课程设计pfth型油淬真空炉设计

课程设计说明书设计说明书目录 一:设计任务书-2二: 加热部分设计-2Ø 1: 炉膛尺寸-2Ø 2: 炉墙-2Ø 3: 炉用耐热钢-3Ø 4: 加热元件设计-3三: 淬火槽设计-5 四: 真空系统介绍-6五: 绘制炉型图-8一、设计任务书1） 设计题目 ：pfth型油淬真空炉设计 2）油淬真空炉条件：项目单位指标炉子有效尺寸Mm500×1200最大炉装量Kg250额定功率Kw150 二、加热部分设计 1炉膛尺寸 炉子有效尺寸为500×1200，由于在摆放工件时需要考虑装料、出料方便和炉气流动，在工件之间要留有一定空间,工件与电热元件也要留出一定的空间通常为100150mm，靠近炉门初温度偏低，工件到炉门应留出100200mm。因此： 炉膛长度：L=L1+0.20.3m 炉膛宽度：B=B1+0.20.4m 其中L1 和 B1分别为炉子有效长度和宽度，这里炉子为柱状的，所以： 炉膛直径R=500+300=800mm 高度：H=1200+300=1500mm 由于没有待处理的钢件，没有规定的温度，但通过电动率P和炉子的体积我们可以估算炉子的加热温度（经验公式）： 工作温度（）功率（kw）12001000700400P=100150P=75100P=5075P=3550 我们设计的淬火炉的功率为150KW，那么可以估计一下炉子的加热温度大约有1200。据此来确定炉墙材料和加热元件。 2 炉墙 10001200的高温炉需要三层炉衬，即高铝砖、轻质耐火砖和保温材料，外加石棉板和钢板外壳。查询热处理炉（西北工业大学出版）的炉墙组成表可知1200的炉墙组成为： 炉膛温度炉墙材料厚度（mm）1200轻质耐火粘土砖=1.390轻质耐火粘土砖=1.090硅藻土砖=0.55113蛭石粉=0.1565 3 炉用耐热钢 热处理炉的炉内构件如炉底板、炉罐、导轨、料盘、炉辊、内罩等都是在高温下工作的，承受一定的载荷，并受到高温化学介质的腐蚀，因此这些构件必须用耐热钢制造。常用的耐热钢有1Cr18Ni9Ti、Cr18Ni25Si2、等奥氏体耐热钢，由于Cr、Ni的消耗过多，筑炉投资较大，几年来开始使用无Cr、Ni或少Cr、Ni的耐热钢。其中比较重要的有Fe-Al-Mn系和Fe-Cr-Mn-N系耐热钢。 Fe-Al-Mn系的耐热钢根据其含Al量的不同分三种，分别用于800900、950以下、10001100。 由于所设计的热处理炉为高温热处理炉，我们采用耐热性能最好的第三种。4 加热元件设计 由于炉温较高，我们选择碳化硅电热元件，碳化硅两端加粗中间细，两端加粗是为了减小该段的电阻，使其少发热，以便连接。中间细棒为加热段，位于炉膛内作为发热元件。碳化硅棒在氧化性的气氛中，可在1350高温下长期工作，其最高的工作温度为1500。 碳化硅棒很脆，安装时要尽量小心，更不能乱碰。此外，要防止碱、碱土金属、金属氧化物、氢气和水蒸气的腐蚀，在水分多的空气中使用时寿命会急剧下降。 在选择电热元件后，根据电路功率的大小和功率分配及供电电压，即可设计确定电热元件的尺寸。所设计的电热元件必须满足功率的要求和保证电热元件达到要求的使用寿命，同时还要考虑电热元件在炉膛内的布置等因素。电热元件一般都是对称分布的，因此只要设计计算单根的电热元件即可。 在热处理炉（西北工业大学出版）中给出了碳化硅棒的标准的规格尺寸：规格型号工件部分尺寸（mm）加粗部分尺寸（mm）1400时电阻10%（）不同炉温时没跟碳化硅棒的电压、电流和功率直径d长度l直径D长度l112001300135014006/60/758/200/8512/200/20068126020020012141875852002.25.02.2 炉膛高度为1500mm，直径800mm，选择第三组12/200/200,则每一周可排布的数量还要考虑加热元件之间的间距，标准如下： 工作部分直径（mm）棒中心最小间距（mm）与炉墙获工件最小间距（mm）6812253350192538 由可得到一周最多安放的数量，r=400-38=362mm，计算可得每周最多放44根。 考虑到满足功率条件，每一根碳化硅棒要的功率不能超过额定电功率，其总的数量n>150000/1050=142.8。 n可取150 则每根棒的功率：P=150kw/150=1kw 工作部分：直径d=12 长度l=200 电阻约为2.2（1-10%）=2 此电阻式去1400的下线以近似认识是1200的一半电阻 电热元件的尺寸本应该满足功率和寿命两个条件，但是由于这里的碳硅元件的尺寸都是生产中标准的尺寸，选定的电热元件在满足功率条件而且没有要求寿命的条件下，我们即可认为其寿命是符合实际要求的。 关于电热元件的安装有以下几个原则：1. 保证炉膛温度分布均匀。我们设计的高温的热处理炉，除了在炉墙上安装电热元件外，最好在炉顶和炉门上也安装一些。此外，在炉子热损失大的地方也安装一些电热元件，如炉门孔附近、出料口附近。2. 炉温在1000以上的支撑应采用较纯的氧化铝制品。3. 要尽量减少电热元件之间及其与炉壁支撑砖之间的辐射屏蔽。电热元件安装的位置应使热量容易传给工件，而又不使工件过热。 三、淬火槽设计 1、淬火液需求量 根据热平衡原理可知，淬火工件放出的热量等于淬火液所吸收的热量，即：G（Cg1tg1-Cg2tg2）=VC（t2-t1） 所以 V= 式中 V淬火液的体积（）； G每次淬火工件的总重量（kg）； tg1、tg2工件的加热温度和冷却终止温度（）； Cg1、Cg2工件在tg1、tg2时的平均比热当钢件加热到850时，Cg1 0.71kJ/（kg K）；冷却到150时，Cg20.50 kJ/（kg K）； t1、t2淬火液的开始和终止温度，对于油，t1=30-40，t2=70-80； C淬火液在t1t2时的平均比热，C=（1.88-2.09）1000kJ/（K）； G=250kg； tg1=1300，tg2一般为100到150之间，我们取150计算； Cg1= 0.662 kJ/（kg K）， Cg20.50 kJ/（kg K）； t130-40，t270-80； t2-t140K; C=（1.88-2.09）1000kJ/（K）； 计算得：V= 3.3 淬火油的密度=900kg/，所以可以得到淬火油的重量为： =2970kg； 用热平衡计算或经验估算确定的淬火油的重量为有效地需要量。对于水或者水溶液即为实际需要量。对于油类的淬火液，其流动性较差，实际需要量比有效需要量增加1.1-1.25倍。则实际淬火油的需要量为： =1.2 =3564kg =1.2V =3.96 2.淬火槽的形状和尺寸的确定 首先确定淬火槽的额深度h。 =+ (m) 式中 工件高度（m）； 淬火时，工件上端距离液面的距离，取0.1-0.5m； 淬火时，工件下端距离槽底的距离，取0.1-0.4m； 淬火时，工件上下移动的距离，短件取0.2-0.5m，长件取0.5-1.0m。 这里我们取=1.2m，=0.3m，=0.3m ， =0.2m。 计算得=2.0m 由于我们已经得到了淬火液的实际需要量，即可认为是淬火槽的体积，那么我们可以的截面积： A= /h =1.98 由A=/4得淬火槽的直径为： D=1.59m。四 真空系统介绍 真空热处理设备的真空系统通常由获得真空的容器(真空炉)和真空获得设备(真空泵机组)、控制真空和测量真空的组件设备组成。分述如下： (1)真空泵机组，根据炉子工作压力和抽气量的大小，分别选配有不同抽速的超高真空泵，高真空泵，中真空泵和低真空泵。 （2)在真空炉室和真空泵机组间配备的各种真空组件或真空元件，如阀门、过滤器、冷阱、波纹管、管路、密封团和法兰等。 (3)为了测量真空系统的真空度，在系统的不同位置上设置测量不同压力的真空规管或其它真空仪表，如电离规管、热电偶规管。通常还设有真空压力表和其它真空测旦仪表。 (4)真空检漏仪器、真空控制仪器、充气装置等。1.根据设计技术条件,确定真空系统方案根据所选的真空泵的极限真空度应比炉子工作真空度高1个数量级的原则,同时考虑到真空泵应在1-Pa真空度范围内有较大的抽气速率。所以,选取机械增压泵和机械真空泵组成的真空系统即:罗茨泵机械真空泵机组。2.真空炉必要抽速计算式中S必炉子的必要抽速，即为了达到所要求的真空度，从炉中抽出气体的速度(Ls)；G料炉料重量(kg)，为700kg；Q料被处理材料所放出的气体量，换算成标准状态下的气体体积(/100g)，通过查表可知钢在标准状态下的放气量为0.150.65L/kg，取0.60L/kg,即65 /100g