（6）炉架和炉壳 炉架是用角钢、槽钢等焊接而成的炉体骨架 炉壳、炉底采用 15mm 厚钢板，其余为 5mm 钢板 三、电阻炉的热力计算 采用热平衡法进行热力计算 1、 炉料加热 （1）加热有效炉料的热量（即工件热量） Q 件=GC（t 终－t0） （G 为有效炉料工件的重量 G=500kg，C 为平均比热，查 表可得：C＝0.155×4.1868＝0.649kJ/kg·℃） 取 t 终（工件的最终温度）为 850℃，t0（工件入炉前温度）为 20℃
3
3
kg m
3 3
保温层ρ 2＝ 0 . 55 10 耐火层平均温度 t 1
kg m
3
( 950 751 ) 2
851 ℃
该温度下耐火层比热 c 1 1.06kJ/kg·℃
保温层平均温度 t 2 ＝（751＋64.7）/2＝408℃ 该温度下保温层比热 c 2 ＝0.75 kJ/kg·℃
《热处理设 备课程设计 指导书》附表 2
室温
t 0 20 C , c 1 0 . 8452 kJ / kg C , c 2 0 . 75 kJ / kg C
代入得： Q 侧＝[0.36×1.0× （1.06×85－0.8452×20） ＋0.91×0.55× （0.75×408－0.75 ×20）] × 10 ② 炉底 V1＝0.065×2.086×1.686＝0.23 m V2＝0.065×2.086×1.686＝0.23 m 由上面公式可得 ③ 炉顶 V1＝[π （1＋0.113） －π ] ×
炉底平均散热面积 故 d. 炉门
Q 底 8 . 8 10 kJ
3
S
S内 S 外
3 . 59 1 . 4 2 . 24 ㎡
炉门内面积 炉门外面积
S 内 1 0 .6 0 .6 ㎡
散热损失
S 外 1 . 706 0 . 6 1 . 0236 ㎡
S
3
-1-
《热处理设 备》p117 表 5-4
热处理设备 课程设计
查表得：a 为 1.2-1.5min/mm 取 1.3 min/mm 故时间 t=1.3×1.8×70=163.8min 取加热时间 3h，保温时间 2h 工艺周期为 5h （2）确定炉膛尺寸 一次装炉量=生产率×周期=100kg/h×5h=500kg 单位重量 m [(
Q散
2 . 39 10 k J
4
炉门平均散热面积 故
Q 门 2 . 0 10 kJ
S内 S 外 2
0 . 8118 ㎡
综上可得：通过炉衬的散热损失 （3）砌体蓄热量
Q 散 Q 侧 Q 顶 Q 底 Q 门 2 . 39 10 kJ
4
Q 蓄 V1 1 ( c 1t1 c1t 0 ) V 2 2 ( c 2 t 2 c 2 t 0 )
《热处理设 备课程设计 指导书》p8
工件热量
Q件
2 . 7 10 kJ
5
-4-
热处理设备 课程设计
故
Q 件 500 0 . 649 850 - 20 ） 2 . 7 10 kJ （
5
(2)加热辅助炉料的热量 ① 用长 300mm，外径 35mm，内径 20mm 的耐热管 则每根质量
(2) 炉子损失热量 ①通过炉衬散热损失 Q 散 假设炉外壁温度为 50℃ 查表得 侧墙综合换热系数 炉顶综合换热系数

侧 顶
=11.5 W/㎡·℃ =13.1 W/㎡·℃
炉底综合换热系数

底
=9.4 W/㎡·℃
a. 侧墙 耐火层为轻质粘土砖，热导率：0.29+0.256 10 t,厚度：113mm
950 - 50 1 13 . 1 0 . 113 0 . 29 0 . 256 10
-3
500

0 . 23 0 . 072 0 . 256 0 . 5
3 .6 2 .3
=5.0 10 kJ
3
c. 炉底
炉内底面积 炉外底面积
S 内 1 .4 1 1 .4 ㎡ S 外 2 . 106 1 . 706 3 . 59 ㎡
m 0 . 3 [( 0 . 035 2 ) (
2
0 . 02 2
) ] 7 . 8 10
2
3
1 . 5 kg
因 Q 辅＝G 辅 C（t 终－t0）
（ 故 Q 辅 1 40 1 . 5 0 . 649 850 - 20 ） 3 . 23 10 kJ
4
② 垫铁：高 300mm，外径 50mm，内径 40mm 每个垫铁的质量
辅助炉料热 量 Q辅 3.9 10 kJ
4
m=0.03 3.14 [(0.05/2) -(0.04/2) ] 7.8 10 =0.17kg
2 2 3
故垫铁的热量
Q 辅 2 =0.17 80 0.649 （850-20）=7.11 10 kJ
3 4
Q 辅 Q 辅 1 Q 辅 2 =3.9 10 kJ
-3-
热处理设备 课程设计
⑥钢板
15mm
故炉底总厚为 445mm，符合 230-690mm 之间的要求 （5）炉门： ①炉门口 H’=600－113＝487mm 高度与宽度之比与炉膛类似，即 B’/H’ ＝B/H 得：B’＝812mm ②炉门：用厚度为 10mm 的钢板制成框架，框架内附 5mm 石棉板，内衬轻质耐火砖作 为耐火层，厚度为 113mm。硅藻土渣砖为保温层，厚度为 230mm。炉门框架 边缘与炉门口重叠 100mm，重叠部分机械加工，在两侧设置压紧装置。 炉门结构示意图如下图：
1 .4 m
2
（K 为炉底利用系数，通常为 0.8-0.85） 取 长 L=1.4m ， 宽 B=1.0m
炉子高度一般为（0.52-0.90）B，取 0.6B，故 H=0.6m 3、炉体各部分结构 （1）炉衬：分为内层耐火层和外层保温层 内层：用 QN—1.0 的轻质耐火粘土砖 外层：B 级硅藻土砖，热导率为 0 . 131 0 . 23 10
d 2 ) (
2
k 取 1.8
d孔 2
) ] b 7 . 8 10 kg 6 . 337 kg
2 3
零件个数 n
500 6 . 337
78 . 9 80 个
P0 100 kg m h
2
查表可知，炉底单位面积生产率 有效面积
F 有效 P P0 100 100

2 ) 0 . 13 m
符合
拱顶耐火砖为轻质楔形砖，厚度为 113mm， 保温砖为蛭石粉，厚度为 230mm （4）炉底：①钢板 15mm
②贯穿三层的重质砖（共 230mm） 包括电热体搁砖、轻质砖 QN－1.0、B 级硅藻土砖 ③轻质砖 65mm ④硅藻土保温砖砌成棋盘式方格，格中填以蛭石粉 115mm ⑤石棉板 5mm
-5-
热处理设备 课程设计
S 外 =(2.106+1.706) 2 0.6-0.487 1.012=4.08 ㎡ 则炉体侧墙的平均散热面积 F 侧 =( S 内 + S 外 )/2=(2.48+4.08)/2=3.28 ㎡ 代入公式，得 Q 侧 =
t1 t 0 F 3 . 6 =8.1 10 kJ
2
m
1m
2
由于工件之间距离为工件高度的 0.3-0.5，故取工件之间距离为 30mm 设计每次装炉 80 个零件，分两层分布，每层 40 个,纵向 8 个,横向 5 个 实际炉底面积
F实 F 有效 K 1 0 .8 1 . 25 m
2
炉膛尺寸： L=1.4m B=1.0m H=0.6m
热处理设备 课程设计
一、设计任务 1、炉型：箱式炉 2、设计要求：（1）生产率或一次装炉量：100kg/h （2）零件尺寸：长、宽、高尺寸最大不超过 150mm （3）零件材料：中、低碳钢、低合金钢及工具钢 （4）零件热处理工艺：淬火加热 3、任务分析： （1）生产率或一次装炉量为 100kg/h，属小型炉； （2）生产长、宽、高尺寸最大不超过 150mm 的零件，选择箱式炉合理； （3）淬火加热工艺表明所设计的箱式炉属于中温范畴。 二、电阻炉的炉体结构设计 1、炉型选择：由于所生产的零件尺寸较小，都不大于 150mm，且品种较多，热处理 工艺为淬火加热，具体品种的淬透性不同，工艺有所差别，故采用周 期作业中温箱式热处理炉进行设计。（额定温度为 950℃） 2、炉膛设计 （1）典型零件的选定 参照设计任务的要求，选用 40Cr 钢齿轮模拟设计 ①齿轮参数：分度圆 d 128 mm 模数 m 4 齿根圆 d ②设定工艺曲线：
-3
t 1 为炉内温度取 950℃，t 0 为炉外温度取 50℃ 侧墙炉衬内部表面积 S 内 =(1+1.4) 2 0.6-0.487 0.812=2.48 ㎡ 电阻炉外壁长为 宽为 故侧墙外部表面积 1400+11 32+230 2+10+10=2106mm 1000+113 2+230 2+10+10=1706mm
3
t ，最高使用温度为 900℃
（2）炉墙： 耐火层：QN—1.0 轻质耐火粘土砖，规格为 230×113×65mm，热导率为
1 0 . 29 0 . 256 10
3
《热处理设 备课程设计 指导书》附表 2
t ，厚度 1 113 mm
保温层：B 级硅藻土砖，规格为 230×113×65mm，热导率为
950 50 2
500 ℃
因三层热流相等，即 q1=q2=q3 故