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，热处置工艺为正火，关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，那么选择箱式炉，而且无需大量量生产、工艺多变，那么选择周期式作业。

综上所述，选择周期式中温箱式电阻炉。

二、炉膛尺寸的确信
一、用炉底强度指标法计算
炉底有效面积：
查表得炉底强度h G =100Kg/（m 2·h ）
F 效=h g
G 件=60100
=0.6（m 2） 炉膛有效尺寸：
L 效=效）（F 5.1~2
L 效
（m ）=960mm
炉膛有效宽度：
B 效=效（
F 2/3)~2/1
B 效
选择 1000m m ×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=067.0108.03
-⨯⨯砌B =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）、选择炉衬材料部份
炉体包括炉壁、炉底、炉底、炉门、炉壳架几部份。

炉体通经常使用耐火层和保温层组成，尺寸与炉膛砌筑尺寸有关。

设计时应知足以下要求：
（1）确信砌体的厚度尺寸要知足强度要求，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刻，在知足强度要求的前提下，应尽可能选用轻质耐火材料；
（3）要保证炉壳表面温升小于50℃，不然会增大热损失，使环境温度升高，致使劳动条件恶化。

（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S 1=115mm ；
外层选用硅酸铝耐火纤维，体积密度λ2=105Kg/m 3厚度S 2待计算；
RNG-0.6型轻质粘土砖：
ρ1=600【Kg/ m 3】
λ1=0.165+0.194×10-3t 均【w/(m ·℃)】
C 1=0.836+0.263×10-3t 均【KJ/（Kg ·℃）】
耐火纤维
当t 3=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： ()[]115.08.486950165.095010194.05.010194.02165.0165.010194.01t 233232⨯-⨯+⨯⨯⨯⨯⨯++-⨯=
---
=782（℃）
代入数据解得：
纤维层厚度：()107.0607828
.4861S 2⨯-⨯==228（mm ） 取S 2=230mm
（三）、炉顶的设计
炉膛宽度为850mm ，采纳拱顶，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，为了减少拱顶向双侧的压力，应采纳轻质的楔形砖与标准直角砖混合砌筑。

应选用侧厚楔形砖（230,113,65,45）、厚230mm 体积密度为105Kg/ m 3的硅酸铝耐火纤维和轻质直形砖（230,113,65）.
（四）、炉底的设计
炉底采纳一层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，最上层采纳230mm 的重质高铝砖支持炉底板+4块加热元件搁砖，炉底板采纳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
采纳230mm 硅藻土砖和113mmRN-0.6轻质粘土砖。

（六）、炉门的设计
炉门采纳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
本炉采纳理论设计法，通过炉子的热平稳来确信炉子的功率。

其原理是炉子的总功率即热量的收入，应能知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（C 2t 2-C 1t 1）
=60×（0.6789×950-0.4939×20）
=38104.6（KJ/h ）
（其中C 2、C 1查表可得）
2、 通过炉衬的散热损失Q 散
Q 散=
101231231t t F S S S λλλα-⨯+++均总
（式1） λ1=0.165+0.194×10-3×（950+782）
÷2=0.3
3 λ2=0.107
F 均
1F =2(0.85 1.120.850.68 1.120.68)⨯+⨯+⨯=4.5832m 2
2F =2(1.08 1.35 1.080.91 1.350.91)⨯+⨯+⨯=7.3386㎡ 3F =2(1.31 1.58 1.31 1.14 1.58 1.14)⨯+⨯+⨯=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㎡面积上所占的量别离为：
G 1=0.115×600=69（Kg ）
G 2=0.230×105=24.15（Kg ）
它们的平均比热容别离为：
C 1 =0.836+0.263×10-3
×0.5×（950+782）
=1.06【KJ/（Kg ·℃）】
C 2 =1.07【KJ/（Kg ·℃）】
各层的蓄热量:
Q 1=69×1.06[（950+782）÷2-20]=61876（KJ ）
Q 2=24.15×1.07[（782+60）÷2-20]=10362（KJ ）
∑Q 蓄总= Q 1F m1+ Q 2F m2=554398(KJ)
4、开启炉子的辐射热损失Q 辐 F T T Q ⨯⨯⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛=6.31001004241辐×φ×δt
炉口开启尺寸850mm ×460mm
a/b=460/850=0.54 L/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 ）
五、开启炉门的溢气热损失Q 溢
()h /2t 21KJ T T VC Q δ⎪⎭
⎫ ⎝⎛+=溢 V=2200BH H =2200×0.95×0.46×46.0=652 （m 3
/h ） C=1.4KJ/（㎡·K ）
Q 溢=652×1.4×（950+60）×0.5×0.05=23048（KJ/h ）
六、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
八、电阻炉热效率η=Q件/Q总×100%=40.62%
九、空炉升温时刻
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）、电阻功率的分派
因功率为33KW，故采纳三相380V星形接线法，利用三组11KW电阻丝均匀散布单星形接法（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
一、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=380/3=220（V）
二、确信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/cm 3
3、确信元件直径d
d=
34.334.3 4.56==mm 取 d = 5mm
式中
()()2501 1.414101100 1.5t mm
p p t m α-=+=+⨯⨯=Ω•
W 允=1.6w/cm 2 222
3220 3.1451057.571.51110004
t U f L p ρ-⨯⨯=⨯==⨯⨯⨯ L 总=nL= 3⨯57.57=172.71m
M= 0.201⨯57.57=11.57kg
4、求电热元件的总质量
M 总= 3⨯11.57=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=dl 102πP =100113.14 5.057.57
⨯⨯⨯=1.22 W/cm 3﹤1.6 W/cm 3 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，均匀布置于双侧墙及炉底，侧墙和炉底均为10层。

每排电热元件的展开长度：
L 、=57.5710
=5.757（m ） 每排电热元件的搁砖长度
L 1=960-50=910（mm ）
D=6d=5×6=30（mm ）
每排电热元件的圈数：
n=()608064.543.1430
L D ==⨯、圈π 取 n=65 电热元件螺旋节距： h=()1L 91014mm n 65
== 按h=（2～4）d 校验
校核：14 2.85
h d == 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
引出帮必需用耐热钢或不锈钢制造，以避免氧化烧损，固选用1Cr18Ni9Ti ，
φ=14mm ，L=400mm ，丝状电热元件与引出棒之间的连接，采纳接头铣槽后焊接。

引出棒长度：
L 引=115+230+100=445（mm ）
（2）、爱惜套管的选择
依照设计说明中炉膛和电热元件的设计，因此确信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）、热电偶及其爱惜套管的设计与选择
（1）、热电偶的选择
由于炉内最高的温度为950℃.长期利用的温度在1000℃一些，因此选用镍铬-镍硅热电偶。

由于炉膛不分区，因此选用型号WRN-121的镍铬-镍硅热电偶，爱惜套管规格选择，外径24mm ，插入长度为500mm 。

爱惜材料为双层瓷管。

（2）、热电偶爱惜套管的选择
L 炉顶=230+20+230=460mm 。

热电偶外径=24mm ，插入长度为460mm 。

依照这些条件，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爱惜套管即可。