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）：材料工程及其自动化131专业班级：学号：姓名：指导教师：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 / mh·；炉底强度系数0.83；蛭石保温材料课程设计( 论文)(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.................................................... 1..2.10 电热体元件图 ............................................................ 1..4.11 电阻炉装配图 ............................................................ 1..5..12 电阻炉技术指标 .......................................................... 1..6.参考文献.................................................................... 1..7..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/m 2 ·h ，故可求得炉底有效面积2 F 1 = p / h = 220 / 95 = 2.32 m 2式中F 1 – 炉底有效面积， m 2；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 =F 1 / F = 0.83，得炉底实际面积F = F 1 / 0.83= 2.32 / 0.83 = 2.79 m 22.2 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可知L = 2.79 2 = 2.0 m此段根据自己情况 自己写由炉底宽度公式得 B = 2.79 3= 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= 1360 mm H= 1080 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此段根据自己情况L 效= 2000 mm B 效= 1400 mm H效= 1100 mm 自己写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 1×0-3t，厚度113 mm。

轻质粘土砖，密度 2.0 g / cm2，导热系数λ=0.25 + 2.2 1×0-4t ，厚度113 mm。

蛭石，密度0.2 g / cm2，导热系数λ=0.07 + 2.6 -4× 10-4 t ，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=tt121200 1150= 1175 ℃，轻质粘土层S2 的平均温度为：t2t1t2 均= 均2 1500 950 = 1050 ℃蛭石层S3 的平均温度为：t3 均=t 2 t3 2S1、S2层炉衬的热导系数公式为λ1 均= 2.09 + 0.186 -210×-2λ1t均= 2.09 +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 -310×-3×t2均= 0.07 + 0.22 10-×3× 500 = 0.2千卡/ （米2·时·℃）950 50010-×2× 1175 = 4.27 千卡/ （米2·时·℃）(2)计算交界面上的温度 t 1、 t 2 由 t 1'= t 0 – q S 1 / λ1 均得t 1' = 1200 – 789.84 0×.113 / 4.27 = 1179.46℃验算界面温度 (t 1' – t 1)/ t 1'=(1179.46 – 1200)/ 1179.46 = 2.4 % < 5 % ，结果合理， 不需要重新假设界面温度。

t 2'= 1200 – 789.84 0×.113 / 4.27 – 789.84 0×.113 / 0.481 = 997.8℃验算界面温度 (t 2' –t 2)/ t 2'=(997.8 – 950)/ 997.8 = 4.79% < 5% ，结果合理，不需要 重新假设界面温度。

故确定保温层厚度为 240 mm 。

2. 炉底 炉底在高温下承受工件的压力，装出料时常受到弓箭的冲击或磨损，因此，要求有较 高的耐压强度，砌层厚度也要求比炉墙厚一些。

一般电阻炉的炉底结构是在炉底钢板上用 硅藻土砌成方格子做支撑，格子内再填充蛭石粉，上面在铺几层硅藻土或轻质砖，再往上 为耐火砖。

本设计炉底厚度为 408 mm ，分别为：炉底采用耐火层 230 mm ，材料为轻质粘 土砖，中间层厚度为 65 mm,材料为轻质粘土砖，绝热层厚度为 113 mm ，材料硅藻土砖， 炉底板材料选用 Cr3Si 耐热钢，根据炉底实际尺寸给出，厚 20 mm 。

3. 炉顶 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，即三层：耐火 层厚度 113 mm 高铝砖， 113 mm 轻质粘土砖，保温层厚度为 240 mm ，材料为膨胀蛭石。