一、设计任务书题目：设计一台中温箱式热处理电阻炉； 炉子用途：中小型零件的热处理；材料及热处理工艺：中碳钢毛坯或零件的淬火、正火及调制处理； 生产率：160 kg/h ；生产要求：无定型产品，小批量多品种，周期式成批装料，长时间连续生产； 要求：完整的设计计算书一份和炉子总图一张。
二、炉型的选择根据生产特点，拟选用中温箱式热处理电阻炉，最高使用温度950℃，不通保护气氛。
三、确定炉体结构及尺寸 1.炉底面积的确定因无定型产品，故不能用实际排料法确定炉底面积，只能用加热能力指标法。
已知生产率p 为160 kg/h ，按照教材表5-1选择箱式炉用于正火和淬火时的单位面积生产率p 0为 120 kg/(m 2﹒h )，故可求得炉底有效面积：F 1=P P 0=160120=1.33 m 2由于有效面积与炉底总面积存在关系式F 1F ⁄=0.75~0.85，取系数上限，得炉底实际面积：F =F 10.85=1.330.85=1.57 m 2 2.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出料方便，取L B ⁄=2，因此，可求得：L =√F 0.5⁄=√1.570.5⁄=1.772 m B =L 2⁄=1.7722⁄=0.886 m根据标准砖尺寸，为便于砌砖，取L =1.741 m ，B =0.869 m ，如总图所示。
3.炉膛高度的确定按照统计资料，炉膛高度H 与宽度B 之比H B ⁄通常在0.5~0.9之间，根据炉子工作条件，取H B ⁄=0.64Om 。
因此，确定炉膛尺寸如下：长 L =(230+2)×7+(230×12+2)=1741 m宽 B =(120+2)×4+(65+2)+(40+2)×2+(113+2)×2=869 mm 高 H =(65+2)×9+37=640 mm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=1500 mm B 效=700 mm H 效=500 mm4.炉衬材料及厚度的确定由于侧墙、前墙及后墙的工作条件相似，采用相同炉衬结构，即113mm QN −0.8轻质粘土砖，+80 mm 密度为250 kg m 3⁄的普通硅酸铝纤维毡，+113mm B 级硅藻土砖。
炉顶采用113 mmQN −1.0轻质粘土砖，+80 mm 密度为250 kg m 3⁄的普通硅酸铝纤维毡，+115 mm膨胀珍珠岩。
炉底采用三层QN−1.0轻质粘土砖(67×3)mm，+50 mm密度为250 kg m3⁄的普通硅酸铝纤维毡，+182 mm B级硅藻土砖和膨胀珍珠岩复合炉衬。
炉门用65 mmQN−1.0轻质粘土砖，+80 mm密度为250 kg m3⁄的普通硅酸铝纤维毡，+65 mm A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−N耐热钢，根据炉底实际尺寸给出，分三块或者四块，厚20mm。
四、砌体平均表面积计算砌体外廓尺寸如下：L外=L+2×(115+80+115)=2360 mmB外=B+2×(115+80+115)=1490 mmH外=H+f+(115+80+115)+67×4+50+182=1566 mm 试中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f=R(1−cos30°)求得。
1.炉顶平均面积F顶内=2πR6×L=2×3.14×0.8696×1.741=1.585 m2F顶外=B外×L外=1.490×2.360=3.516 m2F顶内=√F顶内×F顶外=√1.585×3.516=2.360 m22.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。
F墙内=2LH+2BH=2H(L+B)=2×0.640×(1.741+0.869)=3.341 m2F墙外=2H外(L外+B外)=2×1.566×(2.360+1.490) =12.058 m2F墙均=√F墙内×F墙外=√3.341×12.058 =6.347 m23.炉底平均面积F底内=B×L=0.869×1.741=1.510 m2F底外=B外×L外=1.490×2.360=3.516 m2F 底均=√F 底内×F 底外=√1.510×3.516=2.304 m 2 五、计算炉子功率1.根据经验公式法计算炉子功率 由教材式（5−14）P 安=Cτ升−0.5F 0.9(t 1000)1.55取式中系数C =30[(kW ∙h 0.5)(m 1.8∙℃1.55)⁄]，空炉升温时间假定为τ升=4h ，炉温t =950℃，炉膛面积F 避=2×(1.741×0.640)+2×(0.869×0.640)+1.741×0.869 +2×3.14×0.869×60°360°×1.741=6.440 m 2 所以P 安=Cτ升−0.5F 0.9(t 1000)1.55=30×4−0.5×6.440.9×(9501000)1.55=74.1 kW 由经验公式法计算得P 安≈75 kW 2.根据热平衡计算炉子功率 （1）加热工件所需的热量Q 件由教材附表6得，工件在950℃及20℃时比热容分别为c 件2=0.548 kJ (kg ∙℃)⁄，c 件1=0.486 kJ (kg ∙℃)⁄，根据式(5−1)Q 件=p (c 件2t 1−c 件1t 0)=160×(0.548×950−0.486×20)=81740.8 kJ h ⁄（2）通过炉衬的散热损失的热量Q 散I.炉墙的散热损失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。
根据式（1−15）Q 散=t 1−t n+1∑s i λi F in i=1对于炉墙散热，如图1−1所示，首先假定界面上的温度及炉壳温度，t 2墙‘=800℃，t 3墙’=450℃，t 4墙‘=65℃，则 耐火层s 1的平均温度t s1均=950+8002=875 ℃，硅酸铝纤维层s 2的平均温度t s2均=800+4502=625 ℃，硅藻土砖层s 3的平均温度t s3均=450+652=257.5 ℃，s 1，s 3层炉衬的导热率由教材附表3得λ1=0.294+0.212×10−3t s1均=0.294+0.212×875×10−3=0.480 W （m ∙℃）⁄ λ3=0.131+0.23×10−3t s3均=0.131+0.23×257.5×10−3 =0.190 W （m ∙℃）⁄。
普通硅酸铝纤维的热导率由教材附表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直线关系，由t s2均=625 ℃，得λ2=0.128 W （m ∙℃）⁄当炉壳温度为65℃，室温为20℃是，由教材附表2可得炉墙外表面对车间的综合传热系数α∑=12.50 W (m 2∙℃)⁄①求热流q 墙=t g −t as 1λ1+s 2λ2+s 3λ3+1α∑=950−200.1150.480+0.0800.128+0.1150.190+112.50=600.06 W m 2⁄②验算交界面上的温度t 2墙和t 3墙t 2墙=t 1−q 墙s 1λ1=950−600.06×0.1150.480=806.24℃ ∆=|t 2墙−t 2墙‘|t 2墙’=806.24−800800=0.78%误差∆<5%，满足设计要求，不需要重新估算。
t 3墙=t 2墙−q 墙s 2λ2=806.24−600.06×0.0800.128=431.2℃∆=3墙t 3墙’=450=4.18%误差∆<5%，同样满足设计要求，不需要重新估算。
③验算炉壳温度t 4墙t 4墙=t 3墙−q 墙s 3λ3=431.2−600.06×0.1150.190=68℃<70℃ 满足一般热处理电阻炉表面升温<50℃的要求。
计算炉墙散热损失Q 墙散=q 墙×F 墙均=600.06×6.347=3808.58 WII.炉顶的散热损失和炉墙散热损失同理，首先假定界面上的温度及炉顶壳的温度，t 2顶‘=840℃，t 3顶’=560℃，t 4顶‘=52℃。
则： 耐火层s 1的平均温度 t s1均=950+8402=895℃ ，硅酸铝纤维层s 2的平均温度t s2均=840+5602=700℃，膨胀珍珠岩层s 3的平均温度t s3均=560+522=306℃。
s 1，s 3层炉衬的热导率由教材附表3得：λ1=0.294+0.212×10−3t s1均=0.294+0.212×895×10−3=0.484 W （m ∙℃）⁄ λ1=0.040+0.220×10−3t s3均=0.040+0.220×306×10−3=0.107 W (m ∙℃)⁄ 普通硅酸铝纤维的热导率由教材附表4查得， t s2均=700时，λ2=0.140 W （m ∙℃）⁄。
当炉壳温度为52℃，室温为20℃是，由教材附表2可查得炉壳表面对空气的综合传热系数α∑=11.59 W （m ∙℃）⁄。
①求热流Q 顶=t g −t as 1λ1+s 2λ2+s 3λ3+1α∑=950−200.1150.484+0.0800.140+0.1150.107+111.59=472.06 W m 2⁄②验算交界面上的温度t 2顶和t 3顶t 2顶=t 1−q 顶s 1λ1=950−472.06×0.1150.484=837.9 ℃∆=2顶t 2顶’=840=0.26%∆<5%，满足设计要求，不需要重新估算。
t 3顶=t 2顶−q 顶s 2λ2=837.9−472.06×0.0800.140=568.15 ℃∆=|t 3顶−t 3顶‘|t 3顶‘=|568.15−560|560=1.46%③验算炉壳温度t 4顶t 4顶=t 3顶−q 顶s 3λ3=568.15−472.06×0.1150.107=60.8 ℃<70 ℃ 满足一般热处理电阻炉表面升温要求。