工业炉设计

目录
序言 (3)
热处理电阻炉设计 (5)
一．设计任务 (5)
二．炉型的选择 (6)
三．确定炉体结构和尺寸 (6)
1．炉膛尺寸的确定 (6)
2．炉衬材料及厚度的确定 (6)
四．砌体平均表面积计算 (7)
1．砌体外廓尺寸 (7)
2．炉墙平均面积 (7)
3．炉底平均面积 (8)
4．炉顶平均面积 (8)
五．计算炉子功率 (8)
1．根据经验公式计算炉子功率 (8)
2．根据热平衡计算炉子功率 (9)
1)加热工件所需的热量Q件 (9)
2)通过炉身的热损失Q散 (9)
3)整个炉体的散热损失 (15)
4)开启炉门的辐射损失 (15)
5)开启炉门溢气损失 (16)
6)加热控制气体所需热量Q控 (17)
7)其它热损失 (17)
8)热量总支出 (17)
9)炉子的安装总功率 (17)
六．炉子热效率计算 (17)
1. 正常工作时的效率 (18)
2. 在保温阶段，关闭炉门时的效率 (18)
七．炉子空载功率计算 (18)
八．空炉升温时间计算 (18)
1．炉墙及炉顶蓄热 (18)
2．炉底蓄热计算 (20)
3．炉底板蓄热 (21)
九．功率的分配与接线 (21)
十．电热元件材料选择及计算 (22)
(22)
1．求1000℃时电热元件的电阻率
t
2．确定电热原件表面功率 (22)
3．每组电热元件功率 (22)
4．每组电热元件端电压 (22)
5．电热元件直径与质量 (23)
6．电热元件的总长度和总重量 (23)
7．校核电热元件表面负荷 (23)
8．电热元件在炉膛内的布置 (24)
十一．使用说明 (25)
十二．总结 (26)
十三．参考文献 (27)
序言
电阻炉(resistance furnace)
电阻炉由炉体、电气控制系统和辅助系统组成。

炉体由炉壳、加热器、炉衬(包括隔热屏)等部件组成。

当电流通过电热体时，由于电热体本身的电阻而产生热效应，使电热体温度升高。

点儿提以辐射和对流的方式（主要是辐射的方式），把热量传给金属坯料，这种加热方式叫做间接电阻加热。

电阻加热较火焰加热相比有以下优点：
1. 炉子升温快、加热速度高，能满足要求的温度；
2. 能按锻压工艺要求，精确控制和调整温度；
3. 操作简单，易于实现加热过程中的自动化操作；
4. 电阻炉占地面积小；
5. 炉内气氛容易控制，易于少无氧加热；
6. 无燃烧废气，公害少且热效率高；
7. 劳动环境好。

电阻炉是利用电流使炉内电热元件或加热介质发热，从而对工件或物料加热的工业炉。

电阻炉在机械工业中用于金属锻压前加热、金属热处理加热、钎焊、粉末冶金烧结、玻璃陶瓷焙烧和退火、低熔点金属熔化、砂型和油漆膜层的干燥等。

随着镍铬合金的发明，到20世纪20年代，电阻炉已在工业上得到广泛应用。

工业上用的电阻炉一般由电热元件、砌体、金属壳体、炉门、炉用机械和电气控制系统等组成。

加热功率从不足一千瓦到数千千瓦。

工作温度在700℃以下的为低温炉；70 0～1000℃为中温炉;1000℃以上为高温炉。

在高温和中温炉内主要以辐射方式加热。

在低温炉内则以对流传热方式加热，电热元件装在风道内，通过风机强迫炉内气体循环流动，以加强对流传热。

电阻炉有室式、井式、台车式、推杆式、步进式、马弗式和隧道式等类型。

可控气氛炉、真空炉、流动粒子炉等也都是电阻炉。

电热元件具有很高的耐热性和高温强度，很低的电阻温度系数和良好的化学稳定性。

常用的材料有金属和非金属两大类。

金属电热元件材料有镍铬合金、铬铝合金、钨、钼、钽等，一般制成螺旋线、波形线、波形带和波形板。

非金属电热元件材料有碳化硅、二硅化钼、石墨和碳等，一般制成棒、管、板、带等形状。

电热元件的分布和线路接法，依炉子功率大小和炉温要求而定。

工业电阻炉:
工业电阻炉的分类：工业电阻炉分二类，周期式作业炉和连续式作业炉。

周期式作业炉分为：箱式炉、密封箱式炉，井式炉，钟罩炉，台车炉，倾倒式滚筒炉。

连续式作业炉分为：窑车式炉，推杆式炉，辊底炉，振底炉，转底炉，步进式炉，
牵引式炉，连续式滚筒炉，传送带式炉等。

其中传送带式炉可分为：有网带式炉、冲压链板式炉、铸链板式炉等
电阻炉的加热机理：
电阻炉以电为热源，通过电热元件将电能转化为热能，在炉内对金属进行加热。

电阻炉和火焰比，热效率高，可达50－80℅，热工制度容易控制，劳动条件好，炉体寿命长，适用于要求较严的工件的加热，但耗电费用高。

.各种工业电阻炉的特点和用途
种
类
特点主要用途
空气电阻炉结构较简单，温度精确可控．在高
温下被加热工件易受氧化
硬质合金、陶瓷烧结：金属的热处理；
玻璃零件退火，低熔点玻璃封接；医药、
食品的低温烘烤；各类产品零件清洗后
烘干；实验室各种温度试验箱，马弗炉；
电子管的排气炉等
真空电阻炉工作在真空中加热有除气效果，能
保护工件不氧化，不脱碳，工人操
作条件较好。

生产率和热效率较低
钛，锗等活性金属、难熔金属和某些电
工合金的光亮退火、真空除气；不锈钢
和铝材的钎焊，粉末冶金真空烧结；高
速钢。

工具钢的光亮淬火及碳钢的真空
渗碳；电子产品生产工艺中镀膜、溅射
对工件的烘烤
保护气体电阻炉炉膛通有保护气体，能保护工件不
氧化、不脱碳，可精确控制被加热
工件的表面化学成分，热工序后的
工件不需酸洗，精加量较少。

某些
保护气体易爆炸或对操作工人有一
定危害
黑色金属和某些有色金届材料的无氧
化、不脱碳热处理，或进行气体渗碳、
氰化等化学处理；钨钼等易氧化金属的
加热钎焊．烧结等。

电子产品的气相沉
积，扩散，电子材料的除氧化层．光亮
热处理
电热浴炉加热速度快，均匀性好，容易局部
加热。

热工序后工件需要清洗
工具、刃具、量具等几何形状较复杂、
要求较高的热处理及化学处理
流动
粒子炉具有电阻炉的特点，炉温较低
锡、铝，锌、镁、铅、轴瓦合金等低融
点金属的熔炼
直接加热式电阻炉工件直接通电加热，不需要电热体，
加热速度非常快，对工件形状有一
定要求
制造石墨电极、碳化硅、粉末冶金压制
成型的金属管、棒等的烧结
热处理电阻炉设计
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：
低碳钢、低合金钢毛坯或零件的淬火、正火及调质用；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：
150kg/h
3. 工作温度：
最高使用温度<=1000℃
4. 生产特点：
周期式成批装料，间断生产。

二． 炉型的选择
根据技术条件要求，结合实际效果，选用箱式电阻炉。

三． 确定炉体结构和尺寸
1．
炉膛尺寸的确定 因无典型产品，故不能用排料法求炉底面积，只能用炉底强变法。

已知生产率为150kg ／h ，按表12-2（1引）选择箱式炉用于正火或淬火时的单位炉底面积生产率为120kg ／
2m ．时，得炉底有效面积：
2h
25.1120
150
G g m S ==
=
工作有效 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， K=0.85，则实际炉底面积为：
2m 47.185
.025
.1K
S ==
=
有效实际S 根据L ：B=2:1关系，与L ⨯B=1.47可求得：
mm L 1715=有效 mm 857=有效B
炉膛的必需高度（即炉底板至拱脚砖的距离H ），可按H/B=0.52~0.9的关系确定。

H 的范围是447~771.现按电热元件布置要求，根据标准砖尺寸(230 113 65)，为便于砌砖，同时考虑炉膛有效区域周围应留有空间以方便安排电热元件及出料，取
()mm L 12752123052230=⎪⎭⎫ ⎝
⎛
⨯+⨯+=
()()()()mm
B 8692
2113224026542120=⨯++⨯++++⨯+=
()mm H 7073710265=+⨯+=
2． 炉衬材料及厚度
的确定
轻质耐火材料：这种材料的气孔率高，重量轻，保温性能
主要计算结果
mm
L 1715=有效
mm
857=有效B
mm L 1275=
B=869mm
H=707mm
好，属于体积小、密度小的耐火材料。

用它做热处理炉的炉材料可以减少热能的损失，并可以缩短升温时间，从而提高热效率。

蛭石：熔点为1300~1370℃,使用温度≤1000℃，体积密度和导热系数均较小，是一种良好的保温材料。

因此：
由于侧墙，前墙及后墙的工作条件相似，采用相同的炉衬结构，即113mmQN-1.0轻质粘土砖+50mm 膨胀蛭石粉 +113mmB 级硅藻土砖。

炉底采用四层QN-1.0轻质粘土砖467⨯mm+50mm 膨胀蛭石粉+182mmB 级硅藻土砖。

炉顶采用113mmQN-1.0轻质粘土砖+80mm 膨胀蛭石粉+115mm 膨胀珍珠岩。

炉门采用65mmQN-1.0轻质粘土砖+80mm 膨胀蛭石粉+65mmA 级硅藻土砖。

炉底隔砖采用重质粘土砖，电热元件搁砖选用重质高铝砖。

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
1． 砌体外廓尺寸
()mm 183556012752
11550115L =+=⨯+++=外L
()mm
14295608692
11550115B B =+=⨯+++=外
(11580115)67450182H H f =+++++⨯++外
()
mm
1633182
5046731030cos 1869707=++⨯++-⨯+=o
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- co30 )求得。

2． 炉墙平均面积
222()F LH BH L B H
=+=+墙内
()
2
032.3869.0275.1707.02m
=+⨯⨯=
主要计算结果
mm 1835=外L
mm 1429B =外
mm 1633H =外
()
()2
660.10429.1835.1633.12H 2m B L F =+⨯⨯=+=外外外墙外
2933.5660.10032.3m F F F =⨯=⋅=墙外内墙墙均
3． 炉底平均面积
2108.1275.1869.0B m L F =⨯=⨯=底内
2622.2835.1429.1m L B F =⨯=⨯=外外底外
2905.2622.2108.1m F F F =⨯=⋅=底外内底底均
4． 炉顶平均面积
2160.1275.16
869
.014.3262m L R F =⨯⨯⨯=⨯=
π顶内 2622.2835.1429.1m L B F =⨯=⨯=外外顶外
2744.1622.2160.1m F F F =⨯=⋅=顶外内顶顶均
五． 计算炉子功率
1． 根据经验公式计
算炉子功率
55
.19.05
.0)
1000
(t F C P -=升
安τ 取式中系数C=30，空炉升温时间假定为
τ升= 4h ，炉温t =1000℃，
炉膛内壁面积F 壁
底内
墙内顶内壁F F F F ++=
2
m 3.5108
.1032.3160.1=++= 所以
主要计算结果
2933.5m F =墙均
2905.2m F =底均
2744.1m F =顶均
kW
t F C P 3.67)1000
1000(3.5430)
1000
(55
.19.05.055
.19
.05
.0=⨯⨯⨯==--升安τ
由经验公式法计算得：Kw P 67≈安
2． 根据热平衡计算炉子功率
1) 加热工件所需的热量Q 件
查表知，工件低合金钢在1000℃及20℃时比热容分
别
为
63
.02=C
/()
kJ kg C ⋅︒，
486.01=C /()kJ kg C ⋅︒，所以
()1122t C t C P -=件Q
=150 × (0.63×
1000-0.486 × 20)
=93042kJ/h （P 每小时装炉量） 2) 通过炉身的热损失
Q 散
ⅰ、通过炉墙的热量损失
由于炉子侧壁和前后炉衬结构相似，故作统一数据处理，为简化计算，将炉门包括在前墙内。

11
1n n
i
i i i
t t Q s F λ+=-=
∑散 对于炉墙散热，如图所示，首先假定界面上的温度及炉壳温度。

由于侧墙，前墙及后墙的工作条件相似，采用相同的炉衬结构，即115mmQN-1.0轻质粘土砖+50mm 膨胀蛭石粉 +115mmB 级硅藻土砖。

假设：
=‘墙2t 900℃，
=
‘
墙3t 390℃，
=‘墙4t 70℃。

则耐火层s1的平均温度
9502
900
10001=+=
均s t ℃，
主要计算结果
经验公式的得：
Kw P 67≈安
h kJ Q /93042=件
膨胀蛭石粉层s2的平均温度
6452
390
9002=+=
均s t
℃
硅藻土砖s3的平均温度
2302
70
390=+=
均si t ℃， s1,s3层炉衬的热导率由表 533
.095010256.029.031=⨯⨯+=-λ
W/(m ﹒℃)
183
.02301023.0131.033=⨯⨯+=-λ W/(m ﹒℃)
由膨胀蛭石粉的热导率由表查得其热导率在0.052-0.058之间。

为保险起见，取
080
.02=λW/(m ﹒℃)
当炉壳温度为70℃，室温为20℃时，由表近似计算得
∑
a
=12. 83W /(m ﹒℃)
① 求热流
2
3
32211/8.51083
.121
184.0115.0058.005.0533.0115.020
10001m W a s s
s t tg q a
=+
++-=
∑
+
++-=
λλλ墙 ②
验算交界面上的温
度2t 墙, t 3墙
S q t t 533
.0115.08.51010001
1
12⨯
-=-=λ墙
墙
1
%1009009008.889222=⨯-=''
-=∆墙
墙墙t t t
∆%,5<满足设计
要求，不需重算。

℃
S q t t 37905
.005
.08.5108.88922
23=⨯-=-=λ墙墙
墙
%82.2%100390390379333=⨯-=''
-=∆墙
墙墙t t t
5%∆<,满足设计要求，不需重算。

主要计算结果
2/8.510m W q =墙
℃t 8.8892=墙
℃t 3793=墙
℃
t 2.684=墙
③
验算炉壳温度t 4墙
℃＜S q t t 2.68191
.0115
.03.6133.4403
3
34=⨯
-=-=λ墙
墙墙 满足热处理电阻炉表面温升<70℃ 的要求。

④计算炉墙散热损失
w
Q 7.3638933.53.613F q =⨯=⨯=墙均
墙墙散
ⅱ、通过炉底的热损失
底散Q
炉底采用四层
QN-1.0轻质粘土砖467⨯mm+50mm 膨胀蛭石粉+182mmB 级硅藻土砖。

假设：
=
‘
底2t 800℃，
=‘底3t 420℃，=‘底4t 70℃。

则：耐火层s1的平均温度
9002
800
10001=+=
均s t ℃，
膨胀蛭石粉层s2的平均温度
6102
420
8002=+=
均s t ℃， 硅藻土砖s3的平均温度
2452
70
420=+=
均si t ℃， s1,s3层炉衬的热导率由表
520.090010256.029.031=⨯⨯+=-λ W/(m
﹒℃)
187.02451023.0131.033=⨯⨯+=-λ W/(m ﹒℃)
由膨胀蛭石粉的热导率由表查得其热导率在0.052-0.058之间。

为保险起见，取
058.02=λW/(m ﹒℃)
当炉壳温度为70℃， 室温为20℃时，由表近似计算得∑
a =12. 83W /(m ﹒℃)
① 求热流
主要计算结果
w Q 7.3638=墙散
2
332211/8.38183
.121
187.0182.0058.005.0520.0268.020
10001m W a
s s s t tg q a
=+
++-=
∑
+++-=
λλλ底 ②
验算交界面上的温
度底2t , 底3t
℃
S q t t 2.80352
.026
.08.38110001
1
12=⨯
-=-=λ底
底
%
4.0%1008008002.803222=⨯-=''
-=∆底
底底t t t
∆%,5<,满足设
计要求，不需重算。

℃S q t t 7.42405
.005
.08.3815.80622
23=⨯-=-=λ底底
底
%
12.1%1004204207.424333=⨯-=''
-=∆底
底底t t t 5%∆<,满足设计要求，不需重算。

③
验算炉壳温度底4t
℃
℃＜S q t t 701.53187.0182
.08.3817.4243
3
34=⨯
-=-=λ底
底底
满足热处理电阻炉表面温升<70℃ 的
要求。

④ 计算炉墙散热损失
1.1109905.28.381F q =⨯=⨯=底均底底散Q W
ⅲ、通过炉顶的热量损失
炉顶采用115mmQN-1.0轻质粘土砖+80mm 膨胀蛭石粉+115mm 膨胀珍珠岩。

假设： '
顶2t =940℃， =‘顶3t 580℃，=‘
顶4t 70℃。

主要计算结果
2/8.381m W q =底
℃t 2.8032=底
℃t 7.4243=底
℃
t 1.534=底
1.1109=底散Q w
则耐火层s1的平均温度
9702
940
10001=+=
均s t ℃，
膨胀蛭石粉层s2的平均温度
7602
580
9402=+=
均s t ℃，
硅藻土砖s3的平均温度
3252
70
580=+=
均si t ℃，
s1,层炉衬的热导率由表
97010256.029.031=
⨯⨯+=-λ
W/(m ﹒℃)
由膨胀珍珠岩的热导
率由表查得其热导率在0.019-0.061之间。

为安全起见，取
053.03=λW/(m ﹒℃)
由膨胀蛭石粉的热导率由表查得其热导率在0.052-0.058之间。

为安全起见，取
058.02=λW/(m ﹒℃)
当炉壳温度为70℃，室温为20℃时，由表近似计算得
∑
a
=12. 83W /(m ﹒℃)
①
求热流
2
332211/3.24183
.121
053.0115.0058.008.0538.0115.020
10001m W a
s s s t tg q a
=+
++-=
∑
+++-=
λλλ顶
②
验算交界面上的温度顶2t , 顶3t
℃S q t t 4.948538
.0115
.03.24110001
1
12=⨯
-=-=λ顶
顶%90.0%1009409404.948222=⨯-=''
-=∆顶
顶顶t t t
∆%,5<,满足设计要求，不需重算。

主要计算结果
2/3.241m W q =顶
℃
t 4.9482=顶
S q t t 505
.008
.03.2414.9482
2
23=⨯
-=-=λ顶
顶顶05
.3%1005805803.562333-=⨯-=''
-=∆顶
顶顶t t t
∆%,5< ,满足设计要求，不需重算。

③
验算炉壳温度底4t
℃
℃＜S q t t 708.34053.0115
.01.2433.5623
3
34=⨯
-=-=λ顶
顶顶
满足热处理电阻炉表面温升<70℃ 的要求。

④
计算炉墙散热损失
w
Q 0.424744
.11.243F q =⨯=⨯=顶均顶顶散
3) 整个炉体的散热损失 整个炉体散热损失
顶散底散墙散散Q Q Q ++=Q
w
8.51710
.4241.11097.3638=++=
h
kJ Q 5.186186
.38.5171=⨯=散
4) 开启炉门的辐射损失
设装出料所需时间为每小时6分钟，可得
443.6 5.675100100g a
t T T Q F δ⎡⎤
⎛⎫⎛⎫=⨯⋅⋅Φ⋅⋅-⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎢⎥⎝⎭⎣⎦
辐
因为K T g 12732731000=+=；
主要计算结果
℃t 3.5623=顶
℃t 8.344=顶
w Q 0.424=顶散
h
kJ
Q 5.18618=散
K
T a 29327320=+=, 由于正常工作时，炉门开启高度为炉膛高度的一半，故
炉门开启面
积
2307.02
707.0869.02m H B F =⨯=⨯
=
炉门开启率 6
0.160
t δ==
由于炉门开启后，辐射口为矩形，且 H/2 与 B 之比为
407.0869.02707
.0=，炉门开启高度与炉墙厚度之比为26.128.02
707
.0=，查表知φ=0.7， 故：
h
kJ T Tg F Q /4.11497]
)100
293()1001273[(1.07
.0307.0675.56.3]100
100675.56.34
44
4=-⨯⨯⨯⨯⨯=-⨯=）（）［（１
辐αφδ 5) 开启炉门溢气损失
溢气热损失 '
()a a a g a t Q qv c t t ρδ=-溢
其中，
h
m H H B q Va /8.3643535.03535.0869.019972
219973=⨯⨯⨯=⋅⋅
=
冷空气密度 1.29a ρ=kg/m 3, 由表得
1.342a c = kJ/(m 3
﹒℃), 20a t =℃,
'
g
t 为溢气温度，近似认为 ℃t t t t a g a g 3.673)201000(3
220)(32=-+=-+='
主要计算结果
h kJ Q /4.11497=辐
h
kJ t t C q Q t
a ＇
g a a Va /1.412581.0)203.673(342.129.18.364=⨯-⨯⨯⨯=-=δρ）（溢 6) 加热控制气体所需热量Q 控
0=控Q
7) 其它热损失
其它热损失约为上述热损失之和的10%--20%，故
()溢幅散控件它Q Q Q Q Q 13.0Q ++++=
()kJ
1.213741.412584.114975.1861809304213.0=++++⨯=
8) 热量总支出
h Q /kJ 3.18579013
.013
.11.2137413.013.1Q =⨯==它
总 9) 炉子的安装总功率
3600
KQ P =总
安
其中K 为功率储备系数，本炉设计中K 取1.4，则
kw 3.723600
3
.1857904.1=⨯=
安P
与标准炉子相比较，取炉子功率为72kW 。

六． 炉子热效率计算
主要计算结果
h kJ Q /1.41258=溢
kJ 1.21374Q =它
h Q /kJ 3.185790=总
热平衡方式计算的总功率：
kw 3.72=安P
1.
正常工作时的效率
%9.50%100182663
93042
%100=⨯=
⨯=总
件Q Q η
2.
在保温阶段，关闭炉门时的效率
%
3.71%100)6.4087311385(182********=⨯+-=+-=
）
（溢辐总件
Q Q Q Q η 七． 炉子空载功率计算
kw Q Q P 4.103600
3
.210140.163483600=+=+=
它散空
八． 空炉升温时间计算
由于所设计炉子的耐火层结构相似，而保温层蓄热较少，为简化计算，将炉子侧墙、前后墙及炉顶按相同数据计算，炉底由于砌砖方法不同，进行单独计算，因升温时炉底底板也随炉升温，也要计算在内。

1． 炉墙及炉顶蓄热
()[]
3
m
315.0115.0135.0067.014275.12V =⨯+⨯⨯⨯=侧粘
()()3
m 339.0115.0135.0067.0182115.0869.02V =⎥
⎦⎤⎢⎣⎡⨯+⨯⨯⨯+⨯=前后粘
主要计算结果
%3.71==η
kw P 4.10=空
)
(97.03
9255.03
60)(9255.00565.0869.02
113
.0869.0m S ℃m R ≈⨯
====+=+
=π
π
ϕ）（，所以
）圆心角（）（
()[]3m 173.0115.0276.0275.197.0V =⨯+⨯=顶粘
()()3
m 149.005.0135.0067.014115.0275.12V =⎥
⎦⎤⎢⎣⎡⨯+⨯⨯+⨯=侧
蛭
()()3
m 147.005.0135.0067.0182115.0869.02V
=⎥
⎦⎤⎢⎣⎡⨯+⨯⨯⨯+⨯=前后蛭
()[]3m 133.008.0276.0275.1071.1V =⨯+⨯=顶
蛭
()()[]
3
m
343.0115.0135.0067.014115.0275.12V =⨯+⨯⨯+⨯=侧硅
()[]
3
m
441.0115.0135.0067.018429.12V =⨯+⨯⨯⨯=前后硅
3m 302.0115.0429.1835.1V =⨯⨯≈顶珍
所以
()()()000Q V c t t V c t t V c t t ρρρ=-+-+-硅硅硅硅蓄粘粘粘粘纤纤纤纤
因为℃9.9442
8
.88910002t t t 21=+=+=
墙粘 查表得粘粘t C 3
1026.084.0-⨯+=
9.9441026.084.03⨯⨯+=-
)/(086.1℃kg kJ ⋅=
℃t 4.6342
379
8.8892
t t 32=+=
+=
墙
墙蛭
主要计算结果
查表得：
()
℃t C ⋅=⨯+=⨯+=-kg kJ 9956.04
.63425.0837.01025.0837.03蛭蛭
℃t t t 6.2232
2
.683792/)(43=+=
+=墙墙硅 查表得：
)
/(90.06.2231025.084.01025.084.033℃kg kJ t C ⋅=⨯⨯+=⨯+=--硅硅
所以得
3
.994995.656040.830673206.22390.0105.0302.0441.0343.0204.6349956.01025.0133.0147.0149.0209.944086.1100.1173.0339.0315.03330001++=-⨯⨯⨯⨯+++-⨯⨯⨯⨯+++-⨯⨯⨯⨯++=-+++-+++-++=）（）（）（）（）（）（）
（）（）（）（）（）（硅硅硅顶硅前后硅侧硅蛭蛭蛭顶
蛭前后蛭侧蛭粘粘粘顶
粘前后粘侧粘蓄t t C V V V t t C V V V t t C V V V Q ρρρ
kJ 3.995777=
2． 炉底蓄热计算
()()()()()3
239.0065
.0115.0835.12115.0429.1275.12120.0113.0113.0065.0204.0065.0113.012.002.04m V =⨯-⨯⨯-+⨯⎥
⎦⎤⎢⎣⎡⨯⨯+⨯+⨯+⨯+⨯⨯=底粘
3131.005.0429.1835.1m V =⨯⨯=底蛭
3477.0182.0429.1835.1m V =⨯⨯=底硅
℃t t t 6.9012/2.80310002/21=+=+=）（）（底底粘 ）
（底粘底粘℃kg kJ t C ⋅=⨯⨯+=⨯+=--/074.16
.9011026.084.01026.084.033
℃t t t 0.6142/7.4242.8032/32=+=+=）（）（底底底蛭
）
（底蛭底蛭℃kg kJ t C ⋅=⨯⨯+=⨯+=--/990.00
.6141025.0837.01025.0837.033
主要计算结果
kJ Q 3.9957771=蓄
℃t t t 2382/3.517.4242/43=+=+=）（）（底底底硅
)/(900.02381025.084.03℃kg kJ C ⋅=⨯⨯+=-硅
kJ
292347467941925922629420238900.0105.0477.0200.614990.01025.0131.0206.901074.1100.1239.033
3000=++=-⨯⨯⨯⨯+-⨯⨯⨯⨯+-⨯⨯⨯⨯=-+-+-=）（）（）（）
（）
（）（底
硅底硅硅底硅底蛭底蛭蛭底蛭底粘底粘粘底粘底蓄t t C V t t C V t t C V Q ρρρ
3． 炉底板蓄热
查表得1000℃和20℃时高合金钢的比热容分别为
670.0C 2=板/()kJ kg C ⋅︒
和
0.473c =板1/()kJ kg C ⋅︒。

经计算炉底板重量
kg 8.172780002.0275.1869.0G =⨯⨯⨯=，
()kJ
11414120473.01000670.08.172t c -t c G Q
1122=⎪
⎪⎭⎫
⎝⎛⨯-⨯⨯==板板板蓄
kJ
1402265114141
292347995777Q Q Q Q 1=++=++=板蓄底
蓄蓄蓄
得升温时间为
h P Q 41.572
36001402265
3600=⨯=
=
安
蓄升τ
对于一般周期作业炉，其空炉升温时间在3-8小时内均可，故本炉子设计符合要求。

因计算蓄热时是按稳定态计算的，误差大，时间偏长，实际空炉升温时间应在4小时以内。

九． 功率的分配与接线
67kW 功率均匀分布在炉膛两侧及炉底，组成
Y YY ∆∆∆、或、接线。

供电电压为车间动力网380V 。

主要计算结果
kJ 292347=底蓄Q
kJ
1402265Q =蓄
h 41.5=升τ
核算炉膛布置电热元件内壁表面负荷，对于周期式作业炉，内壁表面负荷应在15—35kW/m 2之间，常用为20 ~ 25kw/m2之间。

2
91.2869
.0275.1707.0275.122m
F F F =⨯+⨯⨯=+=电底电侧电
2/7.2491
.272
/m kW F P W ==
=电安
表面负荷在常用的范围之内，故符合设计要求。

十． 电热元件材料选择及计算
由最高使用温度1000℃，选用线状0255Cr Al 合金作电热元件，接线方式采用YY 。

1． 求1000℃时电热元件的电阻率t ρ
当炉温为1000℃时，电热元件温度取1100℃，查表得
0255Cr Al 在20℃时电阻率 20 1.40ρ=2/mm m Ω⋅，电阻温
度系数
51410C α--=⨯︒，则1100℃下的电热元件电阻率为
()()
m
mm 46.11100104140.1t 12
520t ⋅Ω=⨯⨯+⨯=+=-αρρ
2． 确定电热原件表面功率
根据本炉子电热元件工作条件取，查表知：
1.6W =允W/m
2.
3． 每组电热元件功率
由于采用YY 接法，即三相双星形接法，每组元件功率
kW n P 122
37272=⨯==
组 4． 每组电热元件端电压
由于采用YY 接法，车间动力电网端电压为380V ，故每组电热元件端电压即为每相电压
主要计算结果
2/7.24m kW W =
m
mm 46.12t ⋅Ω=ρ
1.6W =允W/m
kW P 12=组
220
U V
==
组
5．电热元件直径与质量
1、线状电热元件直径为
mm
W
U
P
d
t
78
.4
)6.1
220
/(
46
.1
12
3.
34
)
/(
3.
34
32
2
32
2
=
⨯
⨯
=
⋅
=
允
组
组
ρ
取5
d mm
=
2、每组电热元件长度和质量
每组电热元件长度为
m
2.
54
46
.1
12
5
220
10
785
.0
10
785
.0
2
2
3
2
2
3
=
⨯
⨯
⨯
⨯
=
⨯
=-
-
t
P
d
U
L
ρ
组
组
组
每组电热元件质量为
2
M
4
G d L
π
ρ
=
组组
式中3
M
7.1/g cm
ρ=，所以得
kg
L
d
G
M
55
.7
10
1.7
2.
54
5
4
14
.3
4
3
2
2=
⨯
⨯
⨯
⨯
=
=-
ρ
π
组
组
6．电热元件的总长度和总重量
电热元件的总长度为
m
2.
325
2.
54
6
L
6
L=
⨯
=
=
组
总
电热元件总重量为
kg
3.
45
55
.7
6
G
6
G=
⨯
=
=
组
总
7．校核电热元件表面负荷
2
3
c/
41
.1
5420
5.0
14
.3
10
12
m
W
L
d
P
W=
⨯
⨯
⨯
=
=
组
组
实π
W W
<
允
实
，结果满足设计要求。

主要计算结果
220
U V
==
组
5
d mm
=
m
2.
54
=
组
L
kg
G55
.7
=
组
2
c/
41
.1m
W
W=
实
8． 电热元件在炉膛内的布置
将6组电热元件每组分为4折，布置在两侧炉墙及炉底上，则有
m L L 55.134
2
.544
==
=
组折 布置电热元件的炉壁长度
mm 180350185350L L =-=-=‘
丝状电热元件绕成螺旋状，当元件温度高于1100℃，查表知，螺旋直径D=(4~6)d ，取
D=6d=6×5=30mm
螺旋体圈数N 和螺距h 分别为
圈折
1441030
14.355
.133=⨯⨯=
=
D
L N π
mm 5.12144
1803N L h ===’
主要计算结果
m L 55.13=折
mm 1803L =‘
h /d=12.5/5=2.5
按规定，h/d 在2—4范围内，满足设计要求。

根据计算，选用YY 方式接线，采用5d mm =所用电热元件重量最小，成本最低。

电热元件节距h 在安装时适当调整，路口部分增大功率。

电热元件引出棒材料选用
1189Cr Ni Ti ，12,500mm l mm Φ==。

N=144圈
电热元件引出棒材料用：
1189Cr Ni Ti
，
12,500mm l mm Φ==
十一．使用说明
本设计主要应用于低碳钢、低合金钢毛坯或零件的淬火、正火及调质用；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。

在使用时应注意：
1、本电阻加热炉无环境保护气氛，对于易脱碳的钢件请勿使用本炉。

2、本设计最高温度为1000℃，基本上满足了常用低碳钢淬火时所需的淬火温度，使之进行充分的奥氏体化。

3、使用本炉时因尽量避免有易挥发性物质附着在电阻丝上。

4、本炉在最高温度工作时外壁的温度较高，使用时不要用手直接触摸炉体外壁。

十二．总结
电阻炉应用广泛。

它具有结构简单、体积紧凑、操作方便、炉温均匀，并易于准确控制，热效率高(约为40—80％)，便于采用可控气氛，实现机械化、自动化和流水作业，无环境污染，劳动条件好等优点。

而电阻炉又是是应用最为广泛，品种规格最多的一类电炉。

本设计的电阻炉的优点主要表现在：炉子升温快、加热速度高，能满足要求的温度；能按锻压工艺要求，精确控制和调整温度；操作简单，易于实现加热过程中的自动化操作；电阻炉占地面积小；炉内气氛容易控制，易于少无氧加热；无燃烧废气，公害少且热效率高；劳动环境好。