一、设计任务 1、炉型：箱式炉 2、设计要求：（1）生产率或一次装炉量：100kg/h （2）零件尺寸：长、宽、高尺寸最大不超过150mm （3）零件材料：中、低碳钢、低合金钢及工具钢 3、任务分析： （1）生产率或一次装炉量为100kg/h，属小型炉； （2）生产长、宽、高尺寸最大不超过150mm的零件，选择箱式炉合理； （3）淬火加热工艺表明所设计的箱式炉属于中温范畴。 二、电阻炉的炉体结构设计 1、炉型选择：由于所生产的零件尺寸较小，都不大于150mm，且品种较多，热处理工艺为淬火加热，具体品种的淬透性不同，工艺有所差别，故采用周期作业中温箱式热处理炉进行设计。（额定温度为950℃） 2、炉膛设计 （1）典型零件的选定 参照设计任务的要求，选用40Cr钢齿轮模拟设计 ①齿轮参数：分度圆 齿顶圆 齿数 模数 齿宽 全齿高 齿根圆 齿轮孔径 ②设定工艺曲线： 加热时间 t=a×k×D （a：加热系数，k：工件装炉条件修正系数，D：工件有效厚度） 查表得：a为1.2-1.5min/mm 取1.3 min/mm k取1.8 故时间 t=1.3×1.8×70=163.8min 取加热时间3h，保温时间2h 工艺周期为5h （2自动润滑系统）确定炉膛尺寸 一次装炉量=生产率×周期=100kg/h×5h=500kg 单位重量 零件个数 个 查表可知，炉底单位面积生产率 有效面积 由于工件之间距离为工件高度的0.3-0.5，故取工件之间距离为30mm 设计每次装炉80个零件，分两层分布，每层40个,纵向8个,横向5个 实际炉底面积 （K为炉底利用系数，通常为0.8-0.85） 取 长 L=1.4m ， 宽 B=1.0m 炉子高度一般为（0.52-0.90）B，取0.6B，故H=0.6m 3、炉体各部分结构 （1）炉衬：分为内层耐火层和外层保温层 内层：用QN—1.0的轻质耐火粘土砖 外层：B级硅藻土砖，热导率为，最高使用温度为900℃ （2）炉墙： 耐火层：QN—1.0轻质耐火粘土砖，规格为230×113×矫姿带65mm，热导率为，厚度 保温层：B级硅藻土砖，规格为230×113×65mm，热导率为 ，厚度 石棉板：热导率为，厚度 钢 板：厚度为 校验厚度，如下图所示： 取 ，故℃ 因三层热流相等，即 q1=q2=q3 故 得：t2＝751.4℃＜900℃（B级硅藻土砖的最高使用温度） 符合 t3＝764.7℃＜500℃（石棉板的最高使用温度） 符合 （3）炉顶：由B=1m＞600mm，故采用拱顶式结构 采用拱角为60°的拱顶，拱顶半径：R=B=1m 矢高： 拱顶耐火砖为轻质楔形砖，厚度为113mm， 保温砖为蛭石粉，厚度为230mm （4）炉底：①钢板 15mm ②贯穿三层的重质砖（共230mm） ③轻质砖 65mm ④硅藻土保温砖砌成棋盘式方格，格中填以蛭石粉 115mm ⑤石棉板 5mm ⑥钢板 15mm 故炉底总厚为445mm，符合230-690mm之间的要求 （5）炉门： ①炉门口 H’=600－113＝487mm 高度与宽度之比与炉膛类似，即B’/H’ ＝B/H 得：B不锈钢精密冲压’＝812mm ②炉门：用厚度为10mm的钢板制成框架，框架内附5mm石棉板，内衬轻质耐火砖作为耐火层，厚度为113mm。硅藻土渣砖为保温层，厚度为230mm。炉门框架边缘与炉门口重叠100mm，重叠部分机械加工，在两侧设置压紧装置。 炉门结构示意图如下图： （6）炉架和炉壳 炉架是用角钢、槽钢等焊接而成的炉体骨架 炉壳、炉底采用15mm厚钢板，其余为5mm钢板 三、电阻炉的热力计算 采用热平衡法进行热力计算 1、 炉料加热 （1）加热有效炉料的热量（即工件热量） Q件=GC（t终－t0） （G为有效炉料工件的重量 G=500kg，C为平均比热，查表可得：C＝0.155×4.1868＝0.649kJ/kg·℃） 取t终（工件的最终温度）为850℃，t0（工件入炉前温度）为20℃ 故 (2)加热辅助炉料的热量 ① 用长300mm，外径35mm，内径20mm的耐热管 则每根质量 因Q辅＝G辅C（t终－t0） 故 ② 垫铁：高300mm，外径50mm，内径40mm 每个垫铁的质量 m=0.033.14 [(0.05/2) -(0.04/2)] 7.810=0.17kg 故垫铁的热量 =0.17800.649（850-20）=7.1110kJ =3.910kJ (2) 炉子损失热量 通过炉衬散热损失 假设炉外壁温度为50℃ 查表得 侧墙综合换热系数 =11.5 W/㎡·℃ 炉顶综合换热系数 =13.1 W/㎡·℃ 炉底综合换热系数 =9.4 W/㎡·℃ a. 侧墙 耐火层为轻质粘土砖，热导率：0.29+0.25610t,厚度：113mm t为炉内温度取950℃，t为炉外温度取50℃ 侧墙炉衬内部表面积 S=(1+1.4) 20.6-0.4870.812=2.48㎡ 电阻炉外壁长为 1400+1132+2302+10+10=2106mm 宽为 1000+1132+2302+10+10=1706mm 故侧墙外部表面积 S=(2.106+1.706) 20.6-0.4871.012=4.08㎡ 则炉体侧墙的平均散热面积 F=( S+ S)/2=(2.48+4.08)/2=3.28㎡ 代入公式，得 Q==8.110kJ b. 炉顶 内壁面积 S=2BL=211.4 =1.47㎡ 外壁面积 S=2.1061.706=3.59㎡ 炉顶平均散热面积 S===2.3㎡ 故 Q= =5.0kJ c. 炉底 炉内底面积 ㎡ 炉外底面积 ㎡ 炉底平均散热面积 ㎡ 故 kJ d. 炉门 炉门内面积 ㎡ 炉门外面积 ㎡ 炉门平均散热面积 ㎡ 故 kJ 综上可得：通过炉衬的散热损失 kJ （3）砌体蓄热量 根据公式，求出侧壁、炉顶、炉底砌体体积，各层的平均温度，各层的热容可得砌体蓄热量。 1 炉侧壁 耐火层体积V1＝0.6×（1.626×1.226－1.4×1.0）＝0.36m3 保温层体积V2＝0.6×（2.086×1.686－1.626×1.226）＝0.91m3 耐火层ρ1＝ 保温层ρ2＝ 耐火层平均温度℃ 该温度下耐火层比热1.06kJ/kg·℃ 保温层平均温度＝（751＋64.7）/2＝408℃ 该温度下保温层比热＝0.75 kJ/kg·℃ 室温 代入得： Q侧＝[0.36×1.0×（1.06×85供水控制器－0.8452×20）＋0.91×0.55×（0.75×408－0.75×20）] × 2 炉底 V1＝0.065×2.086×1.686＝0.23 m3 V2＝0.065×2.086×1.686＝0.23 m3 由上面公式可得 ③ 炉顶 V1＝[π（1＋0.113）2－π] ××（1.4＋0.113×2＋0.23×2）＝0.26㎡ V2＝[π（1＋0.113＋0.23）2－π（1＋0.113）2] ××（1.4＋0.113×2＋0.23×2）＝0.62㎡ Q顶=0.26×1×1000×[﹙0.84＋0.26×0.851﹚×85－﹙0.84＋0.26×0.02﹚×20] ＋0.62×0.25×1000×﹙0.75×408－0.75×20﹚ ＝ 综上 四、炉子热工指标 效率 空炉升温时间 除去蓄热量的炉子效率为81.27% 五、电热元件的计算 1、材料选用：Cr15Ni60 2、接线方法：星形连接法 n＝3 3、电热元件的计算 （1） 因 炉子功率＞75kW ， 故使用 3组三相380V 星形接法 每组功率 kW 每个电热元件的电阻 直径 元件在工作条件下的热电阻 折合成20℃时的冷态电阻 每个元件的长度 元件总长度 电热元件的总质量 kg 校核：表面载荷 （2）(2) 电热元件结构尺寸 1-甲基环己醇 电热元件分布：炉两侧各一根，炉底一根 若按每根元件4排安装，则 取 元件高为 不符 若为每根元件10排安装，则 取 网络证件此时 符合 六、参考文献 ［1］ 中国机械工程学会热处理专业分会《热处理手册》编委会．热处理手册：第3卷[M]．3版．北京：机械工业出版社，2001． ［2］ 中国机械工程学会热处理专业分会《热处理手册》编委会．热处理手册：第3卷[M]．2版．北京：机械工程出版社，1992． ［3］ 中国机械工程学会热处理专业分会《热处理手册》编委会．热处理手册：第3卷[M]．2版．北京：机械工程出版社，1986． ［4］ 中国机械工程学会热处理专业分会《热处理手册》编委会．热处理手册：第1卷[M]．2版．北京：机械工程出版社，1993． ［5］ 中国机械工程学会热处理专业分会《热处理手册》编委会．热处理手册：第2卷[M]．4版．北京：机械工程出版社，2009． ［6］ B．M．蒂姆恰克．加热炉与热处理炉计算手册 [M]．1版．北京：机械工程出版社，1989． ［7］ 夏立芳．金属热处理工艺学[M]．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2008． ［8］ 樊东黎．典型工具热处理500例[M]．北京：机械工业出版社，2008． 七、心得体会 通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关热处理电阻炉方面的知识。在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考终于出了问题所在，也暴露了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手设计，使我掌握的知识不再是纸上谈兵。 过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误、不断改正、不断领悟、不断获取到最后的校验环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。 这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，经过老师的悉心指导，终于得到解决。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可! 课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程设计，我掌握了箱式热处理炉的基本结构，;了解了电阻炉的设计方法;以及如何根据要求设计炉子参数等等，通过查询资料，也了解了许多关于耐火材料、保温材料的数据指标等。 我认为，在这学期的课设中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在课设过程中，我学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。就像我国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在课程结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。 回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。 实验过程中，也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。果然是团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。 此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，收获颇丰。 | 《热处理手册》第四版第二卷，机械工业出版p55 工艺周期为5h 《热处理设备》p117表5-4 炉膛尺寸： L=1.4m B=1.0m H=0.6m 《热处理设备课程设计指导书》附表2 《热处理设备课程设计指导书》p8 工件热量 辅助炉料热量 3.910kJ 散热损失 《热处理设备课程设计指导书》附表2 蓄热量 效率:45.5%空炉升温时 间:2.5h 《热处理手册》第三分册3-61，3-63 元件总长L=460.4m 《热处理设备课程设计指导书》p20 |
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