热处理设备课程设计指导书

热处理电阻炉课程设计指导书

张永宏编

材料学院金属系

2010年3月

目录

一、热处理电阻炉设计说明 (2)

（一）炉膛尺寸的确定 (2)

（二）炉衬材料的选择 (3)

（三）炉体结构的设计 (4)

（四）炉衬厚度的确定 (5)

（五）炉衬散热损失的计算 (8)

（六）电热元件的设计 (9)

（七）电阻炉功率的分配 (11)

二、热处理电阻炉设计的步骤与内容 (12)

三、热处理电阻炉设计任务书 (14)

四、热处理电阻炉课程设计参考资料 (16)

附录 (17)

附表1螺旋电热元件的电阻修正系数及允许表面负荷 (17)

附表2热处理电阻炉常用型钢 (17)

附表3电热元件常用数据 (21)

附表4常用单位换算表 (22)

一、热处理电阻炉设计说明

（一）炉膛尺寸的确定

合理地确定炉膛尺寸是热处理炉设计的一个重要环节，炉膛尺寸包括炉膛的有效尺寸和炉膛的砌砖体尺寸两个方面。确定炉膛尺寸最根本的依据是炉子的生产率（一般用年生产量或小时生产量g

件

表示），先由生产率确定炉膛有效尺寸，再由炉膛有效尺寸确定炉膛砌砖体尺寸。

1、确定炉膛有效尺寸

通常有两种方法：一种是排料法，一种是炉底强度法。排料法适合于品种少、专业化程度较高的热处理电阻炉的设计；炉底强度法是根据现有的各类电阻

炉的生产能力（用单位炉底面积的生产率p

o

[kg /m2·h]表示）的统计资料来确定炉底有效面积的方法。它实质是一种经验数据法，适合于品种多，且工艺周期各不相同的通用型热处理炉的设计。按炉底强度法确定热处理炉炉膛尺寸的步骤

是：先根据F

效=g

件

/p

o

确定出炉底的有效面积F

效

；再根据L

效

/ B

效

= ~ 2即可

确定出L

效和B

效

。按排料法或炉底强度法所确定的炉底有效尺寸B

效

和L

效

最后尚

需修正，使其与相近的标准系列的电阻炉一致，以便选用标准尺寸的炉底板。

井式炉的炉膛有效尺寸Φ

效和Ｈ

效

，通常可根据排料情况或料筐尺寸来确定。

按排料法设计时，工件之间的距离应不小于其直径或厚度。

2、确定炉膛砌砖体尺寸

通常在炉膛的两侧墙上都要安装电热元件，为了保证操作方便和加热均匀，在工件与电热元件之间要留出一定的距离。

在箱式炉中，一般规定工件到侧墙内壁的距离为~0.15m；靠近炉门处的炉温偏低，工件到炉门口之间也应留出~0.2m的距离。因此，箱式炉炉膛砌砖体的内腔尺寸为：

B

砌= B

效

+ 2~ (m)

L

砌= L

效

+ ~ (m)

在井式炉中，工件至电热元件之间应保持~0.2m的距离，工件至炉底和炉顶的距离应在~0.25m。因此，井式炉炉膛砌砖体的内腔尺寸为：

Φ

砌= Φ

效

+ 2~ (m)

H

砌 = H

效

+ 2~ (m)

3、箱式炉炉膛高度H

砌

的确定

箱式炉的炉膛高度H

砌

（指炉底板面至炉顶拱脚的距离）目前尚无一致的计算方法。原则上，中、高温炉以辐射传热为主，炉膛应稍高些以增大辐射面积，通常要求从装料上方到炉顶应保持 ~0.3m的空间。根据现有炉子的统计资料，

大多数箱式电阻炉的H

砌与B

砌

之比在~范围内变动，中温电阻炉一般可取左右。

另外，在决定炉膛高度时，必须考虑炉内侧壁上电热元件搁砖的层数。标准搁砖每层高度为67mm（包括2mm灰缝），在电热元件搁砖层数n确定后，H

砌

也可由下式确定：

H

= 67×搁砖层数n + 42 + 39（mm）

砌

（二）炉衬材料的选择

炉衬指的是由耐火材料与保温材料砌筑而成的耐火层和保温层。耐火层直接承受炉内的高温作用以及炉气的侵蚀，炉衬的结构强度主要决定于耐火层。保温层的作用是保温隔热，减少炉衬热损失，使炉壳温度不致过高，对炉衬结构强度只起辅助作用。炉衬材料选择原则如下：

1、耐火材料主要应考虑材料的最高使用温度，其次应保证炉衬有必要的结构强度和较小的蓄热损失。应在保证炉衬有必要的结构强度的前提下，尽可能采用轻质或超轻质耐火材料，减少重质耐火材料的使用。过去我国中温热处理电阻炉大都采用密度为或1.0g/cm3的轻质耐火砖。目前，我国在超轻质耐火砖和耐火纤维的研究开发上取得了很大的进展，轻质耐火砖的质量也有显着提高，如密度为0.6g/cm3的轻质粘土砖的耐压强度比过去提高了一倍多，这为电阻炉采用轻质砖作炉衬创造了极为有利的条件。目前有不少中温箱式电阻炉已采用这种耐火砖，在耐火砖外再衬一层硅酸铝耐火纤维毡，最外面是硅藻土砖和蛭石粉的混合结构。这种炉衬的总厚度比原来薄，空炉升温时间也比原来下降40~50%，节能效果显着。

从节能方面考虑，对周期作业炉，采用全耐火纤维炉衬最为理想。这种炉子不仅节能，而且炉衬薄、炉子轻、外形尺寸小、升温快。我国已研制成功采用全耐火纤维炉衬的中温电阻炉。可以预计耐火纤维炉衬今后将会得到广泛使用。

2、保温材料选择时主要应考虑最高使用温度、导热系数、比热容等几个方面。应尽量选择导热系数小、密度小的材料。同时要保证材料的最高使用温度高于保温层与耐火层接触面上的温度。保证炉子外表面温升不超过50℃。有时还要考虑保温层对炉膛结构强度的辅助作用。

（三）炉体结构设计

箱式炉的炉体包括炉底、炉壁、炉顶和炉门。井式炉的炉体包括炉底、炉壁和炉盖。

1、炉底

炉底起保护炉内热量和承载工件的作用。热处理电阻炉的炉底通常采用如下结构（自上而下）：

炉底钢板→石棉板→用硅藻土砖立砌成方格，方格中填充蛭石粉→平铺1~2层硅藻土砖→平铺一层轻质耐火粘土砖→支撑炉底板的重质粘土砖（竖砌）(参考教材70页图5-8和176页图12-9)。

炉底耐火层及保温层的厚度，可参考炉墙的厚度来决定。一般可比炉墙厚一些。注意支撑炉底板的重质粘土砖应安放在轻质耐火粘土砖上，不要直接安放在硅藻土砖上。

2、炉壁

700~1000℃的中温电阻炉的炉壁一般由115mm耐火层（轻质耐火砖）、180~232mm保温层（硅藻土砖和蛭石粉混合结构）和5~10mm石棉板组成，外包