真空热处理炉 课程设计.doc
《真空热处理炉 课程设计.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《真空热处理炉 课程设计.doc(28页珍藏版)》请在沃文网上搜索。
1、 真空淬火炉设计 一、设计任务说明WZC-60型真空淬火炉技术参数:项目单位指标炉子有效尺寸mm900600450最大装炉量kg210最大温度1300压升率Pa/h0.67额定功率kw100 第1页二、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900mm600mm450mm ,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。从传热学的观点看,圆筒形的隔热屏热损失最小,而且强度好,易于制造。宜尽量采用。一般隔热屏的内表面与加热器之间的距离约为50100mm;加热器与工件(或夹具、
2、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150300mm,或更长一些。则:L9002(150300)12001500mmB6002(50150)2(50100) 8001100mmH4502(50150)2(50100) L=1400650950mm B=900为了制造方便,取L=1400mm;B=900mm;H=840mm。 H=8402、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,依据炉胆的型式和形状,作成圆筒形包围电
3、热元件,以便把热量反射回加热区,从而起到隔热效果,高温时用铂、钨、钽片。温度低于900时可选用不锈钢薄板,由于加热炉的最高使用温度为1300,屏的隔热效果与层数n的关系大体按1(n+1)变化。即:式中:安装n层隔热屏后的热量(kW)隔热屏层数加热室热量(炉子功率换算为热量)(kW)通常1300的热处理炉以6层屏为宜。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,以降低成本。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:
4、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100150,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815mm,这里我们取10mm。钼层厚度为0.2mm0.5mm,这里取0.3mm,不锈钢层厚度0.5mm1.0mm,这里取0.6mm。屏的各层间通过螺钉和隔套隔开。第一层面积:2 2(14009001400840900840)6.384 =6.384第二层面积:22(14109101410850910850)6.5102 =6.5102第三层面积:2 2(14209201420860920860)6.6376 =6
5、.6376第四层面积:2 2(14309301430870930870)6.7662 6.7662第五层面积:2 2(14409401440880940880)6.8960 6.8960第六层面积:2 2(14509501450890950890)7.027 7.027(2)炉壳内壁 炉壳采用双层冷冷却水结构,真空淬火炉对真空度的要求比较高,而且WZC-60属于大型真空淬火炉,由于不锈钢板材料较贵,特别对大型炉壳,耗材多、造价高,最终,在性能和成本之间均衡后选择1Cr18Ni9Ti-A3钢板作为炉体材料。炉壳内壁面积:2 2(14609601460910960910)7.2076 7.2076
6、圆筒状完体只承受外压时,可按稳定条件计算。有受外压110Pa,水压实验按P210Pa计。真空炉的炉壳厚度由以下公式给出: 实际炉体厚度为S=S0+C其中:C=C1+C2+C3C壁厚的附加量(mm)C1钢板的最大负公差附加量(mm)C2腐蚀裕度(mm)C3风头冲压的拉伸减薄量(mm)由表得C1为0.8mm, C2在单面腐蚀下取1mm,C3为厚度的10%,这里C3=1mm所以,C=2.8mm,故S=14+2.8=16.8mm,取整S=17mm S=17mm对于水冷真空炉,还需要进行水压试验来校验强度确定壁厚是否满足使用需求。S225.5B/ 225.591/0.903式中:B矩形板窄边长度,B91
7、; 1Cr18Ni9Ti-A3钢的弯曲许用应力为533Mpa。圆筒炉壳水压试验时,应校核壁上应力。进行水套水压试验,一般水套内通入(23)105Pa(表压)的压力。此外,还要加上1105Pa抽空压力(内抽真空受的力)。其圆筒经的应力水压试验时,其应力为 422.5Mpa 422.5Mpa0.9479.7Mpa 0.9479.7Mpa则所需壁厚符合要求,即S17 S17(3) 炉门与封头的确定真空热处理炉通常采用双层椭圆形炉门,中间通水冷却。炉门形状可分为圆形通,采用标准椭圆形封头作门板,炉门上的法兰要求精加工,加工中变形量一般应0.5mm。由于炉门法兰和壳体法兰是密封面,通过法兰上开设的密封槽
8、及密封团密封,法兰加工要求平整,精度高,密封槽尺寸应核确铣制加工,配合面应磨削加工。真空热处理设备的封头壁厚可以按炉壳设计计算,封头主要有平盖封头、椭圆封头与碟形封头三种。从受外压角度力学分析来说,无折边球面端封头受力状况较好,受力均布,因而本次设计采用无折边球面端封头。封头由以下公式确定:(算法按凸形封头椭圆形封头计算) 带入数据后,封头选型取为: 三、炉子热平衡计算 根据热平衡方程式 Q总 Q有效+Q损失+ Q蓄式中: Q总加热器发出的总热量(kJ/h); Q有效有效热消耗,即加热工件及工夹具所消耗的热量 Q损失无功热损失(kJ/h) Q蓄加热过程中炉子结构蓄热消耗的热量。 1、有效热消耗
9、的计算Q有效Q工Q夹Q工 GC(t1-t0)式中:Q有效热消耗(kJ/h);Q 工件加热消耗热量(kJ/h);Q 夹具加热消耗热量(kJ/h);G炉子生产率(kg/h);t1工件的最终温度(),般取炉温;t0工件的起始温度,(),一股取室温;C工件在温度t1和t0时的平均比热容kJ(kgK)工件和夹具在1300和20的比热容分别为C0.636kJ/(kg)和C0.486kJ/(kg),它们的质量分别为G=160kg,G=10kg则 QQQ(GG)(CtCt) (12010)(0.63613000.48620)138903.6kJ/h Q138903.6kJ/h2、无功热损失的计算Q损失= Q1
10、+Q2+Q3+Q4式中:Q1-通过隔热层辐射给水冷壁的热损失Q2-水冷电极传导的热损失Q3-热短路造成的热损失Q4-其它热损失(1)、通过隔热屏热损失Q的计算电热元件、隔热屏的黑度为:0.95;0.133;0.096;0.073;0.5;0.56。在辐射系数的测算中,参考工业应用中管状加热体平均的单位表面功率13W/cm2,参考要求中给出的100kW的功率得到加热体表面积大概为: F=0.76923则导来辐射系数:2.6984kJ/(hK) 其中F由前面算得,F为加热元件的表面积。同样计算得:C0.2961kJ/(hK)C0.2524kJ/(hK)C0.4352kJ/(hK)C1.6638kJ
11、/(hK)C1.6775kJ/(hK)C1.7932kJ/(hK)则Q33742.5kJ/h Q33742.5 kJ/h式中:T电热元件得绝对温度,按高于炉子工作温度按100计算,即T1673K;T炉内壁的绝对温度,即按设计计算得T373K。各辐射屏的温度的验算:第一层:Q把各项数据代入上述公式,计算得T=1562K 即t=1289 t=1289第二层:Q把各项数据代入上述公式,计算得T=1432K 即t=1159 t=1159类似计算,得: t=931t=931;t=702;t=605; t=702t=458;t=101 t=605验算结果与前面设计的各隔热层温度基本相近,符合要求 t=45
12、8近,符合要求。 t=101(2)水冷电极传导的热损失Q计算根据公式:Q式中:Q2水冷电极传导热损失,(kJh);n水冷电极数,n=3;水的密度(kg/m3) ,1.010kJ/m;c水的比热容kJ(kg)d水管直径(m),一般取d00060.010m/s,这里d0.008mv水的流速(mh),对软水一般取O8m/s一12m/s,对中等硬度水一般取1.2m/s一3m/s,这里对于中等硬度水取2m/st1冷却水出口温度()一般取30-35;这里t30t2冷却水出口温度(),一般取20-25 ,这里t20;一个水冷电极消耗的功率约051kw。将数据带入公式得:Q31.01024.210(3020)
13、12660.48 kJ/h Q12660.48kJ/h(3)热短路损失Q计算该项热损失,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:Q8*Q833742.52699.4kJ/h Q2699.4kJ/h(4)其他热损失Q计算其它热损失,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的3一5左右,取Q4(3一5)这里我们取:Q5*Q533742.51687.13kJ/h Q1687.13KJ/h则
14、: QQQQQ33742.512660.42699.41687.1350789.43kJ/h Q50789.43kJ/h3、结构的蓄热量 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。计算公式如下:式中:Q蓄结构蓄热量(kJ/h);G结构件重量(kg);Cm结构件材料的平均比热容kJ(kg)结构件增加的温度();炉子的升温时间(h)。(1)隔热层的蓄热量第一层:G10.21
15、06.3840.31019.53 G19.53q18.600.259(130120)6171.1kJ q6171.1kJ第二层:G10.2106.51020.31019.92 G19.92q18.980.259(115920)5599.5kJ q5599.5kJ第三层:G10.2106.63760.31020.31 G20.31q19.220.259(93120)4535.3kJ q4535.3kJ第四层:G7.9106.76620.61032.07 G32.07q30.370.5041(70220)10439.5kJ q10439.5kJ第五层:G7.9106.89600.61032.69
16、G32.69q30.960.5041(60520)9130.6kJ q9130.6kJ第六层:G7.9107.0270.61033.31 G33.31q31.560.5041(45820)6969.1kJ q6969.1kJ(2)、炉壳内壁的蓄热量G7.9107.207618101024.9 G1024.9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:q1/21/21024.90.4682(10020)19194.3kJ q19194.3kJ于是:Q60919.1 kJ/h Q60919.1 kJ/h4、炉子功率的验证 炉子应供给的总热量:QQQQ138903.65078
17、9.4360919.1250612.13 kJ/h Q250612.13 kJ/h则炉子总负载功率N NK1.283.65kw与炉子所要求的设计功率100kw相近,则取N100kw。空载升温功率: N100kwN31.07kw N31.07kw空载升温时间:0.25h 0.25h四、电热元件的选择及布置 对于中小型加热炉,为了保证加热的均匀性,在炉膛的四周都不知上加热元件,即两底面和两侧面都按上加热元件,加热元件组成星形连接。由于炉温最高温度达1300,而加热元件的温度则为1400,壳选用石墨棒为加热元件,所加电压为200V。 根据加热室的形状尺寸,确定石墨棒的有效加热长度为L=600,每个面
- 1.请仔细阅读文档,确保文档完整性,对于不预览、不比对内容而直接下载带来的问题本站不予受理。
- 2.下载的文档,不会出现我们的网址水印。
- 3、该文档所得收入(下载+内容+预览)归上传者、原创作者;如果您是本文档原作者,请点此认领!既往收益都归您。
下载文档到电脑,查找使用更方便
20 积分
下载 | 加入VIP,下载更划算! |
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 真空热处理炉 课程设计 真空 热处理