辽宁工业大学热工过程与设备课程设计（说明书）题目：热处理箱式电阻炉的设计（生产率110kg/h，功率30kw，温度≤600℃）院（系）：材料科学与工程学院专业班级：材料083学号：学生姓名：指导教师：起止时间：2011-12-26~2011-1-8课程设计任务及评语目录一、炉型的选择.................................................................................................. - 4 -二、确定炉体结构和尺寸.................................................................................. - 4 -三、砌体平均表面积计算.................................................................................. - 5 -四、计算炉子功率.............................................................................................. - 6 -五、炉子热效率计算.......................................................................................... - 8 -六、炉子空载功率计算...................................................................................... - 8 -七、空炉升温时间计算...................................................................................... - 8 -八、功率的分配与接线...................................................................................... - 9 -九、电热元件材料选择及计算.......................................................................... - 9 -十、电热体元件图............................................................................................ - 10 - 十一、电阻炉装配图........................................................................................ - 10 - 十二、电阻炉技术指标（标牌）.................................................................... - 10 - 参考文献............................................................................................................. - 11 -设计任务：按工作要求可设计一台热处理电阻炉，其技术要求为：(1)用途：中低碳钢、合金钢毛坯或零件的淬火、正火处理，处理对象为中小型零件，无定型产品，处理批量为多品种，小批量；(2)生产率：110kg/h；(3)工作温度：最高使用温度≤600℃；(4)生产特点：周期式成批装料，长时间连续生产。
一、炉型的选择根据设计任务给出的技术要求和生产特点，本设计宜选用箱式热处理电阻炉。
二、确定炉体结构和尺寸1．炉底面积的确定因为无法确定产品类型，故无法用一次装料量来计算炉底面积，只能用炉底强度来计算。
已知生产率为110kg/h，则选择箱式炉用于淬火和正火时的单位面积炉底强度h为115kg/(m2·h)，故可求得炉底有效面积F1 = P/h= 110/115 = 0.96m2有效面积与炉底总面积的比例系数K=F/F1=0.75~0.85，取系数为0.84，则炉底实际面积：F = F1/0.84 =0.96/0.84 =1.14m22．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装出料方便，取L/B=3:2，因此，可求得B =930mL =1310m考虑到便于砌砖，根据标准砖尺寸，取L =1380mm，B =920mm。
3．炉膛高度的确定炉膛高度目前没有严格计算方法，根据统计的资料炉膛高度H与炉底宽度B之比H/B 通常在0.5~0.9之间，本设计根据炉子工作条件并考虑利于辐射与对流传热等因素，这里取H/B = 0.85，再根据标准砖尺寸，最终选定炉膛高度H = 780mm。
因此，确定炉膛尺寸如下：长L = 230×8 = 1380mm宽 B = 115×8 = 920mm高H = 65×12 =780mm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= 1320mmB效= 860mmH效= 720mm4．炉衬材料及厚度的确定箱式电阻炉侧墙、前墙及后墙以及炉顶的工作环境类似，可采用相同炉衬结构，即二层结构：115mm耐火的轻质粘土砖和150mm保温的膨胀蛭石。
轻质粘土砖牌号为QZ-13，密度为1.3 g/cm3的，膨胀蛭石的密度为0.2g/cm3。
炉底采用厚为115mm的搁砖和厚为65mm 的轻质粘土砖以及保温填料砌成。
三、砌体平均表面积计算砌体外廓尺寸如附图1所示：则：L外= L+2×(115+150) = 1910mmB外= B+2×(115+150) = 1450mmH外= H+(115+150) +65+230+115+f = 1579mm式中：f-- 拱顶矢高，此炉子采用60°标准拱顶，拱弧半径R = B，则f = R(1-cos30°) = 124mm。
1．炉顶平均面积炉顶内面积：F顶内= (2πR/6)×L = 1.330m2炉顶外面积：F顶外= B外×L外=2.770m2炉顶平均面积：F顶均== 1.919m22．炉墙平均面积炉墙面积包括侧墙面积及前后墙面积，为简化计算将炉门包括在前墙内，则：炉墙内面积：F墙内= 2LH+2BH = 2×1.380×0.780+2×0.920×0.780=3.588 m2炉墙外面积：F墙外= 2H外(L外+B外)=2×1.579×(1.910+1.450) = 10.611m2炉墙平均面积：F墙均= 6.170 m2 3．炉底平均面积炉底内面积：F底内=B×L=0.920×1.380= 1.2696 m2炉底外面积：F底外=B外×L外=1.450×1.910 = 2.7695m2炉底平均面积：F底均= 1.875m2四、计算炉子功率根据热平衡计算炉子功率1．加热工件所需的热量Q件由文献[1]附表6得，工件在600℃及20℃时比热容分别为C件2=0.682KJ/(kg·℃)，C件1=0.494KJ/(kg·℃)，则：Q件=g(C件2t1 - C件l t0) =110×(0.682×600-0.494×20) = 43925.20 kJ/h 2．加热辅助夹具所需的热量Q辅根据公式Q辅=5％Q件=0.05×43925.20=2196.263．通过炉衬的散热损失Q散对于炉墙散热，首先假定炉壳内外温度及两层材料界面上的温度，t1=600℃，t2 = 60℃, t界= 520℃,则:耐火层S1的平均温度：t1均=(600+520)/2=560℃保温层S2的平均温度：t2均=(520+60)/2=290℃轻质粘土砖的热导率由文献[1]附表3得λ1=0.407+0.349×10-3×t1均=0.407+0.349×10-3×560=0.60244W/(m·℃)膨胀蛭石的热导率，由t2均=290℃得λ2 =0.07+0.00025×t3均= 0.07+0.00025×290 = 0.1425 W/(m·℃) 当炉壳温度为60℃，室温为20℃时，由文献[1]附表2可近似计算得αΣ=12.7W/(m2·℃)a)求热流q墙=（600-60）/（S1/λ1+ S2/λ 2 +1/αΣ）=（600-60）/（0.115/0.60244+0.15/0.1425+0.06）=414W/ m2b)计算交界面上的温度t界t 界 =11s t q λ1-墙=600-414×0.115/0.60244=521℃，验算中间温度：（521-520）/521=0.2%<5%，说明假设温度合理，不需要重新设定。
c) 计算炉墙散热损失炉墙散热损失：Q 墙散= q 墙·F 墙均 =414×6.170=2554.38 W 炉顶散热损失：Q 顶散= q 墙·F 顶均=414×1.919=794.47 W 炉底散热损失：Q 底散= q 墙·F 底均=414×1.875=776.25 W则：整个炉体散热损失Q 散= Q 墙散+Q 顶散+ Q 底散=4125.10W=14850.36KJ/h 4．计算开启炉门的辐射热损失根据公式：Q 辐=3.6× 5.675FΦδt[4100Tg ⎛⎫⎪⎝⎭-4100Ta ⎛⎫ ⎪⎝⎭] 其中T g =600+273=873 K ，T a =20+273=293K ，炉门开启率δt =0.1；炉子正常工作时炉门全开，根据实际情况和工作要求可设炉门宽b=320mm ，高h=0.85b=272mm ，则炉门开启面积：F=b×h =0.320×0.272=0.08704 m 2由于炉门开启后，辐射口为矩形，炉门高度与炉墙厚度之比为0.272/0.265=1.03，经文献[1]中图1可查得：Φ=0.72则： Q 辐=3.6×5.675FΦδt[4100Tg ⎛⎫⎪⎝⎭-4100Ta ⎛⎫ ⎪⎝⎭] =3.6×5.675×0.08704×0.72×0.1×(5808.41-73.70) =733.58KJ/h5．计算开启炉门溢气热损失 因为溢气热损失Q 溢=VC (t a -t b ) δ其中 V 为进入炉内的冷空气量，根据公式可近似V=2200 b ·h ·h ½ =99.8679m 3/hC 为空气在温度t a ~ t b 之间的平均比热，即C =（1.181+0.435）/2=0.808。