箱式热处理电阻炉设计

辽宁工业大学

热工过程与设备课程设计（说明书）题目：箱式热处理电阻炉设计

院（系）：

专业班级：

材料工程

及其自动化131

学号：

姓名：

指导教师：

起止时间：2014-12-15~2014-12-28

课程设计任务及评语

院（系）：教研室：材料教研室学号11111姓名名字专业班级

课程设计题目

箱式热处理电阻炉的设计

生产率220 kg / h，额定工作温度1200℃，炉底强度95 kg / m·h；

炉底强度系数0.83；蛭石保温材料

课程设计（论文）要求与任务(1) 炉型的选择

(2) 确定炉体结构与尺寸

(3) 计算砌体平均表面积

(4) 计算加热炉功率

(5) 计算炉子热效率

(6) 计算炉子空载功率

(7) 计算空炉升温时间

(8) 功率分配与接线

(9) 电热元件材料选择与计算

(11) 电热体元件图

(12) 电阻炉装配图

(13) 炉子技术性能指标

(14) 参考文献

时间安排（1）布置设计任务，设计方案讨论、选择炉型1天（2）炉膛尺寸、炉体结构和尺寸、绘制炉衬示意图。2天（3）炉子的加热功率、热效率、空炉升温时间。2天（4）功率的分配；电热元件尺寸、布置，绘制电热元件示意图。1天（5）绘制电热元件布置图和电阻炉装配示意图。1天（6）撰写、编辑、排版、修改设计说明书。4天（7）考核、答辩。1天

指导教

师

评语

及成绩成绩：指导教师签字：学生签字：

年月日

目录

目录................................................................................................................................................ I

1 炉型的选择 (1)

2 炉体结构及尺寸 (1)

2.1 炉底面积的确定 (1)

2.2 炉膛尺寸的确定 (1)

2.3 炉衬材料及厚度的确定 (2)

3 砌体平均表面积计算 (3)

4. 炉子功率 (6)

5 炉子热效率计算 (9)

6 炉子空载功率计算 (9)

7 空炉升温时间计算 (9)

8 功率的分配与接线 (11)

9 电热元件材料选择及计算 (12)

10 电热体元件图 (14)

11 电阻炉装配图 (15)

12 电阻炉技术指标 (16)

参考文献 (17)

设计任务：

为某厂设计一台井式热处理电阻炉，其技术条件为：

(1) 用途：碳钢、合金钢毛坯或零件的正火、淬火，处理对象为中、小型零件、非长杆类零件，无定型产品，小批量，多品种。

(2) 生产率：220 kg / h。

(3) 额定工作温度：1200 ℃。

(4) 生产特点：周期式成批装料，长时间连续生产。

1 炉型的选择

根据给定的技术要求选取高温箱式炉，箱式炉结构简单，操作方便，容易准确控制温度，炉膛温度分布均匀，便于使用控制气氛，容易实现机械化自动化操作。箱式炉生产能力较低，适用于小规模生产。高温箱式炉，炉衬厚度大，可以减少热损失。满足设计要求。

2 炉体结构及尺寸

炉体结构尺寸根据工件的形状，尺寸，装炉量以及炉子生产率来决定。同时考虑到炉子的传热特点、检修和装出料方便。在保证炉子生产率的情况下，尽量减小炉膛尺寸以降低能量消耗。

2.1 炉底面积的确定

根据炉底强度指标计算炉底面积。因为零件产品为无定型产品，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。根据已知的生产率p为220 kg / h，炉底强度h为95 kg/m2·h，故可求得炉底有效面积

F1 = p / h = 220 / 95 = 2.32 m2

式中F1 –炉底有效面积，m2；

p–炉子生产率，kg / h。本设计给定的生产率为220 kg / h；

h–炉底强度，kg /（m·h），

因为有效面积与炉底实际面积存在关系式K=F1 / F = 0.83，得炉底实际面积

F = F1 / 0.83= 2.32 / 0.83 = 2.79 m2

2.2 炉膛尺寸的确定

对于箱式热处理电阻炉，炉底长度与宽度之比约为3:2，所以由炉底长度公式

L =

3

2 F⨯

可知L =

2

2.79

3

⨯= 2.0 m

此段根据自己情况

自己写

由炉底宽度公式

B =

2

3 F⨯

得B =

3

2.79

2

⨯= 1.36 m

根据炉膛高度H与宽度B之比H / B = 0.8，可以知道H = 1.4 × 0.8= 1.08 m。因此，可以确定炉膛尺寸如下

L= 2000 mm B= 1360mm H= 1080mm 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= 2000mm B效= 1400 mm H效= 1100mm

2.3 炉衬材料及厚度的确定

高温箱式炉炉墙选取三层材料，分别为高铝砖，轻质粘土砖，蛭石。高铝砖，密度2.3 g / cm2，导热系数λ=2.09 + 1.86 × 10-3t，厚度113 mm。轻质粘土砖，密度2.0 g / cm2，导热系数λ=0.25 + 2.2 × 10-4t ，厚度113 mm。蛭石，密度0.2 g / cm2，导热系数λ=0.07 + 2.6 × 10-4t，厚度240 mm。炉衬包括炉墙、炉底和炉顶三部分。依次计算炉墙，炉底，炉顶。

1. 炉墙

对于高温炉，炉墙要求有较高的耐压强度或承受冲击负荷，根据经验及耐火砖尺寸，耐火层可选用一层高铝砖，厚度113 mm，一层轻质粘土砖，厚度为113 mm。保温层选用膨胀蛭石，其厚度需经计算确定，初步选取厚度为240 mm。炉墙内表面温度t0即为炉子的额定工作温度1200 ℃。假定界面温度t1为1150 ℃，界面温度t2为950℃，炉壳温度t3为50℃，即t0 = 1200 ℃，t1 = 1150 ℃，t2 = 950 ℃，t3 = 50℃则有：

高铝砖层S1的平均温度为：t1

均= 2

1

t

t+

=

12001150

2

+

= 1175 ℃，

轻质粘土层S2的平均温度为：t2

均= 2

1

2

t

t+

=

1500950

2

+

= 1050 ℃

蛭石层S3的平均温度为：t3

均= 2

3

2

t

t+

=

950500

2

+

= 500 ℃

S1、S2层炉衬的热导系数公式为

λ1均= 2.09 + 0.186 × 10-2λt1均= 2.09 + 0.186 × 10-2 × 1175 = 4.27 千卡/ (米2·时·℃)

λ2均= 0.25 + 0.22 × 10-3 ×t2均= 0.25 + 0.22 ×10-3 × 1050 = 0.481千卡/ (米2·时·℃)

λ3均= 0.07 + 0.22 × 10-3 ×t2均= 0.07 + 0.22 ×10-3 × 500 = 0.2千卡/ (米2·时·℃)

此段根据自己情况

自己写

k J 千焦耳