熱處理爐第二章

熱處理爐第二章1第1頁，共24頁，2023年，2月20日，星期六一.對(duì)流和輻射同時(shí)存在時(shí)的傳熱

a輻——輻射換熱系數(shù)w/(m2·℃)aΣ——綜合傳熱系數(shù)。

2第2頁，共24頁，2023年，2月20日，星期六注：（1）中、高溫電阻爐和真空電爐：a輻為主，a對(duì)可忽略不計(jì)；

（2）低溫空氣循環(huán)電阻爐、鹽浴爐：a對(duì)為主，a輻可忽略不計(jì)；

（3）裝有風(fēng)扇的中溫電阻爐、燃料爐：aΣ綜合。

3第3頁，共24頁，2023年，2月20日，星期六二.爐墻的綜合傳熱

爐內(nèi)熱量——>爐內(nèi)側(cè)——>爐外側(cè)——>環(huán)境（一）平壁爐墻傳熱

4第4頁，共24頁，2023年，2月20日，星期六（二）復(fù)合爐墻的傳熱（符合串并聯(lián)定律）5第5頁，共24頁，2023年，2月20日，星期六（三）圓形壁爐墻

6第6頁，共24頁，2023年，2月20日，星期六（四）減少熱損爐墻采取措施（加大熱阻）

1.

增加爐墻厚度R=δ/（λF）；2.

采用ρ小、λ小、比熱容C小的耐火保溫材料。①

R↑，②b（蓄熱系數(shù)）蓄熱小。[推薦：中溫電阻爐0.6g/cm3輕質(zhì)磚、泡沫磚；高溫爐：0.806g/cm3高鋁磚砌耐火層。]3.

改變爐墻結(jié)構(gòu)：雙層爐殼、空心磚爐墻結(jié)構(gòu)；采用圓形爐膛，外表面積縮小14%左右。7第7頁，共24頁，2023年，2月20日，星期六ThankYouforAttention8第8頁，共24頁，2023年，2月20日，星期六三.爐襯厚度計(jì)算

在設(shè)計(jì)三層爐墻時(shí)，耐火層和中間保溫層的厚度S、S，一般根據(jù)爐膛溫度以及爐子的大小按標(biāo)準(zhǔn)磚尺寸的整倍數(shù)選定，而爐墻內(nèi)、外表面溫度t和t4為已知，那么剩下的只需計(jì)算確定滿足此規(guī)定T4溫度時(shí)的外層保溫層厚度S，以及未知的界面溫度t和t3值。在穩(wěn)定傳熱時(shí)，對(duì)各層爐襯可分別列出下述方程：

q=(t1-t2)[+0.5b(t+t)]/S(a)q=(t2-t3)[+0.5b2(t2+t3)]/S2(b)q=(t3-t4)[+0.5b3(t3+t4)]/S3(c)

9第9頁，共24頁，2023年，2月20日，星期六

方括號(hào)部分為各層爐襯的平均熱導(dǎo)率。由式(a)可直接解出未知的界面溫度t2的計(jì)算式

同理，由式(b)、可分別得t3和S3的計(jì)算式

S3=(t3-t4)[+0.5b3(t3+t4)]

計(jì)算的順序應(yīng)該是：先計(jì)算出t2,再計(jì)算t3,最后算出保溫層的厚度S3。

10第10頁，共24頁，2023年，2月20日，星期六例設(shè)計(jì)某熱處理中溫爐的平壁爐墻（側(cè)墻），已知爐膛溫度為950℃，車間溫度20℃，爐殼合理溫度為60℃。耐火層用QN-0.6輕質(zhì)粘火磚，厚度115mm。保溫層為115mm的B級(jí)硅藻土磚，外層用礦渣棉，礦渣棉的體積密度0.2t/m3。試確定礦渣棉層的厚度及其界面溫度。11第11頁，共24頁，2023年，2月20日，星期六解由爐襯材料的熱導(dǎo)率算式

QN-0.6輕質(zhì)磚1=0.165+0.19410-3tW/（m·℃）

B級(jí)硅藻土磚2=0.131+0.2310-3tW/（m·℃）礦渣棉3=0.07+0.1610-3tW/（m·℃）故01=0.165b1=0.19410-3

；2=0.131b2=0.2310-3

3=0.07b3=0.1610-3

。當(dāng)t4=60℃時(shí)，由表2-12查得=12.17W/（m2·℃）。故q=12.17（60-20）=486.8（W/m2）。將上述數(shù)據(jù)代入式（2-70），先算出界面溫度t2。12第12頁，共24頁，2023年，2月20日，星期六

再由式（2-71）計(jì)算t3由式（2-72）計(jì)算礦渣棉保溫層的厚度

S3=（588-60）[0.07+0.50.1610-3（588+60）]=132mm13第13頁，共24頁，2023年，2月20日，星期六下面進(jìn)一步計(jì)算1m2面積側(cè)墻的蓄熱量。輕質(zhì)粘土磚、硅藻土磚和礦渣棉在1m2面積側(cè)墻上所占的重量分別為

G1=0.115600=69Kg

G2=0.115550=63.3KgG3=0.132200=26.4Kg它們的平均比熱容分別為

C1=0.836+0.26310-30.5（950+782）=1.06KJ/（Kg℃

）

C2=0.837+0.25110-30.5（782+588）=1.0KJ/（Kg℃

）

C3=0.75KJ/（Kg℃

）各層的畜熱量

Q1=691.06[（950+782）/2-20]=61876KJ，

Q2=42095KJ，Q3=6019KJ14第14頁，共24頁，2023年，2月20日，星期六總畜熱量Q=109990KJ上述爐墻若用體積密度為120Kg/m3的硅酸鋁耐火纖維爐襯，它的平均導(dǎo)熱率為m=0.032+0.21（tm/103）2=0.032+0.21[（950+60）/（2103）]2=0.086W/（m·

℃

）由此得全耐火纖維爐墻的厚度S=（950-60）0.086/486.8=157mm1m2面積爐墻的重量為18.8Kg，相應(yīng)的畜熱量Q=18.81.1[（50+60）/2-20]=10030KJ15第15頁，共24頁，2023年，2月20日，星期六耐火纖維的平均比熱容按1.1KJ/（Kg·

℃

）計(jì)算。由此可見，在上述條件下用耐火纖維爐襯代替磚徹爐襯后，爐襯的畜熱量將減少近90%。因而在周期作業(yè)爐上使用耐火纖維爐襯可顯著節(jié)能，并能大大縮短其空爐升溫時(shí)間。[例]設(shè)計(jì)某熱處理中溫爐的平壁爐墻（側(cè)墻），已知爐膛溫度為950℃，車間溫度20℃，爐殼外溫度60℃。耐火層用QN-0.6輕質(zhì)粘土磚，厚度115mm。保溫層為115mm的B級(jí)硅藻土磚，外層用礦渣棉，其=0.2t/m3，試確定礦渣棉層的厚度及其界面溫度。16第16頁，共24頁，2023年，2月20日，星期六解：已知QN-0.6輕質(zhì)磚1=0.165+0.19410-3tW/（m·℃）

B級(jí)硅藻土磚2=0.131+0.2310-3tW/（m·℃）礦渣棉3=0.07+0.16

10-3tW/（m·℃）爐外壁與車間為對(duì)流換熱q=a△t=12.17(60-20)=486.8(w/m2)S3=(t3-t4)[+0.5b3(t3+t4)]=132(mm)17第17頁，共24頁，2023年，2月20日，星期六另：再計(jì)算1m2面積側(cè)墻的蓄熱量。已知三層在1m2面積上所占重量分別為：G1=0.115600=69KgG2=0.115550=63.3KgG3=0.132200=26.4Kg平均比熱：C1=0.836+0.26310-30.5（950+782）=1.06KJ/（Kg·℃）C2=0.837+0.2510-3t均=1.0KJ/（Kg·℃）C3=0.75KJ/（Kg·℃）各層蓄熱：Q1=G1C1△t=61876KJQ2=42095KJQ3=6019KJ總畜熱量：∑Q=109990KJ18第18頁，共24頁，2023年，2月20日，星期六上述爐墻若用=120Kg/m3的硅酸鋁耐火纖維單層爐襯，則m=0.032+0.21（tm/103）2

KJ/（Kg·℃）

=0.032+0.21[（950+60）/2103]2=0.086W/（m·℃）=（950-60）0.086/486.8=157mmG=18.8KgQ=10030KJ（c=1.1KJ/（Kg·℃））可見Q下降約90℅，⑴.節(jié)能顯著⑵.空爐升溫降低19第19頁，共24頁，2023年，2月20日，星期六2.強(qiáng)制對(duì)流時(shí)的對(duì)流換熱系數(shù)（1）氣體沿平面流動(dòng)時(shí)

Vo<4.65(m/s)Vo>4.65(m/s)光滑表面a=5.58+4.25voa=7.51vo0.78軋制表面a=5.81+4.25voa=7.53vo

0.78粗糙表面a=6.16+4.49voa=7.94vo

0.7820第20頁，共24頁，2023年，2月20日，星期六注：VO為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，若不是則換算VO=Vt273/（273+t）（2）氣流沿長(zhǎng)形工件流動(dòng)時(shí)

a=kvt

0.8w/(m2·℃)t:100200300400500600K:4.814.193.743.373.203.09也有a=6.98+3.2Vt

0.8w/(m2·℃)(3).爐氣在燃料爐內(nèi)奚流動(dòng)時(shí)

a=z·vt

0.8/(d0.2)kLkH2ow/(m2·℃)式中：Vt-爐膛內(nèi)爐氣的實(shí)際流速（m/s）

d-爐膛通道的水力學(xué)直徑（m）

z-爐氣溫度的系數(shù)爐氣溫度（℃）600800100012001400z1.991.771.611.481.3921第21頁，共24頁，2023年，2月20日，星期六

kL-通道長(zhǎng)度L與水力學(xué)直徑d比值的系數(shù)L/d25101520304050kL1.401.241.141.091.071.041.021.00kH2o-爐氣中水蒸氣含量的系數(shù)H2o℅0251015202530kH2o1.001.181.241.291.341.391.431.47(4)氣流在通道內(nèi)層流流動(dòng)時(shí)

a=5.99/d(w/m2)-爐氣的導(dǎo)熱系數(shù)（w/(m·℃)）

d-通道的水力學(xué)直徑

22第22頁，共24頁，