低温井式电阻炉设计说明.docx

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低温井式电阻炉设计说明

材料加热炉基础课程设计

指导老师：

志学

作者：

袁勃

学号：

080303123

专业：

金属材料工程

日期：

2011.12.20

1、原始资料收集和炉型的选择············································2

2、炉膛尺寸的确定···························································2

3、炉子砌砖体的设计

3.1炉衬材料的选择·······················································4

3.2炉墙设计································································4

3.3炉底设计································································5

3.4炉顶设计································································5

3.5炉门设计································································6

4、炉子功率计算和分配

4.1有效热Q件计算························································8

4.2辅助构件热损失Q辅计算············································8

4.3炉衬热损失Q散························································8

4.4Q辐计算·····································································9

4.5炉门溢气热损失Q溢··················································10

4.6其它热损失Q它························································10

4.7炉子安装功率计算····················································10

4.8炉子热效率计算·······················································10

4.9炉子空载功率··························································11

4.10炉子升温时间计算··················································11

4.11功率分配·······························································11

5、电热元件的设计

5.1电热元件材料的选择··················································11

5.2元件单位表面功率的确定············································11

5.3元件直径及长度的确定···············································12

5.4电热元件重量的计算··················································12

5.5电热元件在炉膛的布置············································12

6、炉温仪表的选择·····························································13

7、炉子技术指标（标牌）····················································13

8、参考资料·····································································14

1、原始资料收集和炉型的选择：

综合所设计炉子的工作条件：

（1）炉子的生产任务：

60㎏/h

（2）作业制度：

一般制生产；（3）加热工件的材料、形状、尺寸和重量：

Ø30×1000的轴类、杆件和长管类工件的回火加热；（4）工件的热处理规程和质量要求；等方面的容，确定加热炉为：

低温井式电阻炉。

我国生产的低温井式电阻炉最高工作温度为650℃。

2、炉膛尺寸的确定：

炉膛尺寸主要根据工件形状、尺寸、技术要求、装卸料方式、操作方法和生产率等来确定，同时还应考虑工件在炉对方方式和运动方式、传热条件与炉温分布、电热元件及炉构件的维修等问题，包括炉膛空间尺寸和有效加热区尺寸。

本次所设计电阻炉，工作对象为Ø30×1000的轴类、杆件和长管类低碳钢、低合金钢工件的回火加热。

对于工件加热周期和装炉量不明确的情况下，如通用炉设计，此时常采用加热能力指标法进行设计，求出B、L后，与标准系列炉尺寸进行比较后确定实际炉底尺寸，以便选用标准尺寸炉底板：

假设：

1）炉底单位面积生产率为P（单位时间单位炉底面积所能加热金属重量）；2）炉底有效面积为F1，总面积为F，且F1=（0.7-0.85）F；3）炉子生产率为P，F1=p/p0；

则：

，B=（）LP一般在80～120㎏/㎡·h

取P=100㎏/㎡·h，由已知P=60㎏/h，

代入，求得：

L=1029～1309mmB=514.5～654.5mm根据国家标准，取炉膛高度为H=1200mm，直径为D=650mm（炉膛高度与宽度之比多数在0.5-0.9之间，一般取0.8左右。

低温炉以对流为主，炉膛应低些，以提高热效率。

）同时，一般在装料上、下方应保持200-300mm的空间，工件距加热元件100～200mm。

标准搁砖每层高度67mm（包括灰缝）。

3、炉子砌砖体的设计：

3.1炉衬材料的选择：

炉衬由耐火材料与保温材料砌筑成耐火层和保温层，其直接受炉高温影响，因此其应耐高温，同时，耐火材料的结构强度决定了耐火层的强度，保温层其隔热保温作用。

在低温热处理炉中常用的耐火材料为粘土砖、高铝砖、少量碳化硅制品等等。

目前在保证结构强度的前提下，一般都用轻质砖，其比重轻、导热系数小、高温强度满足要求等优点。

3.2炉墙设计：

炉墙主要为砌体，外部包炉壳钢板。

低温炉炉墙一般分两层，层耐火层常用轻质粘土砖砌筑，外层为保温层，由保温材料构成。

因此炉膛尺寸应为标准砖尺寸（230×113×65mm）加砖缝尺寸（一般2mm）的倍数。

1：

铁板；2：

保温层；3：

耐火层

参考《材料加热炉基础》P140炉墙，在炉温400～650℃，炉子功率60KW时，耐火层厚度为113mm，保温层厚度150～200mm，再综合标准砌筑时的标准尺寸，课确定本低温井式炉轻质耐火粘土砖厚113mm，保温层为轻质硅藻砖，厚170mm。

同时，为防止炉墙反复热胀冷缩，发生开裂，在此炉墙黏土层，每米长度应留5～6mm的膨胀缝，个层间的膨胀缝应错开，缝填入马粪纸或不完全灰浆。

3.3炉底设计：

炉底起保持炉热量和承载工件的作用，通常电阻炉炉底结构是在炉底外壳钢板上用保温砖（硅藻砖）砌成方格子状，在格子填充保温材料散料（蛭石粉），再在上面平铺1-2层保温砖，接着铺一层轻质粘土砖，上面安置支撑炉底板或导轨的重质粘土砖和电热元件搁砖。

其厚度可参考炉墙的厚度来决定，故两层厚度取300mm，炉底砌筑如下：

上半部分为格子形式，下半部分为平铺实砌

3.4炉顶设计：

炉顶结构有平顶和拱顶两种，一般简单的热处理炉大都采用拱顶，标准拱角60º，拱顶质量及其受热时产生的膨胀力形成的侧推力作用在拱角上。

因此，拱角常用轻质楔形砖砌筑，上砌筑轻质保温制品，而拱角则用重质砖砌筑，以承受较大的侧推力，厚度115mm的轻质耐火砖和230mm的蛭石粉，拱顶的砌筑方法有错砌和环砌两种，错砌用于炉各处工作温度一致，不须经常拆修的热处理炉及烟道的拱顶；环砌用于各段温度不一致的连续作业炉的拱顶或工作温度比较高、损坏快、要经常修理的设计，因此，本次设计炉采用错砌，其结构如下：

1.拱顶2.拱顶砖3.拱顶砖厚4拱顶矢高

h=R·（1-sin）··（1-sin）

R为拱顶半径；B为炉膛宽度mm=60ºR=B/2

3.5炉门设计：

炉门部分包括炉门洞口、炉门框和炉门。

炉门洞口截面尺寸要保证装出料方便和炉子安装电热元件和维修的需要，通常应小于炉膛截面尺寸，以减少热损失和保护电热元件。

高温炉的炉门洞口长度应较大，以减少炉门洞口的辐射热损失。

炉门洞口的砌体常受工件摩擦碰撞，应采用重质砖或其它较坚固的耐火砖砌筑。

炉门应保证炉子操作方便，炉口密封好（特别是可控气氛）和减少热损失。

其基本结构特点是：

要有足够厚的保温层，炉门边缘与炉门框要重叠65～130mm，炉门要压紧炉门框，炉门下缘常楔入工作台上的砂槽，炉门与炉门框间加密封垫圈，并考虑减轻炉门重量等。

最常用的炉门压紧方法是在炉门侧面设置楔铁或滚轮，当炉门落下时，楔铁或滚轮滑入炉门框上的楔形滑槽或滑道，炉门越向下，炉门将越压紧炉门框。

一般靠自重使楔铁滑入楔形槽，有时在炉门下设一气缸，靠气缸的活塞杆作用把炉门拉下，使滚轮或楔铁与滑道或楔形槽配合更紧密，将炉门紧压在炉门框上。

4、炉子功率计算（平衡法）和分配

一般炉子的能量消耗项包括加热工件吸收的能量Q件（有效热）、通过炉壁的散热损失Q散（空载时主要能量消耗项，无效热损失）、砌体畜热量Q畜（周期作业炉主要能量消耗项，无效热损失）、炉气体外溢和对外辐射热损失Q溢和Q辐（与炉子温度和操作状态有关，对高温炉应特别注意该两项能量损失，对敞开炉门的炉子，此项热损失有时成为能量消耗的重要项目）、可控气体的热损失Q控（决定于气体消耗量，采用密封式自动装卸料的炉子，其气体消耗量和热能损失可大为降低）、炉金属构件直接伸出炉外的短路损失Q短（在机械化作业炉子上较为严重，对于一般炉子应尽量避免）、料盘和夹具等反复加热和冷却带来的辅助构件热损失Q辅（有时也占较大比例，在可能的情况下应尽可能减少辅助构件或不使辅助构件反复拉出炉外）、供电设备和导线引起的电能消耗Q供（对直接从电网供电的炉子一般较小，仅占总损失的1％，但对经变压器降压、低压大电流供电的炉子，此项电能消耗也很可观），此外，炉子能量消耗还有许多项目难于计算，设计时归入其它热损失Q它项目中。

4.1有效热Q件计算：

Q件＝P件（c2t2-c1t1），式中P件为炉子的生产率（kg/h），t1和t2为工件加热的初始和终了温度（℃），c1和c2为工件在t1和t2时的比热容（KJ/kg℃），其中P件＝60kg/h，t1＝20℃，t2＝650℃；对中碳钢和低合金钢而言，其20℃和650℃温度时的比热为0.486KJ/kg℃和0.605KJ/kg℃，则Q件＝P件（c2t2-c1t1）＝23011.8KJ/h

如以加热阶段作为热平衡计算时间单位，则：

Q件＝G装（c2t2-c1t1）/τ加，式中G装为一次装炉料重量（kg），τ加为加热阶段时间（h）。

4.2辅助构件热损失Q辅（包括料筐、工夹具、支承架、炉底板及料盘等）

Q辅＝P辅（c2t2-c1t1），式中P辅为每小时加热辅助构件的重量（kg/h），t1和t2为辅助构件加热的初始和终了温度（℃），c1和c2为辅助构件在t1和t2时的比热容（KJ/kg℃），其值大小主要由加热辅助构件来决定，应在使用环境中合理