电阻炉设计

题目热处理炉设计学院

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一、设计任务

1、设计目的：设计可用于铸铁、碳钢、高合金钢高温退火、淬火的高温箱式电阻炉；

2、设计参数：

工件采用堆放，置于料筐中；周期性成批装料，长时间连续生产；最高使用温度：1250℃；额定温度：1200℃

淬火时生产率70Kg/h；

空炉升温时间（至1200℃）:5至7小时

炉壳表面温度<60 ℃

二、炉型的选择

因为工件材料为铸铁、碳钢、高合金钢，热处理工艺为淬火、退火，且最高温度为1250℃，选择高温炉即可。同时工件没有特殊规定并且需要小批量生产，则选择周期式箱式炉。综上所述，选择周期式高温箱式电阻炉。

三、炉膛尺寸的确定

1.炉底面积确定

因无定型产品，故不能用实际排料法确定炉底面积，只能用炉底强度指标法计算。

查表得，P0 =110Kg/（m2·h）

F有效 = P/P0 = 70/110 = 0.64（m2）

由于有效面积与炉底总面积存在关系式F/F1=0.75～0.85，取系数上限，得炉底实际面积：

F=F有效=0.64/0.85=0.75m2

2.炉膛底部的长度和宽度的确定

L和B的比例为2~1.5（小炉子取上限），取L/B=2，因此F=L*B=0.5L2。可得，

L=2*F=1.28m

B=L/2=0.64m

为方便砌砖L=1392mm，B=760mm

3.炉膛高度的确定

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=0.8左右，选定炉膛高度H=0.6m。因此，确定炉膛尺寸如下

长L=(230+2)*6=1392mm

宽B=(113+2)*8=920mm

高H=(65+2)*11+37=774mm

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=1600mm

B效=700mm

H效=700mm

四、炉体材料选择与结构设计

由于侧墙、前墙及后墙的工作条件相似，采用相同炉衬结构，应采用4层结构即耐火层为113mmLZ—48高铝砖+中间层为230mmQN —1.0轻质粘土砖+保温层为300mm硅藻土粉+10mm石棉板。

炉顶采用113mmLZ—48高铝砖+（65*3）mmQN—1.0轻质粘土砖+230mm硅藻土粉。

炉门用113mmQN—1.0轻质粘土砖做耐火层+200mm硅藻土砖为保温层。

炉底采用四层，即2层65mmLZ—48高铝砖+2层65mmQN—1.0轻质粘土砖+113mmB级硅藻土砖和200mm膨胀珍珠岩复合炉衬。炉底隔砖采用重质高铝砖，电热元件搁砖选用重质高铝砖。

炉底板材料选用Cr-Mn-Ni耐热钢，根据炉底实际尺寸给出，分三块或四块，厚20mm。

砌体结构如图所示：

五、砌体平均表面积计算

砌体外廓尺寸上图所示。

L外=L+2*(115+232+300+10)=1856+1314=3170mm

B外=B+2*(115+232+300+10)=920+1314=2234mm H外=H+f+(115+67*3+230)+67*4+113+200==2024mm

式中：f—拱顶高度，此炉子采用60°标准拱顶，取拱弧半径尺R=B，则f可由f=R(1-cos30°)=123mm求得。

1.炉顶平均面积

F顶内=（2πR/6）*L=1.79m2

F顶外=B外*L外=6.97m2

F顶均= 顶外

F=3.53m2

顶内F

2.炉墙平均面积

炉墙面积包括侧墙及前后墙，为简化计算将炉门包括在前墙内。

F墙内=2L*H+2B*H=4.30m2

F墙外=2H外（L外+B外）=21.713m2

F墙均= 墙外

墙内F

F=9.66m2

3.炉底平均面积

F底内=B*L=1.71m2

F底外=B外*L外=6.97m2

F底均=底外

底内F

F=3.45m2

六、计算炉子功率

1 ．根据热平衡计算炉子功率

(1)加热工件在1200℃及20℃时比热容分别为C件2=0.678KJ/(kg·℃)，C件1=0.486KJ／(kg·℃)，根据

Q件=p(C件2t1-C件l t0)=120*(0.678*1200-0.486*20)=96466KJ/h

(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

Q散=

∑

=+

-n

i

iFi Si tn

t

11

1

λ

对于炉墙散热，首先假定界面上的温度及炉壳温度，设t2'=1180℃，t3'=950℃，t4'=90℃，t5’=60℃

则有：

耐S1的平均温度ts1均=（1200+1800）/2=1190℃

轻质粘土砖层S2的平均温度ts2均=（1180+950）/2=1065℃

硅藻土粉S3的平均温度ts3均=（950+90）/2=520℃

石棉板S4的平均温度ts5均=（90+60）/2=75℃

则S1、S2、S3、S4层炉衬的热导率：

λ1=2.09+1.86*10-3*ts1均=2.09+1.86*10-3*1190=4.303W/(m℃)

λ

2=0.29+0.256*10-3*ts2=0.29+0.256*10-3*1065=0.563W/(m℃)

λ3=0.07+0.2*10-3*ts3均=0.07+0.2*10-3*520=0.174W/(m℃) λ4=0.163+0.174*10-3*ts4均=0.163+0.174*10-3*75=0.176W/(m℃)

（3）计算炉墙散热损失

Q墙散=q墙·F墙均=512.6*9.66=4952W

同理可以求得

Q顶散=q墙·F顶均=512.6*3.53=1809W

Q底散=q墙·F底均=512.6*3.45=1768W

整个炉体散热损失