箱式电阻炉设计(修改版)

佳木斯大学

热处理设备课程设计（说明书）

题目：热处理箱式电阻炉的设计

（生产率110kg/h，温度≤600℃）

院（系）：材料科学与工程学院

专业班级：金属一班

学号：**********

学生姓名：位来

指导教师：**

起止时间：2012-11-19~2012-12-10

课程设计任务及评语

目录

一、炉型的选择 (1)

二、确定炉体结构和尺寸 (1)

三、砌体平均表面积计算 (2)

四、计算炉子功率 (2)

五、炉子热效率计算 (5)

六、炉子空载功率计算 (5)

七、空炉升温时间计算 (5)

八、功率的分配与接线 (6)

九、电热元件材料选择及计算 (6)

十、电热体元件图 (7)

十一、电阻炉装配图 (7)

十二、电阻炉技术指标 (7)

参考文献 (8)

设计任务：

按工作要求可设计一台热处理电阻炉，其技术要求为：

(1)用途：中低碳钢、合金钢毛坯或零件的淬火、正火处理，处理对象为中小型零件，无定型产品，处理批量为多品种，小批量；

(2)生产率：110kg/h；

(3)工作温度：最高使用温度≤600℃；

(4)生产特点：周期式成批装料，长时间连续生产。

一、炉型的选择

根据设计任务给出的技术要求和生产特点，本设计宜选用箱式热处理电阻炉。

二、确定炉体结构和尺寸

1．炉底面积的确定

根据所学知识炉底面积用炉底强度来计算。生产率为110kg/h，即可选择箱式炉用于淬火和正火时的单位面积炉底强度h为115kg/(m2·h)，故可求得炉底有效面积

F1 = P/h= 110/115 = 0.96m2

K为有效面积与炉底总面积的比例系数，K=F/F1=0.75~0.85，我们取系数为0.84，则炉底实际面积：

F = F1/0.84 =0.96/0.84 =1.14m2

2．炉底长度和宽度的确定

考虑到工作时的状态，长度与宽度之比L/B=3:2，因此可知B =930m，L =1310m。

又因为要考虑便于砌砖，根据标准砖尺寸，取L =1380mm，B =920mm。

3．炉膛高度的确定

炉膛高度可根据经验总结来计算，炉膛高度H与炉底宽度B之比H/B大约在0.8左右，本设计根据炉子工作条件并考虑利于辐射散热与对流传热等因素，这里取H/B = 0.85，再根据标准砖尺寸，最终选定炉膛高度H = 780mm。因此，确定炉膛尺寸如下：长L = 230×8 = 1380mm，宽 B = 115×8 = 920mm，高H = 65×12 =780mm。

为使工件在炉内正确安置，应保证工件与炉膛内壁之间有一定的距离，确定工作室有效尺寸大约为

L效= 1320mm，B效= 860mm，H效= 720mm。

4．炉衬材料及厚度的确定

分析箱式电阻炉内部环境，可知侧墙、前墙及后墙以及炉顶的工作环境类似，可采用相同的二层炉衬结构，即115mm耐火的轻质粘土砖加上150mm保温的膨胀蛭石。轻质粘土砖使用牌号为QZ-13，密度为1.3 g/cm3的。膨胀蛭石的密度为0.2g/cm3。炉底采用厚为115mm的搁砖和厚为65mm的轻质粘土砖以及保温填料砌成。

三、砌体平均表面积计算

砌体外廓尺寸如附图1所示：根据公式可知，

L

外

= L+2×(115+150) = 1910mm，

B外= B+2×(115+150) = 1450mm，

H外= H+(115+150) +65+230+115+f = 1579mm。

式中f -- 拱顶矢高，采用60°标准拱顶，拱弧半径R = B，则f = R(1-cos30°) = 124mm。

1．炉顶平均面积

炉顶外面积：F顶外= B外×L外=2.770m2

炉顶内面积：F

顶内

= (2πR/6)×L = 1.330m2

炉顶平均面积：F

顶均

== 1.919m2

2．炉墙平均面积

炉墙面积包括侧墙面积及前后墙面积，为简化计算将炉门包括在前墙内，则：

炉墙外面积：F

墙外= 2H

外

(L

外

+B

外

)=2×1.579×(1.910+1.450) = 10.611m2

炉墙内面积：F

墙内

= 2LH+2BH = 2×1.380×0.780+2×0.920×0.780=3.588 m2

炉墙平均面积：F

墙均

= 6.170 m2

3．炉底平均面积

同理，可把底面近似实体，求出面积。

炉底外面积：F

底外=B

外

×L

外

=1.450×1.910 = 2.7695m2

炉底内面积：F

底内

=B×L=0.920×1.380= 1.2696 m2

炉底平均面积：F

底均

2四、计算炉子功率

炉子的功率本设计可采用热平衡法来计算。

1．加热工件所需的热量Q 件

查阅相关文献[1]可知工件在600℃及20℃时比热容分别为C 件

2=0.682KJ/(kg·

℃)， C 件1=0.494KJ/(kg·℃)，得：

Q 件=g (C 件2t 1 - C 件l t 0) =110×(0.682×600-0.494×20) = 43925.20 kJ/h

2．加热辅助夹具所需的热量Q 辅 根据公式

Q 辅=5％Q 件=0.05×43925.20=2196.26

3．通过炉衬的散热损失Q 散

求炉墙散热损失，需假设炉壳内外温度和两层材料在界面上的温度，t 1=600℃，t 2 = 60℃, t 界= 520℃。

耐火层S 1的平均温度：t 1均

=(600+520)/2=560℃，保温层S 2的平均温度：t 2

均

=(520+60)/2=290℃

轻质粘土砖的热导率[1]为

λ1=0.407+0.349×10-3×t 1均=0.407+0.349×10-3×560=0.60244W/(m·℃)

膨胀蛭石的热导率，由t 2均=290℃得

λ2 =0.07+0.00025×t 3均= 0.07+0.00025×290 = 0.1425 W/(m·℃)

当炉壳温度为60℃，室温为20℃时，可近似计算得 αΣ=12.7W/(m 2·℃) a) 计算热流

q 墙 =(600-60)/(S 1/λ1+ S 2/λ2 +1/αΣ)=(600-60)/(0.115/0.60244+0.15/0.1425+0.06)

=414W/ m 2

b) 计算交界面上的温度t 界

t 界 =1

1s t q λ1

-墙

=600-414×0.115/0.60244=521℃，

求证中间温度是否合理，由于(521-520)/521=0.2%<5%，说明假设温度合理，不需要重新设定。

c) 计算炉墙散热损失

炉墙散热损失：Q 墙散= q 墙·F 墙均 =414×6.170=2554.38 W 炉顶散热损失：Q 顶散= q 墙·F 顶均=414×1.919=794.47 W 炉底散热损失：Q 底散= q 墙·F 底均=414×1.875=776.25 W

则：整个炉体散热损失Q 散= Q 墙散+Q 顶散+ Q 底散=4125.10W=14850.36KJ/h