辽宁工业大学热工过程与设备课程设计（说明书）题目：箱式热处理电阻炉设计院（系）：专业班级：材料工程及其自动化131学号：姓名：指导教师：起止时间：2014-12-15~2014-12-28课程设计任务及评语院（系）：教研室：材料教研室学号11111姓名名字专业班级课程设计题目箱式热处理电阻炉的设计生产率220 kg / h，额定工作温度1200℃，炉底强度95 kg / m·h；炉底强度系数0.83；蛭石保温材料课程设计（论文）要求与任务(1) 炉型的选择(2) 确定炉体结构与尺寸(3) 计算砌体平均表面积(4) 计算加热炉功率(5) 计算炉子热效率(6) 计算炉子空载功率(7) 计算空炉升温时间(8) 功率分配与接线(9) 电热元件材料选择与计算(11) 电热体元件图(12) 电阻炉装配图(13) 炉子技术性能指标(14) 参考文献时间安排（1）布置设计任务，设计方案讨论、选择炉型1天（2）炉膛尺寸、炉体结构和尺寸、绘制炉衬示意图。

2天（3）炉子的加热功率、热效率、空炉升温时间。

2天（4）功率的分配；电热元件尺寸、布置，绘制电热元件示意图。

1天（5）绘制电热元件布置图和电阻炉装配示意图。

1天（6）撰写、编辑、排版、修改设计说明书。

4天（7）考核、答辩。

1天指导教师评语及成绩成绩：指导教师签字：学生签字：年月日目录目录 (I)1 炉型的选择 (1)2 炉体结构及尺寸 (1)2.1 炉底面积的确定 (1)2.2 炉膛尺寸的确定 (1)2.3 炉衬材料及厚度的确定 (2)3 砌体平均表面积计算 (3)4. 炉子功率 (6)5 炉子热效率计算 (9)6 炉子空载功率计算 (9)7 空炉升温时间计算 (9)8 功率的分配与接线 (11)9 电热元件材料选择及计算 (12)10 电热体元件图 (14)11 电阻炉装配图 (15)12 电阻炉技术指标 (16)参考文献 (17)设计任务：为某厂设计一台井式热处理电阻炉，其技术条件为：(1) 用途：碳钢、合金钢毛坯或零件的正火、淬火，处理对象为中、小型零件、非长杆类零件，无定型产品，小批量，多品种。

(2) 生产率：220 kg / h。

(3) 额定工作温度：1200 ℃。

(4) 生产特点：周期式成批装料，长时间连续生产。

1 炉型的选择根据给定的技术要求选取高温箱式炉，箱式炉结构简单，操作方便，容易准确控制温度，炉膛温度分布均匀，便于使用控制气氛，容易实现机械化自动化操作。

箱式炉生产能力较低，适用于小规模生产。

高温箱式炉，炉衬厚度大，可以减少热损失。

满足设计要求。

2 炉体结构及尺寸炉体结构尺寸根据工件的形状，尺寸，装炉量以及炉子生产率来决定。

同时考虑到炉子的传热特点、检修和装出料方便。

在保证炉子生产率的情况下，尽量减小炉膛尺寸以降低能量消耗。

2.1 炉底面积的确定根据炉底强度指标计算炉底面积。

因为零件产品为无定型产品，故不能用炉子一次装料量确定炉底面积，只能用炉底强度指标法。

根据已知的生产率p为220 kg / h，炉底强度h为95 kg/m2·h，故可求得炉底有效面积F1 = p / h = 220 / 95 = 2.32 m2式中F1 –炉底有效面积，m2；p–炉子生产率，kg / h。

本设计给定的生产率为220 kg / h；h–炉底强度，kg /（m·h），因为有效面积与炉底实际面积存在关系式K=F1 / F = 0.83，得炉底实际面积F = F1 / 0.83= 2.32 / 0.83 = 2.79 m22.2 炉膛尺寸的确定对于箱式热处理电阻炉，炉底长度与宽度之比约为3:2，所以由炉底长度公式L =32 F⨯可知L =22.793⨯= 2.0 m此段根据自己情况自己写由炉底宽度公式B =23 F⨯得B =32.792⨯= 1.36 m根据炉膛高度H与宽度B之比H / B = 0.8，可以知道H = 1.4 × 0.8= 1.08 m。

因此，可以确定炉膛尺寸如下L= 2000 mm B= 1360mm H= 1080mm 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= 2000mm B效= 1400 mm H效= 1100mm2.3 炉衬材料及厚度的确定高温箱式炉炉墙选取三层材料，分别为高铝砖，轻质粘土砖，蛭石。

高铝砖，密度2.3 g / cm2，导热系数λ=2.09 + 1.86 × 10-3t，厚度113 mm。

轻质粘土砖，密度2.0 g / cm2，导热系数λ=0.25 + 2.2 × 10-4t ，厚度113 mm。

蛭石，密度0.2 g / cm2，导热系数λ=0.07 + 2.6 × 10-4t，厚度240 mm。

炉衬包括炉墙、炉底和炉顶三部分。

依次计算炉墙，炉底，炉顶。

1. 炉墙对于高温炉，炉墙要求有较高的耐压强度或承受冲击负荷，根据经验及耐火砖尺寸，耐火层可选用一层高铝砖，厚度113 mm，一层轻质粘土砖，厚度为113 mm。

保温层选用膨胀蛭石，其厚度需经计算确定，初步选取厚度为240 mm。

炉墙内表面温度t0即为炉子的额定工作温度1200 ℃。

假定界面温度t1为1150 ℃，界面温度t2为950℃，炉壳温度t3为50℃，即t0 = 1200 ℃，t1 = 1150 ℃，t2 = 950 ℃，t3 = 50℃则有：高铝砖层S1的平均温度为：t1均= 21tt+=120011502+= 1175 ℃，轻质粘土层S2的平均温度为：t2均= 212tt+=15009502+= 1050 ℃蛭石层S3的平均温度为：t3均= 232tt+=9505002+= 500 ℃S1、S2层炉衬的热导系数公式为λ1均= 2.09 + 0.186 × 10-2λt1均= 2.09 + 0.186 × 10-2 × 1175 = 4.27 千卡/ (米2·时·℃)λ2均= 0.25 + 0.22 × 10-3 ×t2均= 0.25 + 0.22 ×10-3 × 1050 = 0.481千卡/ (米2·时·℃)λ3均= 0.07 + 0.22 × 10-3 ×t2均= 0.07 + 0.22 ×10-3 × 500 = 0.2千卡/ (米2·时·℃)此段根据自己情况自己写k J 千焦耳(1) 热流q ：q 墙 =02312123t t δδδλλλ-++=1200500.1130.1130.244.270.4810.2-++ = 789.84千卡/米2·时。

（2）计算交界面上的温度t 1、 t 2由 t 1'= t 0 – q S 1 / λ1均得 t 1' = 1200 – 789.84 × 0.113 / 4.27 = 1179.46 ℃验算界面温度 （t 1' – t 1）/ t 1'=（1179.46 – 1200）/ 1179.46 = 2.4 % < 5 % ，结果合理，不需要重新假设界面温度。

t 2'= 1200 – 789.84 × 0.113 / 4.27 – 789.84 × 0.113 / 0.481 = 997.8 ℃ 验算界面温度（t 2' – t 2）/ t 2'=（997.8 – 950）/ 997.8 = 4.79% < 5% ，结果合理，不需要重新假设界面温度。

故确定保温层厚度为240 mm 。

2.炉底炉底在高温下承受工件的压力，装出料时常受到弓箭的冲击或磨损，因此，要求有较高的耐压强度，砌层厚度也要求比炉墙厚一些。

一般电阻炉的炉底结构是在炉底钢板上用硅藻土砌成方格子做支撑，格子内再填充蛭石粉，上面在铺几层硅藻土或轻质砖，再往上为耐火砖。

本设计炉底厚度为408 mm ，分别为：炉底采用耐火层230 m m ，材料为轻质粘土砖，中间层厚度为65 mm ,材料为轻质粘土砖，绝热层厚度为113 mm ，材料硅藻土砖，炉底板材料选用Cr3Si 耐热钢，根据炉底实际尺寸给出，厚20 m m 。

3.炉顶由于侧墙、前墙及后墙以及炉顶的工作条件相似，采用相同炉衬结构，即三层：耐火层厚度113 mm 高铝砖，113 mm 轻质粘土砖，保温层厚度为240 mm ，材料为膨胀蛭石。

炉膛宽度小于400 – 600 mm 的小型电阻炉，可采用平顶。

炉宽小于3.5 – 4.0 m 的电阻炉采用拱顶。

本设计炉采用拱顶60°拱角。

3 砌体平均表面积计算砌体平均面积包括，炉顶平均面积，炉墙平均面积与炉底平均面积之和。

砌体外廓尺寸：外廓尺寸是指在炉膛的尺寸之外加上炉墙的厚度的尺寸。

L 外= L + 2 ×(113 + 113 + 240) = 2972 mm113 113 240k J 千焦耳B 外= B + 2 ×(113 + 113 + 240)= 2372 mmH 外= H + f + 428 + 113 + 150 = 2136 mmf = R ( 1 – cos 30° ) = 182 mm式中 f —拱顶高度，此炉子采用60°标准拱顶，则拱弧半径尺 R = B = 1400 mm1. 炉顶平均面积炉顶平均面积由炉内的拱形顶面积与炉顶外部的平面共同求得F 顶内=（2 πR / 6）× L =（2 × 3.14 × 1.4 / 6）= 1.465 m 2 F 顶外= B 外 × L 外 = 2.972 × 2.372 = 6.942 m 2F 顶均=F F ⋅顶内顶外= 3.18 m 22. 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。

计算墙内的面积与墙外的面积求得平均面积。

F 墙内= 2 LH + 2 BH = 2 × 2.0 × 1.1 + 2 × 1.4 × 1.1 = 7.48 m 2 F 墙外= 2 H 外（L 外+B 外）= 2 × 2.136 ×(2.972 + 2.372)= 22.8 m 2 F 墙均=F F ⋅墙内墙外= 13.06 m 23. 炉底平均面积炉底是由113 mm 的硅藻土，65 mm 厚的轻质粘土砖，230 mm 厚的隔热材料，炉底长宽为炉底外实际长宽，炉内长宽为炉膛长宽F 底内= B × L = 2.0 × 1.4 = 2.8 m 2 F 底外= B 外 × L 外= 2.972 × 2.372 = 7.04 m 2 F 底均=底内底外FF= 4.43 m 2炉衬结构图见图1。