题目热处理炉设计学院专业班级学号学生姓名完成日期一、设计任务1、设计目的：设计可用于铸铁、碳钢、高合金钢高温退火、淬火的高温箱式电阻炉；2、设计参数：工件采用堆放，置于料筐中；周期性成批装料，长时间连续生产；最高使用温度：1250℃；额定温度：1200℃淬火时生产率70Kg/h；空炉升温时间（至1200℃）:5至7小时炉壳表面温度<60 ℃二、炉型的选择因为工件材料为铸铁、碳钢、高合金钢，热处理工艺为淬火、退火，且最高温度为1250℃，选择高温炉即可。
同时工件没有特殊规定并且需要小批量生产，则选择周期式箱式炉。
综上所述，选择周期式高温箱式电阻炉。
三、炉膛尺寸的确定1.炉底面积确定因无定型产品，故不能用实际排料法确定炉底面积，只能用炉底强度指标法计算。
查表得，P0 =110Kg/（m2·h）F有效 = P/P0 = 70/110 = 0.64（m2）由于有效面积与炉底总面积存在关系式F/F1=0.75～0.85，取系数上限，得炉底实际面积：F=F有效=0.64/0.85=0.75m22.炉膛底部的长度和宽度的确定L和B的比例为2~1.5（小炉子取上限），取L/B=2，因此F=L*B=0.5L2。
可得，L=2*F=1.28mB=L/2=0.64m为方便砌砖L=1392mm，B=760mm3.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=0.8左右，选定炉膛高度H=0.6m。
因此，确定炉膛尺寸如下长L=(230+2)*6=1392mm宽B=(113+2)*8=920mm高H=(65+2)*11+37=774mm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=1600mmB效=700mmH效=700mm四、炉体材料选择与结构设计由于侧墙、前墙及后墙的工作条件相似，采用相同炉衬结构，应采用4层结构即耐火层为113mmLZ—48高铝砖+中间层为230mmQN —1.0轻质粘土砖+保温层为300mm硅藻土粉+10mm石棉板。
炉顶采用113mmLZ—48高铝砖+（65*3）mmQN—1.0轻质粘土砖+230mm硅藻土粉。
炉门用113mmQN—1.0轻质粘土砖做耐火层+200mm硅藻土砖为保温层。
炉底采用四层，即2层65mmLZ—48高铝砖+2层65mmQN—1.0轻质粘土砖+113mmB级硅藻土砖和200mm膨胀珍珠岩复合炉衬。
炉底隔砖采用重质高铝砖，电热元件搁砖选用重质高铝砖。
炉底板材料选用Cr-Mn-Ni耐热钢，根据炉底实际尺寸给出，分三块或四块，厚20mm。
砌体结构如图所示：五、砌体平均表面积计算砌体外廓尺寸上图所示。
L外=L+2*(115+232+300+10)=1856+1314=3170mmB外=B+2*(115+232+300+10)=920+1314=2234mm H外=H+f+(115+67*3+230)+67*4+113+200==2024mm式中：f—拱顶高度，此炉子采用60°标准拱顶，取拱弧半径尺R=B，则f可由f=R(1-cos30°)=123mm求得。
1.炉顶平均面积F顶内=（2πR/6）*L=1.79m2F顶外=B外*L外=6.97m2F顶均= 顶外F=3.53m2顶内F2.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=2L*H+2B*H=4.30m2F墙外=2H外（L外+B外）=21.713m2F墙均= 墙外墙内FF=9.66m23.炉底平均面积F底内=B*L=1.71m2F底外=B外*L外=6.97m2F底均=底外底内FF=3.45m2六、计算炉子功率1 ．根据热平衡计算炉子功率(1)加热工件在1200℃及20℃时比热容分别为C件2=0.678KJ/(kg·℃)，C件1=0.486KJ／(kg·℃)，根据Q件=p(C件2t1-C件l t0)=120*(0.678*1200-0.486*20)=96466KJ/h(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Q散=∑=+-niiFi Si tnt111λ对于炉墙散热，首先假定界面上的温度及炉壳温度，设t2'=1180℃，t3'=950℃，t4'=90℃，t5’=60℃则有：耐S1的平均温度ts1均=（1200+1800）/2=1190℃轻质粘土砖层S2的平均温度ts2均=（1180+950）/2=1065℃硅藻土粉S3的平均温度ts3均=（950+90）/2=520℃石棉板S4的平均温度ts5均=（90+60）/2=75℃则S1、S2、S3、S4层炉衬的热导率：λ1=2.09+1.86*10-3*ts1均=2.09+1.86*10-3*1190=4.303W/(m℃)λ2=0.29+0.256*10-3*ts2=0.29+0.256*10-3*1065=0.563W/(m℃)λ3=0.07+0.2*10-3*ts3均=0.07+0.2*10-3*520=0.174W/(m℃) λ4=0.163+0.174*10-3*ts4均=0.163+0.174*10-3*75=0.176W/(m℃)（3）计算炉墙散热损失Q墙散=q墙·F墙均=512.6*9.66=4952W同理可以求得Q顶散=q墙·F顶均=512.6*3.53=1809WQ底散=q墙·F底均=512.6*3.45=1768W整个炉体散热损失Q 散=Q 墙散+Q 顶散+Q 底散=4952+1809+1768=8529W 又因为1W=3.6KJ/h ，所以Q 散=8529*3.6=30704KJ/h（4）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，则Q 辐射=])100()100[(675.5*6.344Ta Tg t A -φδ 因为Tg=1200+273=1473K ，Ta=20+273=293K ，由于正常工作时，炉门开启高度的一半，故炉门开启面积A=B*H/2=0.920*0.774/2=0.3560m 2 炉门开启率δt=6/60=0.1所以可得，Q 辐射=])100()100[(675.5*6.344Ta Tg t A -φδ=19828KJ/h (5)开启炉门溢气热损失根据Q 溢 =q V αραC α(t g ’—t α)δt ，其中q V α=442.3m 3/h 空气密度ρa =1.29kg/m 3，则C a =1.434KJ/（m 3·℃）t a =20℃ ，t g ’为溢气温度，t g ’=20+2/3（1200-20）=807℃所以Q 溢 =q V αραC α(t g ’—t α)δt=442.3*1.29*1.434*（807-20）*0.1 =64392KJ（6）其他热量损失其他热量损失约为上述热损失之和的10％～20％故 Q 它 = 0.12*（Q 件+Q 散+Q 辐+Q 溢）= 0.12*(96466+30704+19828+64392)= 25369KJ（7）热量总输出其中Q 辅=0，Q 控=0，所以Q 总=Q 件+Q 辅+Q 控+Q 散+Q 损+Q 溢+Q 它=236759KJ/h（8）炉子的安装功率P 安=3600总KQ 其中K 为功率储备系数，则P 安=（1.4*236759）/3600=92.07kW在安全范围内，为了减少损耗，取炉子功率为90kW 。
七、炉子热效率计算1．正常工作时的效率η=总件Q Q =96466/236759*100％=40.7％2．在保温阶段，关闭炉门时的效率η=Q 件/[Q 总-（Q 辐+Q 溢）]=96466/[236759-(19828+64392)]*100％ =63%八、炉子空载功率计算P 空=3600它散Q Q =（30704+25369）/3600=15.6kW九、功率的分配与接线90kW 功率均匀分布在炉膛两侧及炉底，组成Y 接线。
供电电压为车间动力电网380V 。
核算炉膛布置电热元件内壁表面负荷，对于周期式作业炉，内壁表面负荷应在15～35kw ／m 2之间。
F 电=2F 电侧+F 电底=2*1.856*0.774+0.920*1.856=3.66m 2 W=P 安/F 电=90/3.66=24.60kW/m2 十、电热元件材料选择及计算由最高使用温度1200℃，选用线状0Cr25Al5合金作电热元件，接线方式采用Y 。
理论计算法(1)求1200℃时电热元件的电阻率ρ当炉温为1200℃时，电热元件温度取1300℃，在20℃时电阻率ρ20=1.40Ω·mm 2/m ，电阻温度系数α=4*10-5℃-1，则1300℃下的电热元件电阻率为ρt =ρ20(1+αt)=1.40*(1+4*10-5*1300)=1.473Ω·mm 2/m(2)确定电热元件表面功率根据本炉子电热元件工作条件取W 允=0.7W/cm 2(3)每组电热元件功率由于采用Y 接法，即三相星形接法，每组元件功率P 组=90/n=90/3=30kW(4)每组电热元件端电压由于采用Y 接法，车间动力电网端电压为380V ，故每组电热元件端为每相电压U 组=380/3=220V 则，电压即为每相电压U 组=380/3=220V(5)电热元件直径线状电热元件直径 322)/(3.34允组组W U P d t ⋅=ρ=14.66mm 取d=15mm(6)每组电热元件长度和重量每组电热元件长度 tP d U L ρ组组组22310785.0-⨯==193.6m 取194m 每组电热元件重量 M L d G ρπ组组24==40.6k 式中，ρm=7.1g/cm 2(7)电热元件的总长度和总重量电热元件总长度L 总=3L 组=3*194=582m电热元件总重量G 总=3G 组=3*40.6=121.8kg(8)校核电热元件表面负荷W 实=P 组/πdL 组=0.33〈0.7W/cm 2W实<W允，结果满足设计要求(9)电热元件在炉膛内的布置按规定，h/d在2～4范围内满足设计要求，取h=3d=3*15=45mm布置电热元件的炉壁长度L′=L-50=1856-50=1806mm螺旋体圈数N =L′/h=1806/45=40圈丝状电热元件绕成螺旋状，当元件温度高于1200，螺旋节径D=(6—8)d，取D=7d=7*15=105mmL折=NπD=40*3.14*105*10-3=13.2mL组/L折=194/13.2=15根据计算，选用Y方式接线，采用d=15mm所用电热元件重量最小，成本最低。