热工设备与工程课程设计

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220kg/h，额定工作温度1200℃，炉底强度95kg/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：年月日辽宁工业大学课程设计说明书I目录目录................................................................................................................................................I1炉型的选择.................................................................................................................................12炉体结构及尺寸.........................................................................................................................12.1炉底面积的确定......................................................................................................................12.2炉膛尺寸的确定......................................................................................................................12.3炉衬材料及厚度的确定..........................................................................................................23砌体平均表面积计算.................................................................................................................34.炉子功率....................................................................................................................................65炉子热效率计算.........................................................................................................................96炉子空载功率计算.....................................................................................................................97空炉升温时间计算.....................................................................................................................98功率的分配与接线...................................................................................................................119电热元件材料选择及计算.......................................................................................................1210电热体元件图.........................................................................................................................1411电阻炉装配图.........................................................................................................................1512电阻炉技术指标.....................................................................................................................16参考文献.......................................................................................................................................17辽宁工业大学课程设计说明书1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：220kg/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220kg/h，炉底强度h为95kg/m2·h，故可求得炉底有效面积F1=p/h=220/95=2.32m2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220kg/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=2.79m22.2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=32F可知L=22.793=2.0m此段根据自己情况自己写辽宁工业大学课程设计说明书2由炉底宽度公式B=23F得B=32.792=1.36m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=1.08m。因此，可以确定炉膛尺寸如下L=2000mmB=1360mmH=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=2000mmB效=1400mmH效=1100mm2.3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2.3g/cm2，导热系数λ=2.09+1.86×10-3t，厚度113mm。轻质粘土砖，密度2.0g/cm2，导热系数λ=0.25+2.2×10-4t，厚度113mm。蛭石，密度0.2g/cm2，导热系数λ=0.07+2.6×10-4t，厚度240mm。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113mm，一层轻质粘土砖，厚度为113mm。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240mm。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=210tt=120011502=1175℃，轻质粘土层S2的平均温度为：t2均=212tt=15009502=1050℃蛭石层S3的平均温度为：t3均=232tt=9505002=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kJ千焦耳辽宁工业大学课程设计说明书3(1)热流q：q墙=02312123tt=1200500.1130.1130.244.270.4810.2=789.84千卡/米2·时。（2）计算交界面上的温度t1、t2由t1'=t0–qS1/λ1均得t1'=1200–789.84×0.113/4.27=1179.46℃验算界面温度（t1'–t1）/t1'=（1179.46–1200）/1179.46=2.4%5%，结果合理，不需要重新假设界面温度。t2'=1200–789.84×0.113/4.27–789.84×0.113/0.481=997.8℃验算界面温度（t2'–t2）/t2'=（997.8–950）/997.8=4.79%5%，结果合理，不需要重新假设界面温度。故确定保温层厚度为240mm。2.炉底炉底在高温下承受工件的压力，装出料时常受到弓箭的冲击或磨损，因此，要求有较高的耐压强度，砌层厚度也要求比炉墙厚一些。一般电阻炉的炉底结构是在炉底钢板上用硅藻土砌成方格子做支撑，格子内再填充蛭石粉，上面在铺几层硅藻土或轻质砖，再往上为耐火砖。本设计炉底厚度为408mm，分别为：炉底采用耐火层230mm，材料为轻质粘土砖，中间层厚度为65mm,材料为轻质粘土砖，绝热层厚度为113mm，材料硅藻土砖，炉底板材料选用Cr3Si耐热钢，根据炉底实际尺寸给出，厚