1、材料加熱爐基礎課程設計 課程設計任務書設 計 題 目 低溫井式電阻爐的設計 學生姓名 * 學生學 號 * 專 業(yè) 班 級 * 指 導 教 師 設計題目低溫井式電阻爐的設計 成績課程設計主要內容 根據所給的設計任務，進行低溫井式電阻爐的爐膛的尺寸設計，爐子砌磚體的設計，包括爐襯材料的選擇、爐墻設計、爐底設計、爐頂設計、爐門設計，爐子功率計算和分配，有效熱Q件計算、輔助構件熱損失Q輔計算、爐襯熱損失Q散計算、 Q輻計算、爐門溢氣熱損失Q溢計算、其它熱損失Q它計算、爐子安裝功率計算、爐子熱效率計算、爐子空載功率計算、爐子升溫時間計算、功率分配、井式電阻爐接線方式、功率的調節(jié)方法，電熱元件的設計，包括

2、電熱元件材料的選擇、電熱元件單位表面功率的確定、電熱元件尺寸的確定、電熱元件重量的計算、電熱元件的安裝；爐溫儀表的選擇；爐子技術指標（標牌）；低溫井式電阻爐使用說明書，包括開爐前的準備、開爐生產、使用注意事項及維護。指導教師評語目錄1、設計任務·····························

3、3;··············22、爐膛尺寸的確定··································

4、·························23、爐子砌磚體的設計3.1爐襯材料的選擇·····················

5、83;·································43.2爐墻設計···············&

6、#183;················································43.3爐底設

7、計··················································

8、;··············53.4爐頂設計··································

9、83;·····························53.5爐門設計···················&

10、#183;············································64、爐子功率計算和分配4.1有效熱Q件計算·

11、83;·················································

12、83;····84.2輔助構件熱損失Q輔計算···········································

13、·84.3爐襯熱損失Q散···············································&

14、#183;········84.4 Q輻計算·······································

15、3;·····························94.5爐門溢氣熱損失Q溢··················

16、83;·······························104.6其它熱損失Q它················

17、83;·······································104.7爐子安裝功率計算········&#

18、183;···········································104.8爐子熱效率計算····&#

19、183;·················································&#

20、183;104.9爐子空載功率···············································

21、83;··········114.10爐子升溫時間計算·····································&

22、#183;············ 124.11功率分配···································&#

23、183;···························124.12接線方式····················

24、3;··········································124.13功率的調節(jié)方法·····

25、83;················································125、電熱元件的

26、設計5.1電熱元件材料的選擇···············································

27、3;·135.2電熱元件單位表面功率的確定·····································135.3電熱元件尺寸的確定······&#

28、183;·······································135.4電熱元件重量的計算········

29、·········································145.5電熱元件的安裝·······

30、···································146、爐溫儀表的選擇·············&

31、#183;···············································167、爐子技術指標（標牌

32、）··················································

33、;··168、使用說明書··············································&#

34、183;····16 8.1開爐前的準備···········································&#

35、183;·····16 8.2開爐生產··········································

36、3;······16 8.3使用注意事項及維護·········································&

37、#183;······179、參考資料··············· ··························

38、3;···························171、 設計任務： 1設計題目：低溫井式電阻爐的設計 2設計任務： （1）設計目的：設計可用于碳鋼、合金鋼回火的低溫箱式電阻爐 （2）設計參數： 1)工件長1500mm采用吊裝；周期性成批裝料，長時間連續(xù)生 產；爐膛尺寸：900mm； 2)最高使用溫度：650； 3)空

39、爐升溫時間：2h 4)爐殼表面溫升<602、爐膛尺寸的確定：爐膛尺寸主要根據工件形狀、尺寸、技術要求、裝卸料方式、操作方法和生產率等來確定，同時還應考慮工件在爐內對方方式和運動方式、傳熱條件與爐溫分布、電熱元件及爐內構件的維修等問題，包括爐膛空間尺寸和有效加熱區(qū)尺寸。本次所設計電阻爐，工作對象為L1500的軸類、桿件和長管類低碳鋼、低合金鋼工件的回火加熱。對于工件加熱周期和裝爐量不明確的情況下，如通用爐設計，此時常采用加熱能力指標法進行設計，求出B、L后，與標準系列爐尺寸進行比較后確定實際爐底尺寸，以便選用標準尺寸爐底板：假設：1）爐底單位面積生產率為P（單位時間內單位爐底面積所能加熱金

40、屬重量）；2）爐底有效面積為F1，總面積為F，且F1=（0.7-0.85）F；3）爐子生產率為P，F1=p/p0；因為爐膛直徑D=900mm,取B=900mm；低溫爐以對流為主，爐膛應低些，以提高熱效率。）同時，一般在裝料上、下方應保持200-300mm的空間，工件距加熱元件100200mm。標準擱磚每層高度67mm（包括灰縫）。則?。篖=2000mm P一般在80120/·h；取P=100/·h，F1=0.8F；由已知P=100×0.8×0.9×2=144/h，綜上所述：取爐膛高度為H=2000mm，直徑為D=900mm3、爐子砌磚體的設計：

41、3.1爐襯材料的選擇爐襯由耐火材料與保溫材料砌筑成耐火層和保溫層，其直接受爐內高溫影響，因此其應耐高溫，同時，耐火材料的結構強度決定了耐火層的強度，保溫層其隔熱保溫作用。在低溫熱處理爐中常用的耐火材料為粘土磚、高鋁磚、少量碳化硅制品等等。目前在保證結構強度的前提下，一般都用輕質磚，其比重輕、導熱系數小、高溫強度滿足要求等優(yōu)點。3.2爐墻設計爐墻主要為砌體，外部包爐殼鋼板。低溫爐爐墻一般分兩層，內層耐火層常用輕質粘土磚砌筑，外層為保溫層，由保溫材料構成。因此爐膛尺寸應為標準磚尺寸（230×113×65mm）加磚縫尺寸（一般2mm）的倍數。1：鐵板； 2：保溫層； 3：耐火層參

42、考材料加熱爐基礎P140爐墻，在爐溫400650，爐子功率150KW時，耐火層厚度為115mm，保溫層厚度150200mm，再綜合標準砌筑時的標準尺寸，課確定本低溫井式爐輕質耐火粘土磚厚115mm，保溫層為輕質硅藻磚，厚170mm。同時，為防止爐墻反復熱脹冷縮，發(fā)生開裂，在此爐墻黏土層內，每米長度應留56mm的膨脹縫，個層間的膨脹縫應錯開，縫內填入馬糞紙或不完全灰漿。3.3爐底設計爐底起保持爐內熱量和承載工件的作用，通常電阻爐爐底結構是在爐底外殼鋼板上用保溫磚（硅藻磚）砌成方格子狀，在格子內填充保溫材料散料（蛭石粉），再在上面平鋪1-2層保溫磚，接著鋪一層輕質粘土磚，上面安置支撐爐底板或導軌的

43、重質粘土磚和電熱元件擱磚。其厚度可參考爐墻的厚度來決定，故兩層厚度取300mm，爐底砌筑如下：上半部分為格子形式，下半部分為平鋪實砌3.4爐頂設計爐頂結構有平頂和拱頂兩種，一般簡單的熱處理爐大都采用拱頂，標準拱角60º，拱頂質量及其受熱時產生的膨脹力形成的側推力作用在拱角上。因此，拱角常用輕質楔形磚砌筑，上砌筑輕質保溫制品，而拱角則用重質磚砌筑，以承受較大的側推力，厚度115mm的輕質耐火磚和230mm的蛭石粉，拱頂的砌筑方法有錯砌和環(huán)砌兩種，錯砌用于爐內各處工作溫度一致，不須經常拆修的熱處理爐及煙道的拱頂；環(huán)砌用于各段溫度不一致的連續(xù)作業(yè)爐的拱頂或工作溫度比較高、損壞快、要經常修理

44、的設計，因此，本次設計爐采用錯砌，其結構如下：1.拱頂 2.拱頂磚 3.拱頂磚厚 4拱頂矢高h=R·（1-sin）··（1-sin）R為拱頂內半徑；B為爐膛寬度mm =60º R=B/23.5爐門設計爐門部分包括爐門洞口、爐門框和爐門。爐門洞口截面尺寸要保證裝出料方便和爐子安裝電熱元件和維修的需要，通常應小于爐膛截面尺寸，以減少熱損失和保護電熱元件。高溫爐的爐門洞口長度應較大，以減少爐門洞口的輻射熱損失。爐門洞口的砌體常受工件摩擦碰撞，應采用重質磚或其它較堅固的耐火磚砌筑。爐門應保證爐子操作方便，爐口密封好（特別是可控氣氛）和減少熱損失。其基本結構特點是

45、：要有足夠厚的保溫層，爐門邊緣與爐門框要重疊65130mm，爐門要壓緊爐門框，爐門下緣常楔入工作臺上的砂槽內，爐門與爐門框間加密封墊圈，并考慮減輕爐門重量等。最常用的爐門壓緊方法是在爐門側面設置楔鐵或滾輪，當爐門落下時，楔鐵或滾輪滑入爐門框上的楔形滑槽或滑道內，爐門越向下，爐門將越壓緊爐門框。一般靠自重使楔鐵滑入楔形槽內，有時在爐門下設一氣缸，靠氣缸的活塞桿作用把爐門拉下，使?jié)L輪或楔鐵與滑道或楔形槽配合更緊密，將爐門緊壓在爐門框上。4、爐子功率計算（平衡法）和分配一般爐子的能量消耗項包括加熱工件吸收的能量Q件（有效熱）、通過爐壁的散熱損失Q散（空載時主要能量消耗項，無效熱損失）、砌體畜熱量Q畜

46、（周期作業(yè)爐主要能量消耗項，無效熱損失）、爐內氣體外溢和對外輻射熱損失Q溢和Q輻（與爐子溫度和操作狀態(tài)有關，對高溫爐應特別注意該兩項能量損失，對敞開爐門的爐子，此項熱損失有時成為能量消耗的重要項目）、可控氣體的熱損失Q控（決定于氣體消耗量，采用密封式自動裝卸料的爐子，其氣體消耗量和熱能損失可大為降低）、爐內金屬構件直接伸出爐外的短路損失Q短（在機械化作業(yè)爐子上較為嚴重，對于一般爐子應盡量避免）、料盤和夾具等反復加熱和冷卻帶來的輔助構件熱損失Q輔（有時也占較大比例，在可能的情況下應盡可能減少輔助構件或不使輔助構件反復拉出爐外）、供電設備和導線引起的電能消耗Q供（對直接從電網供電的爐子一般較小，僅

47、占總損失的1，但對經變壓器降壓、低壓大電流供電的爐子，此項電能消耗也很可觀），此外，爐子能量消耗還有許多項目難于計算，設計時歸入其它熱損失Q它項目中。4.1有效熱Q件計算：Q件P件（c2t2-c1t1），式中P件為爐子的生產率（kg/h），t1和t2為工件加熱的初始和終了溫度（），c1和c2為工件在t1和t2時的比熱容（KJ/kg），其中P件150kg/h，t120，t2650；對中碳鋼和低合金鋼而言，其20和650溫度時的比熱為0.486KJ/kg和0.605KJ/kg，則Q件P件（c2t2-c1t1）57529.5KJ/h如以加熱階段作為熱平衡計算時間單位，則：Q件G裝（c2t2-c1t1

48、）/加，式中G裝為一次裝爐料重量（kg），加為加熱階段時間（h）。4.2 輔助構件熱損失Q輔（包括料筐、工夾具、支承架、爐底板及料盤等）Q輔P輔（c2t2-c1t1），式中P輔為每小時加熱輔助構件的重量(kg/h)，t1和t2為輔助構件加熱的初始和終了溫度（），c1和c2為輔助構件在t1和t2時的比熱容（KJ/kg），其值大小主要由加熱輔助構件來決定，應在使用環(huán)境中合理計算,一般也可取爐襯散熱的5%10%,在本低溫井式爐中去上限Q輔10% Q散392.7KJ/h4.3爐襯熱損失Q散在爐體處于穩(wěn)態(tài)傳熱時，通過雙層爐襯的散熱損失為：Q散，對于爐墻散熱，首先假定界面上的溫度及爐殼溫度，t=530，t

49、=60，則耐火層的平均溫度為t1=（650+530）/2=590，保溫層平均溫度為t2=（530+60）/2=295，耐火層、保溫層的熱導率分別為：1=0.29+0.256×10×t1=0.441W/m2=0.1310.23×10×t2=0.1988W/m則q=566.87 W/m 校驗界面上的溫度t和t：t=650-q=650-566.87×0.113÷0.441=504.76；=4.7%<5%； 滿足設計需要，不需要重算；t= t- q=504.76-566.87×0.17÷0.1988=20.01，很顯

50、然滿足設計需要，不需要重算。則爐墻的輻射散熱為：Q散=qF=566.87×（2R*R+DH）=566.87×（2×3.1416×0.9×0.9+3.1416×0.9×2）=3926.8KJ/h 4.4 Q輻（開啟爐門或爐壁縫隙的輻射熱損失）Q輻3.60Ai(Tg4-Ta4)，式中A為爐門開啟面積或縫隙面積（）；3.6為時間系數；為爐口遮蔽輻射系數（見圖），查熱處理爐圖1-14，=0.8；i為爐門開啟率，對常開爐門和爐壁縫隙而言，i1。設每次裝出料所需時間為t=6分鐘，則開啟率為i=0.1則：Tg650+273=923KTa2

51、0+273=293K爐門開啟面積為F=R=0.6362Q輻3.6×5.675×0.6362×i××=7470.1KJ/h4.5開啟爐門溢氣熱損失Q溢：根據材料加熱爐基礎P74式4.32g可知,開啟爐門溢氣熱為：Q溢5.675××F××i 其中,根據圖4.11可查得圓形路口輻射換熱的遮蔽系數為0.8,則經計算得:Q溢2075.2KJ/h4.6其它熱損失Q它：一般對電阻爐,其它熱損失約為上述熱損失的10%20%,故:Q它（Q件Q輔Q散Q輻Q溢）×20%=14278.9 KJ/h熱量總支出為Q總:其中

52、Q短0,由下式得:Q總Q件Q輔Q散Q輻Q溢Q它Q短85673.2KJ/h4.7爐子安裝功率計算:P安 其中K為功率儲備系數為1.31.5,本設計爐為間歇式周期作業(yè)爐,取K=1.5,則: P安30.935.7KW,與標準爐子比,取P安35KW.4.8爐子熱效率計算:67.15%4.9爐子空載功率:P空5.06KW4.10爐子升溫時間計算:加熱爐的空爐升溫時間:t=0.46h加熱爐的裝爐升溫時間為：t=0.60h4.11功率分配:本設計中井式爐功率較小，故將35kW功率平均分布在爐壁，在低溫井式爐中，爐膛內壁表面的功率密度約為：15kW/，則35kW功率均勻分布在爐壁，其密度為15kW/。但因井式

53、爐的爐口部分密封不嚴產生溢氣，爐蓋較薄散熱厲害，爐底因爐氣上浮和散熱面較大，爐溫也偏低，且此爐中無強制對流，故在爐口和爐底部位適當加大功率。4.12接線方式 采用車間電網電壓380V。因為本次設計的爐子功率為35kW，采用三相星形接法。4.13功率的調節(jié)方法 本設計中采用變壓器調節(jié)法：對功率在100kW以下的中小型電爐，可將電加熱體與變壓器的次級線圈串聯起來，通過調節(jié)改變次級線圈的電壓即可改變爐子的功率。變壓器具有較多的電壓調變分頭，可使爐子的功率十分均勻地進行調變。目前應用較多的是可以帶負荷調節(jié)的磁性調壓器。五、電熱元件的設計5.1電熱元件材料的選擇因為本次設計中爐子的最高使用溫度為650，

54、采用0Cr25Al5合金，此種合金電阻率大，電阻溫度系數小，功率穩(wěn)定，耐熱性好，抗?jié)B碳，耐硫蝕，價格便宜，應用廣泛。5.2電熱元件單位表面功率的確定由以上計算可知，電阻爐總功率為P安35kW，同時采用380V星形接法，其端電壓為U組=380/=220V。參照熱處理爐附表15，選用電熱體組數n1=3，則每組電熱體的設計功率為P組=P安/n1=35/3 =811.67kW在爐子工作溫度為650時，每組電熱元件的電阻為R組=U組2/P組×10-3=2202/11.67×10-3=4.15。5.3電熱元件尺寸的確定電熱元件工作溫度一般比爐溫高100200，所以當爐溫為650時，電熱

55、元件的溫度大約在800，查熱處理爐表5-3得，此時0Cr25Al5電熱合金的表面允許負荷為W允=3.1W/cm。查熱處理爐附表得20時0Cr25Al5的電阻率為=1.40·mm /m，電阻溫度系數=4×10-5-1，則800時電熱元件的電阻率為t=20（1+t）=1.40×（1+4×10-5×800）=1.44·mm /m則線狀電熱元件的直徑d為d=34.3×=34.3×=3.75mm線狀電熱元件的總長度L為L組=0.785×10-3RU組d/t=0.785×10-32dP/(P組t)=0.785×10-3×2202×32/(11.67×1.44)=31.78m所以電熱元件的總長度L總=nL組=3×31.78=95.35m絲狀電阻絲一般繞成螺旋管狀，繞制節(jié)徑