、$90 X 1000中碳鋼調(diào)質(zhì)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(shè)計(jì)說明書二、爐型的選擇因?yàn)楣ぜ牧蠟?90 X 1000 中碳鋼調(diào)質(zhì)用爐對(duì)于中碳鋼調(diào)質(zhì)最高溫度為 870+（3050） C,所以選擇中溫爐（上限950 C）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(nèi)徑D工件尺寸為090 X 10,裝爐量為16根，對(duì)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(jù)幾何關(guān)系，每根

4、工件最小距離取 90mm，則可以計(jì)算出D= 2 X 90 X d=890mmD 效=d+2 X 100 200=1100又因爐壁內(nèi)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(zhì)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(shù)：磚的塊數(shù)為：4710 - 168=28.04 塊，取整后N=28N=22對(duì) D 進(jìn)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(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)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(yīng)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(hào)為SND-427-09 的扇形擱磚每層擱磚數(shù)目為N= D砌十50=94.2，取整為94塊。每層擱磚數(shù)目：擱磚總數(shù)n=94 X 21=1976 塊N=941.3爐口直徑的確定擱磚總數(shù)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(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(gòu)成，尺寸與爐膛砌筑尺寸有關(guān)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足

7、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 60 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，下圖為井式爐爐壁二層結(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B級(jí)硅藻土磚+耐火纖維，其厚度取標(biāo)準(zhǔn)磚115 mm ，第川層為保溫層，采用B級(jí)硅藻土磚架構(gòu)中間填充礦渣棉，其厚度設(shè)

8、計(jì)為xmm。在穩(wěn)定傳熱時(shí)，對(duì)各爐襯熱流密度相同。根據(jù)課本的公式結(jié)合查表，可得：Si 90mm兩層爐寸S2=115q=(t3-t0)，由設(shè)計(jì)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(zhì)粘土磚：!to =20 C密度!600 kg m3 ；熱導(dǎo)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(dǎo)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(shù)據(jù)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(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(zhì)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(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。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，第三層為重粘土磚。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 -280n67重粘土磚RNG-1.3BSL -427 -01367重粘土磚RNG-1.3BSL - 427 - 013S2=1153、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

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(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 合砌筑爐蓋結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)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(zhì)粘土磚。結(jié)構(gòu)厚度(mm)材料型號(hào)第一層180普通硅酸鋁纖維第二層115輕質(zhì)粘土磚BSRNG-0.6 427 444、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)生的其它附加外力。 因此，框架要有足夠 用的強(qiáng)度

12、，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，本次設(shè)計(jì)采用理論計(jì) 算的方法計(jì)算電阻爐的功率。理論計(jì)算發(fā)是通過爐子的熱平衡計(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

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(yù)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(gè)砌體所吸收的熱量。計(jì)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(jì)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?shù)男顭崃縌 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(shí)間:680163.243600P =3600110.551.71h則估計(jì)取整2小時(shí)，工件升溫時(shí)間用經(jīng)驗(yàn)公式工件直徑1min 得到工/mm件升溫時(shí)間取1.5小時(shí)，保溫時(shí)間0.5小時(shí)，裝爐時(shí)間0.3小時(shí)。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(shí)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(shè)計(jì)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(nèi)熱量通過爐墻、爐頂、爐底散發(fā)到車間的熱損失。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。在爐襯傳熱達(dá)到熱穩(wěn)定的情況下，通過爐壁的散熱損失, 可參考下圖，按照下式計(jì)算

17、。1nD再* n T譏工汁工.!- 門.工A;*;:-:1飛爐襯蓄熱情況簡化計(jì)算圖tl toSi1F miS23. 6先求出各層爐墻材料的平均熱導(dǎo)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(duì)空氣的綜合傳熱系數(shù)%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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(jì)算公式如下：44T1T2Q 輻 5.67513.6F t100100與T2分別是爐膛內(nèi)部和爐外空氣的絕對(duì)溫度（K）;21 11 2F爐門開啟的面積：F0.95m22爐口輻射遮蔽系數(shù)：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(shù)據(jù)代入公式計(jì)算得：Q畐21923KJ6、爐子開啟時(shí)溢氣的熱損失Q溢計(jì)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(jì)算功率及安裝功率P十C總、69.229KW計(jì)3600安裝功率應(yīng)大于

20、穩(wěn)態(tài)時(shí)計(jì)算功率P安kP周期作業(yè)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(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)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(wěn)定狀態(tài)下所消耗的功率，又稱為空爐損失。用下式計(jì)算：36002363214179.2360010.5 kw 空-11.6%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Q總2.66105 KJ態(tài)加

21、熱最高工作溫度所需的時(shí)間空爐升溫時(shí)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?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，由于本次設(shè)計(jì)電阻爐安裝功率達(dá)到90Kw,所以為了更合理的設(shè)計(jì)與安裝電熱元件，現(xiàn)將爐膛分三區(qū)計(jì)算，上下區(qū)功率分別為：P計(jì) 109.89 Kw上區(qū)42Kw,下區(qū)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(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，一般均采用車間電網(wǎng)電壓

22、，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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)分區(qū)層數(shù)功率I區(qū)9層42KWU區(qū)12層48KW選用0Cr25AI5 線狀電熱元件，電壓 380V1、I區(qū)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(jié)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(xué)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(qū):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(shù)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(jié)距h在安裝時(shí)適當(dāng)調(diào)整，爐口部分減少節(jié)距，增大功率。2、II 區(qū)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(qū):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