中温箱式电阻炉课程设计说明书.docx
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中温箱式电阻炉课程设计说明书
一、炉型的选择
因为工件材料为低合金钢，热处理工艺为正火，对于低合金钢正火最高温度为【912+（30~50）】℃，选择中温炉（上限950℃）即可，同时工件没有特殊规定也不是长轴类，则选择箱式炉，并且无需大批量生产、工艺多变，则选择周期式作业。
综上所述，选择周期式中温箱式电阻炉。
二、炉膛尺寸的确定
1、用炉底强度指标法计算
炉底有效面积：
查表得炉底强度=100Kg/（m2·h）
F效===0.6（m2）
炉膛有效尺寸：
L效=
L效==0.96（m）=960mm
炉膛有效宽度：
B效=
B效==（m）=600mm
选择1000mm×600mm×45mm/12mm的炉底板，取B效=0.6m
2、炉膛内腔砌墙尺寸
炉膛宽度：
B砌=B效+2×（0.1～0.15）
B砌=0.6+2×0.125=0.85（m）
炉膛长度：
L砌=L效+0.16=1.12（m）
炉膛内高度：
H砌=（0.5～0.9）B砌
H砌=0.8×0.85=0.68（m）
层数n==10.1选择10层
∴炉膛高度H砌=10×67+42+39=0.751（m）
三、炉体结构设计与材料选择
（一）、选择炉衬材料部分
炉体包括炉壁、炉底、炉底、炉门、炉壳架几部分。
炉体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
本炉设计为两层炉壁
内层选用RNG-0.6型轻质粘土砖，其厚度S1=115mm；
外层选用硅酸铝耐火纤维，体积密度λ2=105Kg/m3厚度S2待计算；
RNG-0.6型轻质粘土砖：
ρ1=600【Kg/m3】
λ1=0.165+0.194×10-3t均【w/（m·℃）】
C1=0.836+0.263×10-3t均【KJ/（Kg·℃）】
耐火纤维
当t3=60℃时，由表查得α∑=12.17【W/（㎡·℃）】
∴q=12.17×（50-20）=486.8（W/㎡）
将上述各数据代入公式得：
=782（℃）
代入数据解得：
纤维层厚度：
=228（mm）
取S2=230mm
（三）、炉顶的设计
炉膛宽度为850mm，采用拱顶，拱角60°的标准拱顶，拱顶式炉子最容易损坏的部位，受热时耐火砖发生膨胀，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与标准直角砖混合砌筑。
故选用侧厚楔形砖（230,113,65,45）、厚230mm体积密度为105Kg/m3的硅酸铝耐火纤维和轻质直形砖（230,113,65）.
（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65mm的QN-0.6轻质粘土砖，最上层采用230mm的重质高铝砖支持炉底板+4块加热元件搁砖，炉底板采用Cr-Mn-N耐热钢厚度为12mm。
（五）、炉门框的设计
炉门框的壁炉膛稍小取其宽度为：
B框×H框=800mm×650mm
采用230mm硅藻土砖和113mmRN-0.6轻质粘土砖。
（六）、炉门的设计
炉门采用113mmRNG-1.0轻质粘土砖和230mmB级硅藻土砖，炉门尺寸为B门×H门=900mm×780mm。
（七）、炉体框架与炉壳的设计
炉体外廓尺寸：
L外=L砌+（115+230）+230=1695（mm）
B外=B砌+2×（115+230）=1540（mm）
H弧=B砌-B砌Cos30°=114（mm）
H外=H砌+（115+20+230）+H弧+（115+67+230）
H外=1571（mm）
四、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出的总和。
具体计算如下：
1、加热工件的有效热量Q件
Q件=g件（C2t2-C1t1）
=60×（0.6789×950-0.4939×20）
=38104.6（KJ/h）
（其中C2、C1查表可得）
2、通过炉衬的散热损失Q散
Q散=（式1）
λ1=0.165+0.194×10-3×（950+782）÷2=0.33
λ2=0.107
==4.5832m2
=2=7.3386㎡
=2=10.7288㎡
将以上数据代入式1解得Q散=14556.5（KJ/h）
3、炉衬材料的总蓄热量Q蓄总
轻质粘土砖、硅酸铝耐火纤维、在1㎡面积上所占的量分别为：
G1=0.115×600=69（Kg）
G2=0.230×105=24.15（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=1.07【KJ/（Kg·℃）】
各层的蓄热量:
Q1=69×1.06[（950+782）÷2-20]=61876（KJ）
Q2=24.15×1.07[（782+60）÷2-20]=10362（KJ）
∑Q蓄总=Q1Fm1+Q2Fm2=554398（KJ）
4、开启炉子的辐射热损失Q辐
×φ×δt
炉口开启尺寸850mm×460mm
a/b=460/850=0.54L/a=230/460=0.5
查表2-16得φ=0.5
炉口面积F=0.46×0.85=0.391（㎡）
δt=3/60=0.05
∴将上述数据代入公式得Q辐=6442（KJ/h）
5、开启炉门的溢气热损失Q溢
V=2200BH=2200×0.95×0.46×=652（m3/h）
C=1.4KJ/（㎡·K）
Q溢=652×1.4×（950+60）×0.5×0.05=23048（KJ/h）
6、其他热损失Q它
Q它=（0.5～1.0）Q散
Q它=0.8×14556.5=11645.2（KJ/h
7、Q总=Q件+Q辐+Q控+Q散+Q溢+Q它
=38104.6+14556.5+6442+23048+11645.2
=93796.3（KJ/h）
P=Q总/3600=26.1（KW）
P安=1.3P=32.87（KW）
取P安=33KW
8、电阻炉热效率η=Q件/Q总×100%=40.62%
9、空炉升温时间
τ空=Q蓄/（3600P安）=3.4（h）符合要求
10、电阻炉的空载功率P空
P空=（Q效+Q它）/3600=7.28（KW）为炉子总功率的16%，符合要求。
五、电热元件的设计
（一）、电阻功率的分配
因功率为33KW，故采用三相380V星形接线法，使用三组11KW电阻丝均匀分布单星形接法
（二）、电阻元件材料的选择
选用0Cr25Al5为电热元件
（三）、电热元件的设计
1、供电电压和接线
选用三相380V、星形接法，长度比为1：
1
P=P安/3n=45/3=11（KW）
U=380/=220（V）
2、确定电热元件的单位表面功率
因炉膛最高温度不超过950℃，结合选材0Cr2Al5查表得W允=1.6～2.0W/cm3
3、确定元件直径d
d=mm
取d=5mm
式中
W允=1.6w/cm2
L总=nL=357.57=172.71m
M=0.20157.57=11.57kg
4、求电热元件的总质量
M总=311.57=34.71kg
式中g为φ5mm的电阻丝每米长的重量，
g=0.201Kg/m可由表3-17查得
W===1.22W/cm3﹤1.6W/cm3
符合要求
（五）电热元件的绕制和布置
电热元件绕制成螺旋状，均匀布置于两侧墙及炉底，侧墙和炉底均为10层。
每排电热元件的展开长度：
L、==5.757（m）
每排电热元件的搁砖长度
L1=960-50=910（mm）
D=6d=5×6=30（mm）
每排电热元件的圈数：
n=取n=65
电热元件螺旋节距：
h=
按h=（2～4）d校验
校核：
符合要求
（六）、电热元件引出棒及其套管的设计与选择
（1）、引出棒的设计
引出帮必须用耐热钢或者不锈钢制造，以防止氧化烧损，固选用1Cr18Ni9Ti，
φ=14mm，L=400mm，丝状电热元件与引出棒之间的连接，采用接头铣槽后焊接。
引出棒长度：
L引=115+230+100=445（mm）
（2）、保护套管的选择
根据设计说明中炉膛以及电热元件的设计，所以确定L侧墙=115+230=345（mm），引出棒的直径d=φ14mm，因此选用SND·724·016号套管，高铝矾土，重量0.5Kg，d引=φ16mm
D引=φ36mm，长度300mm。
（七）、热电偶及其保护套管的设计与选择
（1）、热电偶的选择
由于炉内最高的温度为950℃.长期使用的温度在1000℃一些，所以选用镍铬-镍硅热电偶。
由于炉膛不分区，所以选用型号WRN-121的镍铬-镍硅热电偶，保护套管规格选择，外径24mm，插入长度为500mm。
保护材料为双层瓷管。
（2）、热电偶保护套管的选择
L炉顶=230+20+230=460mm。
热电偶外径=24mm，插入长度为460mm。
根据这些条件，应该选用SND·724·020,高矾土，重量0.4Kg。
d套=φ25mm、
D套=φ40mm，长度为300mm。
测温热电偶与控温热电偶均选用此保护套管即可。
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