热处理炉课程设计说明书班级：材料物理111班学生姓名：张昊天学号：1320111964指导教师：王操江西理工大学材料科学与工程学院2015 年01 月06 日目录一、序言 (3)二、设计任务书 (4)三、炉型选择 (5)四、确定炉体结构和尺寸.................................. (5)五、计算砌体平均表面积 (6)六、炉子功率的计算 (7)七、炉子热效率计算 (10)八、炉子空载是的功率计算 (10)九、空炉升温时间计算 (10)十、功率的分配与接线 (12)十一、炉子技术指标（标牌） (13)十二、设计小结 (14)一、序言热处理炉课程设计是在我们学完了大学的这门专业课、以及大部分专业课之后进行的。

这是我们在进行课程设计对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们四年大学生活中占有重要的地位，本次课程设计旨在培养我们实际设计热处理炉及相关设备的能力，通过这次设计我将使我们获得综合运用过去所学知识，为将来搞好毕业设计、走上工作岗位打下坚实基础。

就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次锻炼。

此次课程设计对给定的生产率分析并进行技术指标设计，其中考察了炉体材料选择，不同结构部位尺寸的选择，能量与实际结构的院系及实际要求，热力学，电学相关知识，历时两个星期的设计加深了对所学知识的理解，有助于今后能够熟练地运用于工作中。

设计过程中遇到一些疑问经过老师的悉心指导都得以解决，在此对老师表示忠心地感谢。

适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后工作打下一个良好的基础。

由于能力有限，设计尚有许多不足之处，恳请老师给予指教。

二、设计任务书江西理工大学材料学院2011级材料物理专业热处理炉课程设计任务书І、课程设计名称：热处理炉设计П、课题名称：箱式电阻炉的设计Ш、课程设计使用的原始资料（数据）及设计技术要求：设计题目：为某厂实际一台热处理炉，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、正火及退火处理，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：h100；kg/（3）工作温度：最高使用温度C950；（4）生产特点：周期是成批装料，长时间连续生产；参考资料：课本《热处理炉》（哈尔滨工程大学出版社）；材料学院材料物理专业111 班学生（签名）：张昊天评分：_____________三、炉型的选择根据设计任务书给出的要求，拟选用箱式热处理炉，不同保护气氛。

四、确定炉体结构和尺寸1.确定炉底面积由于没有定型产品，炉底面积无法根据实际排料法确定，故在此采用生产力指标法。

生产率p 为h kg /100，查表得到，箱式炉用于淬火和正火时，单位面积生产率)/(12020h m kg p ⋅=，故可以求得炉底有效面积为20183.0120100m p p F ===有效面积与炉底种面积存在关系式85.0~75.0/1=F F ，这里取0.8，计算得炉底实际面积2104.18.083.08.0m F F ===2.确定炉底的长度和宽度为了方便装料、出料，热处理箱式电阻炉的底部尺寸有一定的要求，在这里，取2/=B L ，有2204.121m L B L ==⋅故 m F L 442.15.0/04.15.0/===m B 721.0=为了方便砌砖，这里根据标准砖尺寸，取m B m L 718.0,394.1==，如图1所示。

3.确定炉膛高度由统计资料的，炉膛的高度和宽度之比，即B H /，一般在9.0~5.0之间，考虑到炉子的实际工作条件，取7.0/=B H 左右，再由标准砖尺寸可以选定炉膛的高度。

具体的炉膛尺寸为长 mm L 13942)22/230(5)2230(=⨯++⨯+= 宽 mm B 7182)2113(4)2120(=⨯++⨯+= 高 mm H 506377)265(=+⨯+=在设计中，应当避免工件与炉子的内壁或者电器元件发生碰撞，因此，工件和炉膛壁之间应当有一定的空间，进一步确定炉子工作室的有效尺寸mm L 1200=效mm B 600=效 mm H 400=效重质耐火砖 轻质耐火砖 硅藻土砖 耐热钢 耐火纤维 膨胀珍珠岩图1 砌体结构示意图4.确定炉衬材料、厚度前墙、后墙和侧墙有相似的工作条件，因此，采用相同的炉衬结构，即8.0 113-QN mm 轻质粘土砖mm 55+密度3/250m kg 的普通硅酸铝纤维毡B 113mm +级硅藻土砖。

炉门采用0.1 65-QN mm 轻质黏质土砖mm 55+密度为3/250m kg 的普通硅酸铝纤维毡A mm 65+级硅藻土砖。

炉顶采用0.1 113-QN mm 轻质黏质土砖mm 55+密度为3/250m kg 的普通硅酸铝纤维毡mm 115+膨胀珍珠岩。

炉底采用三层0.1-QN 轻质粘土砖mm mm 50)367(+⨯密度为3/250m kg 的普通硅酸铝纤维毡B 182mm +级硅藻土砖和膨胀珍珠岩复合炉衬。

炉底板的材料选用N Mn Cr --耐热钢，根据实际炉底的尺寸，分三块或四块，厚度为mm 20。

炉底隔砖采用重质粘土砖)35(-NZ ，电热元件搁砖选用重质高铝砖。

五、计算砌体平均表面积砌体外廓尺寸为mm L L 1964)11555115(2=++⨯+=外 mm B B 1288)11555115(2=++⨯+=外mmf H H 1407 18250268285116506 18250467)11555115(=+++++=++⨯+++++=外其中 f ——拱顶高度，此炉子采用 60标准拱顶，取拱弧半径B R =，则f 可以根据)30cos 1( -=R f 求出。

1.炉顶平均面积2312.1442.16869.014.3262m L R F =⨯⨯⨯=⨯=π顶内2530.2964.1288.1m L B F =⨯=⨯=外外顶外2822.1530.2312.1m F F F =⨯=⋅=顶外顶内平均2.炉墙平均面积这里，为了简化计算，将炉门计入前炉墙，即炉墙面积包括侧墙及后墙、炉门。

2189.2 )721.0442.1(506.02 )(222m B L H BH LH F =+⨯⨯=+=+=墙内2151.9 )288.1964.1(407.12)(2mB L H F =+⨯⨯=+=外外外墙外2476.4151.9189.2m F F F =⨯=⋅=墙外墙内墙均3.炉底平均面积2040.1442.1721.0m L B F =⨯=⨯=底内 2530.2964.1288.1m L B F =⨯=⨯=外外底外2622.1530.2040.1m F F F =⨯=⋅=底外底内底均六、炉子功率的计算1.有经验公式进行计算55.19.05.01000⎪⎭⎫⎝⎛=-t F C P 升安τ 取其中的系数)]/()[(3055.18.15.0C m h kW C ⋅⋅=，假定空炉子的升温时间是h 4=升τ，炉温C t 950=，炉膛内面积2186.4 394.136060718.014.32 718.0394.1)506.0718.0(2)506.0394.1(2m F =⨯⨯⨯⨯+⨯+⨯⨯+⨯⨯=壁因此kWt F C P 3.50 1000950186.4430 100055.19.05.055.19.05.0=⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛=--升安τ即有经验公式法计算得到)(50kW P ≈安 2.由热平衡法计算炉子功率（1）加工热工件所需的热量件Q查表得，在C C 20950及时，工件的比热容为)/(636.02C kg kJ c ⋅=件，)/(486.01C kg kJ c ⋅=件，加热工件所需的热量为hkJ t c t c p Q /0.59448 )20486.0950636.0(100 )(0112=⨯-⨯⨯=-=件件件 （2）通过炉衬的散热损失散Q同样为了简化计算，将炉门包括在炉前墙内，而前后墙和炉子侧壁的结构是相似的，这里做统一数据处理。

对于各层导热面积不同的n 层平壁炉墙，则应用下述公式计算热流量。

)( 111W F s tt Q n i ii i n ∑=+-=λ上式中，i F 为第i 层的平均传热面积。

对于炉墙散热，先假定界面上的温度和炉壳温度，C t 8002='墙，C t 4503='墙，C t 654='墙则 耐火层1s 的平均温度C t s 87528009501=+=均，硅酸铝纤维层2s 的平均温度C t s 62524508002=+=均，硅藻土砖层3s 的平均温度C t s 5.2572654503=+=均，1s ，3s 层炉衬的热导率为 )/(476.087510212.0290.010212.0290.03131C m W t s ⋅=⨯⨯+=⨯+=--均λ)/(190.05.2571023.0131.01023.0131.03333C m W t s ⋅=⨯⨯+=⨯+=--均λ在于给定温度相差较小的范围内，可以认为普通硅酸铝纤维的热导率与温度成直线关系，其数值可以查表得到。

由C t s 6252=均，得)/(318.022C m W ⋅=λ查表得，在炉壳温度为C 65时，炉墙外表面对车间的综合传热系数为 )/(50.122C m W ⋅=∑α①热流的计算2332211/2.789 50.121190.0115.0318.0080.0476.0115.020950 1m W s s s t t q ag =+++-=+++-=∑αλλλ②检验交界面上的温度C s q t t 9.760480.0115.02.7899501112=⨯-=-=λ墙墙 %88.48009.760800222=-=''-=∆墙墙墙t t t%5<∆，符合设计要求，不需要重新计算。

C s q t t 5.454138.0055.02.7899.7602223=⨯-=-=λ墙墙墙%9.04504505.454333=-=''-=∆墙墙墙t t t %5<∆，符合设计要求，不需要重新计算。

③验算炉壳温度C C s q t t 50174.23190.0115.02.7895.4543334<=⨯-=-=λ墙墙墙满足一般热处理炉表面温升C 50<的要求。

④计算炉墙散热损失W F q Q 5.3532476.42.789=⨯=⋅=墙均墙墙散 同理可得2432/2.789200.4423.759m W q C t C t C t ====顶顶顶顶，，，2432/98.5673.703.6207.709m W q C t C t C t ====底底底底，，， 炉顶通过炉衬散热W F q Q 3.1485882.12.789=⨯=⋅=顶均顶顶散 炉底通过炉衬散热W F q Q 3.921622.198.567=⨯=⋅=底均底底散整个炉体散热损失hkJ W Q Q Q Q /76.21380 1.5939 3.9213.14855.3532 ==++=++=底散顶散墙散散（3）开启炉门的热辐射损失设装出料所需时间为每小时6分钟，则有⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=44100100675.56.3ag t T T F Q φδ辐这里，K T g 1223273950=+=，K T a 29327320=+=，在正常情况下，炉门开启的高度为炉膛高度一半，故炉门开启面积2182.02/506.0718.02m H B F =⨯=⨯=，炉门开启率为1.0606==t δ。