1、一、设计任务书题目：设计一台中温箱式热处理电阻炉；生产能力：160 kg/h；生产要求：无定型产品，小批量多品种，周期式成批装料，长时间连续生产；要求：完整的设计计算书一份和炉子总图一张。二、炉型的选择根据生产特点，拟选用中温箱式热处理电阻炉，最高使用温度 ，不通保护气氛。650三、确定炉体结构及尺寸1.炉底面积的确定因无定型产品，故不能用实际排料法确定炉底面积，只能用加热能力指标法。已知生产率 p 为 160 kg/h，按照教材表 5-1 选择箱式炉用于退火和回火时的单位面积生产率 p0 为100 kg/(m2h)，故可求得炉底有效面积：1=0=160100=1.62由于有效面积与炉底总面积
2、存在关系式 ，取系数上限，得炉底实际面1=0.600.85积：=10.85=1.60.85=1.8822.炉底长度和宽度的确定由于热处理箱式电阻炉设计时应考虑出料方便，取 ，因此，可求得：=2=0.5=1.880.5=1.94=2=1.942=0.97 根据标准砖尺寸，为便于砌砖，取 ，如总图所示。=1.970 ， =0.978 3.炉膛高度的确定按照统计资料，炉膛高度 与宽度 之比 通常在 之间，根据炉子工作条件，取 0.50.9。=0.654因此，确定炉膛尺寸如下：长 =(230+2)8+(23012+2)=1970 宽 =(120+2)4+(65+2)2+(40+2)3+(113+2)2
3、=978高 =(65+2)9+37=640 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： 效 =1700 效 =700 效 =500 4.炉衬材料及厚度的确定由于侧墙、前墙及后墙的工作条件相似，采用相同炉衬结构，即 轻质粘113 0.8土砖， 密度为 的普通硅酸铝纤维毡， 级硅藻土砖。+80 250 3 +113 炉顶采用 轻质粘土砖， 密度为 的普通硅酸铝纤维毡，113 1.0 +80 250 3膨胀珍珠岩 。+115 炉底采用三层 轻质粘土砖 ， 密度为 的普通硅1.0 （ 673） +50 250 3酸铝纤维毡， 级硅藻土砖和膨胀珍珠
4、岩复合炉衬。+182 炉门用 轻质粘土砖， 密度为 的普通硅酸铝纤维毡，65 1.0 +80 250 3级硅藻土砖。+65 炉底隔砖采用重质粘土砖 ，电热元件搁砖选用重质高铝砖。（ 35）炉底板材料选用 耐热钢，根据炉底实际尺寸给出，分三块或者四块，厚。20四、砌体平均表面积计算砌体外廓尺寸如下：外 =+2(115+80+115)=2590 外 =+2（ 115+80+115） =1590 外 =+(115+80+115)+674+50+182=1441试中 拱顶高度，此炉子采用 60标准拱顶，取拱弧半径 ，则 f 可由 =求得 f=131.052。=(130)1.炉顶平均面积顶 内 =26=
5、23.140.9786 1.97=2.017 2顶 外 =外 外 =1.5902.590=4.11812顶 均 =顶 内 顶 外 =2.0174.1181=2.882 22.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。墙 内 =2+2=2(+)=20.640(1.97+0.978)=3.77 2墙 外 =2外 （ 外 +外 ）=21.441（ 2.59+1.590）=12.052墙 均 =墙 内 墙 外=3.7712.05=6.74 23.炉底平均面积底内 =0.9781.97=1.93 2底外 =外 外 =1.5902.590=4.122底均 =底内 底外 =1.9
6、34.12=2.8 2五、计算炉子功率1.根据经验公式法计算炉子功率由教材式 （ 8.5）安 =0.9( 1000)1.55取式中系数 K 为保温系数，取值为 11，炉温 ，炉膛面积=650 避 =2(1.970.640)+2（ 0.9780.640） +1.970.978+23.140.978603601.97=5.7 2所以安 =0.9（ 1000） 1.55=115.70.9(6501000)1.55=27 由经验公式法计算得 安 302.根据热平衡计算炉子功率（1）加热工件所需的热量 件由资料附表得，工件在 及 时比热容分别为 ，65020 件 2=1.051()，根据式件 1=0.4
7、86 () (51)件 =(件 21件 10)=160(1.0516500.48620)=107748.8（2）通过炉衬的散热损失的热量 散I.炉墙的散热损失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。根据式 散 =1+1=1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， ，11 2墙 =540， ，则3墙 =3204墙 =60耐火层 的平均温度 ，硅酸铝纤维层 的平均温度 ，1 1均 =650+5402 =595 2 2均 =430 硅藻土砖层 的平均温度 ， 层炉衬的导热率由教材附表 3 得3 3均 =190 1， 31=0.290+0
8、.2561031均= 0.442（ ）3=0.131+0.231033均。=0.160（ ）普通硅酸铝纤维的热导率由教材附表 4 查得，在与给定温度相差较小范围内近似认为其热导率与温度成直线关系，由 ，得2均 =430 2=0.099（ ）当炉壳温度为 ，室温为 是，由教材附表 2 可得炉墙外表面对车间的综合传热系60 20数 =12.17(2)求热流 墙 = 11+22+33+ 1= 650200.1150.442+0.0800.099+0.1150.160+ 112.17=417.5 2验算交界面上的温度 2墙 和 3墙2墙 =1墙 11=541.5=|2墙 2墙 |2墙 =541.554
9、0540 =0.27%误差 ，满足设计要求，不需要重新估算。5%3墙 =2墙 墙 22=328.58=|3墙 3墙 |3墙 =2.61%误差 ，同样满足设计要求，不需要重新估算。5%验算炉壳温度 4墙4墙 =3墙 墙 33=54.2570满足一般热处理电阻炉表面升温 的要求。50计算炉墙散热损失 墙 散 =墙 墙 均 =417.56.74=2813.95II.炉顶的散热损失和炉墙散热损失同理： 2顶 =586.9 3顶 =376.454顶 =36.34顶 散 =顶 顶 均 =257.62.882=742.4 2III.炉底的散热损失 2底 =504.63底 =357.9 4底 =49.5 底散
10、 =底 底均 =309.42.8=866.32 2整个炉体散热损失散 =墙 散 +顶 散 +底散=2813.95+742.4+866.32=4422.67=15922（3）开启炉门的辐射热损失设装出料所需时间为每小时 6 分钟，根据辐 =3.65.660(100)4(100)4因为 ， ，由于正常工作是，炉门开启高度=650+273=923 =20+273=293 为炉膛高度一半，故炉门开启面积 ，炉门开启率=2=0.9780.6402 =0.316 2。=660=0.1由于炉门开启后，辐射口为矩形，且 与 之比为 ，炉门开启高度与2 0.3200.978=0.33炉墙厚度之比为 ，由教材图
11、1-14 第一条线查得孔口遮蔽系数 ，故0.320.316=1.01 =0.7辐 =3.65.660(100)4(100)4=5.6603.60.3160.10.7(923100)4(293100)4=3246.6 （4）开启炉门溢气热损失溢气热损失由公式得溢 =()式中， =19972 2=19970.9780.320 0.320=353.5 3冷空气密度 ，由附表得 ， 为溢气温=1.29 3 =1.302 (3)， =20 度，近似认为=+23()=20+23(65020)=440 溢 =()=353.51.291.302(44020)0.1=13062.1 (5)其他热损失其他热损失约
12、为上述热损失之和的 ，故10%20%他 =0.13(件 +散 +辐 +溢 )=0.13(107748.8+15922+3246.6+13062.1)=18197.335 (6)炉子热量总支出其中 ，由公式得辅 =0， 控 =0总 =件 +辅 +控 +散 +辐 +溢 +他=107748.8+15922+3246.6+13062.1+18197.335=158176.835 （7）炉子安装功率由教材式 （ 8.15）安 =总3600其中， 为功率储备系数，本炉设计中 取 1.3，则 安 =1.3158176.8353600 =57.11 与标准炉子相比较，取炉子功率为 。60 六、炉子热效率计算1
13、.正常工作时的效率由教材式（8.18）=件总 =107748.8158176.835=68.12%2.在保温阶段，关闭炉门时的效率= 件总 （ 辐 +溢 ） = 107748.8158176.8353246.613062.1=60.9%七、炉子空载功率计算空 =散 +他3600=15922+18197.3353600 =9.48八、功率的分配与接线功率均匀分布在炉膛两侧及炉底，组成 或 接线。供电电压为车间动60 、 、 力电网 。380核算炉膛布置电热元件内壁表面负荷，对于周期式作业炉，内壁表面负荷应在之间，常用为 之间。15352 2025 2电 =2电侧 +电 底 =21.7410.64
14、0+1.7410.978=3.92=安电 =603.9=15.382表面负荷在常用的范围 之内，故符合设计要求。1525 2九、电热元件材料选择及计算由最高使用温度 ，选用线状 合金作电热元件，接线方式采用 。650 0255 1.图表法有教材表 96 查得 电热元件， 箱式电阻炉 接线，直径 时，0255 60 =4.5 其表面负荷为 。每组元件长度 ，总长度 ，元件总质量1.39 2 组 =50.1 总 =306.0 。总 =34.62.理论计算法（1）求 时电热元件的电阻率650 当炉温为 时，电热元件温度取 ，由资料附表 12 查得 在 时电650 1100 025520 阻率 ，电阻
15、温度系数 ，则 下的电热元件电阻率20=1.40 2 =4105 1 1100为=20(1+)=1.40(1+41051100)=1.46 2（2）确定电热元件表面功率根据本炉子电热元件工作条件取 。允 =1.6 2(3)每组电热元件功率由于采用 接法，即两组电热元件并联后再接成 的三相双星形接法，每组电热元件功 率组 =60=6032=10（4）每组电热元件端电压由于采用 接法，车间动力电网端电压为 ，故每组电热元件端电压即为每相电压 380 组 =3803=220 （5）电热元件直径线状电热元件直径由公式得=34.332组 （ 2组 允 ） =34.331021.46(22021.6)=3
16、.6 取 。=4.5 （6）每组电热元件长度和质量每组电热元件长度得组 =0.7851032组 2组 =0.78510322024.52101.46=46.1 每组电热元件质量得组 =42组 =3.144 4.5246.17.1105=5.24 其中 由附表查得 =7.1 3（7）电热元件总长度和总质量电热元件总长度得 总 =6组 =646.1=276.6 电热元件总质量得 总 =6组 =65.24=31.44 （8）校核电热元件表面负荷实 =组组 = 101033.140.454610=1.535 2，结果满足设计要求。实 允（9）电热元件在炉膛内的布置将 6 组电热元件每组分为 4 折，布
17、置在两侧炉墙及炉底上，则有折 =组4=46.14 =11.525 布置电热元件的炉壁长度 =50=197050=1920 丝状电热元件绕成螺旋状，当元件温度高于 ，螺旋节径 ，取1000 =（ 46） 。螺旋体圈数 N 和螺距 h 分别为=6=27=折=11.5253.1427103=136圈=1920136=14.1 =14.14.5=3.13按规定， 在 范围内满足设计要求。 24根据计算，选用 方式接线，采用 所用电热元件质量最小，成本最低。 =4.5 电热元件节距 h 在安装时适当调整，炉口部分增大功率。电热元件引出棒材料选用 ， 。1189=12 ， =500 十、炉子构架、炉门启闭机构和仪表图（略） 。十一、炉子总图，主要零部件图及外部接线图（略） ，砌体图（略）十二、炉子技术指标（标牌）额定功率： 60 额定电压： 380最高使用温度： 650 生产率： 160 相数：3 接线方法： 工作室有效尺寸： 1700700500外形尺寸：质量： 出厂日期：
