井式电阻炉课程设计报告书（精华版）

1、下载可编辑目 录一设计任务 1二炉型的选择1三炉膛尺寸的确定 1四五砌体平均表面积计算 2电阻炉功率的计算 2六电阻炉热效率计算6七炉子空载功率计算 6八空炉升温时间计算 6九功率的分配与接线 9十电热元件材料选择及计算 9十一、炉子技术指标12十二、绘制炉型图12. 专业.整理.第 14 页，共 14 页一、设计任务设计种类： 轴类工件， 杆件和长管件的回火加热 （材料为中碳钢， 低合金钢） 生产能力： 160 kg/h零件最大尺寸：5 0*1800mm作业制度： 3 班制生产二、 炉型的选择根据技术条件要求，工件材料为中碳钢或者低合金钢，热处理工艺为回火， 对于中碳钢或低合金钢回火最高温度

2、大约为600700，所以选择中温炉（上限 950）即可。金属热处理多用箱式炉、井式炉或者连续电阻加热炉。同时工件规定是长轴类，选择箱式炉，并且无需大批量生产、工艺多变，则选择周期式 作业。综上所述，选择周期式中温井式电阻炉。三、炉膛尺寸的确定1、炉底面积的确定：2用炉底强度指标法计算，炉底有效面积：2查表 5.1 得 gs=100kg/（m h），又 gs=160kg/hfa= gsgs=160100=1.6 （m）由于存在关系式f=0.780.85 ，取系数上限，得炉底实际面积：2faf= fa= 0.851.60.85=1.88 （m）2、炉底直径的确定：d 2由公式 f=r2=43、炉膛

3、高度的确定：d=4f =4 * 1.883.14=1.55m由于加热工件的最大长度为 1800mm，工件距炉顶和炉底各约 150mm 250mm，则炉深 h=1800+250+250=2300mm4、炉衬材料及厚度的确定：炉体包括炉壁、炉底、炉底、炉门、炉壳架几部分。炉体通常用耐火层和保温层构成，尺寸与炉膛砌筑尺寸有关。设计时应满足下列要求：（1） ）确定砌体的厚度尺寸要满足强度要求，并应与耐火砖、隔热保温砖的尺寸相吻合；（2） ）为了减少炉衬热损失和缩短冷炉升温时间，在满足耐火、保温和机械强度要求的前提下，应尽量选用轻质耐火材料；（3） ）保温材料的使用温度不能超过允许温度，否则将使保温性能

4、降低；（4） ）炉衬外表面温升以保持在 4060为宜，否则会增大热损失，使环境温度升高，导致劳动条件恶化。对于 950的井式炉，用一层轻质粘土砖作为耐火层，硅藻土砖及蛭石粉做. 专业.整理.保护层，在炉膛底部应干铺一层粘土砖作为炉底。对于深度较大的炉子， 在耐火层和炉口砖之间应当留1525mm膨胀缝， 炉膛底部应留有清楚氧化皮的扒渣口，炉衬外有炉壳保护。3综上所述，炉墙采用113mmqn-1.0轻质粘土砖 +80mm密度为 250kg/m 普通硅酸铝纤维毡 +113mmb级硅藻土砖。3炉顶采用 113mmqn-1.0轻质粘土转 +80mm密度为 250kg/m 普通硅酸铝纤维毡+85mm蛭石粉

5、。3炉底采用 qn-1.0 轻质粘土转 (67*2)mm+50mm密度为 250kg/m毡+182mmb级硅藻土砖和硅藻土粉复合炉衬。炉壳用 5mm钢板制作。四、砌体平均表面积计算d外=d+2*(115+80+115)=1550+620=2170(mm)h外=h+c底+f+h 拱角c底=67*2+50+182=366mm普通硅酸铝纤维f=r(1- cos30)=d(1 - cos30)=1550*(1- cos30)=208mm h 拱角=(65+2)+(135+2)*2=341mm、h外=2300+366+208+341=3215(mm)2(1) 炉顶平均面积f 顶内= 2d= 2 * 63

6、.1426* 1.552 =2.51m2f 顶外= 4d= 4 * 63.146* 1.55 2=5.03 m2f外f 顶均=f内 = 5.03 - 2.512=3.63 mln f外f内ln 5.032.512（2） 炉墙平均面积f 墙内=2r内*h 内 =2*3.14*0.775*2.3=11.19 mf 墙外=2r外 *h 外=2*3.14*1.085*3.215=21.91 mf外f 墙均=f内 =21.91-11.1922=15.95mln f外f内ln 21.9111.19（3） 炉底平均面积. 专业.整理.2r22f 底内=2=3.14*0.775=1.89 m2内2f 底外=r

7、 外 =3.14*1.085=3.70 mf 底均= f外f内 =3.70 - 1.892=2.69mln f外ln f内3.701.89五、电阻炉功率计算本炉采用理论设计法，理论设计法就是采用热平衡来确定炉子功率的方法。其原理是炉子的总功率即热量的收入，应能满足炉子热量支出的总和。电阻炉的种类和作业形式不同，热量支出的具体项目和数量也不相同。根据热平衡计算炉子功率：（1） 加热工件所需的热量 q热查表可知，工件在950及 20时比热容分别为ct =0.636kj /( kgc) ，co =0.486 kj /( kgc) ，所以q热 =gs (c t t f- c ot o )=160*(0

8、.636*950-0.486*20 )=95117 kj/h（2） 加热辅助构件（料筐、工具夹、支承架、炉底板、料盘等）所需的热量q辅q辅 =g辅(c t t f- c ot o )=0 kj/h（3） ） 加热控制气体所需的热量 q控q控 =g控 c( t f - t o )=0 kj/h（4） ） 通过炉衬的散热损失 q散通过炉衬的散热损失指炉膛内的热量通过炉体散发到大气中的损失。在炉子加热阶段，通过炉衬的散热损失属于不稳定态传热。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q散 =t1tn 1nsii 1i fi对于炉墙散热，如图所示，首先假定界面上

9、的温度及炉壳温度，t 2墙 =850，950850t 3 墙 =450， t4墙 =60。则耐火层 s1 的平均温度ts1均=900，硅酸2. 专业.整理.铝纤维层 s2 的平均温度ts 2均850450 =650，硅藻土砖s3 的平均温度2t s3均450260 =255， s1,s3 层炉衬的热导率由表得31=0.294+0.212* 10*900= 0.485w/(m )3 =0.131+0.23*10 3 *255= 0.190w/(m )普通硅酸铝纤维的热导率由表查得，在给定温度相差较小范围内近似认为其热导率与温度成线性关系，由 ts2均 =650，得2 =0.128w/(m )2当

10、室温为 20时，由表近似计算得=12.17w/(m ) 1）求热流q墙 = st f - t oss=10.115950 -0.080200.115=600.2w/m211231230.4850.1280.19012.172） 验算交界面上的温度t2墙 ,t3墙t= t - qs1 =950-600.2*0.115 =807.7 2 墙f墙10.485=t2墙 - t 2 墙= 807.7850*100%=4.9%t 2墙8505% , 满足设计要求，不需重算。t= t- qs2 =807.7-600.2*0.080=432.6 3墙2墙墙20.128=t3 墙 - t 3墙= 432.645

11、0*100%=3.8%t 3 墙4505% , 满足设计要求，不需重算。3） 验算炉壳温度 t4墙t=t- qs3 =432.6-600.2*0.115=69.3 70满足要求4 墙3墙墙30.1904） 计算炉墙散热损失q墙散=q 墙 f墙均=600.2*15.95=9573.2w. 专业.整理.同理可以求得2t 2顶 =808.1 ， t 3顶 =434.2 ， t 4顶 =63， q顶 =598.3w/m2t 2底 =807.1 ， 炉顶通过炉衬散热t 3底 =430.4 ，t 4底 =67，q底 =602.8w/mq顶散=q 顶f顶均=598.3*3.63=2171.8w炉底通过炉衬散

12、热q底散= q 底f底均=602.8* 2.69 =1621.5w整个炉体散热损失q散q墙散q顶散q底散=9573.2+2171.8+1621.5=13366.5w =48119.4kj/h（5） 开启炉门的辐射损失设装出料所需时间为每小时 6 分钟，可得t4t4q辐 3.65.675 fgat10010022因为tg =950+273=1223k, ta =20+273=293k,故炉门开启面积f=* r=3.14*0.775 =1.89 mt炉门开启率60.160由于炉门开启后， 辐射口为圆形， 且 h与 r 之比为 0.2/0.775=0.26，炉门开启高度与炉墙厚度之比为 0.2/0.

13、31=0.65，查表知=0.7 ，故44tgtaq辐 3.65.675 ft100100=3.6*5.675*1.89*0.7*0.1*=6027kj/h（6） 开启炉门溢气损失412231004293100溢气热损失qqvc (tt )溢aa agat其中，qva1997d * h *h1997 * 1.55 * 0.2 *0.2276.9m3/h冷 空 气 密 度a1.29kg/m ,由 表 得 ca1.342kj/(m ),33ta20,为溢气温度，近似认为tg. 专业.整理.t = t + 2 tt=20+ 295020 =640，agag33qqvc (t t )溢aa agat=2

14、76.9*1.29*1.342*（640-20 ）*0.1=29715.9kj/h（7） 其它热损失其它热损失约为上述热损失之和的10%-20%，故q它 =10%*(q热 +q控 +q散 +q辐 +q溢 )=0.1* （95117+0+48119.4+6027+29715.9 ）=17897.9kj/h（8） 热量总支出q总 =q热 +q控 +q散 +q辐 +q溢 +q它=95117+0+48119.4+6027+29715.9+17897.9=196877.2kj/h（9） 炉子的安装总功率安pkq总3600其中 k 为功率储备系数，本炉设计中 k 取 1.4 ，则安p =1.4* 1968

15、77.2 =91.65kw3600与标准炉子相比较，取炉子功率为90kw。六、 电阻炉热效率计算1. 正常工作时的效率q热 =95117*100%=48.3% q总196877.22. 在保温阶段，关闭炉门时的效率q热95117*100%=59%q总q辐q溢196877 -602729715.9七、 炉子空载功率计算q散q它p空48119.4=17897 .9=18.3 kw36003600八、 空炉升温时间计算由于所设计炉子的耐火层结构相似，而保温层蓄热较少，为简化计算， 将炉子侧墙、前后墙及炉顶按相同数据计算，炉底由于砌砖方法不同，进. 专业.整理.查表得 c硅所以得0.842行单独计算，

16、因升温时炉底底板也随炉升温，也要计算在内。1.炉墙及炉顶蓄热v侧3粘=2*1.509*(34*0.067+0.135)*0.115=0.837mv前后3粘=2*1.509*(34*0.067+0.135)*0.115=0.837mv粘顶=0.97*(1.509+0.276)*0.115=0.199 m3v=2*(1.509+0.115)*(34*0.067+0.135)*0.080=0.627 m侧3纤v前后3纤=2*(1.509+0.115)*(34*0.067+0.135)*0.080=0.627mv顶纤=1.071*(1.509+0.276)*0.0.080=0.153m3v=2*(1.

17、509+0.115)*(34*0.067+0.135)*0.115=0.901 m侧3硅v硅前后=2*(1.509+0.115)*(34*0.067+0.135)*0.115=0.901m3v=2.360*1.490*0.115=0.404m侧3硅所以q蓄 v粘粘c粘t粘 t0v纤纤c纤t纤 t0v硅硅c硅t硅t0因为t 粘t 1t 2墙2= 950807.72=878.8 查表得 c粘0.840.26 * 10* 878.831.07kj/(kg)t纤t 2墙t 3墙2807.7432.62620.2 查表得 c纤0.810.28 * 10* 620.230.98kj/(kg )t硅t 4墙

18、t 3墙69.3432.6251 0.25 * 1023 * 2510.90kj/(kg )侧前后顶q蓄1v粘v粘v粘粘c粘t粘t0+v 侧v 前后v 顶ctt纤纤纤纤 纤纤0. 专业.整理.查表得 c硅0.842+v侧硅v前后硅v顶硅硅 硅ct硅t0=（0.837+0.199 ）*0.8* 10 3 *1.07* （ 878.7-20 ）+（ 0.627+0.153 ）*0.25* 10 3 *0.98* （ 620.2-20 ）2.+（ 0.901+0.404 ）*0.55* 10 3 *0.90* （ 251-20）=761508.9+114698.2+149220.2=1025427.

19、3kj炉底蓄热计算底v= 0.115 * 0.065粘30.067 * 0.113 * 60.042 * 2 * 0.113 * 1.43 =0.143mv底粘=1.601*1.079*0.05=0.086m3v=1.601*1.079*0.182=0.314m底3粘t 2顶 =808.1 ， t3顶 =434.2 ， t 4顶 =63， q顶 =598.3w/m2t 2底 =807.1 ， t 3底 =430.4 ， t 4底 =67， q底 =602.8w/m2t 底t 1粘t 2 底 = 950 2807.1 =878.6 2查表得c粘0.840.26 * 10* 878.631.07k

20、j/(kg)t纤底t 2底t 3底2807.1430.42618.8 查表得 c 底纤0.810.28 * 10 3 * 618.80.98kj/(kg )t底硅t 4底t 3底67430.4248.7 0.25* 1023 * 248.70.90kj/(kg )所以得蓄q底 =0.143*1.0*103 *1.07*(878.6-20)+0.176*0.25*10 3 *0.98*(618.8-20)+0.633*0.5*103 *0.90*(248.7-20). 专业.整理.=222339.9 kj3. 炉底板蓄热查表得 950和 20时钢板的比热容分别为c板2 =0.679kj /( k

21、gc) 和c板1 =0.473 kj /( kgc ) 。经计算炉底板重量 g=242kg，所以有蓄板 21q板 =g(ct- c板1t 0)=242*(0.670*950-0.473*20)=151743.6kjq所以q蓄+151743.6=1399510.8kj得升温时间为q蓄1蓄蓄=1025427.3+222339.9q底板升q蓄= 1399510.8 =5.18h3600p安3600 * 75对于一般周期作业炉， 其升温时间在 2 8 小时内均可， 故本炉子设计符合要求。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、 或yy 、接线。供电电压为车间动力网 38

22、0v。22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 1525kw/m之间。f电2f电侧f电底=2*1.714*0.64+1.714*0.869=3.74mp安2w=20.05kw/mf电表面负荷在常用的范围之内，故符合设计要求。十、 电热元件材料选择及计算由最高使用温度 950，选用线状 0cr 25al 5 合金作电热元件，接线方式采用 380v单相接法。1. 求 950时电热元件的电阻率t当炉温为 950时， 电热元件温度取 1100，查表得 0cr27al7mo2在20时电阻率201.40mm2 / m ，电阻温度系数410 5 c 1 ，则 1200下的电热

23、元件电阻率为t20 1t1.40*(1+4*10 5 *1100)=1.46mm2 / m2. 确定电热元件表面功率2查表知， w允 =1.7w/cm. 专业.整理.3. 每组电热元件功率由于采用三相接法，每组元件功率p组 =10kw4. 每组电热元件端电压由于采用三相接法，车间动力电网端电压为380v，故每组电热元件端电压即为每相电压u组3803220v5.电热元件直径线状电热元件直径为d34.3 * 3p2w允u 组t组234.3 * 31.46 * 101.7 * 22022=4.2mm取d5mm6.每组电热元件长度和质量每组电热元件长度为22l组0.785 * 10-3 *ud组p组=

24、0.785* 10 -3 *220 2 * 4.2 210 * 1.46=45.9mt每组电热元件质量为g组4d 2l组m式中3m7.1g / cm ，所以得g组4d 2 l组m= 3.14 * 4.22 * 45.9 * 7.1=4.52kg47. 电热元件的总长度和总重量电热元件的总长度为l总3l组 =3*45.9=137.7m电热元件总重量为g总3g 组 =3*4.52=13.56kg8. 校核电热元件表面负荷w实p组101.39 w/cm2dl组3.14 *0.05 *45.9w实w允 ，结果满足设计要求。9.电热元件在炉膛内的布置将 3 组电热元件分为 12 折，布置在炉墙及炉底上，则有. 专业.整理.折ll组445.94=11.5m布置电热元件的炉壁长度ll502300502250 mm丝状电热元件