中温箱式电阻炉设计说明Word文件下载.docx
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（3）炉膛有效宽度：
B效=
（1/2
~2/3）F效
5
0.75=0.541=541mm
取B效=550mm
（4）根据参考文献【1】表2-2选择标准尺寸为1390×
550×
L效
45/12mm的炉底板，炉底板材料为Cr-Mn-N
=1390mm
故L效=1390-100=1290mm，B效=550mm
B效=550mm
2、炉膛内腔砌墙尺寸取直行砖
炉膛宽度：
B砌=B效+2×
（0.1～0.15）
B砌=5.5+2×
0.15=580mm
取B砌
=120
×
8+40
9=1320mm
炉膛长度：
B
砌
=1320mm
L砌=L效+0.1=1.8+0.1=1900mm
取L砌
=51
L
36+200=2036mm
炉膛内高度：
=2036mm
H砌=（0.5～0.9）B砌
H砌=0.7×
1320=854mm
取H砌=67×
12+35+37=876mm
选择12层
四、炉体结构设计与材料选择
（一）、选择炉衬材料部分H砌=876mm炉体包括炉壁、炉底、炉底、炉门、炉壳架几部分。
炉体n=12层
通常用耐火层和保温层构成，尺寸与炉膛砌筑尺寸有关。
设计时应满足下列要求：
（1）确定砌体的厚度尺寸要满足强度要求，并应与耐火砖、隔热保温砖的尺寸相吻合；
（2）为了减少热损失和缩短升温时间，在满足强度要求的前提下，应尽量选用轻质耐火材料；
（3）要保证炉壳表面温升小于
50℃，否则会增大热损失，使环境温
度升高，导致劳动条件恶化。
（二）、炉体结构设计和尺寸
本炉设计为三层炉壁（如右图所
示）
内层选用RNG-0.6型轻质粘土砖，
其厚度S1=115mm；
中间层选用密度为120kg/m3硅酸铝耐火纤维，其厚度为
S2=40mm；
最外层选用B级硅藻土砖为骨架，膨胀蛭石粉进行填充。
查文献【2】表1-5、1-9知：
RNG-0.6型轻质粘土砖：
密度ρ=800【kg/m3】
1
热导率λ1=0.165+0.194×
10-3t均【w/（m·
℃）】
比热容C1=0.836+0.263×
10-3t均【KJ/（kg·
硅酸铝纤维：
密度ρ2=120【kg/m3】
热导率λ2=0.032+0.21﹙10-3t均﹚2【w/（m·
比热容C2=1.1【KJ/（kg·
膨胀蛭石粉：
密度ρ3=250【kg/m3】
热导率λ=0.077+0.25×
10-3t均【w/（m·
3
比热容C3=0.6573【KJ/（kg·
∴λ01=0.294，b1=0.21×
10-3；
λ03=0.077，b3=0.25×
10-3
当t4=60℃时，由文献【2】表2-12查得α∑=12.17【W/（㎡·
℃）】∴q=12.17×
（60-20）=486.8（W/㎡）
将上述各数据代入公式得：
01t1qs1
t2
01
2b10.5b1t1
b1
0.21103
0.165
0.19410
0.5
0.165950
486.8
0.115
950
=779（℃）
S1=115mm
为了计算
2的值，先假设t3=661℃，由此得硅酸铝纤维的
S2=40mm
平均热导率的近似值
S3=230mm
661
779
t1=950℃
2=0.032
=0.178【w/（m·
0.21
10
t2=779℃
qs2
0.04
∴t3'
=t2
690℃
t3=661℃
0.178
t3'
t3
100%
690
0.43%
5%
t4=60℃
因为
100%
故合理。
由s3
t403
0.5b3t3t4
可得保温层的厚度：
q
s3
60
0.077
0.25
220.9mm
取230mm
（三）、炉顶的设计
炉顶的结构有平顶、拱顶和悬顶三种。
炉膛宽度小于400到
600mm的小型炉子，如振底式炉、输送带式炉常常采用平顶。
当炉膛宽度为600到3000mm时，可采用拱顶，拱角可用60°
和90°
，其中使用最多的是60°
。
采用拱顶，
因为炉膛宽度为1320mm，故采用拱顶，拱角为60°
的标准拱角60°
的标
拱顶。
拱顶是炉子最容易损坏的部位，受热时耐火砖发生膨准拱顶
胀，造成砌筑拱顶时，为了减少拱顶向两侧的压力，应采用轻
质的楔形砖和标准直角砖混合砌筑。
故选用厚楔形砖T-37，供
脚砖采用TJ-91。
（四）、炉底的设计
炉底采用一层113mm硅藻土砖填充蛭石粉，再平铺一层
67mm的QN-0.6轻质粘土砖，一层67mm的B级硅藻土砖，最
上层采用230mm的重质高铝砖和8块加热元件搁砖支持炉底
板，炉底板采用Cr-Mn-N耐热钢，厚度为12mm。
（五）、炉门框的设计
炉门框的大小主要取决于工件的大小，要保证工件装、出炉
操作方便，使工件装、出炉时不至于碰撞电热体并应减少炉膛向
外的辐射损失。
通常，炉口的尺寸应比炉膛稍小，故选择B框×
H框
=1000mm×
700mm的炉门框。
采用230mm轻质耐火粘土砖
（六）、炉门的设计B框Ｈ框＝
H效=0.7×
B效=0.7×
1320=876mm1000×
700mm
H效=67×
12+33=837mm
炉门尺寸为B门×
H门=B效×
H效=1020mm×
837mm。
（七）、炉体框架与炉壳的设计
炉体外廓尺寸：
L外=L砌+115+40+230+230
B门
Ｈ＝
门
=2036+230+115+60+220=2642mm
1020mm
B外=B砌+2×
（115+40+230）
837mm
=1320+2×
（115+40+230）=2090mm
H弧=B砌-B砌Cos30°
=1320-1320×
Cos30°
=178mm
H外=H砌+（115+40+230）+H弧+（115+67+67+230
）
外
=876+115+40+230+178+115+67+67+230=1985mm
=2642mm
五、电阻炉功率的计算
本炉采用理论设计法，通过炉子的热平衡来确定炉子的功
率。
其原理是炉子的总功率即热量的收入
，应能满足炉子热量支
=2090mm
出的总和。
具体计算如下：
H
1、
加热工件的有效热量Q件
=1985mm
Q＝ｇＣｔ－Ｃｔ
件件２２１１
其中，g件——炉子生产率200kg/h
ｔ、ｔ
——工夹具加入炉前和加热终了的温度
，
２
分别为20℃和950℃
C、
Ｃ
——工件在ｔ、ｔ时的平均比热容
【KJ/
１２
（kg·
查参考文献【１】表４－３得低合金钢在20℃时，比热容为
493.9J/（kg·
℃）,950℃时为678.9J/（kg·
℃）
将其代入上式得：
Q件2000.67899500.493920
=127015KJ/h
2、加热辅助工夹具所需的热量Q辅
因为设计的是箱式炉，一般没有辅助加热工具，故：
Q辅0
3、
可控气氛吸热量
控
Q
因为未通入可控气氛，故：
Q控
Ｑ件＝
4、
通过炉衬的散热损失Q散
127015KJ/h
炉衬的散热损失即炉膛内热量通过炉墙、炉顶、炉底散发到车间的热损失。
在炉衬传热达到热稳定的情况下通过炉墙的散热损失，可按下式计算：
Q散
t1
t0
3.6（式1）
Q辅
S1
S2
S3
1Fm1
2Fm2
3Fm3
F0
式中：
t1、t0——分别为炉内壁温度
950℃和炉外车间温度Q控
20℃
1、2、3——各层材料的平均热导率【w/（m·
10.1650.194103t均
0.194103
950779
0.333w/（m·
t均
0.032
103
0.145w/（m·
30.0770.2510
0.0770.2510
369060
0.170w/（m·
S10.115mS2=0.04mS3=0.23m
——炉壳外表面对空气的综合传热系数
【w/（m·
查参考文献【2】表2-12可得12.17w/（m·
Fm1、Fm2、Fm3——各层平均面积（m2）
F0——炉壳外表面积（m2）
各层平均面积如下近似计算：
当F2
2时，Fm
F1
F2；
2时，
F2
Fm
lnF2
其中，
2B砌
H砌
L砌
B砌
1.320
0.876
2.037
0.876
2037
11.26
（㎡）
F22
2S1H砌2S1
L砌2S1
H砌2S1
2S1L砌
2S1
=15.47（㎡）
F32
B砌2S1
2S2
2S12S2
L砌2S12S2
=17.08（㎡）
F42
2S22S3
2S12S22S3
2S3
=27.85（㎡）
∵F2/F1<
2，F3/F2<
2，F4/F3<
11.2615.47
∴Fm1
13.36（㎡）
F3
15.47
17.08
Fm2
16.27（㎡）
F4
27.85
Fm3
22.46
F0=F4=27.85（㎡）
将以上数据代入式
（1）解得Q散=31704.5（KJ/h）
5、炉衬材料的总蓄热量Q蓄
Q蓄VC2t2C1t1
式中，V——炉衬砌体的体积（m3）
t1、t2——炉衬加热前后的平均温度（℃）
——炉衬材料的体积密度（Kg／m3）
C1、C2——炉衬加热前后的平均比热容【KJ/（kg·
31704.5KJ/h
C0
0.836
0.263
103
20
0.8412
KJ/（Kg·
C
103t均
1.06KJ/（Kg·
C2
1.1KJ/（Kg·
C3
0.6573KJ/（Kg·
V1
1.32
2.0360.876
2.35
m3
V2
3.87
m3
V3=4.51m3
V4=9.34m3
1.52
V3
V2
4.5
3.87
0.64
V4
9.34
4.51
4.73
ρ1=600Kg/m3
ρ2=120Kg/m3
ρ1=250Kg/m3
各层的蓄热量:
Q蓄1
V11
C1t1C0t0
1.50
600
810068.4
KJ
1.06
同理
Q蓄
2=56628.0KJ
Q蓄3=280009.0KJ
总蓄热量Q总=Q蓄1+Q蓄2+Q蓄3=1146705.4KJ
6、开启炉子的辐射热损失Q辐
T2
Q辐
T1
3.6F
t（KJ/h）
5.675
100
式中，T1——炉膛内部的绝对温度（K），1223K
T2——炉外空气绝对温度（K）,293K
总蓄热量Q
F——炉门开启的面积（㎡）
总
炉口开启尺寸1020mm×
837mm，即面积为0.85㎡
=1146705.4
——炉口辐射遮蔽系数，查参考文献【2】图2-16得
=0.83
t
——炉门开启率（%），开炉门时间设每小时
3分钟
即得
0.05
将其数据代入上式得：
Q辅=12277.2KJ/h
7、开启炉门的溢气热损失Q溢
Q溢VC
式中，V——进入炉内的空气流量（m3/h）
C——空气的平均比热容【KJ/（㎡·
K）】，为1.4
KJ/
（㎡·
K）
T1、T2——炉子内外的温度，分别为950℃和20℃
t——炉门开启率，为0.05
12277.2KJ/h
而V=2200BH
H（m3/h），B为炉门宽度（m），H为炉
门开启高度（m）
故Q溢2200BH
HC
2200
0.837
43743.1
1.4
KJ/h
8、其它热损失Q它
Q它=0.5×
Q散=22193KJ/h
9、炉子每小时的总热量支出
Q总Q件Q辅Q控Q散Q辐Q溢Q它
=236930.9KJ/h
10、将总热量换算成计算功率P计
Q总
236930.9
P计
65.8KW
3600
11、炉子的装备功率
安
P
P安KP计1.3～1.5P计
=1.376×
65.8=90.23KW≈90KW
12、电阻炉热效率的校核
Q件100%127015100%0.536%
Q总23690
一般电阻炉的热效率为40%～80%，故符合要求。
13、空炉升温时间的校核
Q溢
Q蓄
12277.2
3.78
h符合要求。
43743.1KJ/h
升
360090
3600P安
14、电阻炉的空载功率P空
Q它
31704.522193.1
P空
14.97KW
符合要求
六、电热元件的设计
22193KJ/h
（一）、电阻功率的分配
因功率为90KW，均匀分布在炉膛前后两个区。
采用双星形接线法，供电电压为380V。
（二）、电阻元件材料的选择
236930.9KJ/h
选用0Cr25Al5线状电热元件
（三）、电热元件的设计
1、供电电压和接线
供电电压为三相380V，双星形联接。
P安
90
KW
15
3n
U
380
220
V
P安=90KW
2、确定电热元件直径d
53.6%
d34.33P2tU2W允
式中，P——元件功率（KW），15KW
升3.78h
U——元件端电压（V），220V
t——工作温度下的电阻（Ω.mm2/m）
W允——元件的允许表面负荷率（W/cm2），查参考
P空
文献【1】表7-4
可得
：
W允=1.6W/cm2
=14.97KW
其中，t
01
t（Ω.mm2/m）
式中，0——元件在0℃时
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