1、沈阳理工大学热处理设备课程设计1插入式电极盐浴炉课程设计1. 热处理设备课程设计的意义和目的热处理设备课程设计是在学生较为系统地学习了热处理原理与工艺、传热基本原理、气体力学、燃料与燃烧、耐火材料、电热原理、炉子构造等专业基础知识上开设的。是高等工业学校金属材料工程专业一次专业课设计练习，是继热处理工艺课程设计后的又一个教学环节。其目的是：培养学生综合运用以上所学的知识独立分析和解决热处理工程技术问题的能力，掌握热处理设备（主要是热处理炉）设计的一般程序和方法，了解如何进行设计计算、设备工程图绘制，以及懂得如何查找和使用设计资料。2. 设计任务设计一台热处理炉。其技术条件：（1） 用途 T10
2、 手工锯条的淬火；处理批量为大批量 ，温度 760 ，保温时1间为 5min；（2） 装炉量：12kg/次；（3） 生产率：96kg/h；（4） 工作温度：最高使用温度780（5） 生产特点：周期式成批装料，长时间连续生产。3. 炉型的选择根据设计任务给出的生产特点，拟选用插入式电极盐浴炉。4.确定炉体结构和尺寸4.1 浴槽尺寸的确定 沈阳理工大学热处理设备课程设计2确定浴炉的浴槽尺寸的原则：根据周期式工件产量的排布确定其浴槽的尺寸（1） 周期工件数量：400 件，20 个一组；（2） 零件尺寸如图 4.1 所示：315120.65（3） 盐浴炉两侧预留尺寸为：124/134（有电极）（4）
3、工件摆放的横间距：25（5） 工 件摆放的竖间距：50图 4.1 处理零件图摆放的形式如图 4.2 所示分两层，每层放十组 框的尺寸为：550415200沈阳理工大学热处理设备课程设计3图 4.2 装框图已知有效尺寸为：550415200由工件的排放可以计算得： 浴槽的长度:L2124+5011=798浴槽的宽度:B=50 2+315+1342=683盐浴容量一般为浴槽的高度尺寸的 2/3，同时根据工件的排放要求（放两层工件）求得为：h=200+1002=400 ，此高度为盐浴炉的溶盐的高度 ; 则可求得浴槽的高度 H=4003/2=600; 4.2 坩埚的尺寸确定坩埚是在 8mm 厚的耐热钢
4、板焊成的炉胆内用水泥结合耐火浇注材料（GL-70） ，其烘干后密度为 1230kg/m浇注成形的 ，其尺寸如下图 4.3 所示：（单位：2mm）图 4.3 炉胆4.3 炉衬材料及厚度的确定由于侧墙，前墙及后墙的工件条件相似，采用相同炉衬结构,按设计需求炉胆内再加一层粘土砖（硅藻土砖 A 级）11323065 （最高使用温度 900）沈阳理工大学热处理设备课程设计4将 65 的那边贴着炉胆的外侧，230 那边则放置在高的方向；为了保温需求，炉胆外侧加一层普通硅酸铝纤维针刺毯子，要求其厚度为77；在毯子外侧再加一层粘土砖予以保温固定, 此粘土砖硅藻土砖 A 级为11323065，此次的 113 那
5、面则是朝炉胆方向；如下图 4.4 所示：图 4.4 炉子的俯视图盐炉的炉底用水泥浇注而成，厚度为 300mm;炉盖外边用薄钢板，盖内部用普通粘子予以保温，盖中间留有一个直径为10cm 的孔用于观察其盐浴的工作情况。电极根据工作要求选用 0Cr25Al5,其炉膛温度为 760，允许表面负荷 W 允=2.6-3.0。电阻率 1.80mm/m,电阻温度系数 3.51/100000/,熔点为1500.5 砌体外廓尺寸L 外 =L+2（132+116+77+67+8）=1672mm ； 沈阳理工大学热处理设备课程设计5B 外 =B+2（ 132+116+77+67+8）=1493mm；H 外 =H+30
6、0+130+8+200=1038mm6 炉体各层的温度的计算6.1 炉体侧面的各层的温度计算已知炉内温度 t1=780(用最高使用温度来算 ),要求定炉外温度 t550；假设 t2=730 t3=670 t4=150 t5=40 ；水泥浇料层 S1=130mm 平均温度为 t1 均 =755粘土砖层 S2=114mm 的平均温度为 t2 均 =700针刺毯子层 S3=75mm 的平均温度为 t3 均 =410粘土砖层 S4=65mm 的平均温度为 t4 均 =95S1/1=130/(2.09+0.00186t1 均 )=37.2S22/2=114/(0.689+0.00064t2 均 )=10
7、0.2S3/3=75/0.19=394.7S4/4=65/(0.689+0.00064t4 均 )=86.7由炉壳温度为 40，室温为 20， 可用综合导热系数 =12.83W() 求热流量沈阳理工大学热处理设备课程设计6q 墙 =（t g-ta）/（S 1/1+S2/2+S3/3+ S4/4+ 1/）=1.2W/ 验算交界面上的温度实际的 t2 实 t3 实 t4 实t2 实 = t1 -q 墙 S1/1=735=（t 2 实 - t2）/ t 2=0.07%5% ，满足设计要求；t3 实 = t1 -q 墙 （S 1/1+S2/2）=615 =（t 3 实 - t3）/ t 3=0.5%5
8、% ，满足设计要求；t4 实 = t1-q 墙 （S 1/1+S2/2+S3/3）=141 =（t 4 实 - t4）/ t 4=4.9%5% ，满足设计要求；t5 实 = t1- q 墙 （S 1/1+S2/2+S3/3+ S4/4）=37.4=（t 5 实 - t5）/ t 5=0.49%5% ，满足设计要求；6.2 炉体的底部的温度的计算已知炉内温度 t1=780(用最高使用温度来算),要求定炉外温度 t3=50； 假设 t2=700；按照设计要求 S1=130mm S2=300mm 沈阳理工大学热处理设备课程设计7 1=2.09+0.00186t1 均 2=0.689+0.00064t
9、2 均 t1 均 =740 t2 均 =375 q 底 =（ tg-ta）/（S 1/1+S2/2+1/）=2.02W/ t2 实 = t1 - q 底 S1/1=704=（t 2 实 - t2）/ t 2=0.57%5% ，满足设计要求；7 计算炉子功率7.1 根据热平衡计算电极盐浴炉的功率盐浴炉的功率可依据热平衡计算求得，并应满足空炉升温时间的要求。中温盐浴炉加热阶段的主要热损失为：固体盐升温热量Q1=WyC1(t1-t0)/ =28045 kJ/h式中 Q1固态盐升温热量（kJ/h）;Wy固态盐用量（ kg）Wy=yV y; =451.5kg;见表 7.1C1固态盐的比热容（kJ/kg）
10、0.586 kJ/kg;t1盐的熔点（）550;t0 室温（）20;沈阳理工大学热处理设备课程设计8盐由室温升至熔点所用的时间（h）5h;表 7.1 盐浴炉常用盐的物理性能 3性能 单位碱金属硝酸盐和亚硝酸盐混合盐碱金属硝酸盐的混合盐碱金属氯化盐和碳酸盐的混合盐碱金属氯 化 盐的混合盐碱 金 属和碱 土 金属氯 化 盐的混合盐氯化钡碱类混合物熔点 145 170 590 670 550 960 150工作温度 300 430 670 650 750 1290 250固态密度/m 3 2120 2150 2260 2080 2070 3860 2120工作温度密度/m 3 1850 1800 1
11、900 1600 2280 2970 1660沈阳理工大学热处理设备课程设计9固态比热容kJ/(）1.34 1.34 0.96 0.84 0.29 0.38 液态比热容kJ/(）1.55 1.50 1.42 1.09 0.75 0.50 熔化热 kJ/ 127.7 230.3 368.4 669.9 345.4 182.1 盐的熔化热量Q2= WyC2/=31189 kJ/h式中 Q2盐的熔化热量（kJ/h） ；C2盐的熔化热（kJ/kg）345.4 kJ/kg； 液态盐升温热量Q3= WyC3（t-t1)/ =15660 kJ/h式中 Q3液态盐升温热（kJ/h） ；C3液态盐的比热容（kJ
12、/kg）0.754 kJ/kg；t浴液工作温度（）780； 炉壁的散热量Q4=3.6F(t 2-t0)= 17105 kJ/hQ4炉壁的散热量（kJ/h） ；F浴槽外壁的总面积（）6.5；炉壁表面的综合换热系数（W/）14.62 W/;沈阳理工大学热处理设备课程设计10t2炉外壁的温度（）50； 盐浴叶面辐射热损失Q5=3600Aq=139046 kJ/h式中 Q5盐浴液面辐射热损失（kg/h） ；A浴剂液面辐射面积 0.544；q盐浴液面单位面积的辐射损失（kW/）71 kW/见表 7.2表 7.2 盐液液面的热辐射损失 4温度/ 400 500 600 700 800 900 1000 1
13、100 1200 1300热损失 q/kW 11.6 20.3 33.2 51.2 76.8 108 150 203 268 350 砌体蓄热量Q6=G1(C1t1-C01t01)+G2(C2t2-C02t02)+G3(C3t3-C03t03) +G4(C4t4-C04t04)/=(370.41435+37.56894+701949+350132)/5=300299 kJ/h式中 Q6砌体蓄热量（kJ/h） ；G1、(G2、G3、G4) 耐火层和保温层质量（kg）;t1、 t2、 t3、 t4、 t01、 t02、 t03、 t04分别耐火层和保温层在冷态和热态的平均温度（）C1、C2、C3、
14、C4、C01、C 02、C03、C04分别耐火层和保温层在冷态和热态的的比热容（kJ/kg） ；沈阳理工大学热处理设备课程设计11空炉升温时间（h） ;则浴炉所需的总功率P=1.2(Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6）/3600=841116/3600=177.1kW8.电极盐浴炉电极的确定8.1 电极材料常见的材料有纯铁、不锈钢、低碳钢、耐热钢、石墨、碳化硅等，由于用于高温电极盐浴炉，而耐热钢浴耐高温，寿命长等特点。所以这里选择耐热钢(0Cr25Al5,熔点 1500，工作温度 780)。8.2 电极尺寸电极的功率为 P 总=177.1kW;电源端部与变压器端部采取/Y 型接法；变压器与电极
15、采取三相四极制接法；这就相当于“三对”电极。则每对电极的功率为 P=P 总/3=60kW;电极电压一般为 535V；根据核算需取大电压 30V。由于功率较大，为此设计比较大的电极，同时为了保证电极的寿命，电极的截面电流密度一般取 5080A/cm，取一大截面电流密度 60 A/cm，而表面电流密度随盐浴温度而异，780时的电极表面密度为 40 A/cm。I=P/U=2000A沈阳理工大学热处理设备课程设计12I/S60 A/cm可求得 S33.3cm 同时 RU/P=0.01478满足上面两个条件初步设计,同时满足三对电极相对应的电阻相等：图 8.1 电极尺寸与摆布小的那两电极为电极的尺寸 a
16、=80mm , b=109mm , h=350mm；大的那两电极为 a=80mm , b=230mm , h=350mm；已知介质的电导率为 =3650m 此时的 R=L/S=3.650315/(230350)= 3.650110/(80350)=0.0144。根据初步设计核算截面电流和表面电流实际电极的电流 I=U/R=2371A此时的功率为 P 总=3IR=191 kW 大于所需求 P=177.1kW，符合设计。核算截面电流 I/S60 A/cm截面电流 I/S1=2371/(810.9) =27.2A/cm60 A/cm沈阳理工大学热处理设备课程设计13截面电流 I/S2=2371/(8
17、23) =12.88A/cm60 A/cm校核表面电流密度 I/ S40 A/cmI/ S=2371/(358)=8.4678A/cm40A/cm,符合设计要求。I/ S=2371/(3523)=2.645 A/cm40A/cm,符合设计要求。最后确定电极尺寸为:小电极的尺寸 a=80mm , b=109mm , h=350mm；大电极为 a=80mm , b=230mm , h=350mm；8.3 启动电极的选择根据的炉膛的尺寸可以选择启动电极型号为 RDM208，其的中径为154mm,展开长 1091mm，材料规格 14.截面积 154A2./mm.9炉子技术指标(标牌)额定功率:200k
18、w 额定电压:380v最高使用温度:780 生产率:96kg/h相数:3 接线方法：电源端/变压器端:/Y工作室有效尺寸: 550*415*20010. 心得体会通过本次全面、系统的合金钢的热处理炉课程设计进一步强化了自己所学的专业知识，知道一个产品的设计的困难，并且大幅提高了自身分析问题和解决问题的能力，为日后进一步的工作和研究强化了基础知识。我深深的体会到实际动手操作和掌握书本上的理论知识两者之间的差别。每一个小的环节、数据都是不容忽视的，沈阳理工大学热处理设备课程设计14它直接影响到最终结果，必须实事求是的，以严谨的治学态度去对待它。此次课程设计对于即将走进社会实践的我们有提前演练的作用，为以后更好的适应社会提供了一个非常好的平台。我想今后的工作中会更得心应手的。为此感谢辛勤指导我们的老师们，感谢你们手把手的教导，感谢你们教我们“走路”,谢谢！参考文献樊东黎.热处理技术数据手册 .机械工业出版社，2000 年 9 月1孟繁杰，黄国靖热处理设备机械工业出版社，1987 年 6 月2热处理手册编写组热处理手册第三分册.机械工业出版社， 1982 年 12 月3吉泽升，张学龙，武云启 热处理炉哈尔滨工程大学出版社，1999 年 14月
