中温井式电阻炉设计说明

1、中温井式电阻炉设计目录一、设计任务1、专业课程设计题目12、专业课程设计任务及设计技术要求1二、炉型的选择1三、炉膛尺寸的确定11 、炉膛有效尺寸 （排料法）11.1 确定炉膛内径D 11.2 确 定 炉 膛 有 效 高 度H 21.3 炉口直径的确定21.4 炉口高度的确定3四、炉体结构设计31、炉壁设计32、炉底的设计53、炉盖的设计64、炉壳的设计7五、电阻炉功率的确定71、炉衬材料蓄热量 Q蓄7 82、加热工件的有效热量Q件 9103、工件夹具吸热量Q夹通过炉衬的散热损失散 105、开启炉门的辐射热损失Q辐 126、炉子开启时溢气的热损失Q溢 127、其它散热Q它138、电阻炉热损失总

2、和Q总 139 、计算功率及安装功率13六、技术经济指标计算131、电阻炉热效率132、电阻炉的空载功率143、空炉升温时间14七、功率分配与接线方法141 、功率分配142 、供电电压与接线方法14八、电热元件的设计151、I 区152. II 区163. 电 热 元 件 引 出 棒 及 其 套 管 的 设 计 与 选择 184. 热 电 偶 及 其 保 护 套 管 的 设 计 与 选19参考书目、设计任务1、专业课程设计题目：中温井式电阻炉设计2、专业课程设计任务及设计技术要求：1、$90 X 1000中碳钢调质用炉.2、每炉装16根3、画出总装图4、画出炉衬图5、画出炉壳图（手工）6、画

3、出电热元件图7、写出设计说明书二、炉型的选择因为工件材料为$90 X 1000 中碳钢调质用炉对于中碳钢调质最高温度为 870+（3050） C,所以选择中温炉（上限950 C）即可，同时工件为圆棒长轴类工件， 因而选择井式炉，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，最高使用温度950 C。三、炉膛尺寸的确定1、炉膛有效尺寸（排料法）1.1确定炉膛内径D工件尺寸为090 X 10,装炉量为16根，对长轴类工件，工件间隙要大于或等于工件直径；工件与料筐的间隙取 100200mm 。炉膛的有效高度 150250mm 排料法如 图所示则：根据几何关系，每根

4、工件最小距离取 90mm，则可以计算出D= 2 X 90 X d=890mmD 效=d+2 X 100 200=1100又因炉壁内径比料筐大 200300mm故取：D砌=1500mmD 效=1100mm查表得可用砌墙砖为BSL 427 467 (A=168,B=190.8,R=765,r=675)型轻质粘土扇形砖。D 砌=1500mm由该砖围成的炉体的弧长为:S= D=3.14 X 1500=4710mm砖的块数：砖的块数为：4710 - 168=28.04 块，取整后N=28N=22对 D 进行修正得：D 砌=28 X 168 - 3.14=1500mm,修正后：取 D砌=1500mmD 砌

5、=1500mm1.2确定炉膛有效高度H由经验公式可以得知，井式炉炉膛有效高度 H应为所加热元件（或者料筐） 的长度的基础上加0.10.3m。H 效=1000+200=1200mmH= H 效+250=1450mm由于电阻炉采用三相供电，放置电热元件的搁砖应为3n层，搁砖21层H 砌=3n X (65+2)+67,n=6.88. 取整后取 n=7再将n=7代入上式，得 H砌=1474mmH 砌=1474mm选用代号为SND-427-09 的扇形搁砖每层搁砖数目为N= D砌十50=94.2，取整为94块。每层搁砖数目：搁砖总数n=94 X 21=1976 块N=941.3炉口直径的确定搁砖总数D效

6、=110mm，由于炉口用斜行楔形砖 n=1976 块故有，D效=74 X N 将D效=1100mm 代入，得N=46.7，取整后N=47 ,再将n=47代回上式，则得到 D炉口 =1107mm 。扇形砖选择8SL 0 427.077D 炉口 =166 X N至UD炉口得 D=20.8 取=21=1107mm o1.4炉口高度的确定N=21按一般的设计原则，炉口可由斜行楔形砖和 2层直行砖堆砌而成。故 H 炉口 = (65+2 ) X 3+32=233mmH 炉口 =233mm四、炉体结构设计炉体包括炉壁、炉底、炉盖、炉壳几部分。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

7、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)耐火、隔热保温材料的使用温度不能超过允许温度，否则会降低使用寿命；(4 )要保证炉壳表面温升小于 60 C,否则会增大热损失，使环境温度升高，导致劳动条件恶化。1、炉壁设计炉壁厚度可采用计算方法确定，下图为井式炉炉壁二层结构，第I层为耐火层，其厚度一般为 90mm，采用轻质粘土砖RNG-0.6 ;第U层为B级硅藻土砖+耐火纤维，其厚度取标准砖115 mm ，第川层为保温层，采用B级硅藻土砖架构中间填充矿渣棉，其厚度设

8、计为xmm。在稳定传热时，对各炉衬热流密度相同。根据课本的公式结合查表，可得：Si 90mm两层炉寸S2=115q=(t3-t0)，由设计参考书温升50 C,则炉壁温度 60 C,室温20 C是a? =12.17W/(m 2*C)所以 q=1217 x40=486.8 w/(m 2*C)RNG-0.6型轻质粘土砖：!to =20 C密度!600 kg m3 ；热导率 i 0.165 0.19 103t均 w m；C ;比热容C1 0.836 0.263 10 3t均 KJ KgC 。硅酸铝纤维密度 p2=120 kg/m 3;热导率入2=0.032+0.21X( 10 3t 均)*2W/(m*

9、 0C);比热容 C2=1.1KJ/(kg*0C)。1f由t2 b 1 12 2$(0.5中12占qSJ代入数据得：12332t2 o.23X0.001 165 2.165 2 0194 10(.5 o.194 10 950 0165 950 .09 64150)=820 CAm=0.032+0.21X (820+50 ) / 2 X 1000*2=0.0727w/ m. CS2=1 /486.6 X 0.0727 X (820-60)=113.5mm取 S2=115mm2、炉底的设计炉底结构通常是在炉底壳部的钢板上用珍珠岩砖或硅藻土砖砌成方格子，各t3=60 C t1 =950 Ct2 =8

10、20 C格子中填充蛭石粉。然后，在平铺二层重质粘土砖。I II *1 *t3=60 C炉底砖的厚度尺寸可参照炉壁的厚度尺寸，一般为230690mm 。由于要承受炉内工件的压力，且装出炉有冲击的作用。故炉底板要求又较高强度。由底至上，第一层为膨胀蛭石粉和硅藻土砖复合层，第二层，第三层为重粘土砖。结构：厚度/ mm材料：砌砖型号：I115膨胀蛭石粉+硅藻土砖B级BSL 427 -280n67重粘土砖RNG-1.3BSL -427 -01367重粘土砖RNG-1.3BSL - 427 - 013S2=1153、炉盖的设计炉顶的结构有平顶、拱顶和悬顶三种。当炉子的宽度为6003000mm 时, 可采用

11、拱顶，拱角可用60。和90。，其中使用最多的是60。，这种拱顶称为 标准拱顶。拱顶是炉子最容易损坏的部位，拱顶受热时耐火砖发生膨胀，造成砌 拱顶时，为了减少拱顶向两侧的压力，应尽量采用轻质的楔形砖与标准直角砖混 合砌筑炉盖结构图设计条件：炉膛温度950 C,壳体温度60 C,室温20 C上层采用普通硅酸铝纤维，下层用轻质粘土砖。结构厚度(mm)材料型号第一层180普通硅酸铝纤维第二层115轻质粘土砖BSRNG-0.6 427 444、炉壳的设计炉壳的尺寸取决于炉子砌体的尺寸， 炉子的砌体包在炉壳之内。炉体框架要 承受砌体和工件的重量以及工作时所产生的其它附加外力。 因此，框架要有足够 用的强度

12、，框架和炉壳一般通过焊接成型，构成整个整体，以保证强度和密封性 的要求。炉壳一般用35mm的Q235钢板，炉底用68mm的厚板，井式炉炉壳 圈一般用6.3或7号角钢制作。综上所述，炉壳采用5mm厚的Q235钢板，炉底选用8mm厚的钢板， 炉壳圈选用三根7号角钢均匀分布，两根7号角钢横向分布，炉底五根槽钢通 过焊接而成。五、电阻炉功率的确定电阻炉的功率大小与炉膛容积、炉子结构、炉子所要求的生产率和升温时间 等因素有关。确定炉子的功率需要综合考虑各方面的要求，本次设计采用理论计 算的方法计算电阻炉的功率。理论计算发是通过炉子的热平衡计算来确定炉子的功率。其基本原理是炉子 的总功率即热量的吸收，应能

13、满足炉子热量支出的总和。 热量的支出包括：工件 吸热量Q件、工件夹具吸热量Q夹、炉衬散热量Q散、炉衬蓄热量Q蓄、炉门和 缝隙溢气热量q溢、炉门和缝隙辐射散热量 Q辐、其他热损失Q它等。先预估算功率P古，采用炉膛面积法，P古=50 D砌H砌=110.55kw1、炉衬材料蓄热量Q蓄炉衬材料的蓄热量是指炉子从室温升到工作温度整个砌体所吸收的热量。计C)7算式为:Q壁I.4746000.84 2-0.752 8209501.068 - 200.8471 2Q蓄V (C2t2 C1t1)第I层：600 Kg . mC20.8360.26310 3C20.8360.26310 3V1H22213 .20=

14、0.8417 KJ (Kg|：C)；950 820 =1.068kj (Kgj=369103.42KJV2H23120120Kg m3 ; Ci0.9552C21.1KJ (Kg|：C)；0.84 282060 - 201.11.4742=52994.7KJQ 炉寸=Q1+Q2=369103.42+52994.7=422098.12KJ简化计算炉底蓄热:Q炉寸=4.22105KJr 29010 36009508201.068200.84172把 r=750 代入得：Q 蓄 1=114456.9KJr 211510 312020 1. 1820 60 , 1. 12把 r=750 代入得：Q 蓄

15、 2=14556.59KJQ 蓄=Q 1+Q 2=129032.56KJ简化炉顶的蓄热量Q 蓄（顶）=Q 蓄（底）=129032.56KJQ 总蓄=Q 炉寸 +Q 蓄（底）+Q 蓄（顶）=422098.12+129032.56+129032.56Q总蓄6.8105 KJ=680163.24KJ2、加热工件的有效热量Q件估算空炉升温时间:680163.243600P =3600110.551.71h则估计取整2小时，工件升温时间用经验公式工件直径1min 得到工/mm件升温时间取1.5小时，保温时间0.5小时，装炉时间0.3小时。则： =2+1.5+0.5+0.3=4.3h工件重量：G PVN

16、16793. 9434. 31.71h2097. 8 103793.943kg184. 637185 kg h取2小时4.3Q 件 g 件(C2t2 C1t1)G=793.9kg= 1859500.6789 - 200.4939148771.39 KJ h3、工件夹具吸热量Q夹因本次所设计正火炉不需使用夹具，故 Q夹=0Q牛1.48105 KJ4、通过炉衬的散热损失Q散散热损失就是炉膛内热量通过炉墙、炉顶、炉底散发到车间的热损失。因为炉顶、炉底散热一个较多，一个较少，因而在计算中将炉顶、炉底简化 成与炉壁散热情况一样。在炉衬传热达到热稳定的情况下，通过炉壁的散热损失, 可参考下图，按照下式计算

17、。1nD再* n T讥工汁工.!- 门.工A;*;:-:1飞炉衬蓄热情况简化计算图tl toSi1F miS23. 6先求出各层炉墙材料的平均热导率:10.165 0.19 10 3 950 82020.333 w m|c0. 0320. 212820 202 1030. 06904 Wm0 C各层炉墙的厚度S列出如下:S10. 09m; S20. 115m是炉壳外表面对空气的综合传热系数%2 C通过查表得=12.2Fm是各层平均面积，其公式如下所示，代入数据得:Fo10. 165m2 ；Fi2S1 H 砌2S12D砌 2S112.809m2 ；F22S12S2 H 砌2S1 2S222S12

18、S2216. 633m2Fm1丁11.487m2 ；F1F2214. 721m2公式中t是炉膛和室温t1950 C , t020 C将以上数据代入求Q散，所示如下:950 20Q散 3. 60. 090. 11510.33311.4870.06914.72112.216.633得 Q 散=23632KJ5、开启炉门的辐射热损失Q辐计算公式如下：44T1T2Q 辐 5.67513.6F t100100与T2分别是炉膛内部和炉外空气的绝对温度（K）;21 11 2F炉门开启的面积：F0.95m22炉口辐射遮蔽系数：L233-0. 2018，查表可知：0.83D 11100. 3t 炉门开启率：t,

19、 c 0.069764. 3将以上数据代入公式计算得：Q畐21923KJ6、炉子开启时溢气的热损失Q溢计算公式如下：Q 溢 VC Jt7Q散23632KJ其中：V 2200 rVR ;0. 34.30.06976 ；2200220021. 111.11一22 1.111.112一21.40.5950200.0697658177.96 KJ7、其它散热Q它21923KJ一般如下估算：Q它（0.51.0）Q散贝U: Q它0.62363214179.2 KJ8、电阻炉热损失总和Q总Q总Q牛0散QsQ益。它266683.55K J9、计算功率及安装功率P十C总、69.229KW计3600安装功率应大于

20、稳态时计算功率P安kP周期作业炉k取1.3到1.5之间。5.8104 KJ得：F安69.2291.31.5 KW 取 P安90KW:六、技术经济指标计算1、电阻炉热效率Q件100% 148771-39 100% 55.7%0总266683.55一般电阻炉的热效率为40%80%，满足要求。14179.2 KJ2、电阻炉的空载功率电阻炉的空载功率是指空炉在最高工作温度并稳定状态下所消耗的功率，又称为空炉损失。用下式计算：36002363214179.2360010.5 kw 空-11.6%3、空炉升温时间空炉升温时间是指在额定电压下,经过充分干燥、没有装料炉的电阻炉从冷Q总2.66105 KJ态加

21、热最高工作温度所需的时间空炉升温时间：升3600F安680163.243600902.09h七、功率分配与接线方法1、功率分配为了使炉膛温度均匀或工艺要求分区分布炉温， 需要将温度分布在炉内的各 个部分。井式炉功率大于75Kw是要考虑分区，H / D大于1也要分区。综上所述，由于本次设计电阻炉安装功率达到90Kw,所以为了更合理的设计与安装电热元件，现将炉膛分三区计算，上下区功率分别为：P计 109.89 Kw上区42Kw,下区都是48Kw。P安 150 Kw2、供电电压与接线方法电阻炉的供电电压，除少数因电热元件的电阻温度系数太大或要求采用低电 压供电的大截面电阻板外，一般均采用车间电网电压

22、，即220V或380V。电热元件的接线，应根据炉子的功率大小，功率分配等因素来决定。因炉子功率为150KW，即可采用三相380V星形，也可采用三角形接法。=55.55%综上所述，本次设计采用0Cr25AI5电热体材料，三相380V星形接法。P空=13.3Kw八、电热元件的设计分区层数功率I区9层42KWU区12层48KW选用0Cr25AI5 线状电热元件，电压 380V1、I区1.1供电电压和接线选用三相380V、星形接法P P安 42 14( KW)3n 3升=2.3hU 380-220(V)、31.2确定电热元件的单位表面功率因炉膛最高温度不超过950 C,结合选材0Cr25AI5查表得W

23、允 1.71W/cm31.3确定元件尺寸d 34.3 3：学u2w 允0(1t)1.4 (14 10 5 1100)1.5 mm代入上式得d=5.2mm,取 d=5.5mmL 0.785 10-3 卩勺2P t2 23 2205.50.785 1014 1.556mL 总=门L=3 X 56=168(m)G gM L =0.169 X 168=28.392 kg三相380V星形接法G 总=G n28.392 385.176kg3符合要求3.14005.5456 =1.447WCm3 1.71WcmI 区:1.4电热元件的绕制和布置电热元件绕制成螺旋状，布置安装在炉膛炉壁上，每3排串接成一相排电

24、热元件的展开长度：L折 56 3 18.67m每排电热元件的搁砖长度：L(D 砌 60) 25 4496.6mm电热元件螺旋直径：螺旋直径 D 46 d取：D 4d 4 5.5 22mm螺旋体圈数N和螺距h分别为：N 折18670270 圈D 3.14 22L 4496.6怖,“h 16.65mm 取 h=20mmN270202 3.64，满足h 24 d的要求。5.5电热元件螺旋节距h在安装时适当调整，炉口部分减少节距，增大功率。2、II 区2.1供电电压和接线选用三相380V、星形接法p 吃 4816KW3N3380/ 、U 壽 220( V)2.2确定电热元件的单位表面功率同上.W允 1

25、.71W/cm32.3确定元件尺寸P 14( KW)U=220(V)W 允 1.71W/cm：d=5.5mmL=56mL总=168( m)G 总=85.176kgL 折 18.67mL 4496.6mmD 22mm0(1t) 1.4 (1 4 10 5 1100) 1.5 |mm2/m代入上式得d=5.74mm ，取d=6.0mmh=20mm0.78510-3 U2d 20. 78510 3220262161. 5256. 24mL 总=门L=3 X 56.24=168.72(m )G gM L =0.236 X 168.72=33.913 kgG总33.9133101.74 kg102PdL100 163.14656.241.511.71 wcm3II 区:符合要求2.4电热元件的绕制和布置电热元件绕制成螺旋状，布置安装在炉膛炉壁上，每4排串接成一相排电热元件的展开长度：F* 16KWL折56.244 14.06 mU 220 V)每排电热