井式电阻炉课程设计

目录

一设计任务 (1)

二炉型的选择 (1)

三炉膛尺寸的确定 (1)

四砌体平均表面积计算 (2)

五电阻炉功率的计算 (2)

六电阻炉热效率计算 (6)

七炉子空载功率计算 (6)

八空炉升温时间计算 (6)

九功率的分配与接线 (9)

十电热元件材料选择及计算 (9)

十一、炉子技术指标 (12)

十二、绘制炉型图 (12)

一、设计任务

设计种类：轴类工件，杆件和长管件的回火加热（材料为中碳钢，低合金钢） 生产能力：160 kg/h

零件最大尺寸：Φ50*1800mm 作业制度：3班制生产

二、 炉型的选择

根据技术条件要求，工件材料为中碳钢或者低合金钢，热处理工艺为回火，对于中碳钢或低合金钢回火最高温度大约为600～700℃，所以选择中温炉（上限950℃）即可。金属热处理多用箱式炉、井式炉或者连续电阻加热炉。同时工件规定是长轴类，选择箱式炉，并且无需大批量生产、工艺多变，则选择周期式作业。综上所述，选择周期式中温井式电阻炉。

三、炉膛尺寸的确定

1、炉底面积的确定：

用炉底强度指标法计算，炉底有效面积： 查表5.1得g s =100Kg/（m 2·h ），又G s =160Kg/h F a =

gs G s =100

160

=1.6（m 2） 由于存在关系式Fa

F

=0.78~0.85，取系数上限，得炉底实际面积： F=

85.0Fa =85

.06

.1=1.88（m 2） 2、炉底直径的确定： 由公式F=πR 2

=

4

D 2

π

D=

π

F

4=

14

.388

.1*4=1.55m 3、炉膛高度的确定：

由于加热工件的最大长度为1800mm ，工件距炉顶和炉底各约150mm ～250mm ，

则炉深 H=1800+250+250=2300mm 4、炉衬材料及厚度的确定：

炉体包括炉壁、炉底、炉底、炉门、炉壳架几部分。炉体通常用耐火层和保温层构成，尺寸与炉膛砌筑尺寸有关。设计时应满足下列要求：

（1）确定砌体的厚度尺寸要满足强度要求，并应与耐火砖、隔热保温砖的尺寸相吻合；

（2）为了减少炉衬热损失和缩短冷炉升温时间，在满足耐火、保温和机械强度要求的前提下，应尽量选用轻质耐火材料；

（3）保温材料的使用温度不能超过允许温度，否则将使保温性能降低； （4）炉衬外表面温升以保持在40~60℃为宜，否则会增大热损失，使环境温度升高，导致劳动条件恶化。

对于950℃的井式炉，用一层轻质粘土砖作为耐火层，硅藻土砖及蛭石粉做保护层，在炉膛底部应干铺一层粘土砖作为炉底。

对于深度较大的炉子，在耐火层和炉口砖之间应当留15～25mm 膨胀缝，炉膛底部应留有清楚氧化皮的扒渣口，炉衬外有炉壳保护。

综上所述，炉墙采用113mmQN-1.0轻质粘土砖+80mm 密度为250kg/m 3普通硅酸铝纤维毡+113mmB 级硅藻土砖。

炉顶采用113mmQN-1.0轻质粘土转+80mm 密度为250kg/m 3普通硅酸铝纤维毡+85mm 蛭石粉。

炉底采用QN-1.0轻质粘土转(67*2)mm+50mm 密度为250kg/m 3普通硅酸铝纤维毡+182mmB 级硅藻土砖和硅藻土粉复合炉衬。 炉壳用5mm 钢板制作。

四、砌体平均表面积计算

D 外=D+2*(115+80+115)=1550+620=2170(mm)

H 外=H+C 底+f+h 拱角 C 底=67*2+50+182=366mm

f=R(1-cos30°)=D(1-cos30°)=1550*(1-cos30°)=208mm h 拱角=(65+2)+(135+2)*2=341mm 、H 外=2300+366+208+341=3215(mm)

(1) 炉顶平均面积

F 顶内=622D π=255.1*614.3*2=2.51m 2

F 顶外=6D 42π=255.1*614

.3*4=5.03 m 2

F 顶均=

内

外

内外F F ln

F F -=51.203.5ln 51

.2-03.5=3.63 m 2

（2） 炉墙平均面积

F 墙内=2π内R *内H =2*3.14*0.775*2.3=11.19 m 2 F 墙外=2π外R *外H =2*3.14*1.085*3.215=21.91 m 2 F 墙均=

内

外

内外F F

ln F F -=19.1191.21ln 1.191-1.912=15.95m 2

（3） 炉底平均面积

F 底内=π内2R =3.14*0.7752=1.89 m 2 F 底外=π外2R =3.14*1.0852=3.70 m 2 F 底均=

内

外

内外F F ln

F F -=89.170.3ln .89

1-.703=2.69m 2

五、电阻炉功率计算

本炉采用理论设计法，理论设计法就是采用热平衡来确定炉子功率的方法。其

原理是炉子的总功率即热量的收入，应能满足炉子热量支出的总和。电阻炉的种类和作业形式不同，热量支出的具体项目和数量也不相同。

根据热平衡计算炉子功率：

（1） 加热工件所需的热量热Q

查表可知，工件在950℃及20℃时比热容分别为t C =0.636/()kJ kg C ⋅︒，

o C =0.486/()kJ kg C ⋅︒，所以

热Q =G s (o o f t t C -t C )=160*(0.636*950-0.486*20)=95117KJ/h

（2） 加热辅助构件（料筐、工具夹、支承架、炉底板、料盘等）所需的热

量辅Q

辅Q =G 辅(o o f t t C -t C )=0 KJ/h

（3） 加热控制气体所需的热量控Q 控Q =控G C(o f t -t )=0 KJ/h （4） 通过炉衬的散热损失散Q

通过炉衬的散热损失指炉膛内的热量通过炉体散发到大气中的损失。在炉子加热阶段，通过炉衬的散热损失属于不稳定态传热。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

散Q =

∑=+-n

i i

i i

n F S t t 11

1λ 对于炉墙散热，如图所示，首先假定界面上的温度及炉壳温度，墙‘

2t =850℃，