添加页眉关键设备工程设计训练课程设计(论文)设计（论文）题目970℃150K g/h箱式电阻炉设计学院名称材料与化学化工学院专业名称材料科学与工程（金属方向）学生姓名学生学号任课教师设计（论文）成绩教务处制2016年01月08日目录1.设计任务书 (4)1.1技术条件 (4)1.2 主要任务 (4)2. 设计的目的和技术要求................................................ 错误！未定义书签。
2.1设计的目的................................................................... 错误！未定义书签。
2.2设计的技术要求.......................................................... 错误！未定义书签。
3. 箱式电阻炉设计说明书 (5)3.1 炉型的选择 (5)3.2确定炉体结构和尺寸 (5)3.2.1 炉底面积的确定 (5)3.2.2炉底长度和宽度的确定 (5)3.2.3 炉膛高度的确定 (5)3.2.4炉衬材料及厚度的确定 (6)3.3电热元件材料选择及计算 (7)3.3.1加热炉功率的计算 (7)3.3.2炉子热效率计算 (11)3.3.3炉子空载功率的计算 (11)3.3.4空炉升温时间计算 (11)3.3.5功率的分配和接线 (13)3.3.6电热元件材料选择及计算 (13)4.炉子技术指标（标牌） (15)5.箱式电阻炉使用说明书 (18)6.参考文献 (15)1.设计任务书1.1技术条件为某厂设计一台热处理电阻炉，其技术条件为：用途：中碳钢、低合金钢毛坯或零件的淬火、正火及调质处理；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。
生产率：150 kg/h工作温度：最高使用温度≤970℃；生产特点：周期式成批装料，长时间连续生产。
1.2 主要任务本课程设计的主要任务为：编写电阻炉设计说明书；按照工程制图的相关要求，手绘电阻炉设计1 号图纸一张，图纸要求整洁、规范，写出主要技术规范；设计电阻炉技术指标(标牌)；箱式电阻炉使用说明书；…3.箱式电阻炉设计说明书3.1 炉型的选择根据设计任务给出的生产特点，拟选用箱式热处理电阻炉，不通保护气氛。
3.2确定炉体结构和尺寸3.2.1 炉底面积的确定因无定形产品，故不能用实际排料法确定炉底面积，只能用加热能力指标法。
已知生产率 P=150kg/h，选择箱式炉用于合金钢淬火时的单位面积生产率P0为120kg/m2·h，故可得炉底有效面积。
由于有效面积与炉底面积存在关系式 F=F1/（70﹪-85﹪），取系数上限，得3.2.2炉底长度和宽度的确定由于热处理台车炉设计时应考虑装出料方便，取 L/B=2:1，而F=L·B=0.5L2因此可得考虑到砌砖的方便取 L=1741mm，B=869mm。
3.2.3 炉膛高度的确定依统计资料，炉膛高度H 与宽度B 之比多数在0.5～0.9 范围内，据炉子工作条件，取H/B=0.7 左右，根据标准砖尺寸，选定炉膛高度因此炉膛尺寸如下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=1500mm B 效=700mm H 效=500mm3.2.4炉衬材料及厚度的确定(1)侧墙、前墙及后墙的工作条件相似，采用相同炉衬结构，即113mmQN-1.0轻质粘土砖+50mm 密度为250kg/m3 的普通硅酸铝纤维毡+113mmB 级硅藻土砖。
(2)炉顶采用113mmQN-1.0 轻质粘土砖+80mm 密度为250kg/m3 的普通硅酸铝纤维毡+115mm 膨胀珍珠岩。
(3)炉底采用三层QN-1.0 轻质粘土砖（67×3）mm+50mm 密度为250kg/m3 的普通硅酸铝纤维毡+182mmB 级硅藻土砖和膨胀珍珠岩复合炉衬。
(4)炉门用65mmQN-1.0 轻质粘土砖+80mm 密度为250kg/m3 的普通硅酸铝纤维毡+65mmA 级硅藻土砖。
炉底隔砖采用重质粘土砖（NZ-35），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。
砌体平均表面积计算砌体外廓尺寸：式中：f——拱顶高度，此炉子采用60°标准拱顶，取拱弧半径R=B，则f 可由求得。
式中f=R（1-cos30°）=0.869×(1-0.866)=116mm炉顶平均面积炉墙平均面积炉墙面积包括侧墙及前后墙,为简化计算将炉门包括在前墙内炉底平均面积3.3电热元件材料选择及计算3.3.1加热炉功率的计算1．根据经验公式计算炉子功率取式中系数，空炉升温时间假定为, 炉温t=970℃，炉膛内壁面积所以由经验公式法计算得．2.根据热平衡计算炉子功率（1）加热工件所需的热量Q 件查表得，工件在970℃及70℃时比热容分别为C2 = 0. 63kJ/(kg ·℃) ， C1=0.486kJ/(kg·℃)（2）通过炉衬的散热损失 Q 散由于炉内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。
由公式：i对于炉墙散热，如图5—16所示，首先假定界面上的温度及炉壳温度，t′2 墙= 800℃，t′3墙=500℃，t′4墙=70℃则耐火层S1的平均温度t s1=（970+800）/2=885℃，均=（800+500）/2=650℃,硅酸铝纤维层S2的平均温度t s2均硅藻土砖层S3的平均温度t s3均=（500+70）/2=285℃，S1、S3层炉衬的热导率由附表3得普通硅酸铝纤维的热导率由附表4查得，在与给定温度相差较小范围内近似认为其热导率与温度成线性关系，由t S2均= 650℃，得λ2=0 .131W/ ( m﹒℃)当炉壳温度为70℃，室温为20℃时，由附表2经近似计算得（综合传热系数）①求热流②验算交界面上的温度t 2墙、t 3墙，满足设计要求，不需重算。
，不需重算。
③验算炉壳温度 t 4墙满足一般热处理电阻炉表面温升＜50℃的要求。
④计算炉墙散热损失同理可求，t2顶=844 .39℃，t3顶=562 .6 ，t4顶=53℃，q 顶= 485 .4 W/m2t2底=782 .2℃，t3底=568 .54℃，t4底=53.7℃，q底=572 . 2 W/m2炉顶通过炉衬散热炉底通过炉衬散热整个炉体散热损失（3）开启炉门的辐射热损失设装出料时间为每小时6 分钟,根据式中：C－黑体辐射系数；F－炉门开启面积或缝隙面积m2；3.6－时间系数；Φ－炉口遮蔽系数；－炉门开启率（平均1 小时开启的时间）。
因为T g=970+273=1243K， Ta=20+273=293K，由于正常工作时，炉门开启高度为炉膛高度的一半，故：炉门开启面积炉门开启率由于炉门开启后，辐射口为矩形，且H/2 与B 之比为0.32/0.869=0.37，炉门开启高度与炉墙厚度之比为H′/S=0.32/0.28=1.14，由孔口的遮蔽系数图查得Φ=0.7，故0.28 = (0.113+0.002)+(0.113+0.002)+0.05 (m)（4）开启炉门热溢气损失当炉压为正值时，开启炉门将引起炉气外溢，对于一般箱式电阻炉，开启炉门时，通常以加热，吸入的冷空气所需要的热量作为该顶热损失：式中：－炉外冷空气温度（℃）－溢出热空气温度随炉门开启时间的增加而降低，若开启时间很短，可取炉工作温度。
－空气的密度（kg/m3）－空气在t a～t´g 温度内的平均比热容[kJ/(kg·℃)]－流入炉内的空气流量（m3/h）冷空气密度=1.29kg/ m 3 ,由表5.7 可查得= 1.342 kJ/ (m 3 ·℃)=20℃，为溢气温度，近似认为所以，可以求得溢气热损失（5）其它热损失其它热损失约为上述热损失之和的10%～20%，故（6）热量总支出其中 =0， =0，由公式得（7）炉子安装功率由 (其中K 为功率储备系数,本炉设计中取K=1.4)则与标准炉子比较,取炉子功率为75k W3.3.2炉子热效率计算(1)正常工作时的功率(2) 在保温阶段, 关闭炉门时的效率3.3.3炉子空载功率的计算3.3.4空炉升温时间计算由于所设计炉子的耐火层结构相似, 而保温层蓄热较少, 为简化计算将炉子侧墙、前后墙及炉顶按相同数据计算, 炉底由于砌砖方法不同, 进行单独计算,因为升温时炉底板也随炉升温, 也要计算在内。
(1) 炉墙及炉顶蓄热因为查表得查表得查表得所以得(2) 炉底蓄热计算由于查表得所以得:(3) 炉底板蓄热根据表3 得970℃和700℃时高合金钢的比热容分别为：c 板 2=0.670kJ/(kg·℃)和 c 板 1=0.473kJ/(kg·℃)，经计算炉底板重量G=242kg，所以有由此得空炉升温时间对于一般周期作业炉, 其空炉升温时间在3-8h 内均可, 故本炉子设计符合要求。
3.3.5功率的分配和接线75kW功率均匀分布在炉膛两侧及炉底，组成Y、△或YY,、△△接线。
供电电压为车间动力电网380 V 。
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15~35kw/m2之间，常用为20 ~ 25kw/m2之间。
表面负荷在20 ~25kW/m2常用的范围之内，故符合设计要求。
3.3.6电热元件材料选择及计算由炉子的最高使用温度970℃，选用线伏0Cr25A15 合金作为电热组件，采用YY 接线方法。
(1) 图表法由附表15查得0Cr25A15电热元件75kW箱式炉YY接线，直径d = 5mm时，其表面负荷为1. 58W/cm2。
每组元件长度L组=50.5m，总长度L总 = 303. 0m,元件总重量G总=42 .3kg,(2) 理论计算法1)求950℃时电热元件的电阻率ρt当炉温为950℃时，电热元件温度取1100℃，由附表12查得0Cr25A15在20℃时电阻率ρ20=1.40Ωmm2/m，电阻温度系数α=4×10-5℃-1，则1100℃下的电热元件电阻率为2)确定电热元件表面功率根据本炉子电热元件工作条件取W允=1.6W/Cm3)每组电热元件功率由于采用YY接法，即三相双星形接法，每组元件功率4)每组电热元件端电压由于采用YY接法，车间动力电网端电压为380V，故每组电热元件端电压即为每相电压5)电热元件直径线状电热元件直径取d=5mm。
6)每组电热元件长度和重量每组电热元件长度每组电热元件重量7)电热元件的总长度和总重量电热元件总长度L总=6L组 =6×52.07=312.44m电热元件总重量G总 = 6 G组=6×7 .26 = 43 .56kg8)校核电热元件表面负荷由于W实＜W允，所以计算结果是合理的。