热处理电阻炉设计计算举例

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b、中温箱式电阻炉:额定温度950℃,合 金电热元件Ni-Cr 。
特点: 1)电热元件布置在炉子侧壁和炉顶,依
靠辐射加热工件。 2)炉衬采用密度不超过1.0g/cm3的轻质耐
火粘土砖砌成,保温层采用珍珠岩保温砖 并填以蛭石粉、膨胀珍珠岩颗粒等材料。
和生产质量高,劳动条件好,对环境污染较小。
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箱式电阻炉
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箱式电阻炉 a、高温箱式电阻炉:最高温度1300℃,SiC
棒作电热元件。 特点: ①电热元件直接布置在炉膛两侧,且不遮蔽,
极少布置于炉顶和炉底,工件加热依靠热辐 射。 ②砌筑材料要求高,高铝砖或SiC制品。
由tS2均= 632.5 ℃,得 λ2=0 .129W/ ( m﹒℃)
当炉壳温度为60℃,室温为20℃时,由附表2经近似
计算得α∑=12. 17W /(m2﹒℃) (综合传热系数) ① 求热流
q墙
s1
tg ta s2 s3
1
1 2 3 a
950 20
0.115 0.05 0.115 1
5)炉底电热元件上方敷盖耐热钢制炉底板,其材 料以铬锰氮居多。
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c、低温箱式电阻炉:<650 ℃ 有强制气流循环和远红外辐射加热炉,前
者靠对流传热。
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★热处理电阻炉的设计是一项综合性的技术工作: 所需知识:炉子知识;热处理工艺;机械设计;电
F墙内=2LH十2BH= 2H(L十B) =2×0.640×(1.741+0.869)
=3 .341m2
F墙外=2H外(L外+B外)=2×1.566 × (2.360+1.490) =12 .058m2
F墙均 F墙内 F墙外 3.34111.68 6.25 (m2 )
3.炉底平均面积
F底内 B L 0.869 1.741 1.51m2 F底外 B外 L外 1.490 2.360 3.516 m2 F底均 F底内 F底外 1.51 3.516 2.304 m2
Q顶散=q顶·F顶均=485.4×2.29=1111.6 W 炉底通过护衬散热
Q底散=q底.F底均=572.2 ×2.23=1276 W 整个炉体散热损失
Q散=Q墙散+Q顶散十Q底散
=4562 .5+1111 .6+1276 =6950 .1w (因为1W=3.6kJ/h) 所以 Q散 =3.6 ×6950.1=25020 .4kJ/h
工及温度控制等有关内容; 设计原则:密切结合生产实际,综合运用有关知识。 ★设计准备:详尽收集有关原始资料: 包括:生产任务(公斤或件/小时或年)及作业制度
(一、二班或连续生产);加热工件的材料、形状、 尺寸和重量;工件的热处理工艺规程和质量要求; 电源及车间厂房等条件;炉子的制造维修能力和 投资金额等。
根据式(5—1) Q件 P(c2t2 c1t1)(kJ / h) (5 —1)
Q件= P(C件2 t1—C件1to) =160 × (0.63×950-0.486 × 20)
=95117 kJ/h
( p每小时装炉量)
(2)通过炉衬的散热损失Q散 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。
1.炉顶平均面积
F顶内
2R
6
L
2 3.14 0.869 6
1.741
1.585
m2
F顶外 B外 L外 1.490 2.360 3.516 m2
F顶均 F顶内 F顶外 1.585 3.516 2.360 m2
2.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。
L F / 0.5 1.57 / 0.5 1.772 m
B L / 2 1.772 / 2 0.886 m
根据标准砖尺寸,为便于砌砖,取L =1.741m, B=0 .869m。
3.炉膛高度的确定
按统计资料,炉膛高度H与宽度B之比H/B通常在 0.5~0.9之间,根据炉子工作条件,取H/B=0.7左右,根据 标准砖尺寸,选定炉膛高度H=0.640m。
五、计算炉子功率
1.根据经验公式法计算炉子功率
由式(5—14)
P安
C
F 0.5

0.9
( t )1. 1000
55
式中:τ—空炉升温时间(h); F—炉膛内壁面积(m2)
t—炉温(℃); C—系数,热损失大的炉子,C=30-35;热损失小 的炉子,C=20-25,单位为[(kw·h0.5)/(m1.8·℃1.55)]。 这种方法适用于周期作业封闭式电阻炉,使用时需注意 使用条件并参考有关文献。
④计算炉墙散热损失
Q墙散=q墙·F墙均=730 .4 ×6.25=4562.5W 同理可以求得
t2顶=844 .39℃; t3顶=562 .6 ; t4顶=53℃; q 顶= 485 .4 W/m2
t2底=782 .2℃,t3底568 .54℃,t4底=53.7℃, q底=572 . 2 W/m2 炉顶通过炉衬散热
炉底隔砖采用重质粘土砖,电热元件搁砖选用重质 高铝砖。(注①67=65+2,2是砖缝的宽度。)
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炉底板材料选用Cr—Mn—N耐热钢,根据炉底实际尺寸 给出,分三块或四块,厚20mm。
四、砌体平均表面积计算
砌体外廓尺寸如图5—15所示
(教材图5-9)。
L外=L+2×(115+50+115) = 2360mm
二、炉型的选择
根据设计任务给出的生产特点,拟选用箱式热处理电 阻加热炉,不通保护气氛。
三、确定炉体结构和尺寸
1.炉底面积的确定
因无定型产品,故不能用实际排料法确定炉底面积,
只能用加热能力指标法。已知生产率p为160kg/h,按表
5—1选择箱式炉用于正火和淬火时的单位面积生产率p0为
120kg/(m2﹒h),故可求得炉底有效面积
λ1=0 .29+0.256 ×10-3 ts1均 =0.29+0.256 ×10-3 ×865=0.511W/(m﹒℃)
λ3=0.131+0.23× 10-3 ts3均 =0.131+0.23× 10-3 ×272.5=0.194W/(m﹒℃)。
普通硅酸铝纤维的热导率由附表4查得,在与给定温
度相差较小范围内近似认为其热导率与温度成线性关系,
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★热处理电阻炉的设计内容
(1)炉型的选择; (2)炉膛尺寸的确定; (3)炉体结构设计(包括炉衬、构架、炉门等); (4)电阻炉功率的计算及功率分配; (5)电热元件材料的选择; (6)电热元件材料的设计计算; (7)炉用机械设备和电气、控温仪表的设计与选用; (8)技术经济指标的核算; (9)绘制炉子总图、砌体图、零部件图、安装图和
热处理电阻炉设计计算举例
电阻炉是最主要的、应用最广的热处理设备
优点:
1)控温精度和自动化程度很高,准确度可达1~5℃; 2)炉温均匀性好,波动范围小,可控制在3~5℃; 3)热效率高,可达45%~80%(煤气炉<25%); 4)便于采用可控气氛; 5)结构简单紧凑,体积小,便于组成流水线生产; 6)其生产和热处理工艺的机械化、自动化、生产效率
0.511 0.129 0.194 12.17
730.4W / m 2
②验算交界面上的温度t2墙、t3墙
t2墙
t1
q墙
S1
1
950 730.4
0.115 0.511
788.6

t2墙 t2墙 t2墙
788.6 780 780
100%
1.1%
5%, 满足设计要求,不需重算。
t3墙
t2墙
所以
P安
C
0.5 升
F
0.9
(t 1000
)1.
55
30 40.5 6.440.9 ( 950 )1.55 1000
74.1kW
由经验公式法计算得P安≈75 (kW)
2.根据热平衡计算炉子功率
(1)加热工件所需的热量Q件
由附表6得,工件在950℃及20℃时比热容分别为
C件2 = 0. 63kJ/(kg ﹒℃) , C件1=0.486kJ/(kg·℃),
因此,确定炉膛尺寸如下:
砖长 砖 缝
长 L (230 2) 7 (230 1 2) 1741 mm
长度
炉底搁砖宽度 2
宽 B (120 2) 4 (65 2)(40 2) 2 (113 2) 2 869 mm
高 H (65 2) 9 37 640 mm
拱角砖矮边 高度
炉底支撑砖厚度
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取式中系数C=30[(kW﹒h0.5)/(m1.8﹒C1..55),空炉升温时间 假定为τ升= 4h,炉温t =950℃,炉膛内壁面积F壁
F壁 2(1.741 0.640) 2 (0.869 0.64) 1.741 0.869
600 2 3.14 0.869 3600 1.741 6.44m2
B外=B+2×(115+50+115)=1490mm
H外=H+f+(115+80+115)+67×4+50+182
炉顶厚
4 块粘土砖高 炉 底保温层厚
=640+116+310+268+50+182
=1566 mm
式中:f —拱顶高度,此炉子采用600标准拱顶,取拱弧 半径R=B,则f可由f =R(1- co300 )求得。
编制电炉使用说明书等随机技术文件。
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热处理电阻炉设计计算举例
一、设计任务
为某厂设计一台热处理电阻炉,其技术条件为: (1)用途:中碳钢、低合金钢毛坯或零件的淬火、正 火及调质处理。处理对象为中小型零件,无定型产品,处 理批量为多品种,小批量; (2)生产率:160kg/h; (3)工作温度:最高使用温度≤950℃; (4)生产特点:周期式成批装料,长时间连续生产。
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=1500mm ; B效=700 mm; H效=500mm
4.炉衬材料及厚度的确定
由于侧墙、前墙及后墙的工作条件相似,采用相同 炉衬结构,即113mmQN—1.0轻质粘土砖+50mm密度为 250kg/m3的普通硅酸铝纤维毡+ 113mrnB级硅藻土砖。
q墙
S2
2
788.6 730.4 0.05 0.129
497.8℃
பைடு நூலகம்
t3墙 t3墙 t3墙
497.8 485 100% 485
2.64%
5%, 不需重算。
③验算炉壳温度t4墙
t4墙
t3墙
q墙
S3
3
497.8 730.4
0.115 0.194
64.9℃<
70℃
满足一般热处理电阻炉表面温升<50℃的要求。室温20 ℃
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b、中温箱式电阻炉:额定温度950℃,合金电热 元件Ni-Cr 。特点:
3)在耐火层和保温层间夹以硅酸铝耐火纤维作为 炉衬。
作用:炉衬变薄、重量减轻、炉衬蓄热量减少、 热损失减少、降低炉子空载功率并缩短升温时间。
4)较大的炉子采用温度分区控制,增进温度均匀 性, 还可设置风扇,以加快传热速度。
炉顶 采用113mmQN —1. 0轻质粘土砖十80mm密度 为250kg/m3的普通硅酸铝纤维毡十115mm膨胀珍珠岩。
炉底 采用三层QN—1.0轻质粘土砖(67① ×3)mm + 50mm密度为250kg/m3的普通硅酸铝纤维毡十182mmB级 硅藻土砖和膨胀珍珠岩复合炉衬。
炉门 用65mmQN—1.0轻质粘土砖+80mm密度为 250kg/m3的普通硅酸铝纤维毡+65mmA级硅藻土砖。
F1
P P0
160 1.33m 2 120
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有效面积与炉底总面积存在关系式F1/F=0.75~0.85, 取系数上限,得炉底实际面积
F F1 1.33 1.57m2 0.85 0.85
2.炉底长度和宽度的确定
由于热处理箱式电阻炉设计时应考虑装出料方便,取 L/B=2:1,而F=L·B=0.5L2,因此,可求得
根据式(1—15)
Q散
t1 t n1 n si
i1 i F
对于炉墙散热,如图5—16所 示,首先假定界面上的温度及炉
壳温度,
t′2 墙 = 780℃ , t′3 墙 = 485℃, t′4 墙=60℃则
耐火层S1的平均温度 ts1均=(950+780)/2=865℃, 硅酸铝纤维层S2的平均温度 ts2均=(780+485)/2=632.5℃, 硅藻土砖层S3的平均温度 ts3均=(485+60)/2=272.5℃, S1、S3层炉衬的热导率由附表3得
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