真空热处理炉课程设计

1 热
4.96
F热 F1
1 1
1
1 0.95
4.96 0.45216 1 1
6.08 0.133
＝3.226J/(㎡·h·K 4 )
其中 F1 由前面算得，F 热 为加热元件的表面积。 同样计算得：
C＝ 12
1 1
4.96
F1 F2
1 2
1
1 0.133
4.96 6.08 1 6.2026 0.096
真空热处理炉 设计说明书
（课程设计）
一、设计任务说明说：
WZC-60 型真空淬火炉技术参数：
项目
单位
指标
炉子有效尺寸 mm
900×600×450
最大装炉量
Kg
210Байду номын сангаас
最大温度
℃
1300
压升率
Pa/h
0.67
额定功率
Kw
100
二、确定炉体结构和尺寸：
1、炉膛尺寸的确定
由设计说明书中，真空加热炉的有效加热尺寸
为 900mm×600mm×450mm ，隔热屏部结构尺寸
主要根据处理工件的形状、尺寸和炉子的生产率决定，
并应考虑到炉子的加热效果、炉温均匀性、检修和装
出料操作的方便。一般隔热屏的表面与加热器之
间的距离约为 50—100mm；加热器与工件(或夹具、
料筐)之间的距离为 50 一 150mm。隔热屏两端通常不
L=1300 ㎜
＝650～950mm
B=900 ㎜
不妨，我们取 L=1300 mm；B=900mm；H=850mm。
H=850 ㎜
2、炉衬隔热材料的选择 由于炉子四周具有相似的工作环境，我们一般
选用相同的材料。为简单起见，炉门及出炉口我 们也采用相同的结构和材料。这里我们选用金属 隔热屏，由于加热炉的最高使用温度为 1300℃， 这里我们采用六层全金属隔热屏，其中三层为 钼层，外三层为不锈钢层。
第一层面积： F1＝2× L1 B1 L1 H1 B1 H1
＝2×(1300×900＋1300×850＋900×850) ＝6.08 ㎡ 第二层面积： F2 ＝2× L2 B2 L2 H 2 B2 H 2 ＝2×（1310×910＋1310×860＋910×860） ＝6.2026 ㎡ 第三层面积： F3 ＝2× L3 B3 L3 H 3 B3 H 3 ＝2×（1320×920＋1320×870＋920×870） ＝6.3264 ㎡ 第四层面积： F4 ＝2× L4 B4 L4 H 4 B4 H 4 ＝2×（1330×930＋1330×880＋930×880） ＝6.4514 ㎡
工件和夹具在 1300℃和 20℃的比热容分别为
C ＝0.636Kg/(kg•℃)和 C ＝0.486Kg/(kg•℃)，
1
0
它们的质量分别为 G 工 =160kg,G 夹 =10kg
则
Q 有效 ＝Q 工 ＋Q 夹 ＝（G 工 ＋G 夹 ）×(C1 t1 －C 0 t 0 ) ＝(120＋10)×(0.636×1300－0.486×20)
按设计计算，第一层钼辐射屏与炉温相等，以 后各辐射屏逐层降低，钼层每层降低 250℃左右， 不锈钢层每层降低 150℃左右。
则按上述设计，各层的设计温度为： 第一层：1300℃；第二层：1050℃； 第三层：800℃；第四层：550℃； 第五层：400℃；第六层：250℃； 水冷夹层壁：100℃ 最后水冷加层壁的温度为 100℃<150℃， 符合要求。 3、各隔热层、炉壳壁的面积及厚度 （1）、隔热屏 由于隔热层屏与屏之间的间距约 8～15mm，这 里我们取 10mm。钼层厚度 0.3mm，不锈钢层厚度 0.6mm。屏的各层间通过螺钉和隔套隔开。
布置加热器，温度偏低。因此，隔热屏每端应大于
有效加热区约 150—300mm，或更长一些。从传热学
的观点看，圆筒形的隔热屏热损失最小，宜尽量采用。
则：
L＝900＋2×(150～300)＝1100～1400mm
B＝600＋2×(50～150)＋2×(50～100)
＝800～1100mm
H＝450＋2×(50～150)＋2×(50～100)
＝106220.4KJ/h
Q 有效 ＝106220.4KJ/h
2、无功热损失的计算
（1）、通过隔热屏热损失 Q1 的计算 电热元件、隔热屏的黑度为：热 ＝0.95；
1＝0.133； 2 ＝0.096； 3 ＝0.096； 4 ＝ 5 ＝ 6 ＝0.5； 冷 ＝0.56。 则导来辐射系数：
C 热1 ＝
1
＝0.2961KJ/(㎡·h·K 4 )
C 23 ＝
1 2
4.96
F2 F3
1 3
＝ 0.5B2 P水 S C2
F6 ＝6.705 ㎡ F冷 ＝6.8336 ㎡
＝
0.5 902 2 105
2.0 0.32
＝280.3Mpa≤0.9
s
＝324Mpa
＝280.3Mpa
则所需壁厚符合要求，即 S＝20 ㎜
≤0.9 s ＝324Mpa
三、炉子热平衡计算
S＝18 ㎜
1、有效热消耗的计算
（2）、炉壳壁 炉壳采用双层冷冷却水结构，选用 45 号优质
碳素钢。 炉壳壁面积：
F冷 ＝2× L冷 B冷 L冷 H冷 B冷 H冷
＝2×（1360×960＋1360×910＋960×910） ＝6.8336 ㎡ 壁厚按矩形平板计算，板周边固定，受外压 1×10 5 Pa，水压实验按 P 水 ＝2×105Pa 计。
S 0 ＝225.5×B/ 弯
＝225.5×90/ 360106 ＝1.0696 ㎝ 式中：B——矩形板窄边长度，B＝90 ㎝;
弯 ——45 号优质碳素钢的弯曲许用应力
为 360Mpa。 实际壁厚：S＝S 0 ＋C＝17＋3＝20 ㎜ 式中：C——壁厚附加量； C＝C1 ＋C 2 ＋C 3 ＝1＋1＋1＝3。 水压试验时，其应力为
第五层面积： F5 ＝2× L5 B5 L5 H 5 B5 H 5
＝2×（1340×940＋1340×890＋940×890） ＝6.5776 ㎡ 第六层面积：
F1=6.08 ㎡ F2 =6.2026 ㎡ F3 =6.3264 ㎡ F4 ＝6.4514 ㎡ F5 ＝6.5776 ㎡
F6 ＝2× L6 B6 L6 H 6 B6 H 6 ＝2×（1350×950＋1350×900＋950×900） ＝6.7050 ㎡