一、设计任务书题目：设计一台中温箱式热处理电阻炉；生产能力：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650℃，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选择箱式炉用于退火和回火时的单位面积生产率p0为100 kg/(m2﹒h)，故可求得炉底有效面积：F1=PP0=160100=1.6m2由于有效面积与炉底总面积存在关系式F1F⁄=0.60~0.85，取系数上限，得炉底实际面积：F=F1 0.85=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=√F0.5⁄=√⁄B=L2⁄=1.942⁄=0.97 m根据标准砖尺寸，为便于砌砖，取L=1.970 m，B=0.978 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⁄=0.654m。

因此，确定炉膛尺寸如下：长L=(230+2)×8+(230×12+2)=1970 m宽B=(120+2)×4+(65+2)×2+(40+2)×3+(113+2)×2=978mm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=1700 mmB效=700 mmH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 m3⁄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 m3⁄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)=2590 mmB外=B+2×(115+80+115)=1590 mmH外=H+f+(115+80+115)+67×4+50+182=1441mm 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f=131.052。

1.炉顶平均面积F顶内=2πR6×L=2×3.14×0.9786×1.97=2.017 m2F顶外=B外×L外=1.590×2.590=4.1181m2F顶均=√F顶内×F顶外=√2.017×4.1181=2.882 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×(1.97+0.978)=3.77 m2F墙外=2H外(L外+B外)=2×1.441×(2.59+1.590) =12.05m2F墙均=√F墙内×F墙外=√3.77×12.05 =6.74 m23.炉底平均面积F底内=B×L=0.978×1.97=1.93 m2F底外=B外×L外=1.590×2.590=4.12m2F底均=√F底内×F底外=√1.93×4.12=2.8 m2五、计算炉子功率1.根据经验公式法计算炉子功率由教材式（8.5）P 安=()取式中系数K 为保温系数，取值为11，炉温t =650℃，炉膛面积F 避=2×(1.97×0.640)+2×(0.978×0.640)+1.97×0.978+2×3.14×0.978×60°360°×1.97 =5.7 m 2所以P 安=()=11×() =27 kW由经验公式法计算得P 安≈30kW2.根据热平衡计算炉子功率（1）加热工件所需的热量Q 件由资料附表得，工件在650℃及20℃时比热容分别为c 件2=1.051kJ (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×(1.051×650−0.486×20)=107748.8kJ 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 Q 散=t 1−t n+1∑s i λi F i n 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‘=540℃，t 3墙’=320℃，t 4墙‘=60℃，则 耐火层s 1的平均温度t s1均=650+5402=595 ℃，硅酸铝纤维层s 2的平均温度t s2均=430 ℃，硅藻土砖层s 3的平均温度t s3均=190 ℃，s 1，s 3层炉衬的导热率由教材附表3得λ1=0.290+0.256×10−3t s1均= 0.442W（m∙℃）⁄λ3=0.131+0.23×10−3t s3均=0.160W（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ts2均=430 ℃，得λ2=0.099W（m∙℃）⁄当炉壳温度为60℃，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∑=12.17W(m2∙℃)⁄①求热流q墙=t g−t as1λ1+s2λ2+s3λ3+1α∑=650−=417.5 W m2⁄②验算交界面上的温度t2墙和t3墙t2墙=t1−q墙s1λ1=541.5℃∆=|t2墙−t2墙‘|t2墙’=541.5−540540=0.27%误差∆<5%，满足设计要求，不需要重新估算。

t3墙=t2墙−q墙s2λ2=328.58℃∆=|t3墙−t3墙‘|t3墙’=2.61%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t4墙t4墙=t3墙−q墙s3λ3=54.25℃<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=417.5×6.74=2813.95WII.炉顶的散热损失和炉墙散热损失同理：t2顶=586.9 ℃t 3顶=376.45℃t 4顶=36.34℃Q 顶散=q 顶∙F 顶均=257.6×2.882=742.4 W m 2⁄III.炉底的散热损失t 2底=504.6℃t 3底=357.9 ℃t 4底=49.5 ℃Q 底散=q 底∙F 底均=309.4×2.8=866.32 W m 2⁄整个炉体散热损失Q 散=Q 墙散+Q 顶散+Q 底散=2813.95+742.4+866.32=4422.67W=15922kJ h ⁄（3）开启炉门的辐射热损失设装出料所需时间为每小时6分钟，根据Q 辐=3.6×5.660F∅δt [(T g 100)4−(T a 100)4]因为T g =650+273=923 K ，T a =20+273=293 K ，由于正常工作是，炉门开启高度为炉膛高度一半，故炉门开启面积F =B ×H 2=0.978×0.6402=0.316 m 2，炉门开启率δt =660⁄=0.1。

由于炉门开启后，辐射口为矩形，且H 2⁄与B 之比为⁄，炉门开启高度与炉墙厚度之比为⁄，由教材图1-14第一条线查得孔口遮蔽系数∅=0.7，故Q 辐=3.6×5.660F∅σt [(T g 100)4−(T a 100)4] =5.660×3.6×0.316×0.1×0.7×[(923)()]=3246.6 kJ h ⁄（4）开启炉门溢气热损失溢气热损失由公式得 Q 溢=qv αραc α(t g ’−t α)δt式中， q va =1997B ∙H 2∙√H 2=1997×0.978×0.320×√0.320=353.5 m 3h ⁄冷空气密度ρa =1.29 kg m 3⁄，由附表得c a =1.302 kJ (m 3∙℃)，t a =20 ℃⁄，t g ‘为溢气温度，近似认为t g′=t a+23(t g−t a)=20+23(650−20)=440 ℃Q溢=qv aρa c a(t g′−t g)δt=353.5×1.29×1.302×(440−20)×0.1=13062.1 kJ h⁄(5)其他热损失其他热损失约为上述热损失之和的10%~20%，故Q他=0.13(Q件+Q散+Q辐+Q溢)=0.13×(107748.8+15922+3246.6+13062.1) =18197.335 kJ h⁄(6)炉子热量总支出其中Q辅=0，Q控=0，由公式得Q总=Q件+Q辅+Q控+Q散+Q辐+Q溢+Q他=107748.8+15922+3246.6+13062.1+18197.335=158176.835 kJ h⁄（7）炉子安装功率由教材式（8.15）P 安=KQ总3600其中，K为功率储备系数，本炉设计中K取1.3，则P 安=1.3×158176.8353600=57.11 kW与标准炉子相比较，取炉子功率为60 kW。

六、炉子热效率计算1.正常工作时的效率由教材式（8.18）η=Q件Q总=2.在保温阶段，关闭炉门时的效率η=Q件Q总−(Q辐+Q溢)=七、炉子空载功率计算P 空=Q散+Q他3600=15922+18197.3353600=9.48kW八、功率的分配与接线60kW功率均匀分布在炉膛两侧及炉底，组成Y、∆或YY、∆∆接线。