1、1热处理电阻炉设计、 设计任务（见教材 80 页）、 炉型选择根据设计任务给出的生产特点，选用中温（6501000）箱式热处理电阻炉，炉膛不通保护气氛，为空气介质。、 确定炉膛尺寸1. 理论确定炉膛尺寸（1） 确定炉底总面积炉底总面积的确定方法有两种：实际排料法和加热能力指标法。本设计用加热能力指标法来确定炉底面积。已知炉子生产率 ，按教材表 5-1hkgP60选择适用于淬火、正火的一般箱式炉，其单位炉底面积生产率。因此，炉子的炉底有效面积（可以摆放工件的面积） 可)(1202hmkgp 1F按下式计算： 2015.6mpPF通常炉底有效面积和炉底总面积之比值在 0.750.85 之间选择。炉
2、子小取小值；炉子大取大值。本设计取中值 0.8，则炉底总面积 为，F2165.08.0. mF（2） 确定炉膛的长度和宽度炉底长度和宽度之比 在 3/22 之间选择。考虑到炉子使用时装、出料BL的方便，本设计取 ，则炉子炉底长度和宽度分别为:mLBF59.0218. ;18.6.（3） 确定炉膛高度2炉膛高度和宽度之比 在 0.50.9 之间选择，大炉子取小值，小炉子取BH大值。本设计取中值 0.7，则炉膛高度为： m391.05.70.2. 实际确定炉膛尺寸为方便砌筑炉子，需根据标准砖尺寸（23011365mm） ，并考虑砌缝宽度（砌砖时两块砖之间的宽度，2mm） 、上、下砖体应互相错开以及
3、在炉底方便布置电热元件等要求，进一步确定炉膛尺寸。依据理论计算的炉膛长度、宽度和高度，进一步确定炉膛尺寸如下：；mL16.05)230( mB 539.024031527)38()1( H42.6)(注意：实际确定的炉膛尺寸和理论计算的炉膛尺寸不要差别太大。3. 确定炉膛有效尺寸为避免热处理工件与炉膛内壁、电热元件和放置电热元件的搁砖发生碰撞，应使工件与炉膛内壁保持一定的距离。工件应放置的炉膛的有效尺寸内。炉膛有效尺寸确定如下： mL950效B4效H3效、 炉衬材料的选择及其厚度的确定炉衬材料的选择及其厚度的计算应满足在稳定导热的条件下，炉壳温度小于 60。由于炉子外壁和周围空气之间的传热有辐
4、射和对流两种方式，因此辐射换热系数和对流换热系数之和统称为综合传热系数 。炉壳包括炉墙、炉顶和炉底。这三部分外壁对周围空气的综合传热系数不同（见教材附表 2） ，所以三部分炉衬材料的选择及其厚度也不同，必须分别进行计算。1. 炉墙炉衬材料的选择及其厚度的计算3炉子的两边侧墙和前后墙可采用相同的炉衬结构，同时为简化计算，将炉门看作前墙的一部分。设炉墙的炉衬结构如图所示，耐火层是 113mm 厚的轻质粘土砖（QN0.8） ，保温层是 60mm 厚、密度为 350kg/m的普通硅酸盐耐火纤维毡和 230mm厚的 A 级硅藻土砖（耐火材料和保温材料的选择参照教材附表 3 和附表 4） 。这种炉衬结构在
5、稳定导热条件下，是否满足炉墙外壁温度小于 60，应首先求出热流密度，然后计算进行验证。在炉墙内壁温度 950、炉壳周围空气温度 20的稳定导热条件下，通过炉墙向周围空气散热的热流密度为： 1209531Sq1) 的确定321,S分别是轻质粘土砖、硅酸盐耐火纤维毡和硅藻土砖的厚度（m ） 。若考虑它们之间 2mm 的砌缝宽度，则 的厚度为：321,S； ； 。mS521360m2302) ， 的确定321,分别是轻质粘土砖、硅酸盐耐火纤维毡和硅藻土砖的平均热导率（W/m）; 是炉壳对周围空气的综合传热系数（W/m） 。要求出 和 ，首先必须假定各层界面温度和炉壳温度。设轻质粘321,土砖和硅酸盐
6、耐火纤维毡之间的界面温度 850，硅酸盐耐火纤维毡和硅藻2t土砖之间的界面温度 620，炉墙外壳温度 5560。如图所示。3t 4求轻质粘土砖的平均导热率查教材附表 3，可得轻质粘土砖（QN0.8）的平均导热率为：（ 为平均温度）pt31102.94.0 )28509(12.94.)(2. 331 t4=0.485 W/m求硅酸盐耐火纤维毡的平均导热率硅酸盐耐火纤维毡的平均温度 。根据教材附7352608532ttp表 4 查得，密度为 350kg/m3 的普通硅酸盐耐火纤维毡 700、1000的热导率分别为 0.121 W/m和 0.122 W/m。在 700 1000温度范围内，可近似认为
7、其平均导热率与温度成线性关系。则有：W/m12.073512.0710.2. 求硅藻土砖的平均导热率查教材附表 3，可得 A 级硅藻土砖的平均导热率为： pt3102.5.0 )2560(123.5.)(1. 433 t=0.183 W/m求炉墙外壳对周围空气的综合传热系数当炉墙外壳温度为 55，周围空气为 20时，由教材附表 2 可查得，外壳为钢板或涂灰漆表面时，对周围空气的综合传热系数为：W/m81.3) 求热流密度将以上数据代入求热流密度的表达式中，可求得热流密度为： 28.4506.29381.3.021.6485.09mWq 4) 验算各界面温度和炉墙外壳温度是否满足设计要求轻质粘土
8、砖和硅酸盐耐火纤维毡之间的界面温度 为：2t3.845.0149512 Sqt相对误差为 ，满足设计要求，不必重算。%67.803.42 t硅酸盐耐火纤维毡和硅藻土砖之间的界面温度为：5；2.631.08453.23 Sqt相对误差为 ，满足设计要求，不必重算。%.60.3 t炉墙外壳温度为：5860；183.02452.34Sqt因炉墙外壳温度小于 60，故炉墙炉衬材料及其厚度的选择满足设计要求。若实际计算后，外壳温度大于 60，必须重新选择炉墙炉衬材料及其厚度。2. 炉顶炉衬材料的选择及其厚度的计算设炉顶的炉衬结构为，耐火层是 113mm 厚的轻质粘土砖（QN0.8） ，保温层是厚度 60
9、mm、密度 350kg/m3 的普通硅酸盐耐火纤维毡和厚度 113mm 的膨胀珍珠岩。在炉顶内壁温度 950、炉壳周围空气温度 20的稳定导热条件下，通过炉顶向周围空气散热的热流密度为： 1209531Sq1) 的确定321,S分别是轻质粘土砖（QN0.8） 、普通硅酸盐耐火纤维毡和膨胀珍珠岩的厚度。若考虑它们之间 2mm 的砌缝宽度，则 的厚度为：321,S； ； 。mS15S602mS532) 的确定,321分别是轻质粘土砖、硅酸盐耐火纤维毡和膨胀珍珠岩的平均热导率（W/m） ; 是炉顶外壳对周围空气的综合传热系数（W/m） 。要求出和 ，首先必须假定界面温度和炉壳温度。设轻质粘土砖和硅酸
10、盐耐321,火纤维毡之间的界面温度 860，硅酸盐耐火纤维毡和膨胀珍珠岩之间的界2t面温度 580，炉顶外壳温度 5560。3t 4t6的确定1的确定2的确定3的确定3) 热流密度的计算将以上数据代入求热流密度的表达式中，可求得热流密度为： 2.5082.1935.10.2.648.0159mWq 4) 验算界面温度和炉顶外壳温度轻质粘土砖和硅酸盐耐火纤维毡之间的界面温度 为：2t0.83146.5209512 Sqt相对误差为 ，满足设计要求，不必重算。%.386.32 t硅酸盐耐火纤维毡和硅藻土砖之间的界面温度为：；5821.0625.123 Sqt相对误差为 ，满足设计要求，不必重算。%
11、3.5803 t炉顶外壳温度为：5760；10.5234Sqt因炉顶外壳温度小于 60，故炉顶炉衬材料及其厚度的选择满足设计要求。若实际计算后，外壳温度大于 60，必须重新选择炉墙炉衬材料及其厚度。3. 炉底炉衬材料的选择及其厚度的计算设炉底的炉衬结构为，耐火层是（65+2）3=201mm 厚的轻质粘土砖（QN0.8） ，保温层是厚度 80mm、密度 350kg/m3 的普通硅酸盐耐火纤维毡和（113+2 ）+ （ 65+2）2=249mm 厚的 A 级硅藻土砖。在炉底内壁温度 950、炉壳周围空气温度 20的稳定导热条件下，通过炉底向周围空气散热的热流密度为：71209531Sq1) 的确定
12、321,S分别是轻质粘土砖（QN0.8） 、普通硅酸盐耐火纤维毡和 A 级硅藻土砖的厚度。若考虑它们之间 2mm 的砌缝宽度，则 的厚度为：321,S； ； 。mS201S802mS4932) 的确定,321分别是轻质粘土砖、硅酸盐耐火纤维毡和 A 级硅藻土砖的平均热导率（W/m ）; 是炉底外壳对周围空气的综合传热系数（W/m） 。要求出 和 ，首先必须假定界面温度和炉壳温度。设轻质粘土砖和硅酸盐321,耐火纤维毡之间的界面温度 810，硅酸盐耐火纤维毡和 A 级硅藻土砖之间2t的界面温度 560，炉底外壳温度 5560。3t 4t的确定1的确定2的确定3的确定3) 热流密度的计算将以上数据
13、代入求热流密度的表达式中，可求得热流密度为： 25.38.9178.0241.48.0295mWq4) 验算界面温度和炉底外壳温度轻质粘土砖和硅酸盐耐火纤维毡之间的界面温度 为：2t1.804.5389012 Sqt8相对误差为 ，满足设计要求，不必重算。%52.180.2 t硅酸盐耐火纤维毡和硅藻土砖之间的界面温度为：；2.591.0835.23 Sqt相对误差为 ，满足设计要求，不必重算。%.560.93 t炉底外壳温度为：57.760；178.02493.934Sqt因炉底外壳温度小于 60，故炉底炉衬材料及其厚度的选择满足设计要求。若实际计算后，外壳温度大于 60，必须重新选择炉墙炉衬
14、材料及其厚度。、 炉子外形尺寸的确定和砌体平均表面积的计算1. 炉子外形尺寸的确定1) 炉子外形长度炉子的外形长度为炉膛长度加上两倍炉墙厚度，其值为： mL 974.1)236015(260外2) 炉子外形宽度炉子的外形宽度为炉膛宽度加上两倍炉墙厚度，其值为： B35.1)236015(239外3) 炉子外形高度炉子的外形高度由以下五部分组成（图 5-8 右图）：炉膛高度、拱顶高度、炉顶厚度、炉底厚度和炉底预留安装电热元件所需的高度及炉底板厚度。其中炉膛高度、炉顶厚度、炉底厚度已经求出。若炉子采用 60标准拱顶，取拱弧半径 ，则拱顶高度可由下式求出：BR;mf 72)30cos15930cos
15、1( （）为方便砌筑，预留安装电热组件所需的高度及炉底板厚度可取 65+2=67mm。综合以上五部分的高度，炉子外形高度为：9;mH 361.16724980156017240 ）（）（外2. 砌体平均表面积的计算炉子砌体平均表面积的计算方法有两种：算术平均值和几何平均值。本设计采用几何平均计算法。此方法首先需要算出炉子内壁和外壁的面积。1)炉顶平均表面积的确定炉顶内壁是弧面，内壁面积为：；2654.01.539.014.62360 mLRF 顶 内炉顶外壁是平面，外壁面积为： 27.97.B外外顶 外则炉顶平均面积为： 23.16.54.0mFF 顶 外顶 内顶 均2)炉墙平均表面积的确定炉
16、墙包括两侧墙和前、后墙。为简化计算，将炉门视作前墙，则炉墙平均面积为： ）外外外墙 外墙 内墙 均 BLHBLFF (2)(2）（ 35.1974.36.159.016.(402.=3.52m3) 炉底平均表面积的确定炉底平均面积为： )()(外外低 外低 内低 均 LBFF29.174.35.160.539.0 m、 用热平衡计算法计算炉子功率热平衡计算法是根据炉子的输入总功率等于各项能量消耗总和的原则，来确定炉子功率的方法。1. 炉子的主要能量消耗项101) 加热工件所需要的热量由教材附表 6 查得，低合金钢在 950和 20时的比热容分别为：kJ/(kg)和 0.486kJ/(kg)，热
17、处理炉的生产率3.095C20C，则加热工件所需要的热量为;hkgP6 )20486.9563.()95(200 Q件=35669kg/h2) 通过炉衬的散热损失通过炉衬的散热损失包括炉顶、炉墙和炉底三部分，有： 底 均底墙 均墙顶 均顶底墙顶散 FqqFqQQ hkJW/52.970.26429.153831503) 开启炉门的辐射热损失这部分热损失可由下式求得： 440106.3agt TFCQ辐式中 黑体辐射系数；0C炉门开启面积。炉子正常工作时，炉门开启高度为炉膛高度的一半，F故 ；217.024.539.02mHB遮蔽系数。开启的炉门是拉长的矩形，开启高度为，它与炉墙厚度之比为1.4.，查教材图 1-14 曲线 1 得 =0.56；5.023.6.015.炉门开启率。设装、出料所需时间为每小时 6 分钟，则炉门开启率为t0.1；炉气的热力学温度，为 950+273=1223K；gT炉外空气的热力学温度，为 20+273=293K，a将上述数据代入公式中，得：
