直径105m井式退火炉技术方案.docx
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直径105m井式退火炉技术方案
φ10500×3500mm数字温控井式退火炉
技
术
方
案
一、设备简述
1、设备名称:
φ10500×3500mm数字温控井式退火炉
2、设备用途:
本型炉系周期作业式电阻炉,主要用于风力发电机定转子支架及相关机加工件(焊接结构件)的焊后根据该结构件的热处理工艺对产品消应退火处理用。
二、主要技术参数
φ10500×3500mm数字温控井式退火炉
序号
名称
数据
1
设备名称
数字温控井式退火炉
2
设备型号
RJ3-1400-9
3
设备数量
1台
4
有效尺寸
φ10500×3500mm
5
额定电压
AC380V50Hz
6
额定温度
900℃
7
最高工艺温度
650℃
8
炉温均匀性
≤±10℃
9
最大装载量
50T
10
空炉升温时间
≤3.5h(可控)
11
平均升温速度
0-100℃无级可调
12
额定功率
1400KW(智能可调、可控硅控制)
13
控温区
10区
14
加热元件
0Cr25Al5
15
加热元件接法
Y
16
炉外壁温度
炉体外壁≤45℃;炉盖≤60℃
17
控温精度
±2℃
18
控温方式
智能温控仪表PID运算
19
温度记录
上海大华12通道有纸中长图记录仪
20
热电偶及补偿导线
测温:
K分度
21
炉盖开启方式
起吊式
22
炉盖密封方式
砂封
23
炉衬形式
炉墙陶瓷纤维,炉底耐火砖
24
保温层厚度
300mm
3、井式炉计算书
3.1炉子功率、分区及升温时间计算
已知装炉最大重量W=50*1000=50000kg
垫铁重量W1=10%W=5000kg(按装炉量的10%计算)
井式电阻炉综合热效率η=80%
炉子最大升温速度A=100℃/h
钢的比热容C=0.46KJ/℃/kg
最高工作温度T=900℃
井式炉空炉功率损耗18%
1KW.h=3600KJ
炉子需求功率P1=(W+W1)*A*C/3600*η=878KW
炉子实际设计功率P=1400kw(≤1400kw智能可调)
实际升温速度A1=(1-0.18)P*A/P1=140℃/h
大于招标文件100℃/h的最大升温速度要求
因此,根据炉子结构、尺寸、功率布置、装载量、升温速度等一系列参数综合,炉子确定设计功率1400kw,分10个温区。
3.2热风循环风量计算
已知炉膛尺寸φ10.5*3.5m
炉子有效容积S=10.5/2*10.5/2*3.14*3.5=303m³
炉子热风循环次数t=0.2-0.3次/S,查询工业炉设计手册(炉温均匀性±10℃,循环次数不小于0.2次/s)
最大风量需求:
Q=0.2*3600*303=218160m³/h
设计风机数量10台,冷却方式风冷,风叶结构焊接轴流风叶,转速1460r/min,风叶直径700mm,最大风量21000-24500m³/h。
10台风机合计风量210000-245000m³/h>最大风量需求218160m³/h
设计合理。
3.3降温冷却计算
最大降温速度按100℃/h设计(招标文件未明确要求)
降温排烟温度按300℃设计
已知空气比热容1kj/℃/kg
空气密度1.3kg/m³
钢的比热容C=0.46KJ/℃/kg
最大装炉量55000kg(含垫铁)
根据热平衡计算
工件降温热量Q1=100*0.46*55000/0.8=3162500kj/h
降温风机风量W1=3162500/1*1.3*300=8108m³/h
取1.3倍的工作系数
实际风量W=8108*1.3=10540m³/h
查询风机手册选用4-72型高温离心风机,型号7.1A,功率11kw,风量12676-20513m³/h。
四、设备结构简介
本井式退火炉主要由炉壳、炉衬、炉盖、加热元件、热风搅拌装置、炉底板、冷却降温装置及智能电气控制系统组成;
4.1、炉壳:
4.1.1、本井式退火炉体为圆形结构。
RJ3-1400-9井式退火炉采用分体化设计,将炉体均等分生产,每片两边采用高强度螺栓固定,并标注编号便于现场安装及拆除工作,此种方法是我们大型设备成熟制作工艺。
根据技术质量要求炉体采用钢结构,由型钢和优质钢板焊接而成的钢结构框架,作为整体炉体的支承结构。
炉壳框架分炉底钢结构、炉体四周侧墙钢结构组成。
4.1.2、为保证炉子整体的保温性能,防止热量的散失,在炉盖与炉体之间设置采用柔性密封装置。
为保证炉子使用的安全性,在炉壳的侧面安装有保护接线棒及热电偶的金属保护罩。
4.1.3、炉壳焊接检验后,再进行防锈处理,先除氧化皮,再刷二次红丹底漆,然后进炉筑炉、安装完成后再制作二次面漆(根据客户要求颜色喷涂)。
4.2、炉衬:
4.2.1、为了保证炉衬既有良好的保温性能达到节能并降低成本又能有一定的结构强度满足使用条件,炉衬采用全纤维高效节能炉衬,炉衬总厚度300mm。
采用复合式全纤维结构,山东鲁阳高纯耐火纤维棉块+纤维毯棉。
保温层为300mm。
通过平铺与叠铺的方法制成300mm×300mm×250mm厚的模块,内铺设三层20mm厚纤维毯棉。
然后用标准锚固件收紧固定在钢骨架上。
纤维层叠模块具有优良的弹性,由于纤维折叠模块处于预压缩40%状态,安装时拆掉预压固定木板其膨胀可使块与块之间的间隙紧密贴合和补偿纤维收缩,提高纤维炉衬的绝热气密性能。
贴靠钢板处层铺错缝粘结有利于炉墙密封;交错的内层叠铺便于上下、左右方向的压紧,增大纤维受力强度;结合处以迷宫式结构有利于密封,由于纤维模块相互挤压形成整体,可以整体浮动吸收热应力引起的变形。
穿杆固定法施工规范,炉墙板热短路少,且穿杆埋藏于纤维层中,不外露,整体性好。
这种方法施工的炉衬牢固可靠,外表平整美观,使用寿命长。
折叠块的排与排之间铺有与折叠块相同材质的补偿纤维层,解决折叠块之间的膨胀和收缩,避免内衬出现局部间隙,影响隔热效果。
采用陶瓷耐火纤维重量轻(约为耐火砖的1/10),可减少承载型钢的截面尺寸,使整体钢结构轻盈。
另外,纤维的导热系数极低,热惰性小,耐热温度高,隔热性好,可降低炉衬的热量吸收和散失,减少炉体热变形。
是目前较为理想的炉衬材料。
陶瓷纤维毯棉主要技术性能指标:
分类温度(℃)
1260
(本炉选用)
检测标准
产品代码
LYGX-212
LYGX-312
加热永久线变化(%)
1000℃×24h≤-3
1100℃×24h≤-3
GB/T1791
理论导热系数
W/(m.k)(128kg/m3)
平均500℃
≤0.153
YB/T4130
抗拉强度(MPa)(厚度25mm)
≥0.05
GB/T17911
理论体积密度(kg/m3)
64/96/128/160
GB/T17911
化
学
成
份
AL2O3(%)
≥45
≥45
GB/T6900
GB/T4984
SiO2(%)
≥52
≥54
ZrO2(%)
Fe2O3(%)
≤0.8
≤0.2
AL2O3+SiO2(%)
≥97
≥99
AL2O3+SiO2+ZrO2(%)
产品规格(mm)
3600/7200×610×20/30/50
陶瓷纤维折叠模块主要技术性能指标:
分类温度(℃)
1260
(本炉选用)
检测标准
产品代码
LYGX-289
LYGX-389
加热永久线变化(%)
1000℃×24h≤-3
1100℃×24h≤-3
GB/T17911
理论体积密度(kg/m3)
230
GB/T17911
化
学
成
份
AL2O3(%)
≥45
≥45
GB/T6900
GB/T4984
SiO2(%)
≥52
≥54
ZrO2(%)
Fe2O3(%)
≤0.8
≤0.2
AL2O3+SiO2(%)
≥97
≥99
AL2O3+SiO2+ZrO2(%
产品规格(mm)
300×300×200(220)
纤维导热率下的热流计算:
热面温度
内衬截面
纤维厚度mm
152
203
254
305
℃
冷
面
温
度
℃
℃
℃
℃
1149
134
114
103
94
1260
154
132
118
109
1316
165
141
127
116
4.2.2、炉底部分:
炉底采用耐火砖砌筑,在炉子底部找平后铺设一层10mm厚的硅酸钙板做隔热;然后砌两层轻质隔热砖,缝隙处填充耐火熟料;上部加耐火泥浆铺设重质粘土砖。
为保证炉温均匀性在炉子底部布置加热元件,炉底耐火砖砌筑成条槽结构,里面放置加热元件,再在加热元件上方铺有材质为1Cr18Ni9Ti不锈钢板,防止工件氧化皮落入加热元件。
4.3、炉盖:
4.3.1、炉盖采用分块制作形式,车间行车吊装式起吊开启,由型钢与板材焊接而成牢固框架结构,内衬为耐火纤维模块,炉盖具有保温性能好,重量轻等优点。
4.3.2、炉门炉衬:
衬体同样采用全纤维结构,炉衬材料的选择及制用方式与炉体侧墙的衬体一样,保证炉门上下经常活动也不脱落,炉门的衬体厚度为300mm。
4.3.3、炉盖的封闭采用双密封(沙封和软密封)。
在炉壳上面板法兰与炉盖接触处开一道沟槽,炉盖外壳直接与沟槽内纤维棉形成一道密封结构。
在炉盖内所装的纤维棉将超出炉盖边沿,进一步防止炉气外溢,起到密封作用。
4.3.4、炉口纤维棉处加装不锈钢护板,按炉口圆周的大小与弧度分块安装,防止工件在吊装时碰撞炉口保温层,起到保护炉口棉的作用。
4.3.5、再炉盖四周设置有定位导向杆,便于炉盖和炉体的定位。
4.4、加热元件
4.4.1、将电阻带绕制成波纹状按每区功率的大小均匀布置,既保证炉子整体的炉温均匀性,又保证电热元件在同一区功率每组之间的互换性。
加热元件采用北京首钢吉泰安合金材料有限公司,产品“钢花”牌加热元件;材质为0Cr25Al5材质的高温电阻电热合金带,绕制成波纹形,合理布置在炉膛四周,加热过程中,炉壁将同时产生热量对工件进行加热,炉温。
0Cr25Al5合金的物理及机械特性表:
0Cr25Al5
最高连续工作温度℃
1250
名义化学成分,%C
Cr
P
Ni
Si
Al
≤0.06
≤23.0-26.0
≤0.025
≤0.60
≤0.60
≤4.5-6.5
电阻率于20℃,Ωmm2m-1
1.42±0.07
密度g/CM3
7.10
线膨胀系数,20-100℃/10-6℃-1
16
导热系数kJ/m.h
46.1
断面收缩率
60-75%
熔点,℃
1500
抗拉强度,Nmm-2
630-780
4.4.2、本电阻炉设计功率为1400KW,分10区布置,在圆周方向以扇形分区,为保证加热元件的互换性,本井式退火炉各区电阻带规格相同,各区的功率大小,配备比例是根据炉子运行情况自动控制。
4.4.3、电热元件和引出棒的连接:
每支引出棒和加热元件的搭焊长度为35mm,采用北京首钢生产的专用焊条用电弧焊焊接,引出棒与炉架的连接必须保证密封、牢固、绝缘和拆卸方便。
4.5、热风循环装置
4.5.1、炉顶上配有10台风冷高温搅拌风机,功率11KW,风机轴材质321,风叶直径700mm,最大风量21000-24500m³/h
4.5.2、采用强力搅拌风机,风机安装在炉体上部,风机安装在炉顶上。
4.6、冷却降温
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