热工设备与工程课程设计
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辽宁工业大学
热工过程与设备课程设计(说明书)题目:箱式热处理电阻炉设计
院(系):
专业班级:
材料工程
及其自动化131
学号:
姓名:
指导教师:
起止时间:2014-12-15~2014-12-28
课程设计任务及评语
院(系):教研室:材料教研室学号11111姓名名字专业班级
课程设计题目
箱式热处理电阻炉的设计
生产率220 kg / h,额定工作温度1200℃,炉底强度95 kg / m·h;
炉底强度系数0.83;蛭石保温材料
课程设计(论文)要求与任务(1) 炉型的选择
(2) 确定炉体结构与尺寸
(3) 计算砌体平均表面积
(4) 计算加热炉功率
(5) 计算炉子热效率
(6) 计算炉子空载功率
(7) 计算空炉升温时间
(8) 功率分配与接线
(9) 电热元件材料选择与计算
(11) 电热体元件图
(12) 电阻炉装配图
(13) 炉子技术性能指标
(14) 参考文献
时间安排(1)布置设计任务,设计方案讨论、选择炉型1天(2)炉膛尺寸、炉体结构和尺寸、绘制炉衬示意图。2天(3)炉子的加热功率、热效率、空炉升温时间。2天(4)功率的分配;电热元件尺寸、布置,绘制电热元件示意图。1天(5)绘制电热元件布置图和电阻炉装配示意图。1天(6)撰写、编辑、排版、修改设计说明书。4天(7)考核、答辩。1天
指导教
师
评语
及成绩成绩:指导教师签字:学生签字:
年月日
目录
目录................................................................................................................................................ I
1 炉型的选择 (1)
2 炉体结构及尺寸 (1)
2.1 炉底面积的确定 (1)
2.2 炉膛尺寸的确定 (1)
2.3 炉衬材料及厚度的确定 (2)
3 砌体平均表面积计算 (3)
4. 炉子功率 (6)
5 炉子热效率计算 (9)
6 炉子空载功率计算 (9)
7 空炉升温时间计算 (9)
8 功率的分配与接线 (11)
9 电热元件材料选择及计算 (12)
10 电热体元件图 (14)
11 电阻炉装配图 (15)
12 电阻炉技术指标 (16)
参考文献 (17)
设计任务:
为某厂设计一台井式热处理电阻炉,其技术条件为:
(1) 用途:碳钢、合金钢毛坯或零件的正火、淬火,处理对象为中、小型零件、非长杆类零件,无定型产品,小批量,多品种。
(2) 生产率:220 kg / h。
(3) 额定工作温度:1200 ℃。
(4) 生产特点:周期式成批装料,长时间连续生产。
1 炉型的选择
根据给定的技术要求选取高温箱式炉,箱式炉结构简单,操作方便,容易准确控制温度,炉膛温度分布均匀,便于使用控制气氛,容易实现机械化自动化操作。箱式炉生产能力较低,适用于小规模生产。高温箱式炉,炉衬厚度大,可以减少热损失。满足设计要求。
2 炉体结构及尺寸
炉体结构尺寸根据工件的形状,尺寸,装炉量以及炉子生产率来决定。同时考虑到炉子的传热特点、检修和装出料方便。在保证炉子生产率的情况下,尽量减小炉膛尺寸以降低能量消耗。
2.1 炉底面积的确定
根据炉底强度指标计算炉底面积。因为零件产品为无定型产品,故不能用炉子一次装料量确定炉底面积,只能用炉底强度指标法。根据已知的生产率p为220 kg / h,炉底强度h为95 kg/m2·h,故可求得炉底有效面积
F1 = p / h = 220 / 95 = 2.32 m2
式中F1 –炉底有效面积,m2;
p–炉子生产率,kg / h。本设计给定的生产率为220 kg / h;
h–炉底强度,kg /(m·h),
因为有效面积与炉底实际面积存在关系式K=F1 / F = 0.83,得炉底实际面积
F = F1 / 0.83= 2.32 / 0.83 = 2.79 m2
2.2 炉膛尺寸的确定
对于箱式热处理电阻炉,炉底长度与宽度之比约为3:2,所以由炉底长度公式
L =
3
2 F⨯
可知L =
2
2.79
3
⨯= 2.0 m
此段根据自己情况
自己写
由炉底宽度公式
B =
2
3 F⨯
得B =
3
2.79
2
⨯= 1.36 m
根据炉膛高度H与宽度B之比H / B = 0.8,可以知道H = 1.4 × 0.8= 1.08 m。因此,可以确定炉膛尺寸如下
L= 2000 mm B= 1360mm H= 1080mm 为避免工件与炉内壁或电热元件搁砖相碰撞,应使工件与炉膛内壁之间有一定的空间,确定工作室有效尺寸为
L效= 2000mm B效= 1400 mm H效= 1100mm
2.3 炉衬材料及厚度的确定
高温箱式炉炉墙选取三层材料,分别为高铝砖,轻质粘土砖,蛭石。高铝砖,密度2.3 g / cm2,导热系数λ=2.09 + 1.86 × 10-3t,厚度113 mm。轻质粘土砖,密度2.0 g / cm2,导热系数λ=0.25 + 2.2 × 10-4t ,厚度113 mm。蛭石,密度0.2 g / cm2,导热系数λ=0.07 + 2.6 × 10-4t,厚度240 mm。炉衬包括炉墙、炉底和炉顶三部分。依次计算炉墙,炉底,炉顶。
1. 炉墙
对于高温炉,炉墙要求有较高的耐压强度或承受冲击负荷,根据经验及耐火砖尺寸,耐火层可选用一层高铝砖,厚度113 mm,一层轻质粘土砖,厚度为113 mm。保温层选用膨胀蛭石,其厚度需经计算确定,初步选取厚度为240 mm。炉墙内表面温度t0即为炉子的额定工作温度1200 ℃。假定界面温度t1为1150 ℃,界面温度t2为950℃,炉壳温度t3为50℃,即t0 = 1200 ℃,t1 = 1150 ℃,t2 = 950 ℃,t3 = 50℃则有:
高铝砖层S1的平均温度为:t1
均= 2
1
t
t+
=
12001150
2
+
= 1175 ℃,
轻质粘土层S2的平均温度为:t2
均= 2
1
2
t
t+
=
1500950
2
+
= 1050 ℃
蛭石层S3的平均温度为:t3
均= 2
3
2
t
t+
=
950500
2
+
= 500 ℃
S1、S2层炉衬的热导系数公式为
λ1均= 2.09 + 0.186 × 10-2λt1均= 2.09 + 0.186 × 10-2 × 1175 = 4.27 千卡/ (米2·时·℃)
λ2均= 0.25 + 0.22 × 10-3 ×t2均= 0.25 + 0.22 ×10-3 × 1050 = 0.481千卡/ (米2·时·℃)
λ3均= 0.07 + 0.22 × 10-3 ×t2均= 0.07 + 0.22 ×10-3 × 500 = 0.2千卡/ (米2·时·℃)
此段根据自己情况
自己写
k J 千焦耳