热处理炉第二章5.ppt

第二章 炉子传热原理§5. 综 合 传 热 1一.对流和辐射同时存在时的传热 na辐——辐射换热系数w/(m2·℃) naΣ——综合传热 系数 2注：n（1）中、高温电阻炉和真空电炉：a辐为 主，a对可忽略不计； n（2）低温空气循环电阻炉、盐浴炉：a对 为主，a辐可忽略不计； n（3）装有风扇的中温电阻炉、燃料炉： aΣ综合 3二.炉墙的综合传热 n炉内热量——>炉内侧——>炉外侧——>环 境n（一）平壁炉墙传热 4n（二）复合炉墙的传热（符合串并联定律）5n（三）圆形壁炉墙 6（四）减少热损炉墙采取措施（加大热阻 ） n1. 增加炉墙厚度R=δ/（λF）；n2. 采用ρ小、λ小、比热容C小的耐火保温材料 n① R↑，②b（蓄热系数）蓄热小n[推荐：中温电阻炉0.6g/cm3轻质砖、泡沫 砖；高温炉：0.806g/cm3高铝砖砌耐火层 ]n3. 改变炉墙结构：双层炉壳、空心砖炉 墙结构；采用圆形炉膛，外表面积缩小 14%左右7Thank You for Attention8三.炉衬厚度计算 n在设计三层炉墙时，耐火层和中间保温 层的厚度S、S，一般根据炉膛温度以及 炉子的大小按标准砖尺寸的整倍数选定 ，而炉墙内、外表面温度t和t4为已知， 那么剩下的只需计算确定满足此规定T4温 度时的外层保温层厚度S，以及未知的界 面温度t和t3值。

n在稳定传热时，对各层炉衬可分别 列出下述方程：q=(t1-t2)[+0.5b(t+t)] /S (a)q=(t2-t3)[+0.5b2(t2+t3)]/S2 (b) q=(t3-t4)[+0.5b3(t3+t4)]/S3 (c)9方括号部分为各层炉衬的平均热导率由式 (a)可直接解出未知的界面温度t2的计算式同理，由式(b)、可分别得t3和S3的计算式S3=(t3-t4)[+0.5b3(t3+t4)]计算的顺序应该是：先计算出t2,再计算t3,最后 算出保温层的厚度S3 10n例 设计某热处理中温炉的平壁炉墙（侧 墙），已知炉膛温度为950℃，车间温度 20℃，炉壳合理温度为60℃耐火层用 QN-0.6轻质粘火砖，厚度115mm保温层 为115mm的B级硅藻土砖，外层用矿渣棉 ，矿渣棉的体积密度0.2t/m3试确定矿 渣棉层的厚度及其界面温度11解 由炉衬材料的热导率算式QN-0.6轻质砖 1=0.165+0.19410-3 t W/（ m·℃）B级硅藻土砖 2=0.131+ 0.23 10-3 t W/（ m·℃）矿渣棉 3=0.07+ 0.16 10-3 t W/（m·℃）故 01=0.165 b1= 0.19410-3 ；2=0.131 b2= 0.23 10-3 3=0.07 b3= 0.16 10-3 。

当 t4=60℃时，由表2-12查得=12.17 W/（m2·℃）故 q=12.17（60-20）=486.8（W/m2）将上述数 据代入式（2-70）， 先算出界面温度t212再由式（2-71）计算t3由式（2-72）计算矿渣棉保温层的厚度S3=（588-60）[0.07+0.50.1610-3（588+60）]=132mm13n下面进一步计算1m2面积侧墙的蓄热量轻质粘土砖、 硅藻土砖和矿渣棉在1m2面积侧墙上所占的重量分别为G1=0.115600=69 KgG2=0.115550=63.3 KgG3=0.132200=26.4 Kg 它们的平均比热容分别为C1=0.836+0.26310-30.5（950+782）=1.06 KJ/（Kg ℃ ） C2=0.837+0.25110-30.5（782+588）=1.0 KJ/（Kg ℃ ）C3=0.75 KJ/（Kg ℃ ） 各层的畜热量Q1=691.06[（950+782）/2-20]=61876 KJ，Q2=42095 KJ， Q3=6019 KJ 14n总畜热量 Q=109990 KJ 上述炉墙若用体积密度为120Kg/m3的硅酸铝耐火 纤维炉衬，它的平均导热率为 m=0.032+0.21（tm/103）2=0.032+0.21[（950+60）/（2103）]2=0.086 W/（m· ℃ ） 由此得全耐火纤维炉墙的厚度 S=（950-60）0.086/486.8=157mm 1m2面积炉墙的重量为18.8Kg，相应的畜热量 Q=18.81.1[（50+60）/2-20]=10030KJ15耐火纤维的平均比热容按1.1KJ/（Kg · ℃ ）计 算。

由此可见，在上述条件下用耐火纤维炉衬 代替砖彻炉衬后，炉衬的畜热量将减少近90% 因而在周期作业炉上使用耐火纤维炉衬可显著 节能，并能大大缩短其空炉升温时间[例]设计某热处理中温炉的平壁炉墙（侧墙）， 已知炉膛温度为950℃，车间温度20℃，炉壳外 温度60℃耐火层用QN-0.6轻质粘土砖，厚度 115mm保温层为115mm的B级硅藻土砖，外 层用矿渣棉，其=0.2t/m3，试确定矿渣棉层 的厚度及其界面温度16解：已知 QN-0.6轻质砖 1=0.165+0.19410-3 t W/（ m·℃）B级硅藻土砖 2=0.131+ 0.23 10-3 t W/（m·℃ ）矿渣棉 3=0.07+ 0.16 10-3 t W/（m·℃） 炉外壁与车间为对流换热 q=a△t=12.17(60- 20)=486.8 (w/m2)S3=(t3-t4)[+0.5b3(t3+t4)]=132(mm)17另：再计算1m2面积侧墙的蓄热量 已知三层在1m2面积上所占重量分别为： G1=0.115600=69 Kg G2=0.115550=63.3Kg G3=0.132200=26.4Kg 平均比热 ： C1=0.836+0.26310-30.5（950+782）=1.06 KJ/ （Kg·℃） C2=0.837+0.2510-3 t均=1.0 KJ/（Kg·℃） C3=0.75 KJ/（Kg·℃） 各层蓄热：Q1=G1C1△t=61876 KJQ2=42095 KJ Q3=6019 KJ 总畜热量：∑Q=109990 KJ18上述炉墙若用=120 Kg/m3的硅酸铝耐火纤维单 层炉衬，则 m=0.032+0.21（tm/103）2 KJ/（Kg·℃） =0.032+0.21[（950+60）/2103]2=0.086 W/（m·℃） =（950-60）0.086/486.8=157 mm G=18.8 Kg Q=10030 KJ（c=1.1KJ/（Kg·℃）） 可见Q下降约90℅，⑴.节能显著⑵.空炉升温  降低192.强制对流时的对流换热系数 （1）气体沿平面流动时Vo4.65(m/s)光滑表面a=5.58+4.25voa=7.51vo 0.78轧制表面a=5.81+4.25voa=7.53vo 0.78粗糙表面a=6.16+4.49voa=7.94vo 0.7820注：VO为标准状态，若不是则换算VO=Vt 273/（273+t） （2）气流沿长形工件流动时a=kvt 0.8 w/(m2·℃) t:100 200 300 400 500 600 K:4.81 4.19 3.74 3.37 3.20 3.09 也有a=6.98+3.2Vt 0.8 w/(m2·℃) (3).炉气在燃料炉内奚流动时a=z· vt 0.8/(d 0.2) kLkH2o w/(m2·℃) 式中：Vt-炉膛内炉气的实际流速（m/s）d-炉膛通道的水力学直径（m）z-炉气温度的系数炉气温度（℃）600 800 1000 1200 1400z 1.99 1.77 1.61 1.48 1.3921kL-通道长度L与水力学直径d比值的系数 L/d 2 5 10 15 20 30 40 50 kL 1.40 1.24 1.14 1.09 1.07 1.04 1.02 1.00kH2o-炉气中水蒸气含量的系数 H2o℅ 0 2 5 10 15 20 25 30 kH2o 1.00 1.18 1.24 1.29 1.34 1.39 1.43 1.47 (4)气流在通道内层流流动时a=5.99/d (w/m2)-炉气的导热系数 （w/(m·℃)）d-通道的水力学直径22[例3]：设有一台空气循环电炉，循环空气温度为 500℃，炉内加热扎制金属板面积为1m2，求当 循环空气的实际流速分别为5、10和20m/s，金 属板温度为100℃时的对流换热量。

解：求VO，当Vt1=5m/s时VO1=Vt·273/（273+500）=1.8m/S 同理：Vt2=10m/s，VO2=3.5m/sVt3=20m/s，V03=7.1m/S 设金属表面为扎制表面，代入相应公式：23a1=13.46 w/(m2·℃)a2=20.69 w/(m2·℃)a3=34.73 w/(m2·℃) 因为q=a(500-100)=400a 所以可得：q1=5384 w/m2q2=8276 w/m2q3=13892 w/m2 注：（1）不同资料介绍的a值相差很大（2）选用实验公式时，必须注意各公式应用范围和条件 24。