热处理设备 电阻炉设计课件

）4
（ T 100
）4 ]
5.675 3.6 0.278 0.1 0.7 [(1223)4 ( 293)4 ]
100 100
8877.75kJ / h
0.28 = (0.113+0.002)+(0.113+0.002)+0.05 (m)
(4)开启炉门溢气热损失
溢气热损失由式(5—7 Q吸 )得 Q溢 =qVαραCα(t′g —tα)δt
由于热处理箱式电阻炉设计时应考虑装出料方便，取 L/B=2：1，而F=L·B=0.5L2，因此，可求得
L F / 0.5 1.57 / 0.5 1.772 m
B L / 2 1.772 / 2 0.886 m
根据标准砖尺寸，为便于砌砖，取L =1.741m， B=0 .869m。
见图示
3．炉膛高度的确定
热处理设备
热处理电阻炉设计计算举例
重
点： 设计方法与步骤
教学要求：了解箱式电阻炉的设计内容、方法与步骤。
一、设计任务
二、炉型的选择
根据设计任务给出的生产特点，拟选用箱式热处理电 阻加热炉，不通保护气氛。
三、确定炉体结构和尺寸
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160kg/h，按表
Q总
Q件 （Q辐
Q溢）
202931.2
95117 (8877.7
33713)
100来自百度文库
%
59.3%
七、炉子空载功率计算
P空
Q散 Q它 3600
25020.4 23346.1 3600
13.4kw
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，因升温时炉底板也随炉升温，也要计算在内。
由tS2均= 632.5 ℃，得 λ2=0 .129W/ ( m﹒℃)
当炉壳温度为60℃，室温为20℃时，由附表2经近似
计算得α∑=12. 17W /(m2﹒℃) （综合传热系数） ① 求热流
q墙
s1
tg ta s2 s3
1
1 2 3 a
950 20
0.115 0.05 0.115 1
P安= 1.4 2029312 =78.9 Kw 3600
与标准炉子相比较，取炉子功率为75kW。
六、炉子热效率计算
1．正常工作时的效率 Q件 100 %
由式(5—12)
Q总
（5 12）
Q件 100% 95117 100% 47.2%
Q总
202931.2
2.在保温阶段，关闭炉门时的效率
其中，qVα由式（5—8 qva=1997BH
）得
qVa
1997 B
H 2
H 1997 0.869 0.32 2
0.32 314.1
m3 / h
冷空气密度a 1.29kg / m3，由附表10得Ca 1.342kJ /(m3 ℃ )
ta 20℃，tg为溢气温度,近似认为：
tg
ta
Q顶散=q顶·F顶均=485.4×2.29=1111.6 W 炉底通过护衬散热
Q底散=q底.F底均=572.2 ×2.23=1276 W 整个炉体散热损失
Q散=Q墙散+Q顶散十Q底散
=4562 .5+1111 .6+1276 =6950 .1w （因为1W=3.6kJ/h） 所以 Q散 =3.6 ×6950.1=25020 .4kJ/h
炉门开启率 δt =
6 60
=0.1
由于炉门开启后，辐射口为矩形，且H/2与B
之比为 0.32/0.869= 0.37，（可看出此为一拉长
的矩形），炉门开启高度与炉墙厚度之比为
H′/S=0.32/0.28=1.14，由图1—14第1条线查得
φ=0.7，故
图1-14
Q辐
3.6
5.675F［１ （1T0g0
λ1=0 .29+0.256 ×10-3 ts1均 =0.29+0.256 ×10-3 ×865=0.511W/(m﹒℃)
λ3=0.131+0.23× 10-3 ts3均 =0.131+0.23× 10-3 ×272.5=0.194W/(m﹒℃)。
普通硅酸铝纤维的热导率由附表4查得，在与给定温
度相差较小范围内近似认为其热导率与温度成线性关系，
④计算炉墙散热损失
Q墙散=q墙·F墙均=730 .4 ×6.25=4562.5W 同理可以求得
t2顶=844 .39℃； t3顶=562 .6 ； t4顶=53℃； q 顶= 485 .4 W/m2
t2底=782 .2℃，t3底568 .54℃，t4底=53.7℃， q底=572 . 2 W/m2 炉顶通过炉衬散热
炉底隔砖采用重质粘土砖，电热元件搁砖选用重质 高铝砖。（注①67=65+2，2是砖缝的宽度。）
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
砌体外廓尺寸如图5—15所示
（教材图5-9）。
L外=L+2×(115+50+115) = 2300mm
B外=B+2×(115+50+115)=1430mm
H外=H+f+(115+80+115)+67×4+50+182
炉顶厚
4 块粘土砖高 炉 底保温层厚
=640+116+310+268+50+182
=1566 mm
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- co300 )求得。
(6)热量总支出
其中Q辅=0，Q控=0，由式((5—l0)得 Q总=Q件+Q辅+Q控+Q散+Q辐+Q溢+Q它 =95117+25020.4+8877.75+33713+23346.1
=202931.2 kJ/h (7)炉子安装功率
由式（5 — 11）P安
KQ总 3600
其中K为功率储备系数，本炉设计中K取1.4，则
Q件= P(C件2 t1—C件1to) =160 × (0.63×950-0.486 × 20)
=95117 kJ/h
（ p每小时装炉量）
(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。
根据式(1—15）
Ｑ散
t1 t n1 n si
炉顶 采用113mmQN —1. 0轻质粘土砖十80mm密度 为250kg/m3的普通硅酸铝纤维毡十115mm膨胀珍珠岩。
炉底 采用三层QN—1.0轻质粘土砖(67① ×3)mm + 50mm密度为250kg/m3的普通硅酸铝纤维毡十182mmB级 硅藻土砖和膨胀珍珠岩复合炉衬。
炉门 用65mmQN—1.0轻质粘土砖+80mm密度为 250kg/m3的普通硅酸铝纤维毡+65mmA级硅藻土砖。
5—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
F1
P P0
160 120
1.33m2
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，得炉底实际面积
F F1 1.33 1.57m2 0.85 0.85
2．炉底长度和宽度的确定
i1 i F
对于炉墙散热，如图5—16所 示，首先假定界面上的温度及炉
壳温度，
t′2 墙 = 780℃ ， t′3 墙 = 485℃， t′4 墙=60℃则
耐火层S1的平均温度 ts1均=（950+780）/2=865℃， 硅酸铝纤维层S2的平均温度 ts2均=（780+485）/2=632.5℃, 硅藻土砖层S3的平均温度 ts3均=（485+60）/2=272.5℃， S1、S3层炉衬的热导率由附表3得
1.炉墙及炉顶蓄热
拱角砖的厚度
Ｖ侧粘＝ 2×［1.741×(12×0.067+0.135) ×0.115=0.376m3 Ｖ前粘后＝ 2×[(0.869+0.115×2)×(16×0.067+0.135)]=0.305m3
Ｖ顶粘＝ 0.97×(1.741+0.276) ×0.115=0.225m3
1.炉顶平均面积
F顶内
2R
6
L
2 3.14 0.869 6
1.741
1.585
m2
F顶外 B外 L外 1.430 2.300 3.318 m2
F顶均 F顶内 F顶外 1.585 3.318 2.29 m2
2．炉墙平均面积
F墙均 F墙内 F墙外 3.34111.68 6.25 (m2 )
高 H （65 2） 9 37 640 mm
拱角砖矮边 高度
炉底支撑砖厚度
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=1500mm ； B效=700 mm； H效=500mm
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113mmQN—1.0轻质粘土砖+50mm密度为 250kg/m3的普通硅酸铝纤维毡+ 113mrnB级硅藻土砖。
所以
P安
C
0.5 升
F
0.9
(t 1000
)1.
55
30 40.5 6.440.9 ( 950 )1.55 1000
74.1kW
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
由附表6得，工件在950℃及20℃时比热容分别为
C件2 = 0. 63kJ/(kg ﹒℃) ， C件1=0.486kJ/(kg·℃)， 根据式(5—1) Q件 P（c2t2 c1t1）（kJ / h） （5 —1）
按统计资料，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=0.7左右，根据 标准砖尺寸，选定炉膛高度H=0.640m。
因此，确定炉膛尺寸如下：
砖长 砖 缝
长 L （230 2） 7 （230 1 2） 1741 mm
长度
炉底搁砖宽度 2
宽 B （120 2） 4 （65 2）（40 2） 2 （113 2） 2 869 mm
S2
2
788.6 730.4 0.05 0.129
497.8℃
t3墙 t3墙 t3墙
497.8 485 100% 485
2.64%
5%,不需重算。
③验算炉壳温度t4墙
t4墙
t3墙
q墙
S3
3
497.8 730.4
0.115 0.194
64.9℃＜
70℃
满足一般热处理电阻炉表面温升<50℃的要求。室温20 ℃
3.炉底平均面积
F底内 B L 0.869 1.741 1.51m2
F底外 B外 L外 1.430 2.300 3.36m2
F底均 F底内 F底外 1.51 3.36 2.23m2
五、计算炉子功率
1．根据经验公式法计算炉子功率
由式(5—14)
P安
C
F 0.5
升
0.9
( t )1. 1000
2 3
(t g
ta )
20
2 3
(950
20)
640℃
Q溢 qVa aC（a t＇g ta） t
314.11.29 1.342 (640 20) 0.1
33713kJ / h
(5)其它热损失 其它热损失约为上述热损失之和的10%~20%，故
Q它=0.13(Q件+Q散+Q辐+Q溢) =0.13 × (95117+25020.4+8877.75+33713) =23346 .1 kJ/h
Ｖ纤侧＝ 2×[(1.741+0.115) ×(12×0.067+0.135) ×0.05=0.174 m Ｖ前粘后＝2×[(0.87+0.115×2)×(16×0.067+0.135)×0.05
55
取式中系数C=30[(kW﹒h0.5)/(m1.8﹒C1..55)，空炉升温时间
假定为τ升= 4h，炉温t =950℃，炉膛内壁面积F壁
F壁 2（1.741 0.640) 2 (0.869 0.64) 1.741 0.869
600 2 3.14 0.869 3600 1.741 6.44m2
(3)开启炉门的辐射热损失
设装出料所需时间为每小时6分钟，根据式(5—6)
Ｑ辐
3.6 5.675F［t （1T0g0）4
（ Ta ）4 ] 100
式中：C—黑体辐射系数； F—炉门开启面积或缝隙面积（m）；
3.6—系数；φ—炉口遮蔽系数；
δt—炉门开启率(即平均1小时内开启的时间)，对常开炉门或炉壁 缝隙而言δt=1。
0.511 0.129 0.194 12.17
730.4W / m 2
②验算交界面上的温度t2墙、t3墙
t2墙
t1
q墙
S1
1
950 730.4
0.115 0.511
788.6
℃
t2墙
t
2墙
t
2
墙
788.6 780 100% 780
1.1%
5%,满足设计要求,不需重算。
t3墙
t2墙
q墙