箱式电阻炉课程设计

一、设计任务书

题目：设计一台中温箱式热处理电阻炉； 炉子用途：中小型零件的热处理；

材料及热处理工艺：中碳钢毛坯或零件的淬火、正火及调制处理； 生产率：160 kg/h ；

生产要求：无定型产品，小批量多品种，周期式成批装料，长时间连续生产； 要求：完整的设计计算书一份和炉子总图一张。 二、炉型的选择

根据生产特点，拟选用中温箱式热处理电阻炉，最高使用温度950℃，不通保护气氛。 三、确定炉体结构及尺寸 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160 kg/h ，按照教材表5-1选择箱式炉用于正火和淬火时的单位面积生产率p 0为 120 kg/(m 2﹒h )，故可求得炉底有效面积：

F 1=P P 0=160120

=1.33 m 2

由于有效面积与炉底总面积存在关系式F 1F ⁄=0.75~0.85，取系数上限，得炉底实际面积：

F =

F 10.85=1.33

0.85

=1.57 m 2 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出料方便，取L B ⁄=2，因此，可求得：

L =√F 0.5⁄=√1.570.5⁄=1.772 m B =L 2⁄=1.7722⁄=0.886 m

根据标准砖尺寸，为便于砌砖，取L =1.741 m ，B =0.869 m ，如总图所示。 3.炉膛高度的确定

按照统计资料，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 ⁄=0.64Om 。

因此，确定炉膛尺寸如下：

长 L =(230+2)×7+(230×1

2+2)=1741 m

宽 B =(120+2)×4+(65+2)+(40+2)×2+(113+2)×2=869 mm 高 H =(65+2)×9+37=640 mm

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=1500 mm B 效=700 mm H 效=500 mm

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113mm QN −0.8轻质粘土砖，+80 mm 密度为250 kg m 3⁄的普通硅酸铝纤维毡，+113mm B 级硅藻土砖。

炉顶采用113 mmQN −1.0轻质粘土砖，+80 mm 密度为250 kg m 3⁄的普通硅酸铝纤维毡，

+115 mm膨胀珍珠岩。

炉底采用三层QN−1.0轻质粘土砖(67×3)mm，+50 mm密度为250 kg m3

⁄的普通硅酸铝纤维毡，+182 mm B级硅藻土砖和膨胀珍珠岩复合炉衬。

炉门用65 mmQN−1.0轻质粘土砖，+80 mm密度为250 kg m3

⁄的普通硅酸铝纤维毡，+65 mm A级硅藻土砖。

炉底隔砖采用重质粘土砖（NZ−35），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，分三块或者四块，厚20mm。

四、砌体平均表面积计算

砌体外廓尺寸如下：

L

外

=L+2×(115+80+115)=2360 mm

B

外

=B+2×(115+80+115)=1490 mm

H

外

=H+f+(115+80+115)+67×4+50+182=1566 mm 试中f——拱顶高度，此炉子采用60°标准拱顶，取拱弧半径R=B，则f可由f=R(1−cos30°)求得。

1.炉顶平均面积

F

顶内=2πR

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

顶内=√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。

F

墙内

=2LH+2BH=2H(L+B)

=2×0.640×(1.741+0.869)

=3.341 m2

F

墙外=2H

外

(L

外

+B

外

)

=2×1.566×(2.360+1.490) =12.058 m2

F

墙均=√F

墙内

×F

墙外

=√3.341×12.058 =6.347 m2

3.炉底平均面积

F

底内

=B×L=0.869×1.741=1.510 m2

F

底外=B

外

×L

外

=1.490×2.360=3.516 m2

F 底均=√F 底内×F 底外=√1.510×3.516=2.304 m 2 五、计算炉子功率

1.根据经验公式法计算炉子功率 由教材式（5−14）

P 安=

Cτ升−0.5F 0.9

(t 1000

)1.55

取式中系数C =30[(kW ∙h 0.5)(m 1.8∙℃1.55)⁄]，空炉升温时间假定为τ升=4h ，炉温t =950℃，炉膛面积

F 避=2×(1.741×0.640)+2×(0.869×0.640)+1.741×0.869 +2×3.14×0.869×60°

360°×1.741

=6.440 m 2 所以

P 安=

Cτ升−0.5F 0.9

(t 1000)1.55

=30×4−0.5

×6.44

0.9

×(9501000)

1.55

=74.1 kW 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

由教材附表6得，工件在950℃及20℃时比热容分别为c 件2=0.548 kJ (kg ∙℃)⁄，c 件1=0.486 kJ (kg ∙℃)⁄，根据式(5−1)

Q 件=p (c 件2t 1−c 件1t 0)

=160×(0.548×950−0.486×20)

=81740.8 kJ h ⁄

（2）通过炉衬的散热损失的热量Q 散

I.炉墙的散热损失

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。

根据式（1−15）

Q 散=

t 1−t n+1

∑s i λi F i

n i=1