設(shè)計(jì)項(xiàng)目 | 計(jì)算內(nèi)容 | 計(jì)算結(jié)果 |
一. 爐型的選擇 二.確定爐體結(jié)構(gòu)和尺寸 1.爐底面積的確定 2.爐底長(zhǎng)度和寬度確定 3.爐膛高度的確定 4.爐襯材料及厚度的確定 三．砌體平均表面積的計(jì)算 四．計(jì)算爐子功率 五．爐子熱效率的計(jì)算 六．爐子空載功率的計(jì)算 七．空爐升溫時(shí)間的計(jì)算 八.功率的分配與接線 九．電熱元件材料選擇及計(jì)算 十.參考文獻(xiàn) 十一.設(shè)計(jì)小結(jié) | 根據(jù)任務(wù)書(shū)給出的生產(chǎn)特點(diǎn)，擬選用中溫箱式熱處理電阻爐，不通保護(hù)氣氛。 因?yàn)闊o(wú)定型產(chǎn)品，故不能用實(shí)際排料法確定爐底面積，只能用加熱能力指標(biāo)法。已知生產(chǎn)率P為80kg/h,按表5 - 1選擇箱式爐用于正火和淬火時(shí)的單位面積生產(chǎn)率，故可求的爐底有效面積為 由于有效面積與爐底總面積存在關(guān)系式，取系數(shù)上限，得爐底實(shí)際面積為 由于熱處理箱式電阻爐設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮裝出料方便，取=2，因此，可求得 L==1.256m B=L/2=0.628m 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)磚尺寸，為方便砌磚，取L=1.160m，B=0.625m 按統(tǒng)計(jì)資料，爐膛高度H與寬度B之比通常在0.5-0.9之間，根據(jù)爐子的工作條件，取=0.8左右，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)磚尺寸，選定爐膛高度 H=0.439m。 因此，確定爐膛尺寸如下 長(zhǎng) 寬 高 為避免工件與爐內(nèi)壁式電熱元件擱磚相碰撞，應(yīng)使工件與爐 膛內(nèi)壁之間有一定的空間，確定工件室有效尺寸為 =1000mm =500mm =300mm 爐墻：113mmQN-0.4輕質(zhì)粘土磚+ 200mm膨脹珍珠巖 爐頂：113mmQN-0.4輕質(zhì)粘土磚 + 80mm密度為250kg/m3普通硅酸鋁纖維氈 + 115mm膨脹珍珠巖 爐底：四層QN-1.0輕質(zhì)粘土磚(67×4)mm + 182mmB級(jí)硅藻土磚 爐門(mén)：65mmQN-0.4輕質(zhì)粘土磚 + 80mm密度為250kg/m3普通硅酸鋁纖維氈 + 65mmA級(jí)硅藻土磚 爐底隔磚：重質(zhì)粘土磚 電熱原件擱磚：重質(zhì)高鋁磚 爐底板材料：Cr-Mn-N耐熱鋼，厚20mm 砌體外廓尺寸 式中: ----拱頂高度,此爐子采用60°標(biāo)準(zhǔn)拱頂,取拱頂半徑R=B,則 爐頂平均面積 ===0.759m2 ==1.485×2.020=2.999m2 ==1.544m2 爐墻平均面積 ===1.567m2 ===10.61m2 ===4.077m2 爐底平均面積 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算爐子功率 由式(5-14) 取式中系數(shù) 空爐升溫時(shí)間假定為=2.5小時(shí),爐溫t=950℃, 爐膛內(nèi)壁面積 =47.8k 根據(jù)熱平衡法計(jì)算爐子功率 1)加熱工件所需的熱量 由附表6得知，工件在950℃及20℃時(shí)比熱容分別為： =0.486 kJ/(kg·℃) =0.636kJ/(kg·℃) = 2)通過(guò)爐襯的散熱損失 爐墻散熱 令界面上溫度=750℃， =70℃ =(950+750)/2=850℃ =(750+70)/2=410℃ 、層爐襯的熱導(dǎo)率由附表3得 W/(m·℃) W/(m·℃) 當(dāng)爐殼為70℃，室溫為20℃時(shí)， =12.83W/(m2·℃) 求熱流=454.30W/m2 驗(yàn)算交界面上的溫度 =t1- (）=754.33℃ Δ=(755.90-750)/750=0.58%<5% 驗(yàn)算爐殼溫度 <70℃ 滿足設(shè)計(jì)要求 =·=454.304.077=1852.18W 爐頂散熱 令界面上溫度=770℃， =520℃ ， =70℃ =(950+770)/2=860℃ = (770+520)/2=645℃ =(520+70)/2=295℃ ∴=0.08+0.22×10-3=0.269W/(m·℃) =0.123W/(m·℃) =0.04+0.22×10-3=0.10W/(m·℃) 當(dāng)爐殼為70℃，室溫為20℃時(shí)， =14.69W/(m2·℃) 求熱流 =405.05W/m2 驗(yàn)算交界面上的溫度、 =t1- (）=776.84℃ Δ=(776.84-770)/770=0.89%<5% =-=513.39℃ Δ=|(513.39-520)/520=1.27%<5% 驗(yàn)算爐殼溫度 <70℃ 都滿足設(shè)計(jì)要求 ∴=·=405.051.544=625.40W 爐底散熱 令界面溫度=600℃， =70℃ =(950+600)/2=775℃ =(600+70)/2=335℃ ∴=0.290+0.256×10-3=0.488W/(m·℃) =0.131+0.23×10-3=0.202W/(m·℃) 當(dāng)爐殼為70℃，室溫為20℃時(shí)， =10.35W/(m2·℃) 求熱流 =601.25W/m2 驗(yàn)算交界面上的溫度 =t1-=616.39℃ Δ=(616.39—600)/600=2.73%<5% 計(jì)算爐殼溫度 =-=74.67℃ Δ=（74.67-70）/70=6.67% 在誤差允許范圍內(nèi)，都滿足設(shè)計(jì)要求 ∴=·=886.84W 整個(gè)爐體散熱損失 =3364.42W=12111.91kJ/h 其他熱損失 其他熱損失約為上述熱損失之和的10%～20% 11934.06kJ/h 熱量總支出 其中 =0， =0 =71604.37kJ/h 爐子安裝功率 由式(5-11) 其中K為功率儲(chǔ)備系數(shù),本爐設(shè)計(jì)中K取1.4,則 與標(biāo)準(zhǔn)爐子相比較，取爐子功率為45kW。 正常工作時(shí)的效率 由式（5—12） 66.4% 爐墻蓄熱 ℃ = 1.06kJ/(kg·℃) =（0.106+0.215）×0.4×10×1.06× (852.17-20) =113261.67kJ 爐頂蓄熱 ==(950+776.84)/2=863.42℃ t=1.064 kJ/(kg·℃) =(776.84+513.39)/2=645.1℃ t=0.99 kJ/(kg·℃) =0.120×0.4×10×1.064×(863.4-20)+0.104×0.25×10 ×0.99×(645.1-20) =59165.22kJ 爐底蓄熱計(jì)算 爐底高鋁質(zhì)電熱元件擱磚，近似看成重質(zhì)黏土磚。 =783.20℃ =0.84+0.26×10-3=1.04kJ/(kg·℃) =0.88+0.23×10-3=1.06kJ/(kg·℃) =345.53℃ =0.84+0.25×10-3=0.92kJ/(kg·℃) + 爐底板蓄熱 由附表6，950℃和20℃時(shí)高合金鋼的比熱容分別為： =0.670kJ/(kg·℃) =0.473kJ/(kg·℃) 經(jīng)計(jì)算爐底板質(zhì)量 故: =113261.67+59165.22+436350.47+94056=702833.36kJ 空爐升溫時(shí)間： 因計(jì)算蓄熱時(shí)是按穩(wěn)定態(tài)計(jì)算的，誤差大，時(shí)間偏長(zhǎng)，實(shí)際空爐升溫時(shí)間應(yīng)在2.5h以內(nèi)符合設(shè)計(jì)要求。 45kW功率均勻分布在爐膛兩側(cè)及爐底，組成YY接線。供電電壓為車間動(dòng)力電網(wǎng)380V。 核算爐膛布置電熱元件內(nèi)壁表面負(fù)荷，對(duì)于周期式作業(yè)爐，內(nèi)壁表面負(fù)荷應(yīng)在15～35kW/m2之間，常用為20～25kW/m2之間。 表面負(fù)荷范圍15～35W/m2之內(nèi)，故符合設(shè)計(jì)需求。 由最高使用溫度950℃，選用線狀0Cr25Al5合金作電熱元件，接線方式采用YY接法。 理論計(jì)算法 (1)求1100℃時(shí)電熱元件的電阻率 當(dāng)爐溫為950℃時(shí)，電熱元件溫度取1100℃，由附表12查得0Cr25Al5在20℃時(shí)電阻率=1.40Ω·mm2/m，電阻溫度系數(shù)α=4×10-5℃-1，則1200℃下的電熱元件電阻率為 (2)確定電熱元件表面功率 由圖5-3，根據(jù)本爐子電熱工作條件取 (3)每組電熱元件功率 由于采用YY接法，每組元件功率 (4)每組電熱元件端電壓 由于采用YY接法，車間動(dòng)力電網(wǎng)端電壓為380V，故電熱元件端電壓為 (5)電熱元件直徑 取d=4mm (6)每組電熱元件長(zhǎng)度和重量 由附表12查得=7.1g/cm3 （7）電熱元件的總長(zhǎng)度和總質(zhì)量 電熱元件總長(zhǎng)度由式(5-27)得 電熱元件總重量由式(5-28)得 (8)校核電熱元件表面負(fù)荷 <,結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。 (9)電熱元件在爐膛內(nèi)的布置 將電熱元件分為6折，布置在兩側(cè)爐墻及爐底上，則有 布置電熱元件的爐壁長(zhǎng)度 絲狀電熱元件繞成螺旋狀，當(dāng)原件溫度高于1000攝氏度，由表5-5可知，螺旋節(jié)徑 取 螺旋體圈數(shù)N和螺距h分別為 ： 按規(guī)定，h/d在2～4范圍內(nèi)滿足設(shè)計(jì)要求。 根據(jù)計(jì)算，選用串聯(lián)方式接線，采用d=4mm所 用電熱元件重量最小，成本最低。 電熱元件節(jié)距h在安裝時(shí)適當(dāng)調(diào)整，爐口部分增大功率。 電熱元件引出棒材料選用1Cr18Ni9Ti，φ=12mm，l=500mm 電熱元件圖(略)。 [1]《熱處理爐》修訂版，吉澤升編著，哈爾濱工程大學(xué)出版社 經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)計(jì)中我學(xué)習(xí)到很多東西，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)自己很不足之處，總結(jié)歸納如下：首先通過(guò)設(shè)計(jì)，我明白不管做什么都要以科學(xué)的態(tài)度來(lái)對(duì)待。在做設(shè)計(jì)時(shí)不僅要注意細(xì)節(jié)問(wèn)題，又要統(tǒng)攬全局。對(duì)于一些不必要考慮而又可以忽略的問(wèn)題不必過(guò)于追究，再就是讓我明白，做什么東西，只有經(jīng)過(guò)自己的思考才會(huì)真正屬于自己，才會(huì)有所收獲。經(jīng)過(guò)用CAD 畫(huà)圖使我以前學(xué)的東西又回憶起來(lái)，同時(shí)又學(xué)到很多新的畫(huà)圖技巧，所謂溫故而知新，確實(shí)很有道理。其次，我發(fā)現(xiàn)自己在設(shè)計(jì)過(guò)程中不夠仔細(xì)，計(jì)算時(shí)出過(guò)很多錯(cuò)誤，進(jìn)幾次修改才完成。在設(shè)計(jì)之前，如果能觀察跟自己設(shè)計(jì)的爐型類似的實(shí)體爐子，會(huì)給后面的設(shè)計(jì)減少不必要的麻煩。總之，本次設(shè)計(jì)不僅僅是檢驗(yàn)知識(shí)的掌握的程度，也是檢驗(yàn)?zāi)阕鍪虑橛眯牡某潭群蛻B(tài)度。 | L=1.256m B=0.628m L=1.160m B=0.625m H=0.439m =1000mm =500mm =300mm =0.759m2 =2.999m2 =1.544m2 =1.567m2 =10.61m2 =4.077m2 = =750℃ =70℃ =850℃ =410℃ =0.267W/(m·℃) =0.130W/(m·℃) W/m2 =754.33℃ =1852.18W =770℃ =520℃ =70℃ =860℃ =645℃ =295℃ =0.269W/(m·℃) =0.123W/(m·℃) =0.10W/(m·℃) 405.05W/m2 =776.84℃ =513.39℃ =625.40W =600℃ =70℃ =775℃ =335℃ =0.488W/(m·℃) =0.202W/(m·℃) 601.25W/m =616.39℃ =74.67℃ =886.84W 12111.91kJ/h 11934.06kJ/h 71604.37kJ/h 66.4% ℃ 1.06kJ/(kg·℃) =113261.67kJ =863.42℃ =1.064 kJ/(kg·℃) =645.1℃ =0.99 kJ/(kg·℃) =59165.22kJ 783.20℃ =1.04kJ/(kg·℃) =1.06kJ/(kg·℃) 345.53℃ =0.92kJ/(kg·℃) 702833.36kJ |
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