鹽浴爐的設(shè)計(jì) 插入式電極鹽浴爐課程設(shè)計(jì)說明書

1、沈陽理工大學(xué)熱處理設(shè)備課程設(shè)計(jì)插入式電極鹽浴爐課程設(shè)計(jì)1. 熱處理設(shè)備課程設(shè)計(jì)的意義和目的熱處理設(shè)備課程設(shè)計(jì)是在學(xué)生較為系統(tǒng)地學(xué)習(xí)了熱處理原理與工藝、傳熱基本原理、氣體力學(xué)、燃料與燃燒、耐火材料、電熱原理、爐子構(gòu)造等專業(yè)基礎(chǔ)知識上開設(shè)的。是高等工業(yè)學(xué)校金屬材料工程專業(yè)一次專業(yè)課設(shè)計(jì)練習(xí)，是繼熱處理工藝課程設(shè)計(jì)后的又一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。其目的是：培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用以上所學(xué)的知識獨(dú)立分析和解決熱處理工程技術(shù)問題的能力，掌握熱處理設(shè)備（主要是熱處理爐）設(shè)計(jì)的一般程序和方法，了解如何進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算、設(shè)備工程圖繪制，以及懂得如何查找和使用設(shè)計(jì)資料。2. 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一臺熱處理爐。其技術(shù)條件：（1） 用途T10手工

2、鋸條的淬火；處理批量為大批量，溫度760，保溫時(shí)間為5min；（2） 裝爐量：12kg/次；（3） 生產(chǎn)率：96kg/h；（4） 工作溫度：最高使用溫度780（5） 生產(chǎn)特點(diǎn)：周期式成批裝料，長時(shí)間連續(xù)生產(chǎn)。3. 爐型的選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)給出的生產(chǎn)特點(diǎn)，擬選用插入式電極鹽浴爐。4.確定爐體結(jié)構(gòu)和尺寸4.1浴槽尺寸的確定 確定浴爐的浴槽尺寸的原則：根據(jù)周期式工件產(chǎn)量的排布確定其浴槽的尺寸（1） 周期工件數(shù)量：400件，20個(gè)一組；（2） 零件尺寸如圖4.1所示：315×12×0.65（3） 鹽浴爐兩側(cè)預(yù)留尺寸為：124/134（有電極）（4） 工件擺放的橫間距：25（5） 工

3、件擺放的豎間距：50圖 4.1 處理零件圖擺放的形式如圖4.2所示分兩層，每層放十組 框的尺寸為：550×415×200 圖4.2 裝框圖已知有效尺寸為：550×415×200由工件的排放可以計(jì)算得： 浴槽的長度:L2×124+50×11=798浴槽的寬度:B=50×2+315+134×2=683鹽浴容量一般為浴槽的高度尺寸的2/3，同時(shí)根據(jù)工件的排放要求（放兩層工件）求得為：h=200+100×2=400，此高度為鹽浴爐的溶鹽的高度; 則可求得浴槽的高度H=400×3/2=600; 4.2坩堝

4、的尺寸確定坩堝是在8mm厚的耐熱鋼板焊成的爐膽內(nèi)用水泥結(jié)合耐火澆注材料（GL-70），其烘干后密度為1230kg/m³澆注成形的，其尺寸如下圖4.3所示：（單位：mm） 圖4.3 爐膽4.3 爐襯材料及厚度的確定由于側(cè)墻，前墻及后墻的工件條件相似，采用相同爐襯結(jié)構(gòu),按設(shè)計(jì)需求爐膽內(nèi)再加一層粘土磚（硅藻土磚A級）113×230×65（最高使用溫度900）將65的那邊貼著爐膽的外側(cè)，230那邊則放置在高的方向；為了保溫需求，爐膽外側(cè)加一層普通硅酸鋁纖維針刺毯子，要求其厚度為77；在毯子外側(cè)再加一層粘土磚予以保溫固定, 此粘土磚硅藻土磚A級為113×230&#

5、215;65，此次的113那面則是朝爐膽方向；如下圖4.4所示： 圖4.4 爐子的俯視圖鹽爐的爐底用水泥澆注而成，厚度為300mm;爐蓋外邊用薄鋼板，蓋內(nèi)部用普通粘子予以保溫，蓋中間留有一個(gè)直徑為10cm的孔用于觀察其鹽浴的工作情況。電極根據(jù)工作要求選用0Cr25Al5,其爐膛溫度為760，允許表面負(fù)荷W允=2.6-3.0。電阻率1.80·mm²/m,電阻溫度系數(shù)3.5×1/100000/,熔點(diǎn)為1500.5 砌體外廓尺寸L外=L+2×（132+116+77+67+8）=1672mm； B外=B+2×（132+116+77+67+8）=1493

6、mm；H外=H+300+130+8+200=1038mm6爐體各層的溫度的計(jì)算6.1爐體側(cè)面的各層的溫度計(jì)算已知爐內(nèi)溫度t1=780(用最高使用溫度來算),要求定爐外溫度t550；假設(shè) t2=730 t3=670 t4=150 t5=40 ；水泥澆料層S1=130mm平均溫度為t1均=755粘土磚層S2=114mm的平均溫度為t2均=700針刺毯子層S3=75mm的平均溫度為t3均=410粘土磚層S4=65mm的平均溫度為t4均=95S1/1=130/(2.09+0.00186×t1均)=37.2S22/2=114/(0.689+0.00064×t2均)=100.2S3/3

7、=75/0.19=394.7S4/4=65/(0.689+0.00064×t4均)=86.7由爐殼溫度為40，室溫為20， 可用綜合導(dǎo)熱系數(shù)=12.83W(·) 求熱流量 q墻=（tg-ta）/（S1/1+S2/2+S3/3+ S4/4+ 1/）=1.2W/ 驗(yàn)算交界面上的溫度實(shí)際的t2實(shí) t3實(shí) t4實(shí)t2實(shí)= t1 -q墻×S1/1=735=（t2實(shí)- t2）/ t2=0.07%5%，滿足設(shè)計(jì)要求；t3實(shí)= t1 -q墻×（S1/1+S2/2）=615=（t3實(shí)- t3）/ t3=0.5%5%，滿足設(shè)計(jì)要求；t4實(shí)= t1-q墻×（S1/1

8、+S2/2+S3/3）=141=（t4實(shí)- t4）/ t4=4.9%5%，滿足設(shè)計(jì)要求；t5實(shí)= t1- q墻×（S1/1+S2/2+S3/3+ S4/4）=37.4=（t5實(shí)- t5）/ t5=0.49%5%，滿足設(shè)計(jì)要求；6.2爐體的底部的溫度的計(jì)算已知爐內(nèi)溫度t1=780(用最高使用溫度來算),要求定爐外溫度t3=50； 假設(shè)t2=700；按照設(shè)計(jì)要求 S1=130mm S2=300mm 1=2.09+0.00186×t1均 2=0.689+0.00064×t2均 t1均=740 t2均=375 q底=（tg-ta）/（S1/1+S2/2+1/）=2.02W

9、/ t2實(shí)= t1 - q底×S1/1=704=（t2實(shí)- t2）/ t2=0.57%5%，滿足設(shè)計(jì)要求；7計(jì)算爐子功率7.1根據(jù)熱平衡計(jì)算電極鹽浴爐的功率鹽浴爐的功率可依據(jù)熱平衡計(jì)算求得，并應(yīng)滿足空爐升溫時(shí)間的要求。中溫鹽浴爐加熱階段的主要熱損失為：固體鹽升溫?zé)崃縌1=WyC1(t1-t0)/ =28045 kJ/h式中 Q1固態(tài)鹽升溫?zé)崃浚╧J/h）; Wy固態(tài)鹽用量（kg）Wy=y×Vy; =451.5kg;見表7.1 C1固態(tài)鹽的比熱容（kJ/kg·）0.586 kJ/kg·t1鹽的熔點(diǎn)（）550;t0 室溫（）20;鹽由室溫升至熔點(diǎn)所用的時(shí)間（

10、h）5h;表7.1 鹽浴爐常用鹽的物理性能性能單位堿金屬硝酸鹽和亞硝酸鹽混合鹽堿金屬硝酸鹽的混合鹽堿金屬氯化鹽和碳酸鹽的混合鹽堿金屬氯化鹽的混合鹽堿金屬和堿土金屬氯化鹽的混合鹽氯化鋇堿類混合物熔點(diǎn)145170590670550960150工作溫度3004306706507501290250固態(tài)密度/m32120215022602080207038602120工作溫度密度/m31850180019001600228029701660固態(tài)比熱容kJ/(·）1.341.340.960.840.290.38液態(tài)比熱容kJ/(·）1.551.501.421.090.750.50熔化熱

11、kJ/127.7230.3368.4669.9345.4182.1 鹽的熔化熱量Q2= WyC2/=31189 kJ/h式中Q2鹽的熔化熱量（kJ/h）；C2鹽的熔化熱（kJ/kg）345.4 kJ/kg； 液態(tài)鹽升溫?zé)崃縌3= WyC3（t-t1)/ =15660 kJ/h式中Q3液態(tài)鹽升溫?zé)幔╧J/h）；C3液態(tài)鹽的比熱容（kJ/kg·）0.754 kJ/kg·； t浴液工作溫度（）780； 爐壁的散熱量Q4=3.6F(t2-t0)= 17105 kJ/hQ4爐壁的散熱量（kJ/h）；F浴槽外壁的總面積（）6.5；爐壁表面的綜合換熱系數(shù)（W/）14.62 W/;t2爐外

12、壁的溫度（）50； 鹽浴葉面輻射熱損失Q5=3600Aq=139046 kJ/h式中Q5鹽浴液面輻射熱損失（kg/h）；A浴劑液面輻射面積0.544；q鹽浴液面單位面積的輻射損失（kW/）71 kW/見表7.2表7.2 鹽液液面的熱輻射損失 溫度/4005006007008009001000110012001300熱損失q/kW11.620.333.251.276.8108150203268350 砌體蓄熱量Q6=G1(C1t1-C01t01)+G2(C2t2-C02t02)+G3(C3t3-C03t03) +G4(C4t4-C04t04)/´ =(370.4×1435+3

13、7.5×6894+701×949+350×132)/5=300299 kJ/h式中 Q6砌體蓄熱量（kJ/h）；G1、(G2、G3、G4)耐火層和保溫層質(zhì)量（kg）; t1、 t2、 t3、 t4、 t01、 t02、 t03、 t04分別耐火層和保溫層在冷態(tài)和熱態(tài)的平均溫度（）C1、C2、C3、C4、C01、C02、C03、C04分別耐火層和保溫層在冷態(tài)和熱態(tài)的的比熱容（kJ/kg·）；´空爐升溫時(shí)間（h）;則浴爐所需的總功率P=1.2×(Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6）/3600=841116/3600=177.1kW8.電極

14、鹽浴爐電極的確定8.1 電極材料常見的材料有純鐵、不銹鋼、低碳鋼、耐熱鋼、石墨、碳化硅等，由于用于高溫電極鹽浴爐，而耐熱鋼浴耐高溫，壽命長等特點(diǎn)。所以這里選擇耐熱鋼 (0Cr25Al5,熔點(diǎn)1500，工作溫度780)。8.2電極尺寸電極的功率為P總=177.1kW;電源端部與變壓器端部采取/Y型接法；變壓器與電極采取三相四極制接法；這就相當(dāng)于“三對”電極。則每對電極的功率為P=P總/3=60kW;電極電壓一般為535V；根據(jù)核算需取大電壓30V。 由于功率較大，為此設(shè)計(jì)比較大的電極，同時(shí)為了保證電極的壽命，電極的截面電流密度一般取5080A/cm²，取一大截面電流密度60 A/cm&

15、#178;，而表面電流密度隨鹽浴溫度而異，780時(shí)的電極表面密度為40 A/cm²。 I=P/U=2000A I/S60 A/cm² 可求得S33.3cm² 同時(shí)RU²/P=0.01478 滿足上面兩個(gè)條件初步設(shè)計(jì),同時(shí)滿足三對電極相對應(yīng)的電阻相等： 圖8.1 電極尺寸與擺布 小的那兩電極為電極的尺寸a=80mm , b=109mm , h=350mm；大的那兩電極為a=80mm , b=230mm , h=350mm； 已知介質(zhì)的電導(dǎo)率為=3650·m 此時(shí)的R=L/S=3.650×315/(230×350)= 3.650

16、×110/(80×350)=0.0144。根據(jù)初步設(shè)計(jì)核算截面電流和表面電流實(shí)際電極的電流I=U/R=2371A此時(shí)的功率為P總=3×I²R=191 kW大于所需求P=177.1kW，符合設(shè)計(jì)。核算截面電流I/S60 A/cm²截面電流I/S1=2371/(8×10.9) =27.2A/cm²60 A/cm²截面電流I/S2=2371/(8×23) =12.88A/cm²60 A/cm²校核表面電流密度I/ S´40 A/cm² I/ S´=2371/(3

17、5×8)=8.4678A/cm²40A/cm²,符合設(shè)計(jì)要求。I/ S´=2371/(35×23)=2.645 A/cm²40A/cm²,符合設(shè)計(jì)要求。最后確定電極尺寸為:小電極的尺寸a=80mm , b=109mm , h=350mm；大電極為a=80mm , b=230mm , h=350mm；8.3 啟動(dòng)電極的選擇根據(jù)的爐膛的尺寸可以選擇啟動(dòng)電極型號為RDM208，其的中徑為154mm,展開長1091mm，材料規(guī)格14.截面積154A2./mm².9爐子技術(shù)指標(biāo)(標(biāo)牌)額定功率:200kw 額定電壓:380v最高使用溫度:780 生產(chǎn)率:96kg/h相數(shù):3 接線方法：電源端/變壓器端:/Y工作室有效尺寸: 550*415*20010. 心得體會通過本次全面、系統(tǒng)的合金鋼的熱處理爐課程設(shè)計(jì)進(jìn)一步強(qiáng)化了自己所學(xué)的專業(yè)知識，知道一個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)的困難，并且大幅提高了自身分析問題和解決問題的能力，為日后進(jìn)一步的工作和研究強(qiáng)化了基礎(chǔ)知識。我深深的體會到實(shí)際動(dòng)手操作和掌握書本上的理論知識兩者之間的差別。每一個(gè)小的環(huán)節(jié)、數(shù)據(jù)都是不容忽