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电阻炉计算例题电阻炉计算例题
电阻炉设计计算举例
一 设计任务
为某厂设计一台热处理电阻炉,其技术条件如下:
用途:中碳钢、低合金钢毛坯或零件的淬火、正火及调质处理,处理对象为中小型零件,无定型产品,处理批量为多品种,小批量;
生产率:160kg/h;
工作温度:最高使用温度≤950℃;
生产特点:周期式成批装料,长时间连续生产。
二 炉型的选择
根据设计任务给出的生产特点,拟选用箱式热处理电阻炉,不通保护气氛。
三 确定炉体结构和尺寸
炉底面积的确定
因无定型产品,故不能用实际排料法确定炉底面积,只能用加热能力指标法。一直生率P为160kg/h,按表1选择箱式炉用于正火和淬火时的单位面积生产率P0为120kg/(m2.h)。
表1
故可求得炉底有效面积
由于有效面积与炉底总面积存在关系式,取系数上限,得炉底实际面积
炉底长度和宽度的确定
由于热处理箱式电阻炉设计时应考虑装出料方便,取L/B=2,因此,可求得
B=L/2=1.772/2=0.886m
根据标准砖尺寸,为便于砌砖,取L=1.741m,B=0.869m,如图5-8所示。
炉膛高度的确定
按统计资料,炉膛高度H与宽度B之比H/B通常在0.5~0.9之间,根据炉子工作条件,取H/B=0.7左右,根据标准砖尺寸,选定炉膛高度H=0.640m。
因此,确定炉膛尺寸如下
长 L=(230+2)×7+(230×1/2+2)=1741mm
宽 B=(120+2)×4+(65+2)+(40+2)×2+)(113+2)×2=869mm
高 H=(65+2)×9+37=640mm
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=1500mm
B效=700mm
H效=500mm
.4. 炉衬材料及厚度的确定
由于侧墙、前墙及后墙的工作条件相似,采用相同炉衬结构,即113mmQN-1.0轻质粘土砖+50mm密度为250kg/m3的普通硅酸铝纤维毡+113mmB级硅藻土砖。
炉顶采用113mmQN-1.0轻质粘土砖+80mm密度为250kg/m3的普通硅酸铝纤维毡+115mm膨胀珍珠岩。
炉底采用三层QN-1.0轻质粘土砖(67×3)mm+50mm密度为250kg/m3的普通硅酸铝纤维毡+182mmB级硅藻土砖和膨胀珍珠岩复合炉衬。
炉门用65mmQN-1.0轻质粘土砖+80mm密度为250kg/m3的普通硅酸铝纤维毡+65mmA及硅藻土砖。
炉底隔砖采用重质粘土砖,电热元件搁砖选用重质高铝砖。
炉底板材料选用Cr-Mn-N耐热钢,根据炉底实际尺寸给出,分三块或四块,厚20mm。
四 砌体平均表面积计算
砌体外廓尺寸如图5-8所示。
L外=L+2×(115+50+115)=2300mm
B外=B+2×(115+50+115)=1430mm
H外=H+f+(115+80+115)+67×4+50+182=640+116+310+268+50+182=1566mm
式中:f——拱顶高度,此炉子采用60°标准拱顶,取拱弧半径R=B,则f可由f=R(1-cos30°)求得。
炉顶平均面积
2. 炉墙平均面积
炉墙面积包括侧墙及前后墙,为简化计算将炉门包括在前墙内。
F墙内=2LH+2BH=2H(L+B)=2×0.640×(1.741+0.869)=3.341m2
F墙外=2H外 (L外+B外)=2×1.566×(2.300+1.430)=11.68m2
3.炉底平均面积
F底内=B×L=0.869×1.741=1.51m2
F底外=B外×L外=1.430×2.300=3.36m2
五、计算炉子功率
1. 根据经验公式法计算炉子功率
由式
取式中系数,空炉升温时间假定为τ升=4h,炉温t=950℃,炉膛内壁面积
F壁=2×(1.741×0.640)+2×(0.869×0.64)+1.741×0.869+2×3.14×0.869××1.741=6.44m2
所以
由经验公式法计算得P安≈75(KW)
2.根据热平衡计算炉子功率
(1)加热工件所需的热量Q件
由附表6得,工件在950℃及20℃时比热容分别为C件2=0.636kj/(kg.℃),c件1=0.486 kj/(kg.℃),根据式(5-1)
(2)通过炉衬的散热损失Q散
由于炉子侧壁和前后墙炉衬结构相似,故作统一数据处理,为简化计算,将炉门包括在前墙内。
根据式(1-15)
对于炉墙散热,如果5-9所示,首先假定界面上的温度及炉壳温度,t′2墙=780℃,t′3墙=485℃,t′4墙=60℃则
耐火层s1的平均温度,
硅酸铝纤维层s2的平均温度
,
硅藻土砖层s3的平均温度
,
s1、s3层炉衬的热导率由附表3得
普通硅酸
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