高温箱式加热炉的设计(含全套CAD图纸)

高温箱式加热炉的设计(含全套CAD图纸) 摘 要 金属热处理是机械制造中的重要 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 之一，与其他加工工艺相比，热处理一 般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改 变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质 量，而这一般不是肉眼所能看到的。 文中主要介绍了热处理炉常用的耐火材料，保 温材料的种类和特点。介绍了热处理炉的结构，设计，以及相关的计算。同时，介 绍了电热元件材料的一般性能，以及相关的计算与设计。为了实现节能的效果，文 中还简要的介绍了当今箱是炉主要的节能方法和途径。关键词:箱式，高温热处理， 节能。Subject: Box-Tpye High Heat Treatment Furnace ABSTRACT Metal heat treatment is one of the important arts and crafts in machinerymanufacturing compared with other treatment it usually dont change the shapeand the whole piece but by changing the chemical composition of themicrostructure or a change in the chemical composition of workpiece surface or toimprove performance of workpiece. Its characteristic is that to improve the qualityof workpiece which is generally not naked eye can see. This paper mainly introduces the common heat treatment furnace refractoriesinsulation materials and features.And introduces the structure design of heattreatment furnace and related calculation. In order to realize the energy savingeffect this paper has briefly introduced the current mainly energy saving method ofbox-tpye high heat treatment furnaceKeyword: Box-Tpye ， High Heat Treatment， Energy –saving 目 录第一章 绪 论 ......................................................... 1第二章 热处理基础知 识 ............................................... 3 2.1 热处理原理 ................................................... 3 2.2 热处理的主要工艺 ............................................. 3 2.3 热处理设 备 ................................................... 4第三章 炉体材料 ..................................................... 6 3.1 耐火材料 ..................................................... 6 3.2 轻质耐火材料和绝热材 料 ....................................... 8第四章 高温箱式热处理炉的结构设 计 .................................. 10 4.1 炉子结构设计 ................................................ 10 4.1.1 炉 膛 尺 寸 的 确 定 ................................ 10 4.1.2 炉 墙 的 砌 顶 的 砌 筑 .................................... 11 4.1.4 炉 筑 .................................... 11 4.1.3 炉 门 的 设 计 .................................... 12 4.1.5 炉 衬 材 料 和 厚 度 的 确 定 .......................... 13 4.2 钢结构的确定 ................................................ 13第五章 热 处理炉电热体设计 .......................................... 17 5.1 电热元件材 料 ............................................... 17 5.1.1 电 热 元 件 材 料 应 具 有 的 性 能 ...................... 17 5.1.2 各 种 电 热 材 料 的 特 性 ............................ 18 5.2 电 炉功率的确定 .............................................. 19 5.3 电热体尺寸及位置的确 定 ...................................... 23 5.3.1 电 阻 炉 的 接 线 方 法 的 设 计 ........................ 23 5.3.2 电 热 体 的 确 定 .................................. 25 5.3.3 电 热 体 的 布 置 .................................. 26第六章 箱式热处理炉的节 能 .......................................... 28结 论 .............................................................. 29致 谢 .............................................................. 30参考文 献 ........................................................... 31 第一章 绪论 金属热处理是机械制造中的 重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学 成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改 善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。 箱式电阻炉在各种机器制造厂的热处理车间应用的很广泛，适用于单个小批大、中、小型零件的热处理，如:退火、正火、回火以及固体渗碳等。带有特殊马弗室的箱式电阻炉，还可以用来进行固体渗铝和金属线、带的光亮退火，由于用途比较广，人们常称它为万能电阻炉。根据各种不同的工作要求，箱式电阻炉的炉底有各种不同的构造，常见的有以下几种: 1.炉底固定式 这种箱式电阻炉在实际应用中的数量最多，容量可以从数千瓦到数百千瓦，工件由人工装卸。 2.炉底升降式 这种箱式电阻炉主要用作大型铸、锻件的回火和钢板的热处理，其容量大都在数百千瓦以上，其炉底为一耐热合金钢制成的平车，需加热的工件即放置在上面，沿铁轨推至炉罩下面的工作台上，借电动机或液压装置把它升到炉膛内。平车与炉身接触处，可以用砂或其他液体密封，以便通入所需的各种保护气体避免工件的氧化和脱 碳 。 3.炉底可移动式 这种箱式电阻炉的炉底为一有耐火砖与部分耐热合金钢制成的平车，但与炉底升降式的箱式电阻炉的平车不同，此平车是从通入炉内的轨道上沿水平方向推至炉中，车面正好是炉子的底，通常车轮、车轴均露在炉外。平车的进出大都用电动机曳引，为了使炉子有足够的热量，往往在装载工件的平车的下面也装有电热元件，车面与炉身接触部分，也可用细沙密封。 4.滚珠炉底式 这种箱式电阻炉的结构，几乎全与炉底固定式箱式电阻炉相同，只是在它的炉底上砌有数条耐热合金钢轨道，在这些轨道上，均放有数颗耐热合金钢丸，装载工件的耐热钢底板，即放置在钢丸的上面，可使工件装载时的重力大为减轻，这种炉子的主要用途为大、中型锻模的加热及固体渗碳，? 皇视糜谛×慵 娜却 怼?随着社会主义建设的发展，热处理设备正日益显示重要作用。通过设计和制造新设备，改造旧设备，以适应飞跃发展的工业生产的需要，而气体渗碳炉的改造，主要围绕提高产品质量及设备的性能，改善劳动条件和消除公害等方面进行的，具体有以下几方面: 1(改善炉膛结构，合理布置加热元件，提高密封程度，强化炉气对流，以改善加热质量。 2(加大炉子功率，采用新型筑炉材料，电热元件和新结构的烧嘴，以强化设备加热过程，提高加热效率。 3(提高设备机械化、自动化程度，提高劳动生产率和改善劳动条件。 4(采用可控气氛炉，进行无氧化加热和提高化学热处理的效果。 5(采用能提高节能效果的耐热钢，耐火材料，保温材料等新材料 。 第 二 章 热 处 理基 础 知 识 2.1 热处理原理 在热处理产品中 80为的热处理件为钢铁制品，包括钢厂生产的钢棒和钢管、铸件、锻件、焊接件、机加工件、轧制件、冲压件、拉拔件或挤压件等。 钢的热处理:是将固态钢材采用适当的方式进行加热、保暖和冷却以获得所需组织结构与性能的工艺。热处理不仅可用于强化钢材，提高机械零件的使用性能，而且还可以用于改善钢材的工艺性能。其共同点是:只改变内部组织结构，不改变表面外形与尺寸。 热处理的目的是改变钢的内部组织结构，以改善钢的性能，通过适当的热处理可以显著提高钢的机械性能，延长机器零件的使用寿命。热处理工艺不但可以强化金属材料、充分挖掘材料性能潜力、降低结构重量、节省和能源，而且能够提高机械产品质量、大幅度延长机器零件的使用寿命。 热处理工艺分类: 1、整体热处理:包括退火、正火、淬火、回火和调质; 2、表面热处理:包括表面淬火、物理气相沉积和化学气相沉积等; 3、化学热处理:渗碳、渗氮、碳氮共渗等。 2.2 热处理的主要工艺 钢的退火 将钢件加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺称为退火。退火的作用:降低硬度，提高塑性;细化晶粒，消除组织缺陷，消除内应力，为淬火作好组织预备。退 火根据加热温度可分为在临界温度以上或以下的退火，前者又称相变重结晶退火，包括完全退火、扩散退火、均匀化退火、不完全退火、球化退火;后者包括再结晶退火及去应力退火。 钢的正火 将钢件加热到 Ac3 以上 30,50?，保温适当时间后;在静止空气中冷却的热处理工艺称为正火。正火的目的:细化晶粒，均匀组织，调整硬度等。正火保温时间和完全退火相同，应以工件透烧，即心部达到要求的加热温度为准，还应考虑钢材、原始组织、装炉量和加热设备等因素。 钢的淬火 将钢件加热到 Ac3 或 Ac1 以上某一温度，保持一定时间。然后以适当速度冷却获得 M 或 B 组织的热处理工艺。淬火的效果:显著提高钢的强度和硬度。淬火的介质主要为水或油。主要的淬火方法有:单介质淬火、双介质淬火、局部淬火、马氏体分级淬火、马氏体等温度淬火。 钢的回火 钢件淬火后，再加热到 A1 以下某一温度，保持一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺称为回火。回火的作用:稳定组织，消除淬火应力;调整硬度、强度、塑性、韧性。回火的主要方法有:低温回火、中温回火和高温回火。 2.3 热处理设备 在机械制造过程中，热处理占重要地位，它对保证产品质量，提高机器工作效能和延长机器使用寿命都起着重要的作用。在任何一种热处理工艺，只有通过相应的设备才能实现。 目前，热处理设备的种类已十分繁多，根据它们在热处理生产过程中所完成的任务，通常将热处理设备分为主要设备和辅助设备两大类。为了增加产量、提高质量和改善劳动条件，推行流水生产和自动化生产，又组合成了许多综合热处理设备——热处理联合机。 主要设备是完成主要热处理工序所用的设备，包括加热设备和冷却设备。这类设备对热处理效果和产品质量起决定性的作用，两者之间又以加热设备为最主要，包括各种热处理炉和加热装置。 辅助设备是完成各种辅助工序及主要工序所中的辅助动作所用的设备及各种工夹具。主要包括清洗设备、校正设备、起重运输设备、控制气氛设备及各种工夹具等。 热处理炉是最重要的热处理设备。为了便于选择使用和分析比较，常依以下几种特征进行分类: 1(按热能来源分类:分为电阻炉、燃料炉。 2. 按工作温度分类:分为低温炉(?650?)、中温炉(650,1000?)、高温炉(gt1000?)。 3. 按炉膛介质分类:分为自然介质炉、浴炉、可控气氛炉、真空炉。 4. 按作业规程分类:分为周期作业炉、连续作业炉。 第 三 章 炉 体 材料 3.1 耐火材料 用来建筑炉子的材料统称为筑炉材料，它包括:耐火材料、绝热材料、筑炉砖、地基材料和金属材料等。凡具有能抵抗高温以及在高温下所产生的物理和物理化学作用的材料统称为耐火材料。 耐火材料的基本特性可以通过它的物理性能和工作性能来表示。 耐火材料的物理性能包括体积密度、真比重、气孔率、吸水率、透气性、耐压强度、热膨胀性、导热性、导电性及热容量等。判断耐火材料的使用性能的重要指标有耐火度、荷重软化点、抗渣性、耐极冷极热性、重烧收缩等。 热处理炉对耐火材料的性能的要求: 1)在高温下不发生熔化或软化; 2)在高温使用情况下能承受一定得压力及其他机械负荷面部变形; 3)在高温长期使用情况下应保持一定的体积稳定性; 4)当温度急剧变化时不致破裂和剥落; 5)能抵抗金属及炉气等的化学侵蚀作用; 6)制品必须具备一定得外形尺寸; 7)对于热处理电阻炉来说，还要求在高温下有良好的绝热性能。不致因发热体接触而产生漏电。同时要求在高温下耐火材料与电热体相互间不起化学作用; 8)在不影响强度的情况下，密度应愈小愈好，这样既能减少炉衬耐火砖体的蓄热，又能降低炉子的热传导损失。 各种热处理炉中用得比较普遍的耐火材料有:普通耐火粘土砖、轻质耐火粘土砖、高铝 砖、刚玉砖、硅砖、金刚砂制品等数种。 1.粘土砖 粘土砖的原料主要是耐火粘土和高岭土，主要的矿物成分是高岭石(AI2O32Si2OH2O)。耐火粘土和一般泥土不同的地方是杂质含量少，耐火度高(大于 1580?)。粘土砖的应用范围极广，可用来修砌热处理炉室、燃烧室、烟道、烟囱等以及其他和高温炉气接触的内衬。 2.高铝砖 由矿物或含有高氧化铝的人造材料制成，一般制品中的氧化铝AI2O3的含量为 45,75，它的耐火度为 1750,1920?，其耐极冷极热性及抗渣性亦很良好。高铝砖常被用来砌筑盐浴炉的炉膛和各种电阻炉的电热元件搁板。 3.刚玉砖 是属于高铝砖一类的耐火砖，它由矾土刚玉、铁矾土及其他材料以耐火粘土为结合剂用焙烧法制成。通常用作搁置各种电热元件的架板和用在耐火度及强度要求比较高的地方。 4.硅砖 是一种含 SiO2 在 93以上的氧化硅质耐火材料。它是由石英岩粉碎后加石灰乳或其他粘接剂制成的。在评价硅砖的质量时，体积密度、真比重及荷重软化点是三个主要指标。 5.碳化硅质耐火材料 是用碳化硅及少量加入物成型烧制而成。碳化硅是用纯石英砂和焦炭，并加入 5,10锯木屑和 1,2食盐混合后在特殊电 ,2200?高温下制得的。碳化硅制品当使用温度高于 1300?时易被氧炉内于 2000 化，并易被碱性炉渣所侵蚀。碳化硅质制品常用于制造耐火板，换热器元件，马弗炉及电炉的高电阻电热体等。 3.2 轻质耐火材料和绝热材料 在热处理炉的热支出项目中，炉墙本身的蓄热和通过炉墙向外散失的热量占有很大的比例。为了减少这方面的热损失，在砌筑热处理炉等热工设备时，常选用一些轻质耐火材料和绝热材料。轻质耐火材料和绝热材料的特点是体积密度小，气孔率大，因而它本身所积蓄的热量和通过它向四周扩散的热量就大为减少。提高了炉温并降低了燃料的消耗量，同时还可以降低车间的温度改善劳动条件。 目前采用三种方法制造轻质耐火材料: 1)烧掉加入物法:生产轻质粘土砖时，配料中约含 35耐火粘土，20熟料，此外并有 45木屑、无烟煤末或焦炭等加入物。成型后在氧化气氛中烧成。在烧成过程中这些加入物被烧掉，在砖内造成大量孔隙，这样就制成了体积密度较小的轻质耐火材料。制造轻质硅砖和高铝砖的方法于此类似。 2)泡沫法:用松香，苛性钠制成松香皂，加水后制成泡沫乳剂，将此泡沫液加入到熟料和粘土及 5锯末屑制成的泥浆中，搅拌均匀制成泡沫砖料。为了使泡沫稳定，可使用少量铝钾明矾溶液。把这些砖料铸入铁模中成型，干燥后取出在窑中进行烧制。 3)化学法:向由熟料和粘土配成的砖料中加入少量白云石或石灰石。白云石或石灰石用稀硫酸溶液处理时放出 CO2处理后泥料立即进行浇注，因而砖料激烈胀大。为使胀大后的砖坯体积稳定，可向砖料中加入矾土水泥，石膏等，以使砖料胀大后随即硬化。 上述轻质耐火砖可以用作高温绝热材料。当温度低于 900?时，所用的绝热材料有:石棉、硅藻土、矿渣棉和蛭石等。它们都是一些含有很多细小气孔的材料，气孔愈多，愈小则其导热系数也就愈低。各种绝热材料既可以作为散料直接使用，也可以加水调成胶泥涂抹使用或制成绝热砖或隔热板使用。 在选用绝热材料时应考虑到它的最高使用温度，超过规定温度后绝热材料就会丧失强度或破裂。 第 四 章 高 温箱 式 热 处 理 炉的 结 构 设 计 4.1 炉子结构设计 炉子设计所依据的基本技术条件和原始数据应包括:典型工件的名称，形状尺寸和简图，材料，重量以及技术要求等;热处理典型工件曲线或工艺过程;生产批量及生产率;其它质量要求;机械化作业程度;投资金额等。4.1.1 炉膛尺寸的确定 炉膛的尺寸是炉体结构设计的重要数据。它与工业炉产量、技术工艺操作、物料的尺寸、形状及其在炉内的布置等因素有关。 我国生产的电阻炉已经标准化了。可以根据毛坯需要加热的温度、工艺要求的生产率来选用。下面为 110,30 型箱式热处理炉的技术规格: 技术规格 炉子型号 110-30 额定功率(千瓦) 30 电压(伏) 380/220 相数 3 最高工作温度(?) 1300 空载损失功率(千瓦) 12?10, 生 产 率 ( 公 斤 /时 ) 50 炉膛尺寸(毫米) 长 400 宽 300 高 250 ( 电炉连耐火砖炉衬共 吨) 2.34.1.2 炉墙的砌筑 加热炉的炉墙式垂直的，厚达两块砖以上。其中内层耐火材料为 1.5 至 2块。外层为绝热材料，外部用厚为 5,10mm 的钢板作为保护壳。加护炉外钢板的目的除了可使炉体坚固外，还可以保证工业炉的气密性良好。 炉墙的最经济厚度，应根据砌体的材料费和蓄热散热损失引起的燃料费等进行优化计算确定。 炉墙上设置炉门以便装入和取出被加热的物料以及观察和调拨炉料。炉墙上还留有窥视孔、测量孔及设置燃烧装置等，这些炉门、开孔和装置的数量、大小及位置的安排要由物料的尺寸、工艺操作的方便及工业炉结构的具体情况而定，并且不影响炉体的坚固和严密。4.1.3 炉顶的砌筑 炉顶使炉膛组成中的薄弱环节。炉顶是否牢固可靠，对工业炉工作由重大影响。由于炉顶的损坏而降低工业炉的作业率等，所以工业炉的设计时对炉顶的可靠性必须予以足够的重视。 炉顶按其结构形式可分为拱顶和吊顶 。 (悬挂顶) 拱顶的有点是结构简单、施工方便、成本较低。当炉宽(工业炉跨度)小于 4m 时，可以采用拱顶结构。拱顶可用楔形砖砌筑或不定形耐火材料捣制而成。拱顶的中心角一般有 60?、90?、180?，常用的 60?拱顶，称为标准拱顶，其半径 R 等于工业 ,0.134B。 为将拱顶重量分解成水平推力和垂直重力通过炉的跨度B，拱顶矢高 h 钢结构传到基础上，拱顶配有拱脚砖和拱脚梁。拱脚砖可根据拱顶的中心角和拱顶耐火层厚度选配，拱脚梁的大小则根据强度计算决定。 拱顶的厚度和材质与工业炉跨度的炉内的温度条件有关。一般随工业炉跨度增大，拱顶厚度也可适当增厚，加热炉拱顶厚度通常选用 230,300mm。加热炉拱顶一般可采用粘土质耐火材料砌筑。拱顶上面是否覆盖绝热材料视温度条件和拱顶材质而定。绝热材料可采用轻质绝热砖、板或散状材料。由于炉顶散热约占工业炉砌体散热损失的 40,,60,，所以加强炉顶绝热比炉墙绝热更为重要。4.1.4 炉门的设计 炉门的设计必须能关闭严紧，重量轻，强度大，热的性能好。这里所谓的热的性能包括保温能力强和高温时机械强度大。通常炉门的形式依据气动的形式可分为提升式和铰链式两种。除非小型或加热物在炉内需留置集热的电炉外，一般均用提升式炉门。 炉门除了遮蔽炉门口的热辐射外，还有保持炉膛密封性的作用。若密闭不严吸入冷空气，不仅会增加热损失，加重氧化脱碳程度，也影响加热均匀性箱式炉的炉门与炉框的接触面应经过机械加工，以保证良好的密封性。炉门框架内的填充的耐火材料必须牢固，因炉门的厚度不大，所用材料必须有良好的保温性，宜采用超轻质耐火材料，并精心砌筑。 为了能关闭严密减少热损失，炉门必须较门孔为大，既有一部分炉门与墙重迭。重迭的尺寸最少每边有 65 毫米，通常每边为 130 毫米，200 毫米以上的一般不采用。炉门的密封方式，有的利用斜面靠炉门自重压紧，斜面角 a大小对炉门的密封性有直接影响。中等炉可选择 2.5?,3.5?;大型炉可选取 1.5?。 炉门的损坏的主要原因之一是启闭时的磨损，因此设计时我们可使炉门在开始启开后立即与炉前墙离开，这样可以减少启闭时的磨损，要达到这一要求，炉门可用倾斜式的的设计或炉门上加楔形装置。4.1.5 炉衬材料和厚度的确定 在生产上没有特殊要求时，炉子外表的表面温度一般.