pfth型油淬真空爐設(shè)計(jì)

1、工程設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（課程設(shè)計(jì)）設(shè)計(jì)說(shuō)明書目錄 一:設(shè)計(jì)任務(wù)說(shuō)明-2二: 加熱部分設(shè)計(jì)-2Ø 1: 爐膛尺寸-2Ø 2: 爐墻-2Ø 3: 爐用耐熱鋼-3Ø 4: 加熱元件設(shè)計(jì)-3三: 加熱爐功率計(jì)算-5 Ø 1: 爐膛尺寸-2Ø 2: 爐墻-2Ø 3: 爐用耐熱鋼-3Ø 4: 加熱元件設(shè)計(jì)-3四: 真空系統(tǒng)介紹-6五: 繪制爐型圖-8一、設(shè)計(jì)任務(wù)書1） 設(shè)計(jì)題目 ：pfth型油淬真空爐設(shè)計(jì) 2）油淬真空爐條件：項(xiàng)目單位指標(biāo)爐子有效尺寸Mm500×1200最大爐裝量Kg250額定功率Kw150二、加

2、熱部分設(shè)計(jì) 1爐膛尺寸 爐子有效尺寸為500×1200，由于在擺放工件時(shí)需要考慮裝料、出料方便和爐氣流動(dòng)，在工件之間要留有一定空間,工件與電熱元件也要留出一定的空間通常為100150mm，靠近爐門初溫度偏低，工件到爐門應(yīng)留出100200mm。因此： 爐膛長(zhǎng)度：L=L1+0.20.3m 爐膛寬度：B=B1+0.20.4m 其中L1 和 B1分別為爐子有效長(zhǎng)度和寬度，這里爐子為柱狀的，所以： 爐膛直徑R=500+300=800mm 高度：H=1200+300=1500mm 由于沒(méi)有待處理的鋼件，沒(méi)有規(guī)定的溫度，但通過(guò)電動(dòng)率P和爐子的體積我們可以估算爐子的加熱溫度（經(jīng)驗(yàn)公式）： 工作溫度（

3、）功率（kw）12001000700400P=100150P=75100P=5075P=3550 我們?cè)O(shè)計(jì)的淬火爐的功率為150KW，那么可以估計(jì)一下爐子的加熱溫度大約有1000。據(jù)此來(lái)確定爐墻材料和加熱元件。2 爐墻 10001200的高溫爐需要三層爐襯，即高鋁磚、輕質(zhì)耐火磚和保溫材料，外加石棉板和鋼板外殼。查詢熱處理爐（西北工業(yè)大學(xué)出版）的爐墻組成表可知1000的爐墻組成為： 爐膛溫度爐墻材料厚度（mm）1000輕質(zhì)耐火粘土磚=1.3115硅藻土磚=0.6180膨脹珍珠巖<0.16663 爐用耐熱鋼 熱處理爐的爐內(nèi)構(gòu)件如爐底板、爐罐、導(dǎo)軌、料盤、爐輥、內(nèi)罩等都是在高溫下工作的，承受一

4、定的載荷，并受到高溫化學(xué)介質(zhì)的腐蝕，因此這些構(gòu)件必須用耐熱鋼制造。常用的耐熱鋼有1Cr18Ni9Ti、Cr18Ni25Si2、等奧氏體耐熱鋼，由于Cr、Ni的消耗過(guò)多，筑爐投資較大，幾年來(lái)開始使用無(wú)Cr、Ni或少Cr、Ni的耐熱鋼。其中比較重要的有Fe-Al-Mn系和Fe-Cr-Mn-N系耐熱鋼。 Fe-Al-Mn系的耐熱鋼根據(jù)其含Al量的不同分三種，分別用于800900、950以下、10001100。 由于所設(shè)計(jì)的熱處理爐為高溫?zé)崽幚頎t，我們采用耐熱性能最好的第三種。2.加熱爐功率的計(jì)算 （1）熱平衡方程式為:熱平衡計(jì)算法的原理就是為了保持爐子在工作濕度下正常運(yùn)行，必須保證爐子熱量收入與熱量

5、支出相平衡。一般是設(shè)定爐子的熱交換是處在穩(wěn)定狀態(tài)下進(jìn)行的，則熱平衡方程式 (2-1)加熱器發(fā)出的總熱量 kJ/h 有效熱消耗,即加熱工件及夾具所消耗的熱量 kJ/h無(wú)功熱損失 kJ/h加熱過(guò)程中爐子結(jié)構(gòu)蓄熱消耗的能量 kJ/h（2）有效熱消耗的計(jì)算有效熱消耗一般包括加熱工件和加熱工夾具所消耗的熱量總和即： 工件加熱消耗的熱量 kJ/h 夾具加熱消耗的熱量 kJ/hl、加熱工件所消院的熱量：=G()G爐子生產(chǎn)率 kg/h工件加熱的最終溫度,一般取爐溫 工件加熱的起始溫度,一般取室溫 工件在溫度和時(shí)的平均比熱容 kJ/(kg)2、加熱工夾具所消隨的熱置的計(jì)算與的計(jì)算公式相同。常用金屬的平均比熱容如

6、表4-1所示。由表4-1可知=0.5016 kJ/(kg.K), 由設(shè)計(jì)要求可知G為250kg/h, =1000, =20則有: =2500.5016(1000-20)=122892kJ對(duì)夾具熱消耗的計(jì)算,公式與工件熱消耗相同,但可以忽略。所以:=122892kJ/h（3）無(wú)功熱損失的計(jì)算無(wú)功熱損失在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)主要包括下列各項(xiàng)：=+ (2-2)通過(guò)隔熱層輻射給冷壁的熱損失 kJ/h 水冷電極傳導(dǎo)的熱損失kJ/h 熱短路造成的熱損失 kJ/h其他熱損失kJ/h對(duì)于周期作業(yè)爐，由于加熱過(guò)程的初始階段處于不穩(wěn)定傳熱狀態(tài)，沒(méi)有達(dá)到熱平衡，因此無(wú)功熱損失比穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)要小。為了簡(jiǎn)便起見，仍按穩(wěn)定狀態(tài)熱交換

7、計(jì)算。(a)通過(guò)隔熱層輻射給冷壁的熱損失的計(jì)算隔熱屏的選擇 一般隔熱屏的內(nèi)表面與加熱器之間的距離約為50100mm；加熱器與工件(或夾具、料筐)之間的距離為50一150mm。隔熱屏兩端通常不布置加熱器，溫度偏低。因此，隔熱屏每端應(yīng)大于有效加熱區(qū)約150300mm，或更長(zhǎng)一些。從傳熱學(xué)的觀點(diǎn)看，采用熱損失最小圓筒形的隔熱屏。 選用石墨氈隔熱屏，隔熱屏內(nèi)鋪設(shè)一層柔性石墨板(或耐高溫紙制品)。根據(jù)熱平衡原理，經(jīng)過(guò)非金屬隔熱屏(石墨氈隔熱屏陶瓷纖維隔熱屏)輻射給冷壁的熱損失， 等于隔熱屏內(nèi)壁傳導(dǎo)至外壁的熱量Q傳，亦等于隔熱屏輻射結(jié)冷壁的熱量Q輻，即：Q傳Q輻設(shè)定隔熱屏內(nèi)壁溫度與電熱元件接近，電熱元件的

8、溫度按高于爐子工作溫度100150計(jì)算，取t11100，隔熱屏外壁溫度t2670，爐殼內(nèi)壁溫度t350。再取L=1200+2×250mm1700mm。電熱元件距爐膛選定為50mm左右，隔熱屏距電熱元件約50mm，隔熱屏扎實(shí)厚度約為50mm，故500100×250×2800mm， 8002×50（厚度）900mm。Q傳通過(guò)非金屬隔熱屏傳導(dǎo)熱損失(kJ/h); t1隔熱層內(nèi)壁溫度()； t2隔熱層外壁溫度()； L圓簡(jiǎn)壁長(zhǎng)度或深度(m); d1圓筒內(nèi)壁直徑(m)； d2圓筒外里直徑(m)； 隔熱層材料的平均熱導(dǎo)率kJ/(m·h·)隔熱層材

9、料的平均熱導(dǎo)率由圖4-1(導(dǎo)熱系數(shù)曲線)取=0.2754kJ/(m·)由以前計(jì)算可知圓簡(jiǎn)壁長(zhǎng)度或深度L=1.7m,圓筒內(nèi)壁直徑d1=0.8m, 圓筒外壁直徑d2=0.9m,則有: =10733.91 kJ/hQ輻按封閉空間內(nèi)兩表面的輻射換熱計(jì)算： (kJh)Q輻通過(guò)非金屬隔熱屏輻射熱損失(kJh) Cn導(dǎo)熱輻射系數(shù)kJ(m2·h·K4)；F1輻射體外表面積(m2)；F2接受體內(nèi)表面積(m2)；T2輻射體外表面絕對(duì)溫度（K）T3接受體內(nèi)表面絕對(duì)溫度（K）1輻射體的黑度；2接受體的黑度。由表4-3(各種材料的輻射黑度)取輻射體的黑度1=0.202, 接受體為水冷內(nèi)壁，

10、取不銹鋼表面磨光時(shí)的黑度為0.074 ,F10.800×1.7004.27m2，F(xiàn)20.900×1.700=4.80m2=0.3084(m2·h·K4)則有:=10269.98kJ/hQ傳 和Q輻近似相等，滿足條件，取Q傳=10733.91kJh即= 10733.91kJh（b）水冷電極傳導(dǎo)的熱損失Q2Q2水冷電極傳導(dǎo)熱損失，(kJh)；n水冷電極數(shù)；水的密度(kg/m3)；C水的比熱容kJ(kg·);d水管直徑(m)，一般取d=0.0060.010m;v水的流速(m/h)，對(duì)軟水一般取0.8m/s1.2m/s,對(duì)中等硬度的水取1.2一3m/s

11、；t1冷卻水出口溫度()一般取3035,對(duì)于硬水為了防止積垢應(yīng)不超過(guò)35;t2冷卻水入口溫度()，一般取2025。根據(jù)一些設(shè)計(jì)單位的經(jīng)驗(yàn)，一個(gè)水冷電極消耗功率約0.51kW。取水冷電極數(shù)n為6;水的密度為1000 kg/m3;水的比熱容C為 4200 kJ(kg·); 水管直徑d為0.008m; 水的流速v為1.0 m/s; 冷卻水出口溫度t1為30; 冷卻水入口溫度為20,則有:=45577.73kJ/h (C)熱短路損失Q 3 該項(xiàng)熱損失,包括隔熱層支撐件與爐壁聯(lián)接熱傳導(dǎo)損失，爐床或工件支承架短路傳導(dǎo)損失，以及其它熱短路損失等。這部分熱損失很難精確計(jì)算，權(quán)據(jù)經(jīng)驗(yàn)，這部分熱損失大約

12、為Q1的5一10左右，即Q3(5一10)Q1取Q310Q1(d)其它熱損失Q4其它熱損失，加熱電偶導(dǎo)出裝置，真空管道、觀察孔、風(fēng)扇裝置等的熱損失。這部分的熱損失也很難精確計(jì)算，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，這部分熱損失大約為Q1的3一5左右,取Q4(3一5) Q1 取Q45Q1 總熱損失Q損失Q1+Q2+Q 3+Q4= Q1+Q2+10Q1+5Q1 =1.15Q1+Q2=1.1510733.91+45577.73=56311.64kJ/h式中Q損失無(wú)功熱損失(kJ/h)， Q1通過(guò)隔熱層輻射給水冷壁的熱損失(kJ/h)；Q2水冷電極傳導(dǎo)的熱損失(kJ/h)Q 3熱短路造成的熱損失(kJ/h)；Q4其它熱損失(kJ

13、/h)。(4)結(jié)構(gòu)蓄熱量的計(jì)算 爐子結(jié)構(gòu)蓄熱消耗是指爐子從室溫加熱至工作溫度，并達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)即熱平衡時(shí)爐子結(jié)構(gòu)件所吸收的熱量，對(duì)于連續(xù)式爐，這部分銷耗可不計(jì)算。對(duì)于周期式爐，此項(xiàng)消耗是相當(dāng)大的，它直接影響爐子的升溫時(shí)間，對(duì)確定爐子功率有很重要的意義。爐子結(jié)薔熱量是隔熱層、爐床、爐殼內(nèi)壁等熱消耗之總和，有下式其中:Q蓄結(jié)構(gòu)蓄熱量(kJ/h)； G結(jié)構(gòu)件重量(kg)；Cm結(jié)構(gòu)件材料的平均比熱容kJ(kg·)t結(jié)構(gòu)件增加的溫度();爐子的升溫時(shí)間(h)。隔熱屏的體積為50×900×17002402100000.240 ,石墨的密度為80kg/m3 ; 石墨氈隔熱屏重G=

14、800.24 =19.2kg,由表4-1知Cm=1.254 kJ(kg·)石墨氈隔熱屏Q石墨=爐殼內(nèi)壁等結(jié)構(gòu)Q結(jié) 取爐殼重量為1000kg, 爐殼材料用不銹鋼，平均比熱容為0.5041kJ(kg·),增加的平均溫度為60, 爐子的升溫時(shí)間為1h,則有: Q結(jié) =30246KJ/h則Q蓄=24076.8+30246=54322.8 KJ/h(5)爐子功率的確定用熱平衡法確定爐子總功率。真空熱處理電爐，是將電功率轉(zhuǎn)變?yōu)闊峁β剩瑑烧邞?yīng)相平衡?？蛰d升溫功率N空(kw)。式中 3595換算系數(shù)，3595kJ1kw爐子總功率N總(kw):式中 K安全系數(shù)，考慮到爐子使用過(guò)程中指標(biāo)會(huì)降低

15、，供電電壓波動(dòng)，電熱元件電阻變化等，所以必須有相當(dāng)?shù)墓β蕛?chǔ)備。對(duì)于連續(xù)作業(yè)爐， K1.1一1.2，對(duì)于周期作業(yè)爐， K1.2一1.3。本設(shè)計(jì)取K為1.3,則有:=84.44kw3、電熱元件的設(shè)計(jì)當(dāng)爐溫為1000時(shí)，電熱元件溫度取1200，選用鉬做電熱元件，保護(hù)氣體選用氮?dú)?。由?-12可知，電壓選用200V。采用YY型接法，即三相雙星形接法，由表4-15知，n=6。(1)求溫度1000時(shí)的電熱元件的電阻率 由公式： 加熱體在工作溫度的電阻率 單位： 加熱體在20的電阻率 單位： 電阻溫度系數(shù)t溫度 單位：由表4-4查的鉬在20的電阻率為0.52, 電阻溫度系數(shù)為 , 加熱爐工作溫度為1000,代入數(shù)據(jù)得: =2.97（2）確定電熱元件表面功率由表4-