热处理 箱式电炉设计

无锡职业技术学院课程设计说明书

设计任务书

姓名: 班级: 课程设计题目：设计一箱式电阻炉

基本技术条件：

学生应完成下列工作：

一﹑设计说明书一份(包括论述和计算)

1﹑说明目录

2﹑按技术条件要求确定炉型，炉膛及外形的主要尺寸；

3﹑炉衬材料与炉衬尺寸的确定；

4﹑通过热平衡计算，确定炉子功率及接线方法；

5﹑电热元件的选择，并且计算电热元件的基本尺寸和安装尺寸；

6﹑确定炉体金属构架及炉门启动装置；

7﹑炉子主要数据及主要指标计算并列表；

8﹑对所有炉子评价及必要的说明。

二﹑图纸部分

1﹑绘制炉子断面总图一张（2—3个视图）（A1图纸）

2013-11-11

目录

一、炉型的选择 (2)

二、确定炉体结构和尺寸 (2)

三、砌体平均表面积设计 (4)

四、计算炉子功率 (5)

五、炉子热效率计算 (7)

六、炉子空载功率计算 (7)

七、空炉升温时间计算 (7)

八、功率分配与接线 (9)

九、电热元件材料选择与计算 (9)

十、电热体元件图 (11)

十一、电阻炉装配图 (11)

十二、炉子技术指标 (11)

参考文献 (12)

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退火，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：90kg/ h；

(3)工作温度：最高使用温度700℃；

(4)生产特点：周期式成批装料，长时间连续生产。

一、炉型的选择

根据工件的特点与设计任务的要求及产量大小选择合适的炉型。由于小批量生产，品种多和工艺稳定的要求拟选用箱式热处理电阻炉，不通保护气氛。

二、确定炉体结构和尺寸

1．炉底面积的确定

炉底面积的计算方法有两种。一种是根据一次装料量计算，另一种是根据炉底强度指标计算[1]。因工件的加热周期和装炉量不明确，故不能用炉子一次装料量确定炉底面积，只能用炉底强度指标法。已知生产率为150kg/h，按表5—1[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

F=p/p0=150/120=1.25m2

由于有效面积与炉底总面积存在关系式F/F1=0.75～0.85，取系数上限0.85，得到炉底实际面积：

F=F/0.85= 1.25/0.85=1.47m2

2．炉底长度和宽度的确定

对于热处理箱式电阻炉，设计时考虑装出料的方便，根据长度与宽度之比，取L/B=2:1，因此，可求得炉底宽度

F=2.059m

L=5.0/

B=L／2=2.059／2=1.030m 为方便砌砖L=2205mm B=1048mm 3．炉膛高度的确定

根据统计的资料，炉膛高度（H）对炉底宽度（B）之比H／B通常在0．52～0．9之间，大多数在0.8左右，根据炉子工作条件，取H／B=0.7左右，选定炉膛高度H=707mm。因此，确定炉膛尺寸如下

长L=(230+2)×9+(230/2+2)=2205mm

宽B=(120+2)×5+(50+2)×4+(113+2)×2=1048mm

高H=(65+2)×10+37=707mm

为防止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，在一般情况下，要保证炉料上部有200～300mm的空间，有利于辐射与对流传热，由此确定工作室有效尺寸为

L效=2000mm

B效=950mm

H效=500mm

砌体结构如图1所示：

轻质粘土砖硅藻土砖重质粘土砖耐热钢

图1砌体结构示意图

4．炉衬材料及厚度的确定

由于侧墙、前墙及后墙以及炉顶的工作条件相似，采用相同炉衬结构，即两层：113mmQN—1.0轻质粘土砖和180mmB级硅藻土砖。

炉底采用耐火层314mm，材料为113mmQN—1.0轻质粘土砖,绝热层硅藻土砖和蛭石粉厚180mm。

炉门用65mmQN—1.0轻质粘土砖+65mmA级硅藻土砖。

炉底板材料选用Cr-Mn-Ni耐热钢，根据炉底实际尺寸给出，分三块或四块，厚20mm。

炉底隔砖采用重质粘土砖[2]。

三、砌体平均表面积计算

砌体外廓尺寸如图1所示。

L外=L+2×(113+180)=2791mm

B外=B+2×(113+180)=1634mm

H外=H+f+(115+180)+（65+2）×3+180=1523mm

式中：f—拱顶高度，此炉子采用60°标准拱顶，取拱弧半径尺R=B，则f可由f=R(1-cos30°)=140mm求得。

1.炉顶平均面积

F顶内=（2πR/6）×L=2.42m2

F顶外=B外×L 外=4.56m2

F顶均= =3.320m2

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。

F墙内=2LH+2BH=5.109m2

F墙外=2H外（L外+B外）=13.479m2

F墙均= =8.298m2

3.炉底平均面积

F底内=B×L=2.311m2

F底外=B外×L外=4.560m2

F底均= 2

四、计算炉子功率

1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[1]得，工件在600℃及20℃时比热容分别为C 件2=0.741KJ/(kg ·℃)， C 件1=0.486KJ ／(kg ·℃)，根据

Q 件=p(C 件2t 1-C 件l t 0)=150×(0.574×600-0.486×20)=50202.0KJ/h (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[3]。

根据式(1—15)[2]

111n n

i i i

i t t s F λ+=-∑ 对于炉墙散热，如图5—9[4]所示，首先假定界面上的温度及炉壳温度，炉内温度t 1=600℃ 界面温度为t 2=500℃ 炉壳温度t 3=60℃

耐火层S 1的平均温度t 1均=（600+500）/2=550℃ 保温层S 2的平均温度t 2均=（500+60）/2=280℃ 炉衬的热导率由附表3[1]得

λ1=0.29+0.000256×t 1均=0.29+0.000256×550=3.113W/(m ·℃) λ2=0.13+0.00023×t s3均=0.13+0.00023×280=0.1644W/(m ·℃)。

当炉壳温度为60℃，室温为20℃时，由附表2[1]经近似计算可得αΣ=12.17W/(m 2·℃) a)求热流

q 墙 =（600-20）/（S 1/λ1+ S 2/λ

2 +1/α

Σ

）

=（600-20）/（0.115/3.113+0.12/0.1644+1/12.17）

=682.4w/m 2 b)计算交界面上的温度t 2墙、

t 2墙=1

1s t q λ1

-墙

=600-682.4×（0.115/3.113）=574.8℃

验算界面温度（t 2墙—t 2）/t 2墙=4.5%<5%