箱式热处理电阻炉设计Word格式文档下载.docx

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炉底强度系数0.83；

蛭石保温材料课程设计（论文）要求与任务

（1）炉型的选择

（2）确定炉体结构与尺寸（3）计算砌体平均表面积（4）计算加热炉功率（5）计算炉子热效率（6）计算炉子空载功率（7）计算空炉升温时间（8）功率分配与接线（9）电热元件材料选择与计算（11）电热体元件图（12）电阻炉装配图（13）炉子技术性能指标（14）参考文献时间安排

（1）布置设计任务，设计方案讨论、选择炉型1天

（2）炉膛尺寸、炉体结构和尺寸、绘制炉衬示意图。

2天（3）炉子的加热功率、热效率、空炉升温时间。

2天（4）功率的分配；

电热元件尺寸、布置，绘制电热元件示意图。

1天（5）绘制电热元件布置图和电阻炉装配示意图。

1天（6）撰写、编辑、排版、修改设计说明书。

4天（7）考核、答辩。

1天指导教师评语及成绩成绩：

指导教师签字：

学生签字：

年月日设计任务：

为某厂设计一台井式热处理电阻炉，其技术条件为：

（1）用途：

碳钢、合金钢毛坯或零件的正火、淬火，处理对象为中、小型零件、非长杆类零件，无定型产品，小批量，多品种。

（2）生产率：

220kg/h。

（3）额定工作温度：

1200。

（4）生产特点：

周期式成批装料，长时间连续生产。

1炉型的选择根据给定的技术要求选取高温箱式炉，箱式炉结构简单，操作方便，容易准确控制温度，炉膛温度分布均匀，便于使用控制气氛，容易实现机械化自动化操作。

箱式炉生产能力较低，适用于小规模生产。

高温箱式炉，炉衬厚度大，可以减少热损失。

满足设计要求。

2炉体结构及尺寸炉体结构尺寸根据工件的形状，尺寸，装炉量以及炉子生产率来决定。

同时考虑到炉子的传热特点、检修和装出料方便。

在保证炉子生产率的情况下，尽量减小炉膛尺寸以降低能量消耗。

2.1炉底面积的确定根据炉底强度指标计算炉底面积。

因为零件产品为无定型产品，故不能用炉子一次装料量确定炉底面积，只能用炉底强度指标法。

根据已知的生产率p为220kg/h，炉底强度h为95kg/m2h，故可求得炉底有效面积F1=p/h=220/95=2.32m2式中F1炉底有效面积，m2；

p炉子生产率，kg/h。

本设计给定的生产率为220kg/h；

h炉底强度，kg/（mh），因为有效面积与炉底实际面积存在关系式K=F1/F=0.83，得炉底实际面积F=F1/0.83=2.32/0.83=2.79m22.2炉膛尺寸的确定对于箱式热处理电阻炉，炉底长度与宽度之比约为3:

2，所以由炉底长度公式L=可知L=2.0m由炉底宽度公式B=得B=1.36m根据炉膛高度H与宽度B之比H/B=0.8，可以知道H=1.40.8=1.08m。

因此，可以确定炉膛尺寸如下L=2000mmB=1360mmH=1080mm为避免工件与炉内壁或电热元件搁砖相碰撞，应使工件与炉膛内壁之间有一定的空间，确定工作室有效尺寸为L效=2000mmB效=1400mmH效=1100mm2.3炉衬材料及厚度的确定高温箱式炉炉墙选取三层材料，分别为高铝砖，轻质粘土砖，蛭石。

高铝砖，密度2.3g/cm2，导热系数=2.09+1.8610-3t，厚度113mm。

轻质粘土砖，密度2.0g/cm2，导热系数=0.25+2.210-4t，厚度113mm。

蛭石，密度0.2g/cm2，导热系数=0.07+2.610-4t，厚度240mm。

炉衬包括炉墙、炉底和炉顶三部分。

依次计算炉墙，炉底，炉顶。

1.炉墙对于高温炉，炉墙要求有较高的耐压强度或承受冲击负荷，根据经验及耐火砖尺寸，耐火层可选用一层高铝砖，厚度113mm，一层轻质粘土砖，厚度为113mm。

保温层选用膨胀蛭石，其厚度需经计算确定，初步选取厚度为240mm。

炉墙内表面温度t0即为炉子的额定工作温度1200。

假定界面温度t1为1150，界面温度t2为950，炉壳温度t3为50，即t0=1200，t1=1150，t2=950，t3=50则有：

高铝砖层S1的平均温度为：

t1均=1175，轻质粘土层S2的平均温度为：

t2均=1050蛭石层S3的平均温度为：

t3均=500S1、S2层炉衬的热导系数公式为1均=2.09+0.18610-2t1均=2.09+0.18610-21175=4.27千卡/（米2时）2均=0.25+0.2210-3t2均=0.25+0.2210-31050=0.481千卡/（米2时）3均=0.07+0.2210-3t2均=0.07+0.2210-3500=0.2千卡/（米2时）

（1）热流q：

q墙=789.84千卡/米2时。

（2）计算交界面上的温度t1、t2由t1=t0qS1/1均得t1=1200789.840.113/4.27=1179.46验算界面温度（t1t1）/t1=（1179.461200）/1179.46=2.4%5%，结果合理，不需要重新假设界面温度。

t2=1200789.840.113/4.27789.840.113/0.481=997.8验算界面温度（t2t2）/t2=（997.8950）/997.8=4.79%5%，结果合理，不需要重新假设界面温度。

故确定保温层厚度为240mm。

2.炉底炉底在高温下承受工件的压力，装出料时常受到弓箭的冲击或磨损，因此，要求有较高的耐压强度，砌层厚度也要求比炉墙厚一些。

一般电阻炉的炉底结构是在炉底钢板上用硅藻土砌成方格子做支撑，格子内再填充蛭石粉，上面在铺几层硅藻土或轻质砖，再往上为耐火砖。

本设计炉底厚度为408mm，分别为：

炉底采用耐火层230mm，材料为轻质粘土砖，中间层厚度为65mm,材料为轻质粘土砖，绝热层厚度为113mm，材料硅藻土砖，炉底板材料选用Cr3Si耐热钢，根据炉底实际尺寸给出，厚20mm。

3.炉顶由于侧墙、前墙及后墙以及炉顶的工作条件相似，采用相同炉衬结构，即三层：

耐火层厚度113mm高铝砖，113mm轻质粘土砖，保温层厚度为240mm，材料为膨胀蛭石。

炉膛宽度小于400600mm的小型电阻炉，可采用平顶。

炉宽小于3.54.0m的电阻炉采用拱顶。

本设计炉采用拱顶60拱角。

3砌体平均表面积计算砌体平均面积包括，炉顶平均面积，炉墙平均面积与炉底平均面积之和。

砌体外廓尺寸：

外廓尺寸是指在炉膛的尺寸之外加上炉墙的厚度的尺寸。

L外=L+2（113+113+240）=2972mmB外=B+2（113+113+240）=2372mmH外=H+f+428+113+150=2136mmf=R（1cos30）=182mm式中f拱顶高度，此炉子采用60标准拱顶，则拱弧半径尺R=B=1400mm1.炉顶平均面积炉顶平均面积由炉内的拱形顶面积与炉顶外部的平面共同求得F顶内=（2R/6）L=（23.141.4/6）=1.465m2F顶外=B外L外=2.9722.372=6.942m2F顶均=3.18m22.炉墙平均面积炉墙面积包括侧墙及前后墙，为简化计算将炉门包括在前墙内。

计算墙内的面积与墙外的面积求得平均面积。

F墙内=2LH+2BH=22.01.1+21.41.1=7.48m2F墙外=2H外（L外+B外）=22.136（2.972+2.372）=22.8m2F墙均=13.06m23.炉底平均面积炉底是由113mm的硅藻土，65mm厚的轻质粘土砖，230mm厚的隔热材料，炉底长宽为炉底外实际长宽，炉内长宽为炉膛长宽F底内=BL=2.01.4=2.8m2F底外=B外L外=2.9722.372=7.04m2F底均=4.43m2炉衬结构图见图1。

4.炉子功率电阻加热炉所需功率的大小，与炉子的生产率，升温时间，炉膛尺寸，炉子结构，工件的工艺规律和操作方法等因素有关。

在设计中必须考虑各方面因素以确定合适的功率。

用计算的方法通过复杂的公式利用热平衡法确定炉子功率。

炉子的总功率应满足热量支出的总和。

不同的电阻炉热量的支出具体项目和数量也不相同。

根据箱式炉的热量支出的项目，计算热量支出的具体数值并求和。

从而求得总功率。

1加热工件所需的热量Q件Q件是指电阻炉在加热过程中作用在零件上的有效的热量Q件=g（C2t2Clt1）式中g炉子生产率；

g=220kg/h。

C2工件在额定工作温度（即1200）时的热容；

C2=0.678kJ/kg。

Cl工件在常温（20）时的热容；

Cl=0.404kJ/kg。

t2炉子的额定温度（即1200）；

t1室温温度，取20。

则Q件=g（C2t2Clt1）=220（0.67812000.40420）=178992KJ/h2加热辅助工具夹所需的热量Q辅辅助工具为料盘，工夹具等辅助工具，由于不同的加热工序所用不同的工夹具，所以此次计算只带入炉底板计算。

Q辅=G辅（C2t2Clt1）/式中G辅辅助工夹具的重量（Kg）；

t1、t2辅助工夹具加热前和加热后的温度（）t1=20，t2=1200。

Cl、C2辅助工夹具在t1和t2时的平均比热（KJ/Kg）；

Cl=0.49KJ/kgC2=0.657KJ/kg。

辅助工夹具的加热时间（h），一般情况下它与工件的加热时间相同；

取=4。

G辅=v=（1.42.00.027.810-3）/103=43.68KgQ辅=G辅（C2t2Clt1）/=43.68（0.65761200.4920）/4=8502.312KJ3.通过炉衬的散热损失Q散高温电阻炉炉衬厚度为三层，通过侧墙与前后墙散失的热量也要考虑在总体热量之内，由于炉子侧壁和前后墙炉衬结构相似，故作统一数据处理，为简化计算，将炉门包括在前墙内。

Q散=A3.6（t1t0）/（S1/1+S2/2+S3/3+1/）式中A炉衬的散热面积（m2）t1炉膛内壁温度（），一般可用保温阶段的炉温代替。

t1=600。

t0炉外车间空气温度（），可取20。

S1、S2、S3耐火层和保温层的厚度。

1、2、3耐火层和保温层材料的平均导热系数。

其数值为1均=2.09+0.18610-2t1均=2.09+0.18610-21175=4.27千卡/（米2时）2均=0.25+0.2210-3t2均=0.25+0.2210-31050=0.481千卡/（米2时）3均=0.07+0.2210-3t2均=0.07+0.2210-3500=0.2千卡/（米2时）当炉壳温度为50，室温为20时，由参考文献得1/=0.05W/（m2）因为A=（h+f）L炉+（h+f）B炉+L炉B炉2=27.8m2所以Q散=A3.6（t1t0）/（S1/1+S2/2+1/）=20.0923.6（120020）/（4.27+0.481+0.2+0.05）=79047.2KJ4.通过开启炉门的辐射热损失Q辐当夹取工件的时候，需要开启炉门，当开启炉门的同时会产生热量的辐射散失Q辐=5.67A3.6式中T1炉膛的温度（K）；

T2炉外空气的温度（K）；

A炉