中温箱式电阻炉设计说明

1、下载可编辑222481 42 0.专业 .整理 .下载可编辑试验设计及计算数据及结果一、设计任务设计要求： 1、低合金钢调质用炉；2、最大生产率 75kg/h ；3、画出总装图；4、画出炉衬图；5、画出炉壳图；6、画出电热元件接线图；7、写出设计说明书。二、炉型的选择热处理的工件材料：碳钢、低合金钢；热处理工艺：调质处理。对于碳钢和低合金钢奥氏体化最高温度为【912+(3050) 】， 中 温箱 式电回火的最高温度为 650，故选择中温炉即可，同时工件尺寸和形 阻炉状没有特殊规定也不是长轴类，则选择箱式炉，并且无需大批量生产、品种多、工艺用途多，所以选择周期式作业。综上所述，决定选择周期式中温

2、箱式电阻炉，不通保护气氛，炉子最高使用温度为950。三、炉膛尺寸的确定1、炉膛有效尺寸由于无典型工件，无法按排料法确定，故采用炉底强度指标法计算，即根据炉子的生产率及生产能力来计算。.专业 .整理 .下载可编辑（1）炉底有效面积：查参考文献【21】表 2-1 得， Gh=100kg/ （mh）F效= g件 = 75 =0.75m2Gh100（2）炉膛有效尺寸：L 效= （2 1.5）F 效L 效=0.75 1.6 =1.39m=1390mm取 L 效=1390mm，（ 3）炉膛有效宽度：B效= （1/ 2 2/3)F效B效 = 580.75 =0.541=541mm取 B 效=550mm（ 4

3、）根据参考文献【 1】表 2-2 选择标准尺寸为 1390550L 效=1390mm45/12mm的炉底板，炉底板材料为Cr-Mn-NB 效=550mm故 L 效=1390-100=1290mm，B 效=550mm 2、炉膛腔砌墙尺寸 取直行砖炉膛宽度：B砌 =B效+2（ 0.1 0.15 ）B 砌 =5.5+20.15=580mmB 砌=1320mm取 B 砌=1208+409=1320 mm炉膛长度：L 砌=2036mmL 砌 =L 效+0.1=1.8+0.1=1900mm取 L 砌=5136+200=2036mm.专业 .整理 .下载可编辑炉膛高度：H 砌=（0.5 0.9 ）B 砌H砌

4、 =0.7 1320=854mm取 H砌=6712+35+37=876mm选择 12 层H砌=876mm四、炉体结构设计与材料选择n=12 层（一）、选择炉衬材料部分炉体包括炉壁、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）为了减少热损失和缩短升温时间，在满足强度要求的前提下，应尽量选用轻质耐火材料；（ 3）要保证炉壳表面温升小于 50，否则会增大热损失，使环境温度升高，导致劳动条件恶化。（二）、炉体结构设计和尺寸本炉设计为三层炉壁（如右图所示）

5、层选用 RNG-0.6 型轻质粘土砖，其厚度 S1=115mm；中间层选用密度为120 kg/ m 3 硅酸.专业 .整理 .下载可编辑铝耐火纤维，其厚度为S2=40mm；最外层选用 B 级硅藻土砖为骨架，膨胀蛭石粉进行填充。查文献【 2】表 1-5 、1-9 知：RNG-0.6 型轻质粘土砖：密度 1=800【kg/ m 3】热导率 1=0.165+0.194 10-3 t均【w/(m ) 】比热容 C1=0.836+0.263 10-3 t 均 【KJ/ （kg）】硅酸铝纤维：密度2=120【kg/ m 3】热导率 2=0.032+0.21 10-3 t 均2【w/(m) 】比热容 C2

6、=1.1 【KJ/ （kg）】膨胀蛭石粉：密度 3=250【kg/ m 3】热导率 3=0.+0.25 10-3 t 均 【w/(m ) 】比热容 C3=0.6573【KJ/ （kg）】01=0.294 ，b1=0.21 10-3 ； 03=0. ，b3 =0.25 10-3当 t 4=60时，由文献【2】表 2-12 查得 =12.17【W/() 】 q=12.17 （ 60-20）=486.8 （W/）将上述各数据代入公式得：t10122b12tqs12010.5bt1 101 11b10.21 10 30.165220.194 1030.50.194 10320.165 950486.8

7、0.1150.165950.专业 .整理 .下载可编辑S1=115mm= 779 （）S2=40mm为了计算2的值，先假设 t 3=661，由此得硅酸铝纤维的3S =230mm平均热导率的近似值t 1=9506617792t 2=779=0.178 【w/(m ) 】2 =0.032 0.211032t 3=661q s20.04 t3 =t2779486 .86900.178t 4=602t3t3100 %690661100%0.43%5%因为t3690故合理。由 s1tt0.5btt可得保温层的厚度：3q3403334s31661600.0770.50.2510366160486 .822

8、0 .9mm取 230mm（三）、炉顶的设计炉顶的结构有平顶、拱顶和悬顶三种。炉膛宽度小于400 到600mm的小型炉子，如振底式炉、输送带式炉常常采用平顶。当炉膛宽度为 600 到 3000mm时，可采用拱顶，拱角可用 60和 90， 采用拱顶，拱其中使用最多的是60。角 60的标因为炉膛宽度为1320mm，故采用拱顶，拱角为60的标准准拱顶拱顶。拱顶是炉子最容易损坏的部位，受热时耐火砖发生膨胀，造成砌筑拱顶时，为了减少拱顶向两侧的压力，应采用轻质的楔.专业 .整理 .下载可编辑形砖和标准直角砖混合砌筑。故选用厚楔形砖T-37，供脚砖采用TJ-91 。（四）、炉底的设计炉底采用一层 113m

9、m硅藻土砖填充蛭石粉，再平铺一层 67mm 的 QN-0.6 轻质粘土砖，一层 67mm的 B 级硅藻土砖，最上层采用230mm的重质高铝砖和 8 块加热元件搁砖支持炉底板，炉底板采用 Cr-Mn-N 耐热钢，厚度为 12mm。（五）、炉门框的设计炉门框的大小主要取决于工件的大小，要保证工件装、出炉操作方便，使工件装、出炉时不至于碰撞电热体并应减少炉膛向外的辐射损失。通常，炉口的尺寸应比炉膛稍小，故选择B框H框=1000mm700mm的炉门框。采用 230mm轻质耐火粘土砖B框框（六）、炉门的设计1000 700mmH 效=0.7 B 效 =0.7 1320=876mmH 效=6712+33=

10、837mm炉门尺寸为 B 门 H门=B效 H 效=1020mm837mm。（七）、炉体框架与炉壳的设计B门 门炉体外廓尺寸：1020mm837mmL 外 =L 砌+115+40+230+230=2036+230+115+60+220=2642mmB 外 =B砌+2（ 115+40+230）.专业 .整理 .下载可编辑=1320+2（ 115+40+230）=2090mmL 外=2642mmH 弧 =B砌- B 砌 Cos30=1320-1320Cos30=178mmB 外=2090mmH 外 =H砌+（115+40+230）+ H 弧+（115+67+67+230）=876+115+40+23

11、0+178+115+67+67+230=1985mmH外=1985mm五、电阻炉功率的计算本炉采用理论设计法，通过炉子的热平衡来确定炉子的功率。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。具体计算如下：1、加热工件的有效热量Q件Q 件件其中， g件 炉子生产率200kg/h、工夹具加入炉前和加热终了的温度，分1别为 20和 950C 、工件在 、 时的平均比热容【 KJ/1（kg）】查参考文献【】表得低合金钢在20时，比热容为 493.9 J/ （kg） ,950 时为 678.9J/ （kg）将其代入上式得： Q 件 200 0 .6789 950 0 . 4939 20=

12、127015 KJ/h件2、加热辅助工夹具所需的热量 Q辅127015 KJ/h.专业 .整理 .下载可编辑因为设计的是箱式炉，一般没有辅助加热工具，故：Q辅03、可控气氛吸热量 Q控因为未通入可控气氛，故：Q辅0Q控04、通过炉衬的散热损失Q散Q控0炉衬的散热损失即炉膛热量通过炉墙、炉顶、炉底散发到车间的热损失。在炉衬传热达到热稳定的情况下通过炉墙的散热损失，可按下式计算：Q散t1t 03.6 （式 1）S1S2S311Fm12 Fm 23Fm3F0式中：t1、 t 0 分别为炉壁温度 950和炉外车间温度 20 1、 2、 3 各层材料的平均热导率【 w/(m ) 】120.1650.19

13、410 3t均0.1650.19410 3950 7790.333 w/(m )2t均20.0320.2110377920.0320.216900.145 w/(m )21033 0.077 0.25 100.077 0.25 103t均36906020.170 w/(m )S10.115 mS 2=0.04mS3=0.23m.专业 .整理 .下载可编辑炉壳外表面对空气的综合传热系数【 w/(m ) 】查参考文献【 2】表 2-12 可得12.17 w/(m )2Fm1 、Fm2 、Fm3 各层平均面积（ m）2F0 炉壳外表面积（ m）各层平均面积如下近似计算：当 F22 时，F1F2 ；当

14、 F22时，F2 F1F1Fm2F1FmF2lnF1其中，F12B砌H 砌L砌H 砌B砌L砌21.3200.8762 .0370 .8761.320203711 .26（）F2 2B砌2S1 H砌 2S1L砌 2S1H砌 2S1B砌2S1 L砌2S1=15.47（）F32B砌 2S12S2H 砌2S1 2S2L砌 2S1 2S2H 砌2S12S2B砌2S1 2S2L砌 2S12S2=17.08（）F4 2B砌2S12S2 2S3H 砌2S1 2S2 2S3L砌2S12S22S3H 砌2S12S22S3B砌2S12S22S3L砌2S12S22S3=27.85（）.专业 .整理 .下载可编辑F 2

15、/F 12，F3/F 22，F4/F 32F1F211.2615.47（）Fm113.3622F2F315.4717.08（）Fm2216.272F3F417.0827.85（）Fm3222.462F0=F4=27.85 （）将以上数据代入式（ 1）解得 Q散 =31704.5 （KJ/h ）5、炉衬材料的总蓄热量Q蓄Q蓄VC2 t 2 C1t 13式中， V炉衬砌体的体积（m）t1、t 2 炉衬加热前后的平均温度（）3炉衬材料的体积密度（Kgm）Q散31704.5 KJ/hC1、C2炉衬加热前后的平均比热容【KJ/ （kg）】C00.8360.26310 3200.8412KJ/ （Kg）C

16、0.8360.26310 3 t均10.8360.26310 39507791.06 KJ/ （Kg）2C21.1KJ/ （Kg）C30.6573 KJ/ （Kg）V11.322.0360.8762.35 m3V23.87 m3.专业 .整理 .下载可编辑V 3=4.51m3V4=9.34 m 3V1V2V13.872.351.52 m3V2V3V 24 .53.870. 64m3V3V4V39.344.514.73m3333 1=600Kg/m2=120Kg/m1=250Kg/m各层的蓄热量 :Q蓄1V1 1 C1 t1C0 t01.506001.069507790.841220810068

17、 .4 KJ2同理 Q蓄 2=56628.0 KJQ蓄 3=280009.0KJ总蓄热量Q 总=Q蓄 1+ Q 蓄 2+ Q 蓄 3=1146705.4KJ6、开启炉子的辐射热损失Q辐4T24T13.6Ft （KJ/h ）Q辐 5.675100总蓄热量 Q 总100式中， T1炉膛部的绝对温度（ K），1223K=1146705.4T2炉外空气绝对温度 (K),293KKJF 炉门开启的面积（）炉口开启尺寸 1020mm837mm，即面积为 0.85 炉口辐射遮蔽系数， 查参考文献【2】图 2-16 得=0.83t 炉门开启率（ %），开炉门时间设每小时3 分钟即得.专业 .整理 .下载可编辑

18、3t0.0560将其数据代入上式得：Q辅=12277.2KJ/h7、开启炉门的溢气热损失Q溢T1T2（KJ/h）Q溢 VC2t式中， 进入炉的空气流量（3）Q辐Vm/h12277.2KJ/hC 空气的平均比热容【 KJ/ （ K）】，为 1.4 KJ/（ K）T1、T2 炉子外的温度，分别为950和 20t 炉门开启率，为0.053而 V=2200BH H （m/h ），B 为炉门宽度（ m），H为炉门开启高度（ m）故 Q溢 2200BHT1T2HC2t22001.320.8370.8379502043743.11.40.052KJ/h8、其它热损失 Q它Q它 =0.5 Q散=22193KJ

19、/hQ溢9、炉子每小时的总热量支出43743.1KJ/hQ总Q件Q辅Q控Q散Q辐Q溢Q它=236930.9KJ/hQ它.专业 .整理 .下载可编辑10、将总热量换算成计算功率P计P计Q总236930.9360065.8 KW360011、炉子的装备功率 P安P安K P计1.31.5 P计=1.37665.8=90.23 KW90KW12、电阻炉热效率的校核Q件100%127015Q总100% 0.536%23690一般电阻炉的热效率为40%80%，故符合要求。13、空炉升温时间的校核Q蓄12277.2升3.78 h符合要求。3600P安3600 9014、电阻炉的空载功率P空Q散Q它31704

20、.5 22193 .1P空14.97 KW36003600符合要求六、电热元件的设计（一）、电阻功率的分配因功率为 90KW，均匀分布在炉膛前后两个区。采用双星形接线法，供电电压为380V。（二）、电阻元件材料的选择选用 0Cr25Al5 线状电热元件（三）、电热元件的设计22193KJ/hQ总236930.9KJ/hP 安=90KW53.6%升 3.78 hP 空=14.97KW.专业 .整理 .下载可编辑1 、供电电压和接线供电电压为三相380V，双星形联接。P安90KWP3153n2U380220 V32、确定电热元件直径 dP=15 KWP2U=220 Vd34.3t32W允U式中，

21、P 元件功率（ KW），15KWU 元件端电压（ V），220Vt 工作温度下的电阻（.mm2/m）2W允 元件的允许表面负荷率（W/cm），查参考文献【 1】表 7-4可得： W允 =1.6 W/cm2其中，t0 1 t （ .mm2/m）式中，0 元件在 0时的电阻率（ .mm2/m）元件的电阻温度系数（1/ ）t元件的工作温度（），它比炉子的额定温度高 100200，此处选为1100。故 t0 1t 1.4 1 4 1051100 1.52 .mm/m将数据代入得： d=6.53 mm取 d=7mm3 、每根电热元件长度L 和总长度 L 总.专业 .整理 .下载可编辑L 0.785 10

22、-3 U 2d2 m P td=7mm式中， U元件端电压（ V），220VP元件功率（ KW）,24KWd元件线材直径（ mm）,7mmt工作温度下的电阻率（.mm2/m）， 1.45 .mm2/m故 L=82mL总nL 682492 mW102P100151.49 1.6 W/cm3，符合要求。dL3.147 824 、计算电热元件的重量M和 M总L 总 =492m查参考文献【 2】表 3-17 知，直径为 7mm的 0Cr25Al5 电热元件重量为 0.323kg/m ，则：M0.3238226.486 kgM 总6 26.486158.916 kg（四）电热元件的绕制和布置电热元件绕制

23、成螺旋状，均匀布置于两侧墙及炉底，分为前后两个区，侧墙为 16 层，炉底为 16 层。M 总 158.9161、炉墙每排电热元件的展开长度：kgL1826.83 m12每排电热元件的搁砖长度：L2=36 512=918 mm.专业 .整理 .下载可编辑电热元件螺旋直径D ：查参考文献【2】表 3-19 选择 D=5d，即 D=57=35mm L1=6.83m每排电热元件的圈数：L6.83103n162圈D3.1435D=35mm电热元件螺旋节距：hL2918n14.8 mm62按 h=（24）d 校验 h：n=62 圈h14.8d72.11，符合要求。h=14.8mm2 、炉底每排电热元件的展开长度：L1825.125 m16每排电热元件的搁砖长度：L2=943.5mm电热元件螺旋直径 D：L15.125 m查参考文献【 2】表 3-19 选择 D5d ，即 D,=35mm每排电热元件的圈数：L 2=943.5mmnL141圈D电热元件