电阻炉设计计算举例 一 设计任务为某厂设计一台热处理电阻炉，其技术条件如下：（1） 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；（2） 生产率：160kg/h ；（3） 工作温度：最高使用温度≤950℃；（4） 生产特点：周期式成批装料，长时间连续生产。

二 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。

三 确定炉体结构和尺寸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。

一直生率P 为160kg/h ，按表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120kg/(m2.h)。

表1故可求得炉底有效面积210160 1.33m 120P F P === 由于有效面积与炉底总面积存在关系式10.75~0.85F F=,取系数上限，得炉底实际面积21 1.331.57m 0.850.85F F === 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装出料方便，取L/B=2，因此，可求得1.772L m ===B=L/2=1.772/2=0.886m根据标准砖尺寸，为便于砌砖，取L=1.741m ，B=0.869m ，如图5-8所示。

3. 炉膛高度的确定按统计资料，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=0.7左右，根据标准砖尺寸，选定炉膛高度H=0.640m 。

因此，确定炉膛尺寸如下长 L=（230+2）×7+（230×1/2+2）=1741mm 宽 B=（120+2）×4+（65+2）+（40+2）×2+）（113+2）×2=869mm 高 H=（65+2）×9+37=640mm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=1500mmB效=700mmH效=500mm.4. 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。

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。

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。

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及硅藻土砖。

炉底隔砖采用重质粘土砖，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，分三块或四块，厚20mm。

四砌体平均表面积计算砌体外廓尺寸如图5-8所示。

L外=L+2×（115+50+115）=2300mmB外=B+2×（115+50+115）=1430mmH外=H+f+（115+80+115）+67×4+50+182=640+116+310+268+50+182=1566mm 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f=R（1-cos30°）求得。

1.炉顶平均面积222 3.140.8691.741 1.585m 66R F L π⨯⨯=⨯=⨯=顶内22.29m F ===顶均2. 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）=3.341m 2 F 墙外=2H 外 (L 外+B 外)=2×1.566×（2.300+1.430）=11.68m 226.25m F ===墙均 3.炉底平均面积F 底内=B ×L=0.869×1.741=1.51m 2 F 底外=B 外×L 外=1.430×2.300=3.36m 222.23m F ==底均五、计算炉子功率1. 根据经验公式法计算炉子功率 由式0.50.91.55t 1000P C F τ-=升安（）取式中系数()()]0.5 1.8 1.5530h /m C KW C ⎡=⋅⋅⎣，空炉升温时间假定为τ升=4h ，炉温t=950℃，炉膛内壁面积F 壁=2×（1.741×0.640）+2×（0.869×0.64）+1.741×0.869+2×3.14×0.869×60360×1.741=6.44m2 所以1.550.50.9 1.550.50.9t 950304 6.4474.110001000P C F KW τ--⎛⎫==⨯⨯⨯- ⎪⎝⎭升安（）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 件由附表6得，工件在950℃及20℃时比热容分别为C 件2=0.636kj/（kg.℃），c 件1=0.486 kj/（kg.℃），根据式（5-1）102p c t c t kj h Q =⨯⨯⨯件件件1（-）=160（0.636950-0.48620）=95117/（2）通过炉衬的散热损失Q 散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）1n 1ni i 1i it t Q s F λ+=-=∑散 对于炉墙散热，如果5-9所示，首先假定界面上的温度及炉壳温度，t ′2墙=780℃，t ′3墙=485℃，t ′4墙=60℃则耐火层s1的平均温度19507808652s t +==均℃，硅酸铝纤维层s2的平均温度2780485632.52s t +==均℃，硅藻土砖层s3的平均温度348560272.52s t +==均℃，s1、s3层炉衬的热导率由附表3得33110.290.256100.290.256108650.511/(m )s t W λ--=+⨯=+⨯⨯=⋅均℃33330.1310.23100.1310.2310272.50.194/(m )s t W λ--=+⨯=+⨯⨯=⋅均℃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视认为其热导率与温度成线性关系，由ts2均=632.5℃，得20.129/(m )W λ=⋅℃当炉壳温度为60℃，室温为20℃时，由附表2经近似计算得12.11/(m )W α∑=⋅℃ ①求热流g a 2312123t t 95020q 730.4/m s 0.1150.050.1151s s 10.5110.1290.19412.11W λλλα∑--===++++++墙 ②验算交界面上的温度t 2墙、t 3墙1121s 0.115t t q 950730.4788.60.511λ=-=-⨯=墙墙℃ 222t 788.6780 1.1%t 780t --∆===，墙墙，墙∆＜5%，满足设计要求，不需要算。

2322s 0.05t t q 788.6730.4497.80.129=-=-⨯=墙墙墙℃λ333t t 497.8485 2.64%t 485--∆===，墙墙，墙 ∆＜5%，也满足设计要求，不需要算。

③验算炉壳温度t 4墙3433s 0.115t t q 497.8730.464.90.194λ=-=-⨯=墙墙墙℃70℃ 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Q 墙散 = q 墙·F 墙均 = 730.4×6.25=4562.5W 同理可以求得t 2顶 = 844.3℃，t 3顶 = 562.6℃，t 4顶=53℃，q 顶 = 485.4W/m 2 t 2底 =782.2℃，t 3底 = 568.5℃, t 4底=53.7℃，q 底 = 752.2W/m 2 炉顶通过炉衬散热Q 顶散 = q 顶·F 顶均 = 485.4 × 2.29 = 1111.6W 炉底通过炉衬散热Q 底散 = q 底·F 底均 = 572.2 × 2.23 = 1276W 整个炉体散热损失Q 散 = Q 墙散 + Q 顶散 + Q 底散 = 4562.5 + 1111.6 + 1276 = 6950.1W = 25020.4kJ/h ⑶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，根据式（5-6）443.6 5.675[()()]100100g a t T TQ F δ=⨯Φ-辐因为Tg = 950 + 273 = 1223K ，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F = B ×H 2=0.869×0.6402= 0.278m 2 炉门开启率δt = 6 60 = 0.1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0.32 0.28 = 1.14，由图1-14第1条线差得Φ = 0.7，故Q 辐= 5.675×3.6F δt Φ44[()()]100100ga T T- = 5.675×3.6×0.278×0.1×0.7×441223293[()()]100100- = 8877.75kJ/h ⑷开启炉门溢气热损失 溢气热损失由式（5-7）得Q 溢 = qv a ρa c a (,g a t t -)δt其中，qv a 由式子（5-8）得qv a = 1997B ·H 2·= 1997×0.869×0.32 = 314.1m 3/h 冷空气密度ρa = 1.29kg/m 3 ，由附表10得c a = 1.342kJ/(m 3·℃)，a t =20℃，,g t 为溢气温度，近似认为,g t = a t +23 (g a t t -) = 20 + 23(950-20) = 640℃ Q 溢 = qv a ρa c a (,g a t t -)δt⑸其他热损失其他热损失约为上述热损失之和的10%~20%，故Q 它 = 0.13(Q 件+Q 散+Q 辐+Q 溢)= 0.13×(95117+25020.4+8877.75+33713) = 23346.1kJ/h ⑹热量总支出其中Q 辅 = 0，Q 控 = 0，由式(5-10)得Q 总 = Q 件+Q 辅+Q 控+Q 散+Q 辐+Q 溢+Q 它= 95117+25020.4+8877.75+33713+23346.1=202931.2kJ/h ⑺炉子安装功率 由式（5-11） 3600KQ P =总安 其中K 为功率储备系数，本炉设计中K 取1.4，则P 安 = 1.4202931.23600⨯ = 78.9kW与标准炉子相比较，取炉子功率为75kW 。