熱工設(shè)備與工程課程設(shè)計--箱式熱處理電阻爐的設(shè)計

1、<p>　　熱工過程與設(shè)備 課程設(shè)計（說明書）</p><p>　　題目：箱式熱處理電阻爐設(shè)計</p><p><b>　　課程設(shè)計任務(wù) </b></p><p>　　院（系）：　　　　　 　　教研室：材料教研室</p><p>　院（系）：</p>&

2、lt;p>　專業(yè)班級：材料工程及其自動化131</p><p>　學(xué) 號：</p><p>　姓 名：</p><p>　指導(dǎo)教師：</p><p>　起止時間：2014-12-15~2014-12-28</p><p><b>　　目 錄</b></p><

3、p><b>　　目 錄I</b></p><p><b>　　1 爐型的選擇1</b></p><p>　　2 爐體結(jié)構(gòu)及尺寸1</p><p>　　2.1 爐底面積的確定1</p><p>　　2.2 爐膛尺寸的確定1</p><p>　　2.3 爐襯材料及

4、厚度的確定2</p><p>　　3 砌體平均表面積計算3</p><p><b>　　4. 爐子功率6</b></p><p>　　5 爐子熱效率計算9</p><p>　　6 爐子空載功率計算9</p><p>　　7 空爐升溫時間計算9</p><p>　

5、　8 功率的分配與接線11</p><p>　　9 電熱元件材料選擇及計算12</p><p>　　10 電熱體元件圖14</p><p>　　11 電阻爐裝配圖15</p><p>　　12 電阻爐技術(shù)指標(biāo)16</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)17</b></p>

6、<p><b>　　設(shè)計任務(wù)：</b></p><p>　　為某廠設(shè)計一臺井式熱處理電阻爐，其技術(shù)條件為：</p><p>　　(1) 用途：碳鋼、合金鋼毛坯或零件的正火、淬火，處理對象為中、小型零件、非長桿類零件，無定型產(chǎn)品，小批量，多品種。</p><p>　　(2) 生產(chǎn)率：220 kg / h。</p><

7、p>　　(3) 額定工作溫度：1200 ℃。</p><p>　　(4) 生產(chǎn)特點：周期式成批裝料，長時間連續(xù)生產(chǎn)。</p><p><b>　　1 爐型的選擇</b></p><p>　　根據(jù)給定的技術(shù)要求選取高溫箱式爐，箱式爐結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，容易準(zhǔn)確控制溫度，爐膛溫度分布均勻，便于使用控制氣氛，容易實現(xiàn)機(jī)械化自動化操作。箱式爐生產(chǎn)

8、能力較低，適用于小規(guī)模生產(chǎn)。高溫箱式爐，爐襯厚度大，可以減少熱損失。滿足設(shè)計要求。</p><p><b>　　2 爐體結(jié)構(gòu)及尺寸</b></p><p>　　爐體結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)工件的形狀，尺寸，裝爐量以及爐子生產(chǎn)率來決定。同時考慮到爐子的傳熱特點、檢修和裝出料方便。在保證爐子生產(chǎn)率的情況下，盡量減小爐膛尺寸以降低能量消耗。</p><p>　　

9、2.1 爐底面積的確定</p><p>　　根據(jù)爐底強(qiáng)度指標(biāo)計算爐底面積。因為零件產(chǎn)品為無定型產(chǎn)品，故不能用爐子一次裝料量確定爐底面積，只能用爐底強(qiáng)度指標(biāo)法。根據(jù)已知的生產(chǎn)率p為220 kg / h，爐底強(qiáng)度h為95 kg/m2·h，故可求得爐底有效面積</p><p>　　F1 = p / h = 220 / 95 = 2.32 m2</p><p>　

10、　式中 F1 – 爐底有效面積，m2；</p><p>　　p – 爐子生產(chǎn)率，kg / h。本設(shè)計給定的生產(chǎn)率為220 kg / h；</p><p>　　h – 爐底強(qiáng)度，kg /（m·h），</p><p>　　因為有效面積與爐底實際面積存在關(guān)系式K = F1 / F = 0.83，得爐底實際面積</p><p>　　

11、F = F1 / 0.83= 2.32 / 0.83 = 2.79 m2</p><p>　　2.2 爐膛尺寸的確定</p><p>　　對于箱式熱處理電阻爐，爐底長度與寬度之比約為3:2，所以由爐底長度公式 </p><p>　　L = </p><p>　　可知

12、 L == 2.0 m </p><p><b>　　由爐底寬度公式</b></p><p>　　B = </p><p>　　得 B = = 1.36 m</p><p>　　

13、根據(jù)爐膛高度H與寬度B之比H / B = 0.8，可以知道H = 1.4 × 0.8= 1.08 m。因此，可以確定爐膛尺寸如下</p><p>　　L= 2000 mm B= 1360 mm H= 1080 mm</p><p>　　為避免工件與爐內(nèi)壁或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，確定工作室有效尺寸為<

14、;/p><p>　　L效= 2000 mm B效= 1400 mm H效= 1100 mm</p><p>　　2.3 爐襯材料及厚度的確定</p><p>　　高溫箱式爐爐墻選取三層材料，分別為高鋁磚，輕質(zhì)粘土磚，蛭石。高鋁磚，密度2.3 g / cm2，導(dǎo)熱系數(shù)λ= 2.09 + 1.86 × 10-3t，厚度 11

15、3 mm。輕質(zhì)粘土磚，密度2.0 g / cm2，導(dǎo)熱系數(shù)λ= 0.25 + 2.2 × 10-4t ，厚度 113 mm。蛭石，密度0.2 g / cm2，導(dǎo)熱系數(shù)λ= 0.07 + 2.6 × 10-4 t ，厚度 240 mm。爐襯包括爐墻、爐底和爐頂三部分。依次計算爐墻，爐底，爐頂。</p><p><b>　　1. 爐墻</b></p><p

16、>　　對于高溫爐，爐墻要求有較高的耐壓強(qiáng)度或承受沖擊負(fù)荷，根據(jù)經(jīng)驗及耐火磚尺寸，耐火層可選用一層高鋁磚，厚度113 mm，一層輕質(zhì)粘土磚，厚度為113 mm。保溫層選用膨脹蛭石，其厚度需經(jīng)計算確定，初步選取厚度為240 mm。爐墻內(nèi)表面溫度t0即為爐子的額定工作溫度1200 ℃。假定界面溫度t1為1150 ℃，界面溫度t2為950℃，爐殼溫度t3為50℃，即t0 = 1200 ℃，t1 = 1150 ℃，t2 = 950 ℃，t3

17、 = 50℃則有：</p><p>　　高鋁磚層S1的平均溫度為： t1均 = = = 1175 ℃， </p><p>　　輕質(zhì)粘土層S2的平均溫度為： t2均 = = = 1050 ℃ </p><p>　　蛭石層S3的平均溫度為： t3均 = = = 500 ℃</p><p>　　S1、S2層爐襯的熱導(dǎo)系數(shù)公式為&

18、lt;/p><p>　　λ1均 = 2.09 + 0.186 × 10-2λt1均 = 2.09 + 0.186 × 10-2 × 1175 = 4.27 千卡/ (米2·時·℃)</p><p>　　λ2均 = 0.25 + 0.22 × 10-3 × t2均 = 0.25 + 0.22 ×10-3 ×

19、 1050 = 0.481千卡/ (米2·時·℃)</p><p>　　λ3均 = 0.07 + 0.22 × 10-3 × t2均 = 0.07 + 0.22 ×10-3 × 500 = 0.2千卡/ (米2·時·℃)</p><p><b>　　(1) 熱流q：</b></p&g

20、t;<p><b>　　q墻 =</b></p><p><b>　　= </b></p><p>　　= 789.84千卡/米2·時。</p><p>　　（2）計算交界面上的溫度t1、 t2 </p><p>　　由 t1'

21、;= t0 – q S1 / λ1均 </p><p>　　得 t1' = 1200 – 789.84 × 0.113 / 4.27 = 1179.46 ℃ </p><p>　　驗算界面溫度 （t1' – t1）/ t1'=（1179.46 – 1200）/ 1179.46 = 2.4 % < 5 % ，結(jié)果合

22、理，不需要重新假設(shè)界面溫度。</p><p>　　t2'= 1200 – 789.84 × 0.113 / 4.27 – 789.84 × 0.113 / 0.481 = 997.8 ℃ </p><p>　　驗算界面溫度（t2' – t2）/ t2'=（997.8 – 950）/ 997.8 = 4.79% < 5% ，結(jié)果合理，不需要重

23、新假設(shè)界面溫度。故確定保溫層厚度為240 mm。</p><p><b>　　2.爐底</b></p><p>　　爐底在高溫下承受工件的壓力，裝出料時常受到弓箭的沖擊或磨損，因此，要求有較高的耐壓強(qiáng)度，砌層厚度也要求比爐墻厚一些。一般電阻爐的爐底結(jié)構(gòu)是在爐底鋼板上用硅藻土砌成方格子做支撐，格子內(nèi)再填充蛭石粉，上面在鋪幾層硅藻土或輕質(zhì)磚，再往上為耐火磚。本設(shè)計爐底厚度

24、為408 mm，分別為：爐底采用耐火層230 mm，材料為輕質(zhì)粘土磚，中間層厚度為65 mm,材料為輕質(zhì)粘土磚，絕熱層厚度為113 mm，材料硅藻土磚，爐底板材料選用Cr3Si耐熱鋼，根據(jù)爐底實際尺寸給出，厚20 mm。</p><p><b>　　3.爐頂</b></p><p>　　由于側(cè)墻、前墻及后墻以及爐頂?shù)墓ぷ鳁l件相似，采用相同爐襯結(jié)構(gòu)，即三層：耐火層厚度1

25、13 mm高鋁磚，113 mm輕質(zhì)粘土磚，保溫層厚度為240 mm，材料為膨脹蛭石。爐膛寬度小于400 – 600 mm的小型電阻爐，可采用平頂。爐寬小于3.5 – 4.0 m的電阻爐采用拱頂。本設(shè)計爐采用拱頂60°拱角。 </p><p>　　3 砌體平均表面積計算</p><p>　　砌體平均面積包括，爐頂平均面積，爐墻平均面積與爐底平均面積之和。</p>&l

26、t;p>　　砌體外廓尺寸：外廓尺寸是指在爐膛的尺寸之外加上爐墻的厚度的尺寸。</p><p>　　L外= L + 2 ×(113 + 113 + 240) = 2972 mm</p><p>　　B外= B + 2 ×(113 + 113 + 240)= 2372 mm</p><p>　　H外= H + f + 428 + 113 + 1

27、50 = 2136 mm</p><p>　　f = R ( 1 – cos 30° ) = 182 mm </p><p>　　式中 f —拱頂高度，此爐子采用60°標(biāo)準(zhǔn)拱頂，則拱弧半徑尺 R = B = 1400 mm</p><p><b>　　1. 爐頂平均面積</b></p><p>

28、　　爐頂平均面積由爐內(nèi)的拱形頂面積與爐頂外部的平面共同求得</p><p>　　F頂內(nèi)=（2 πR / 6）× L=（2 × 3.14 × 1.4 / 6）= 1.465 m2 </p><p>　　F頂外= B外 × L外 = 2.972 × 2.372 = 6.942 m2 </p><p>　　F頂均= =

29、3.18 m2</p><p><b>　　2. 爐墻平均面積</b></p><p>　　爐墻面積包括側(cè)墻及前后墻，為簡化計算將爐門包括在前墻內(nèi)。計算墻內(nèi)的面積與墻外的面積求得平均面積。</p><p>　　F墻內(nèi)= 2 LH+ 2 BH= 2 × 2.0 × 1.1 + 2 × 1.4 × 1.1 =

30、 7.48 m2 </p><p>　　F墻外= 2 H外（L外+B外）= 2 × 2.136 ×(2.972 + 2.372)= 22.8 m2</p><p>　　F墻均= = 13.06 m2</p><p><b>　　3. 爐底平均面積</b></p><p>　　爐底是由113 mm的硅藻

31、土，65 mm厚的輕質(zhì)粘土磚，230 mm厚的隔熱材料，爐底長寬為爐底外實際長寬，爐內(nèi)長寬為爐膛長寬</p><p>　　F底內(nèi)= B × L= 2.0 × 1.4 = 2.8 m2</p><p>　　F底外= B外 × L外= 2.972 × 2.372 = 7.04 m2</p><p>　　F底均= = 4.43 m

32、2</p><p><b>　　爐襯結(jié)構(gòu)圖見圖1。</b></p><p><b>　　4. 爐子功率</b></p><p>　　電阻加熱爐所需功率的大小，與爐子的生產(chǎn)率，升溫時間，爐膛尺寸，爐子結(jié)構(gòu)，工件的工藝規(guī)律和操作方法等因素有關(guān)。在設(shè)計中必須考慮各方面因素以確定合適的功率。</p><p>

33、;　　用計算的方法通過復(fù)雜的公式利用熱平衡法確定爐子功率。爐子的總功率應(yīng)滿足熱量支出的總和。不同的電阻爐熱量的支出具體項目和數(shù)量也不相同。根據(jù)箱式爐的熱量支出的項目，計算熱量支出的具體數(shù)值并求和。從而求得總功率。</p><p>　　1．加熱工件所需的熱量Q件 </p><p>　　Q件是指電阻爐在加熱過程中作用在零件上的有效的熱量</p><p>　　Q件 =

34、g (C2 t2 – Cl t1 ) </p><p>　　式中 g – 爐子生產(chǎn)率；g = 220 kg / h。</p><p>　　C2 – 工件在額定工作溫度（即1200 ℃）時的熱容；C2 = 0.678 kJ / kg·℃。</p><p>　　Cl – 工件在常溫（20℃）時的熱容；Cl = 0.404 kJ / kg·℃。&l

35、t;/p><p>　　t2 – 爐子的額定溫度（即1200 ℃）；</p><p>　　t1 – 室溫溫度，取20 ℃。</p><p>　　則 Q件 = g (C2 t2 – Cl t1 )</p><p>　　= 220 × ( 0.678 × 12000.404×20) <

36、;/p><p>　　= 178992 KJ / h </p><p>　　2．加熱輔助工具夾所需的熱量Q輔 </p><p>　　輔助工具為料盤，工夾具等輔助工具，由于不同的加熱工序所用不同的工夾具，所以此次計算只帶入爐底板計算。 </p><p>　　Q輔 = G輔 (C2 t2 –Cl t1 ) / τ</p><

37、p>　　式中 G輔– 輔助工夾具的重量（Kg）；</p><p>　　t1、t2 – 輔助工夾具加熱前和加熱后的溫度（℃）t1 = 20 ℃，t2 = 1200 ℃。</p><p>　　Cl、C2– 輔助工夾具在t1和t2時的平均比熱（KJ / Kg·℃）；</p><p>　　Cl = 0.49 KJ / kg·℃ C2 = 0.65

38、7 KJ / kg·℃。</p><p>　　τ –輔助工夾具的加熱時間（h），一般情況下它與工件的加熱時間相同；取τ = 4。</p><p>　　G輔 = ρ · v</p><p>　　=（1.4 × 2.0 × 0.02 × 7.8 × 10-3) / 103</p><p>

39、;　　= 43.68 Kg</p><p>　　Q輔 = G輔 (C2 t2 – Cl t1 ) / τ </p><p>　　= 43.68 × ( 0.657 × 6120 0.49×20) / 4</p><p>　　= 8502.312 KJ </p><p>　　3. 通過爐襯的散熱

40、損失Q散</p><p>　　高溫電阻爐爐襯厚度為三層，通過側(cè)墻與前后墻散失的熱量也要考慮在總體熱量之內(nèi)，由于爐子側(cè)壁和前后墻爐襯結(jié)構(gòu)相似，故作統(tǒng)一數(shù)據(jù)處理，為簡化計算，將爐門包括在前墻內(nèi)。 </p><p>　　Q散= A × 3.6（t1 – t0）/（S1 / λ1+ S2 / λ2 + S3 / λ3+ 1 / αΣ)

41、</p><p>　　式中A ––爐襯的散熱面積（m2）</p><p>　　t1 ––爐膛內(nèi)壁溫度（℃），一般可用保溫階段的爐溫代替。 t1 =600 ℃。</p><p>　　t0 ––爐外車間空氣溫度（℃），可取20 ℃。</p><p>　　S1、S2、S3 ––耐火層和保溫層的厚度。</p><p>　　λ1

42、、λ2、λ3––耐火層和保溫層材料的平均導(dǎo)熱系數(shù)。其數(shù)值為</p><p>　　λ1均 = 2.09 + 0.186 × 10-2 ×t1均 = 2.09 + 0.186 × 10-2 × 1175 = 4.27 千卡/ (米2·時·℃)</p><p>　　λ2均 = 0.25 + 0.22 × 10-3 

43、15; t2均 = 0.25 + 0.22×10-3 × 1050 = 0.481千卡/ (米2·時·℃) </p><p>　　λ3均 = 0.07 + 0.22 × 10-3 × t2均 = 0.07 + 0.22×10-3 × 500 = 0.2千卡/ (米2·時·℃) </p>

44、<p>　　當(dāng)爐殼溫度為50℃，室溫為20℃時，由參考文獻(xiàn)得1 / αΣ = 0.05 W / (m2·℃)</p><p><b>　　因為</b></p><p>　　A=[(h + f ) L爐+（h + f ）B爐 + L爐B爐] × 2 = 27.8 m2 </p><p><b&g

45、t;　　所以</b></p><p>　　Q散 =A× 3.6（t1 – t0）/（S1 / λ1+ S2 / λ2 +1 / αΣ)</p><p>　　= 20.092 × 3.6（1200 – 20）/（4.27 + 0.481 + 0.2 + 0.05)</p><p>　　= 79047.2 KJ</p>&l

46、t;p>　　4. 通過開啟爐門的輻射熱損失Q輻</p><p>　　當(dāng)夾取工件的時候，需要開啟爐門，當(dāng)開啟爐門的同時會產(chǎn)生熱量的輻射散失</p><p>　　Q輻 = 5.67 [ ] A× Φ × δ × 3.6</p><p>　　式中 T1 – 爐膛的溫度（K）；</p><p>　　T2

47、 – 爐外空氣的溫度（K）；</p><p>　　A – 爐門開啟面積（m2）；</p><p>　　Φ – 遮蔽系數(shù)，取0.8；</p><p>　　δ – 爐門開啟時間比率取0.1。</p><p>　　由于正常工作時，爐門開啟高度的一半，爐門開啟面積</p><p>　　A= B ×= 1.4

48、×(1.1 / 2 )= 0.77 m2</p><p>　　Q輻 = 5.67 [ ] A × Φ × δ × 3.6</p><p>　　= 5.67 ×[] × 0.715 × 0.8 × 0.1 × 3.6</p><p>　　= 51715.8 K J / h

49、 </p><p>　　5. 通過開啟爐門的溢氣熱損失Q溢</p><p>　　當(dāng)爐門開啟的時候由于冷熱空氣的對流造成熱量的散失。熱空氣向外流出冷空氣流入造成爐內(nèi)溫度的降低。</p><p>　　Q溢 = V× C ( t 1 – t2 ) × δ</p><

50、p>　　= 1256.3 × 1.0004 × (1200 – 20 ) × 0.1= 148464.6（KJ / h）</p><p>　　式中 t1 – 室溫溫度，取20℃。</p><p>　　t2 – 爐子內(nèi)熱空氣溫度；</p><p>　　V – 進(jìn)入爐內(nèi)的冷空氣量（m3 / h）；</p>

51、<p>　　C– 空氣在溫度之間的平均比熱[KJ / m3·℃]；為1.0004 KJ / m3·℃。</p><p>　　對于電阻爐，V可以按下式近似計算</p><p>　　V = 2200·B·= 2200 × 1.4 × 0.55 ×= 1256.3 m3 / h</p><p&g

52、t;　　式中 B– 爐門的寬度（m）； </p><p>　　H– 爐門的開啟高度（m）； </p><p>　　6. 其它熱損失Q它</p><p>　　除了以上各種熱散失以外，還有很多考慮不到的其他因素造成的熱散失，其中包括密封性不良，磚塊之間的契合度差，內(nèi)部老化等。一般其他熱損失近視取爐襯散熱的50 %– 100%或者總熱損失的10 %，本次計算選取

53、Q它= 10 % Q總</p><p>　　Q它 = 0.1 Q總 = 54692.08 KJ / h</p><p>　　7. 總熱量支出Q總</p><p>　　總的熱支出包括Q件 ，Q輔 ， Q散 ，Q損 ， Q溢 ， Q它 。因為Q它為10 % Q總計算出總的熱支出</p><p>　　0.9Q總 = Q件 + Q輔 + Q散 + Q

54、損 + Q溢 + Q它</p><p>　　= 178992 + 34009.2 + 79042.2 + 51715.8 + 148464.6</p><p>　　= 492228.8 KJ / h</p><p>　　Q總= 54692.08 KJ / h</p><p><b>　　8. 熱功率P總</b><

55、/p><p>　　將熱量轉(zhuǎn)換為功率，通過轉(zhuǎn)換系數(shù)將兩者進(jìn)行轉(zhuǎn)變。</p><p>　　P總 = Q總 / 3600</p><p>　　= 546920.8 / 3600 </p><p>　　= 152 KW </p><p>　　從熱平衡的觀點來看，P總熱功率就是所需的功率。但是考慮到生產(chǎn)中的某些情況，如車間電

56、壓降低或電熱體老化引起的功率下降以及適應(yīng)強(qiáng)化加熱制度所要求的功率等，因此，爐子的功率應(yīng)有一定的儲備，爐子的額定（安裝）功率應(yīng)為P = KP總 。其中K為功率儲備系數(shù)，本爐設(shè)計中K取1.3，故P = 1.3 × 152 = 197.7 KW 取200 KW。</p><p><b>　　5 爐子熱效率計算</b></p><p>　　單位時間加熱工件能力的稱為

57、熱效率，熱效率越大，爐子的利用率越大，熱效率過小說明爐子設(shè)計的不合理，需要重新設(shè)計，熱效率的范圍一般在30%到80%之間。</p><p>　　1. 正常工作時的效率：</p><p>　　正常工作時的效率指的是在工件在爐內(nèi)加熱時的效率</p><p><b>　　η = </b></p><p>　　= 178992

58、/ 546920.88 × 100 %</p><p><b>　　= 32.72 %</b></p><p>　　2. 在保溫階段，關(guān)閉爐門時的效率</p><p>　　保溫階段的熱效率，在工件加熱到要求溫度之后，保溫的時間內(nèi)爐子的熱效率。</p><p>　　η = Q件 / [ Q總 –（Q輻 + Q溢

59、）] </p><p>　　= 178992 / 346740.4 × 100 %</p><p><b>　　= 51.71％</b></p><p>　　6 爐子空載功率計算</p><p>　　空載功率是指在沒有工件加入爐內(nèi)的時候，將爐內(nèi)溫度提升到標(biāo)準(zhǔn)工作溫度時的功率</p><p&g

60、t;<b>　　P空 = </b></p><p>　　= 79047.2 + 546292.08</p><p>　　= 37.14 KW</p><p>　　7 空爐升溫時間計算</p><p>　　不同耐火成，保溫層的蓄熱不同，耐火層蓄熱多而保溫層相對較少，為簡化計算將爐子側(cè)墻，前后墻，爐頂按照相同數(shù)據(jù)計算，而爐底

61、的構(gòu)造比較復(fù)雜，統(tǒng)一按照輕質(zhì)粘土磚計算。</p><p>　　1. 爐墻及爐頂和爐底蓄熱</p><p>　　本設(shè)計高溫爐有三層砌體，不同砌體尺寸除了考慮到爐膛尺寸以外還需要考慮到前一層耐火層的尺寸。</p><p>　　V = 2 × 1.1 ×（2.0 + 0.113 + 0.113）× 0.113 = 0.55 m3</p&

62、gt;<p>　　V = 2 × 1.1 ×（1.4 + 0.113 + 0.113）× 0.113= 0.40 m3</p><p>　　V = 0.113 × 2× 3.14 × 1.4 / 6 × 0.113 = 0.33 m3</p><p>　　V側(cè)粘 = 2 × 1.1 ×

63、 2.0 + 0.113 ×4）× 0.113 = 0.60 m3</p><p>　　V前·后粘= 2× 1.1 × (1.4 + 0.113 × 4) = 0.46 m3</p><p>　　V頂粘 = 2 × 2 × 3.14 ×（1.4 + 0.113）× 0.113 / 6 =

64、0.35 m3</p><p>　　V = 2 × 1.1 ×[2 + 2 ×(0.113 + 0.113 + 0.24)]× 0.24 = 1.3 m3</p><p>　　V = 2 × 1.1 ×（1.4 + 0.113 × 4 + 0.24 × 2）× 0.24 = 1.23 m3</

65、p><p>　　V =( 1.4 + 0.113 + 0.24 )× 0.24 × 2.0 × 3.14 × 1 / 6 = 0.88 m3</p><p>　　V底粘 = 2.972 × 2.372 × 0.408 = 2.87 m3</p><p><b>　　因為</b><

66、/p><p>　　t高鋁 =(t0 + t1) / 2= ( 1200 + 1150)/ 2= 1175 ℃</p><p>　　t粘 =(t1 + t2) / 2=(1200 + 950)/ 2= 1050 ℃</p><p>　　t硅 =( t1 + t3) / 2=（950 + 50）/ 2= 500 ℃</p><p><b>

67、　　由參考文獻(xiàn)查得</b></p><p>　　C高鋁 = 0.84 + 0.264 × 10-3t高鋁 = 1.15 KJ /(kg·℃)</p><p>　　ρ高鋁 = 0.23 × 103 = 230 kg / m3</p><p><b>　　由參考文獻(xiàn)查得</b></p><

68、;p>　　C粘 = 0.837 + 0.264 × 10-3t粘 = 1.11 kJ /(kg·℃)</p><p>　　ρ粘 = 0.2 × 103= 200 kg / m3</p><p><b>　　由參考文獻(xiàn)查得</b></p><p>　　C蛭 = 0.657 KJ / (kg·℃)&l

69、t;/p><p>　　ρ蛭 = 0.02 × 103 = 20 kg / m3</p><p><b>　　由公式</b></p><p>　　Q蓄 = V粘ρ粘C粘(t粘 – to)+ V硅ρ硅C硅(t硅 – t0) </p><p>　　可得爐墻及爐頂和爐底蓄熱如下：</p><p>　

70、　Q蓄1=（V側(cè)粘+ V前·后粘+ V頂粘+V底粘）ρ粘C粘（t粘 – t0）</p><p>　　+（V側(cè)硅+ V前·后硅+ V頂硅）ρ硅C硅（t硅 – t0）</p><p>　　+（V+V+V）ρ高鋁C高鋁（t高鋁 – t0）</p><p>　　=（0.46 + 0.60 + 0.35 + 2.87）× 200 × 1

71、.11 ×( 1050 – 20 )</p><p>　　+（1.3 + 1.23 + 0.88）× 20 × 0.657 ×(500 – 20)</p><p>　　+（0.55 + 0.60 + 0.33）× 230 × 1.1 5×（1200 – 20）</p><p>　　= 391036

72、.8 + 21507.552 + 978664.8 </p><p>　　= 1391209.152 KJ</p><p><b>　　2. 爐底板蓄熱</b></p><p>　　爐膛底部至有一塊爐底板，爐底板隨爐子升溫而蓄熱，爐底板蓄熱與爐底板重量與爐底板材料比熱有關(guān)</p><p>　　根據(jù)參考文獻(xiàn)得Cr3Si合金

73、鋼的比熱容分別為：C = 0.494 KJ / (kg·℃)，ρ= 7.1 g / cm3</p><p>　　Q板蓄=G(C板2t1 – C板1t0) </p><p>　　= 7.1 × 103 × 1.4 × 2.0 × 0.02 × 1200 × 0.494 = 235697.28 KJ</p>&

74、lt;p>　　Q蓄=Q蓄1+Q板蓄</p><p>　　= 1391209.152 + 235697.28</p><p>　　= 1626906.432 KJ</p><p><b>　　3. 空爐升溫時間</b></p><p>　　空爐升溫時間是指，在沒有工件的情況下，將電阻爐加熱到額定工作溫度的時間。<

75、;/p><p>　　τ升= Q蓄 / 3600 KP總 = 1626906.432 / 3600 × 1.3 × 152 = 2.28 h</p><p>　　對于一般周期作業(yè)爐升溫時間在3 – 8小時左右，所設(shè)計的爐子升溫時間符合要求。由于蓄熱是按穩(wěn)態(tài)傳導(dǎo)計算的，有誤差存在，故本設(shè)計實際升溫時間取是3小時左右。</p><p>　　8 功率的分配

76、與接線</p><p>　　因為該熱處理電阻爐的爐膛寬度B = 1.4 m，為大型箱式爐，功率分配除了在側(cè)墻和爐底之外，還應(yīng)在爐門口增加一些功率，即在爐長1 / 4 – 1 / 3處，將功率加大為功率的15 % – 25 %左右。本設(shè)計功率均勻分布在爐膛兩側(cè)及爐底，組成YY接線。供電電壓為車間動力電網(wǎng)380 V。核算爐膛布置電熱元件內(nèi)壁表面負(fù)荷，對于周期式作業(yè)爐，內(nèi)壁表面負(fù)擊應(yīng)在15 – 35 kw / m2之間

77、。</p><p>　　F電 = 2 F電側(cè) + F電底= 2 × 1.1 × 1.4 + 1.4 × 2.0 = 5.88 m2</p><p>　　W=P安 / F電= 200 / 5.88 = 34.01 KW / m2</p><p>　　對于周期式作業(yè)爐，內(nèi)壁表面負(fù)擊應(yīng)在15 – 35kw / m2之間，所以符合條件。<

78、/p><p>　　9 電熱元件材料選擇及計算</p><p>　　金屬電熱體材料有合金和純金屬材料兩種。電熱體要求高的電阻率，電阻溫度系數(shù)小，材料有足夠的耐熱性與高溫強(qiáng)度，熱膨脹系數(shù)要小，材料要具有良好的加工性，材料成分要符合國家資源情況，來源容易成本低。由于該熱處理爐的最高使用溫度為1200℃，屬于高溫箱式爐，故選用線狀0Cr27Al7Mo2合金作電熱元件，接線方式采用YY。</p&g

79、t;<p>　　1. 求1200 ℃時電熱元件的電阻率ρ</p><p>　　當(dāng)爐溫為1200 ℃時，電熱元件溫度取1300 ℃，經(jīng)查得0Cr27Al7Mo2在20 ℃時電阻率ρ20 = 1.508 Ω·mm2 / m，電阻溫度系數(shù)α = – 0.65 × 10-5 ℃-1。</p><p>　　ρt = ρ20( 1 + αt)= 1.508 ×

80、;( – 0.65 × 10-5× 1300 )= 1.491 Ω·mm2 / m</p><p>　　2. 確定電熱元件表面功率</p><p>　　由查資料以及該工作表面溫度和該電熱元件有敞開型和封閉型兩種。由參考文獻(xiàn)W = 6 W / cm2。</p><p>　　3. 每組電熱元件功</p><p>　　

81、由于采用YY接法，即三相星形接法，每組元件功率：P組= P安 / n = 200 / 6 = 33.3 KW。</p><p>　　4. 每組電熱元件端電壓</p><p>　　由于采用YY接法，工作電壓為380 V，故每組電熱元件端為每相電壓</p><p>　　U組 ==220 V電壓即為每相電壓U組 = = 220 V。</p><p&g

82、t;　　5. 線狀電熱元件直徑:</p><p>　　電熱元件的直徑取決電熱體的受熱能力，各相的功率，額定電壓以及材料的電阻率有關(guān)系</p><p>　　d = 34.3 × </p><p><b>　　= 34.3 × </b></p><p>　　= 6.3 mm </p>&

83、lt;p><b>　　式中</b></p><p>　　P – 每根電熱元件的功率。（KJ）</p><p>　　W允 – 電熱元件的允許表面負(fù)荷（W / cm2）；經(jīng)查表確定為6。</p><p>　　U – 每根電熱元件的相電壓（V）；</p><p>　　ρt – 電熱元件的電阻率；（Ω·mm2 /

84、 m）；</p><p>　　6.每組電熱元件長度</p><p>　　L組= 0.785 × l0-3(U組2d2 / P組ρt) </p><p>　　= 0.785 × l0-3( 2202 × 6.32) / ( 33.3 × 1.491 )</p><p>　　= 32.35 m 取33

85、m</p><p><b>　　電熱元件總長度</b></p><p>　　L總 = 6 L組= 6 × 33 = 198 m</p><p>　　7. 電熱元件的總重量</p><p>　　G總 =（π / 4）d 2L總 ρm × 10-3</p><p>　　=（π /

86、4）× 6.32 × 198 × 7.1× 10-3= 46.8 kg,</p><p>　　式中ρm確定查資料確定為 7.1 g / cm3 </p><p><b>　　8. 校驗表面負(fù)荷</b></p><p>　　W實 = P相 / π d L相 </p><p>

87、;　　= ( 33.3 × 103)/ (π × 6.3 × 10-1× 33 ×102 ) = 5.1 W / cm2</p><p>　　W實= 5.1 W / cm2 < W允 = 6 W / cm2，結(jié)果滿足設(shè)計要求。</p><p>　　9. 電熱元件在爐膛內(nèi)的布置</p><p>　　電熱體在爐膛

88、內(nèi)應(yīng)該繞成螺旋形狀。這樣既能穩(wěn)定傳熱，又能節(jié)省空間。查表可得，螺旋節(jié)距h=（2 – 4)d才合理。螺旋節(jié)徑D=( 4 – 6 )d，本設(shè)計取D= 4 d</p><p>　　D = 4 d = 4 × 6.5 = 26 mm</p><p>　　熱處理電阻爐的功率分配在兩個側(cè)墻以及爐底，且平均分配，即在爐子的側(cè)墻及爐底各安裝兩組電熱體，。除去彎曲處占的位置。在每折的長度為L1=

89、2000 －50 = 1950 mm。</p><p>　　將每根電熱體分為三折，L折 = L組 / 3 = 33 / 3 = 11 mm</p><p>　　螺旋體圈數(shù) N = L折 / π D= 11 / 3.14 × 26 × 103 = 134 圈</p><p>　　h = L1 / N= 1950 / 134 = 14.5<

90、/p><p>　　h / d = 14.5 / 6.3 = 2.3 在2 – 4的范圍之內(nèi)滿足設(shè)計要求</p><p>　　根據(jù)計算，選用Y方式接線，采用d = 6.3所用電熱體重量最小，電熱元件節(jié)距h在安裝時適當(dāng)調(diào)整，在爐口處適當(dāng)增加功率 。</p><p>　　電熱元件引出棒材料選用1Crl8Ni9Ti，直徑Φ = 12 mm，長度L = 500 mm。</p

91、><p><b>　　10 電熱體元件圖</b></p><p>　　電熱體螺距為14.5 mm直徑為6.3 mm。電熱體具體尺寸及安裝見圖</p><p><b>　　11 電阻爐裝配圖</b></p><p>　　電阻爐裝配爐見圖5。</p><p>　　12 電阻爐技術(shù)指標(biāo)

92、</p><p>　　額定功率：200 kw；</p><p>　　額定電壓：380 V；</p><p>　　最高使用溫度：1200 ℃；</p><p>　　生產(chǎn)率：220 kg / h；</p><p><b>　　相數(shù)3；</b></p><p><b>

93、　　接線方法YY；</b></p><p>　　工作有效尺寸2000 mm × 1400 mm × 1100 mm；</p><p>　　外形尺寸：2970 mm × 2370 mm × 2136 mm。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>