真空热处理炉-课程设计

真空热处理炉设计说明书一、设计任务说明说：WZC-60型真空淬火炉技术参数：项目单位指标炉子有效尺寸mm900×600×450最大装炉量Kg210最大温度℃1300压升率Pa/h0.67额定功率Kw100二、确定炉体结构和尺寸：1、炉膛尺寸的确定由设计说明书中，真空加热炉的有效加热尺寸为900mm×600mm×450mm，隔热屏内部结构尺寸主要根据处理工件的形状、尺寸和炉子的生产率决定，并应考虑到炉子的加热效果、炉温均匀性、检修和装出料操作的方便。一般隔热屏的内表面与加热器之间的距离约为50—100mm；加热器与工件(或夹具、料筐)之间的距离为50一150mm。隔热屏两端通常不布置加热器，温度偏低。因此，隔热屏每端应大于有效加热区约150—300mm，或更长一些。从传热学的观点看，圆筒形的隔热屏热损失最小，宜尽量采用。则：L＝900＋2×(150～300)＝1100～1400mm第1页B＝600＋2×(50～150)＋2×(50～100)＝800～1100mmH＝450＋2×(50～150)＋2×(50～100)L=1300㎜＝650～950mmB=900㎜不妨，我们取L=1300mm；B=900mm；H=850mm。H=850㎜2、炉衬隔热材料的选择由于炉子四周具有相似的工作环境，我们一般选用相同的材料。为简单起见，炉门及出炉口我们也采用相同的结构和材料。这里我们选用金属隔热屏，由于加热炉的最高使用温度为1300℃，这里我们采用六层全金属隔热屏，其中内三层为钼层，外三层为不锈钢层。按设计计算，第一层钼辐射屏与炉温相等，以后各辐射屏逐层降低，钼层每层降低250℃左右，不锈钢层每层降低150℃左右。则按上述设计，各层的设计温度为：第一层：1300℃；第二层：1050℃；第三层：800℃；第四层：550℃；第五层：400℃；第六层：250℃；水冷夹层内壁：100℃最后水冷加层内壁的温度为100℃150℃，符合要求。3、各隔热层、炉壳内壁的面积及厚度（1）、隔热屏由于隔热层屏与屏之间的间距约8～15mm，这里我们取10mm。钼第2页层厚度0.3mm，不锈钢层厚度0.6mm。屏的各层间通过螺钉和隔套开。第一层面积：1F＝2×111111HBHLBL＝2×(1300×900＋1300×850＋900×850)＝6.08㎡1F=6.08㎡第二层面积：2F＝2×222222HBHLBL＝2×（1310×910＋1310×860＋910×860）＝6.2026㎡2F=6.2026㎡第三层面积：3F＝2×333333HBHLBL＝2×（1320×920＋1320×870＋920×870）＝6.3264㎡3F=6.3264㎡第四层面积：4F＝2×444444HBHLBL＝2×（1330×930＋1330×880＋930×880）＝6.4514㎡4F＝6.4514㎡第五层面积：5F＝2×555555HBHLBL＝2×（1340×940＋1340×890＋940×890）＝6.5776㎡5F＝6.5776㎡第3页第六层面积：6F＝2×666666HBHLBL＝2×（1350×950＋1350×900＋950×900）＝6.7050㎡6F＝6.705㎡（2）、炉壳内壁炉壳采用双层冷冷却水结构，选用45号优质碳素钢。炉壳内壁面积：冷F＝2×冷冷冷冷冷冷HBHLBL＝2×（1360×960＋1360×910＋960×910）＝6.8336㎡冷F＝6.8336㎡壁厚按矩形平板计算，板周边固定，受外压1×105Pa，水压实验按P水＝2×105Pa计。S0＝225.5×B/弯＝225.5×90/610360＝1.0696㎝式中：B——矩形板窄边长度，B＝90㎝;弯——45号优质碳素钢的弯曲许用应力为360Mpa。实际壁厚：S＝S0＋C＝17＋3＝20㎜式中：C——壁厚附加量；C＝C1＋C2＋C3＝1＋1＋1＝3。水压试验时，其应力为＝225.0CSPB水第4页＝2523.00.2102905.0＝280.3Mpa≤0.9s＝324Mpa＝280.3Mpa则所需壁厚符合要求，即S＝20㎜≤0.9s＝324Mpa三、炉子热平衡计算S＝18㎜1、有效热消耗的计算工件和夹具在1300℃和20℃的比热容分别为C1＝0.636Kg/(kg•℃)和C0＝0.486Kg/(kg•℃)，它们的质量分别为G工=160kg,G夹=10kg则Q有效＝Q工＋Q夹＝（G工＋G夹）×(C1t1－C0t0)＝(120＋10)×(0.636×1300－0.486×20)＝106220.4KJ/hQ有效＝106220.4KJ/h2、无功热损失的计算（1）、通过隔热屏热损失Q1的计算电热元件、隔热屏的黑度为：热＝0.95；1＝0.133；2＝0.096；3＝0.096；4＝5＝6＝0.5；冷＝0.56。则导来辐射系数：C1热＝1133.0108.645216.095.0196.411196.411FF热热＝3.226J/(㎡·h·K4)其中F1由前面算得，F热为加热元件的表面积。同样计算得：第5页C12＝1096.012026.608.6133.0196.411196.42211FF＝0.2961KJ/(㎡·h·K4)C23＝1096.013264.62026.6096.0196.411196.43322FF＝0.2524KJ/(㎡·h·K4)C34＝15.014514.63264.6096.0196.411196.44433FF＝0.4352KJ/(㎡·h·K4)C45＝15.015776.64514.65.0196.411196.45544FF＝1.6640KJ/(㎡·h·K4)C56＝15.017050.65776.65.0196.411196.46655FF＝1.6639KJ/(㎡·h·K4)C冷6＝156.018336.6705.65.0196.411196.466冷冷FF＝1.7900KJ/(㎡·h·K4)则Q1＝61144111100100FCFCFCTT冷热热冷热第6页＝705.679.1108.62961.0145216.0226.31100373100167344＝31124.7KJ/hQ1＝31124.7KJ/h式中：T热——电热元件得绝对温度，按高于炉子工作温度的100℃计算，即T热＝1673K;T冷——炉内壁的绝对温度，即按设计计算得T冷＝373K。各辐射屏的温度的验算：第一层：41100T＝4100热T－Q1热热FC11把各项数据代入上述公式，计算得T1=1545K即t1=1272℃t1=1272℃第二层：42100T＝4100热T－Q1112111FCFC热热把各项数据代入上述公式，计算得T2=1412K即t2=1139℃t2=1139℃类似计算，得：t3=914℃t3=914℃;t4=688℃;t5=593℃;t4=688℃t6=453℃;t冷=99℃t5=593℃验算结果与前面设计的各隔热层温度基本相t6=453℃近，符合要求。t冷=99℃（2）、水冷电极传导的热损失Q2第7页Q2＝2124ttdn＝3×1.0×103×4008.02×2×4.2×103×（30－20）＝12660.5KJ/hQ2＝12660.5KJ/h式中：n——水冷电极，n＝3;——水的密度，＝1.0×103KJ/m3;d——水管直径，取d＝0.008m；——水的流速，对于中等硬度水取＝2m/s；t1——冷却水出口温度t1＝30℃；t2——冷却水出口温度t2＝20℃；（3）、热短路损失Q3该项热损失,包括隔热层支撑件与炉壁联接热传导损失，炉床或工件支承架短路传导损失，以及其它热短路损失等。这部分热损失很难精确计算，权据经验，这部分热损失大约为Q1的5％一10％左右，这里我们取：Q3＝8％Q1＝8％×31124.7＝2489.9KJ/hQ3＝2489.9KJ/h（4）、其他热损失Q4其它热损失，加热电偶导出装置，真空管道、观察孔、风扇装置等的热损失。这部分的热损失也很难精确计算，根据经验，这部分热损失大约为Q1第8页的3％一5％左右,取Q4＝(3％一5％)Q1这里我们取：Q4＝5％Q1＝5％×31124.7＝1556.2KJ/hQ4＝1556.2KJ/h则：Q损失＝Q1＋Q2＋Q3＋Q4＝31124.7+12660.5+2489.9+1556.2＝47831.3KJ/hQ损失＝47831.33、结构的蓄热量KJ/h炉子结构蓄热消耗是指炉子从室温加热至工作温度，并达到稳定状态即热平衡时炉子结构件所吸收的热量，对于连续式炉，这部分销耗可不计算。对于周期式炉，此项消耗是相当大的，它直接影响炉子的升温时间，对确定炉子功率有很重要的意义。炉子结蔷热量是隔热层、炉床、炉壳内壁等热消耗之总和。（1）、隔热层的蓄热量第一层：G1＝11bF钼＝10.2×103×6.08×0.3×103＝18.6㎏G1＝18.6㎏q1＝011ttCGm＝18.6×0.259×（1272－20）＝6031.4KJq1＝6031.4KJ第二层：G2＝22bF钼第9页＝10.2×103×6.2026×0.3×103＝18.98㎏G2＝18.98㎏q2＝022ttCGm＝18.98×0.259×（1139－20）＝5500.8KJq2＝5500.8KJ第三层：G3＝33bF钼＝10.2×103×6.3264×0.3×103＝19.36㎏G3＝19.36㎏q3＝033ttCGm＝19.36×0.259×（914－20）＝4482.7KJq3＝4482.7KJ第四层：G4＝44bF钢＝7.9×103×6.4514×0.6×103＝30.58㎏G4＝30.58㎏q4＝044ttCGm＝30.58×0.5041×（688－20）＝10297.5KJq4＝10297.5KJ第五层：G5＝55bF钢＝7.9×103×6.5776×0.6×103＝31.18㎏G5＝31.18㎏q5＝055ttCGm＝31.18×0.5041×（593－20）＝9006.3KJq5＝9006.3KJ第六层：G6＝66bF钢＝7.9×103×6.705×0.6×103＝31.78㎏G6＝31.78㎏q6＝066ttCGm第10页＝31.78×0.5041×（453－20）＝6936.8KJq6＝6936.8KJ（2）、炉壳内壁的蓄热量G内＝冷冷钢bF＝7.9×103×6.8336×18×103＝971.7㎏G内＝971.7㎏由于内壁温度由内到外以此降低，内部温度为100℃，外部温度为20℃。则：q冷＝1/20ttCGm冷冷＝1/2×971.7×0.4682×（100－20）＝18198.0KJq冷＝18198.0KJ于是：Q蓄＝冷\21lqqq＝1181988.69363.90065.102977.44828.55004.6031＝60453.5KJ/hQ蓄＝60453.54、炉子功率的验证KJ/h炉子应供给的总热量：Q总＝Q有效＋Q损失＋Q蓄＝106220.4＋47831.3＋60453.5＝214505.2KJ/hQ总＝214505.2则炉子总负载功率N