真空热处理炉设计说明书（课程设计）一、设计任务说明说：WZC-60型真空淬火炉技术参数：二、确定炉体结构和尺寸：1、炉膛尺寸的确定由设计说明书中，真空加热炉的有效加热尺寸为900mm×600mm×450mm ，隔热屏内部结构尺寸主要根据处理工件的形状、尺寸和炉子的生产率决定，并应考虑到炉子的加热效果、炉温均匀性、检修和装出料操作的方便。
一般隔热屏的内表面与加热器之间的距离约为50—100mm；加热器与工件(或夹具、料筐)之间的距离为50一150mm。
隔热屏两端通常不布置加热器，温度偏低。
因此，隔热屏每端应大于有效加热区约150—300mm，或更长一些。
从传热学的观点看，圆筒形的隔热屏热损失最小，宜尽量采用。
则：L＝900＋2×(150～300)＝1100～1400mmB＝600＋2×(50～150)＋2×(50～100)＝800～1100mmH＝450＋2×(50～150)＋2×(50～100) L=1300㎜＝650～950mm B=900㎜不妨，我们取L=1300 mm；B=900mm；H=850mm。
H=850㎜2、炉衬隔热材料的选择由于炉子四周具有相似的工作环境，我们一般选用相同的材料。
为简单起见，炉门及出炉口我们也采用相同的结构和材料。
这里我们选用金属隔热屏，由于加热炉的最高使用温度为1300℃，这里我们采用六层全金属隔热屏，其中内三层为钼层，外三层为不锈钢层。
按设计计算，第一层钼辐射屏与炉温相等，以后各辐射屏逐层降低，钼层每层降低250℃左右，不锈钢层每层降低150℃左右。
则按上述设计，各层的设计温度为：第一层：1300℃；第二层：1050℃；第三层：800℃；第四层：550℃；第五层：400℃；第六层：250℃；水冷夹层内壁：100℃最后水冷加层内壁的温度为100℃<150℃，符合要求。
3、各隔热层、炉壳内壁的面积及厚度（1）、隔热屏由于隔热层屏与屏之间的间距约8～15mm，这里我们取10mm。
钼层厚度0.3mm，不锈钢层厚度0.6mm。
屏的各层间通过螺钉和隔套隔开。
第一层面积：1F ＝2×()111111H B H L B L ⨯+⨯+⨯＝2×(1300×900＋1300×850＋900×850)＝㎡ 1F =㎡ 第二层面积：2F ＝2×()222222H B H L B L ⨯+⨯+⨯＝2×（1310×910＋1310×860＋910×860） ＝㎡ 2F =㎡ 第三层面积：3F ＝2×()333333H B H L B L ⨯+⨯+⨯＝2×（1320×920＋1320×870＋920×870） ＝㎡ 3F =㎡ 第四层面积：4F ＝2×()444444H B H L B L ⨯+⨯+⨯＝2×（1330×930＋1330×880＋930×880） ＝㎡ 4F ＝㎡第五层面积：5F ＝2×()555555H B H L B L ⨯+⨯+⨯＝2×（1340×940＋1340×890＋940×890） ＝㎡ 5F ＝㎡ 第六层面积：6F ＝2×()666666H B H L B L ⨯+⨯+⨯＝2×（1350×950＋1350×900＋950×900） ＝㎡ 6F ＝㎡ （2）、炉壳内壁炉壳采用双层冷冷却水结构，选用45号优质 碳素钢。
炉壳内壁面积：冷F ＝2×()冷冷冷冷冷冷H B H L B L ⨯+⨯+⨯＝2×（1360×960＋1360×910＋960×910）＝㎡ 冷F ＝㎡ 壁厚按矩形平板计算，板周边固定，受外压 1×105Pa ，水压实验按P 水＝2×105Pa 计。
S 0＝×B/[]弯σ ＝×90/610360⨯＝㎝式中：B ——矩形板窄边长度，B ＝90㎝; []弯σ——45号优质碳素钢的弯曲许用应力 为360Mpa 。
实际壁厚：S ＝S 0＋C ＝17＋3＝20㎜ 式中：C ——壁厚附加量； C ＝C 1＋C 2＋C 3＝1＋1＋1＝3。
水压试验时，其应力为 σ＝()225.0C S P B -水＝()2523.00.2102905.0-⨯⨯⨯＝≤s σ＝324Mpa σ＝则所需壁厚符合要求，即S ＝20㎜ ≤s σ＝324Mpa 三、炉子热平衡计算 S ＝18㎜ 1、有效热消耗的计算工件和夹具在1300℃和20℃的比热容分别为 C 1＝0.636Kg/(kg •℃)和C 0＝0.486Kg/(kg •℃)， 它们的质量分别为G 工=160kg,G 夹=10kg 则Q 有效＝Q 工＋Q 夹＝（G 工＋G 夹）×(C 1t 1－C 0t 0) ＝(120＋10)××1300－×20)＝h Q 有效＝h 2、无功热损失的计算（1）、通过隔热屏热损失Q 1的计算 电热元件、隔热屏的黑度为：热ε＝；1ε＝；2ε＝；3ε＝；4ε＝5ε＝6ε＝；冷ε＝。
则导来辐射系数： C 1热＝⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+1133.0108.645216.095.0196.411196.411εεF F 热热 ＝(㎡·h ·K 4)其中F 1由前面算得，F 热为加热元件的表面积。
同样计算得：C 12＝⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+1096.012026.608.6133.0196.411196.42211εεF F ＝(㎡·h ·K 4)C 23＝⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+1096.013264.62026.6096.0196.411196.43322εεF F ＝(㎡·h ·K 4)C 34＝⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+15.014514.63264.6096.0196.411196.44433εεF F ＝(㎡·h ·K 4)C 45＝⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+15.015776.64514.65.0196.411196.45544εεF F ＝(㎡·h ·K 4)C 56＝⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+15.017050.65776.65.0196.411196.46655εεF F ＝(㎡·h ·K 4)C 冷6＝⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+156.018336.6705.65.0196.411196.466冷冷εεF F ＝(㎡·h ·K 4)则Q 1＝61144111100100F C F C F C T T •+⋅⋅⋅+•+•⎪⎪⎭⎫⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛冷热热冷热＝705.679.1108.62961.0145216.0226.31100373100167344⨯+⋅⋅⋅+⨯+⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛ ＝h Q 1＝h 式中：T 热——电热元件得绝对温度，按高于炉子工作 温度的100℃计算，即T 热＝1673K; T 冷——炉内壁的绝对温度，即按设计计算 得T 冷＝373K 。
各辐射屏的温度的验算：第一层：41100⎪⎭⎫ ⎝⎛T ＝4100⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛热T －Q 1⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛•热热F C 11 把各项数据代入上述公式，计算得T 1=1545K 即t 1=1272℃ t 1=1272℃第二层：42100⎪⎭⎫⎝⎛T ＝4100⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛热T －Q 1⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛•+•112111F C F C 热热 把各项数据代入上述公式，计算得T 2=1412K 即t 2=1139℃ t 2=1139℃ 类似计算，得： t 3=914℃ t 3=914℃;t 4=688℃;t 5=593℃; t 4=688℃ t 6=453℃;t 冷=99℃ t 5=593℃ 验算结果与前面设计的各隔热层温度基本相 t 6=453℃ 近，符合要求。
t 冷=99℃ （2）、水冷电极传导的热损失Q 2Q2＝()2124ttdn-νπγ＝3××103×()4008.02⨯π×2××103×（30－20）＝h Q2＝h式中：n——水冷电极， n＝3;γ——水的密度，γ＝×103KJ/m3;d——水管直径，取d＝0.008m；ν——水的流速，对于中等硬度水取ν＝2m/s；t1——冷却水出口温度t1＝30℃；t2——冷却水出口温度t2＝20℃；（3）、热短路损失Q3该项热损失,包括隔热层支撑件与炉壁联接热传导损失，炉床或工件支承架短路传导损失，以及其它热短路损失等。
这部分热损失很难精确计算，权据经验，这部分热损失大约为Q1的5％一10％左右，这里我们取：Q3＝8％Q1＝8％×＝ KJ/h Q3＝ KJ/h（4）、其他热损失Q4其它热损失，加热电偶导出装置，真空管道、观察孔、风扇装置等的热损失。
这部分的热损失也很难精确计算，根据经验，这部分热损失大约为Q1的3％一5％左右,取Q4＝(3％一5％) Q1这里我们取：Q4＝5％Q1＝5％×＝ KJ/h Q4＝h则：Q损失＝Q1＋Q2＋Q3＋Q4＝+++＝ KJ/h Q损失＝3、结构的蓄热量 KJ/h炉子结构蓄热消耗是指炉子从室温加热至工作温度，并达到稳定状态即热平衡时炉子结构件所吸收的热量，对于连续式炉，这部分销耗可不计算。
对于周期式炉，此项消耗是相当大的，它直接影响炉子的升温时间，对确定炉子功率有很重要的意义。
炉子结蔷热量是隔热层、炉床、炉壳内壁等热消耗之总和。
（1）、隔热层的蓄热量第一层：G1＝11bF••钼ρ＝×103×××103-＝㎏ G1＝㎏q1＝()11ttCGm-＝××（1272－20）＝ q1＝第二层：G2＝22bF••钼ρ＝×103×××103-＝㎏ G2＝㎏q2＝()22ttCGm-＝××（1139－20）＝ q2＝第三层：G3＝33bF••钼ρ＝×103×××103-＝㎏ G3＝㎏q3＝()33ttCGm-＝××（914－20）＝ q3＝第四层：G4＝44bF••钢ρ＝×103×××103-＝㎏ G4＝㎏q4＝()44ttCGm-＝××（688－20）＝ q4＝第五层：G5＝55bF••钢ρ＝×103×××103-＝㎏ G5＝㎏q5＝()55ttCGm-＝××（593－20）＝ q5＝第六层：G6＝66bF••钢ρ＝×103×××103-＝㎏ G6＝㎏q6＝()66ttCGm-＝××（453－20）＝ q6＝（2）、炉壳内壁的蓄热量G内＝冷冷钢bF••ρ＝×103××18×103-＝㎏ G内＝㎏由于内壁温度由内到外以此降低，内部温度为100℃，外部温度为20℃。