热处理箱式电阻炉设计

辽宁x x 大学

热工过程与设备课程设计

题目：热处理箱式电阻炉的设计

（生产率150kg/h，功率39kw，工作温度≤600℃）

院（系）：X X

专业班级：X X

学号：X X

学生姓名：X X

指导教师：X X

起止时间：X X

课程设计（论文）任务及评语

院（系）：材料科学与工程学院教研室：材料教研室

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：150kg/ h；

(3)工作温度：最高使用温度≤600℃；

(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

为120kg/(m2·h)，故可求得炉底有效面积

时的单位面积生产率p

=150/120=1.25m2

F=p/p

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

1

F=F/= =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=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，大多数在左右，根据炉子工作条件，取H／B=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

=2000mm

L

效

B

=950mm

效

=500mm

H

效

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 —轻质粘土砖和180mmB级硅藻土砖。

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

炉门用65mmQN—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+2×(113+180)=2791mm

L

外

=B+2×(113+180)=1634mm

B

外

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

2 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

=(kg·℃)，

C

件1

=／(kg·℃)，根据

Q

件=p(C

件2

t

1

-C

件l

t

)=150×××20)=h

(2) 通过炉衬的散热损失Q

散