1、 题 目 热处理炉设计 学 院 专 业 班 级 学 号 学生姓名 完成日期 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 2、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。3、炉膛尺寸的确定
2、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，P 0 =110Kg/（m 2h）F 有效 = P/P0 = 70/110 = 0.64（m 2）由于有效面积与炉底总面积存在关系式F/F1=0.750.85，取系数上限，得炉底实际面积：F=F 有效 =0.64/0.85=0.75m22.炉膛底部的长度和宽度的确定L 和 B 的比例为 21.5（小炉子取上限） ，取 L/B=2，因此F=L*B=0.5L2。可得，L= =1.28m2*FB=L/2=0.64m为方便砌砖 L=1392mm，B=760mm3.炉膛高度的确定按统计资料，炉膛高度 H 与宽
3、度 B 之比 HB 通常在0509 之间，根据炉子工作条件，取 HB=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 113mmLZ48 高铝砖+中间层为230mmQN1.0 轻质粘
4、土砖+保温层为 300mm 硅藻土粉+10mm 石棉板。 炉顶采用 113mmLZ48 高铝砖+（65*3）mmQN1.0 轻质粘土砖+230mm 硅藻土粉。炉门用 113mmQN1.0 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 65mmLZ48 高铝砖+2 层 65mmQN1.0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。
5、 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 =（2R/6）*L=1.79m 2 F 顶外 =B 外 *L 外 =6.97m2 F 顶均 = =3.53m2 顶 外顶 内 F2.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
6、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 ）=21.713m 2 F 墙均 = =9.66m2 墙 外墙 内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 = =3.45m2底 外底 内 F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 lt0)=120*(0.678*1200-0.486*20)=96466KJ
7、/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 = niFSt1对于炉墙散热，首先假定界面上的温度及炉壳温度，设t2=1180，t 3=950，t 4=90，t 5=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
8、： 1=2.09+1.86*10-3*ts1 均 =2.09+1.86*10-3*1190=4.303W/(m) 2=0.29+0.256*10-3*ts2=0.29+0.256*10-3*1065=0.563W/(m) 3=0.07+0.2*10-3*ts3 均 =0.07+0.2*10-3*520=0.174W/(m) 4=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=18
9、09W Q 底散 =q 墙 F 底均 =512.6*3.45=1768W 整个炉体散热损失 Q 散 =Q 墙散 +Q 顶散 +Q 底散 =4952+1809+1768=8529W 又因为 1W=3.6KJ/h，所以 Q 散 =8529*3.6=30704KJ/h（4）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，则Q 辐射 = )10()(75.*344TagtA因为 Tg=1200+273=1473K，Ta=20+273=293K， 由于正常工作时，炉门开启高度的一半，故 炉门开启面积 A=B*H/2=0.920*0.774/2=0.3560m2炉门开启率 t=6/60=0.1所以
10、可得，Q 辐射 = =19828KJ/h)10()(675.*344TagtA(5)开启炉门溢气热损失根据 Q 溢 =qV C (tgt )t，其中 qV =442.3m3/h空气密度 a=1.29kg/m3，则 Ca=1.434KJ/（m 3） ta=20 ，t g为溢气温度， tg=20+2/3（1200-20）=807所以Q 溢 =qV C (tgt )t=442.3*1.29*1.434*（807-20）*0.1=64392KJ（6）其他热量损失其他热量损失约为上述热损失之和的 1020故 Q 它 = 0.12*（Q 件 +Q 散 +Q 辐 +Q 溢 ）= 0.12*(96466+30
11、704+19828+64392)= 25369KJ （7）热量总输出其中 Q 辅 =0，Q 控 =0，所以 Q 总 =Q 件 +Q 辅 +Q 控 +Q 散 +Q 损 +Q 溢 +Q 它 =236759KJ/h（8）炉子的安装功率P 安 = 360总KQ其中 K 为功率储备系数，则P 安 =（1.4*236759）/3600=92.07kW在安全范围内，为了减少损耗，取炉子功率为 90kW。七、炉子热效率计算 1正常工作时的效率 = =96466/236759*100=40.7总件Q2在保温阶段，关闭炉门时的效率 =Q 件 /Q 总 -（Q 辐 +Q 溢 ）=96466/236759-(1982
12、8+64392)*100=63%八、炉子空载功率计算P 空 = =（30704+25369）/3600=15.6kW360它散 Q九、功率的分配与接线 90kW 功率均匀分布在炉膛两侧及炉底，组成 Y 接线。供电电压为车间动力电网 380V。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 1535kwm 2之间。 F 电 =2F 电侧 +F 电底 =2*1.856*0.774+0.920*1.856=3.66m2 W=P 安 /F 电 =90/3.66=24.60kW/m2十、电热元件材料选择及计算 由最高使用温度 1200，选用线状 0Cr25Al5 合金作电热元件，接线方式采用 Y。 理论计算法 (1)求 1200时电热元件的电阻率 当炉温为 1200时，电热元件温度取 1300，在 20时电阻率 20=1.40mm 2/m，电阻温度系数 =4*10 -5 -1，则
