中温箱式电阻炉设计

1、1 设计任务 22 炉型的选择 23 炉膛尺寸的确定 24 炉体结构设计与材料选择 45 电阻炉功率的计算 86 电热元件的设计 147 参考资料 2 0数据及结果中温箱式电阻炉试验设计及计算 一、设计任务设计要求：1、低合金钢调质用炉；2、最大生产率75kg/h;3、画出总装图；4、画出炉衬图；5、画出炉壳图；6、画出电热元件接线图；7、写出设计说明书。二、炉型的选择热处理的工件材料：碳钢、低合金钢；热处理工艺：调质处理。对于碳钢和低合金钢奥氏体化最高温度为 1912+(3050)】C , 回火的最高温度为650 C ,故选择中温炉即可，同时工件尺寸和形 状没有特殊规定也不是长轴类，则选择箱

2、式炉，并且无需大批量生 产、品种多、工艺用途多，所以选择周期式作业。综上所述，决定选择周期式中温箱式电阻炉，不通保护气氛， 炉子最高使用温度为950 Co三、炉膛尺寸的确定1、炉膛有效尺寸由于无典型工件，无法按排料法确定，故采用炉底强度指标 法计算，即根据炉子的生产率及生产能力来计算。(1)炉底有效面积：查参考文献【1】表2-1得，G=100kg/ (mb h)F效=昵=Z5=0.75m2Gh 100(2)炉膛有效尺寸：L 效= J(21.5)F 效L 效=,0.75 1.6 =1.39m=1390mm取 L 效=1390mm(3)炉膛有效宽度：B效=水1/ 22/3) F效B效=158 07

3、5 =0.541=541mm取 B 效=550mm(4)根据参考文献【11表2-2选择标准尺寸为1390X 550X45/12mm的炉底板，炉底板材料为 Cr-Mn-N故 L 效=1390-100=1290mm B 效=550mm2、炉膛内腔砌墙尺寸 取直行砖炉膛宽度：B砌=8效+2乂 (0.1 0.15)B 砌=5.5+2 X0.15=580mm取 B砌=120X 8+40X 9=1320 mm炉膛长度：L 砌=L 效+0.1=1.8+0.1=1900mmL 效=1390mmB 效=550mmB 砌=1320mmL 砌=2036mm取 L 砌=51 乂 36+200=2036mm炉膛内高度:

4、H 砌=(0.5 0.9) B砌H 砌=0.7Xl320=854mm取 H砌=67X 12+35+37=876mm选择12层四、炉体结构设计与材料选择H 砌=876mmn=12 层(一)、选择炉衬材料部分炉体包括炉壁、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，并应与耐火而专、隔热保温砖的尺寸相吻合;(2)为了减少热损失和缩短升温时间，在满足强度要求的前提下，应尽量选用轻质耐火材料；(3)要保证炉壳表面温升小于50 C, 否则会增大热损失，使环境温度升高， 导致劳动条件恶化。(二)、炉体结构

5、设计和尺寸本炉设计为三层炉壁(如右图所示)内层选用RNG-0.6型轻质粘土石专，其厚度Si=115mm中间层选用密度为120 kg/ m 3硅酸铝耐火纤维，其厚度为S2=40mm最外层选用B级硅藻土砖为骨架，膨胀蛭石粉进行填充。查文献【2】表1-5、1-9知：RNG-0.6型轻质粘土石专：/密度P 1=800【kg/ m3】< 热导率入 1=0.165+0.194 x 10-3t 均【w/(m C )】【比热容 G=0.836+0.263 x 10-3t 均【KJ/ (kg C)】硅酸铝纤维：3.雷度 P 2=120 kg/ m < 热导率入 2=0.032+0.21 ( 10-3

6、t 均)2【w/(m C)】I 比热容 C2=1.1 KJ/ (kg C)】膨胀蛭石粉：< 密度 p 3=250 kg/ m3】 热导率入 3=0.077+0.25 X 10-3t 均【w/(m C)】1 比热容 C3=0.6573 KJ/ (kg C)】3入 01=0.294, b1=0.21 X10 ；,1入 03=0.077, b3=0.25X10-3当t4=60C时，由文献【2】表2-12查得 e=12.171W/(itf - ) q=12.17 X (60-20) =486.8 (W/itf)10.21 103将上述各数据代入公式得:,125八一，2,t2,01. 012bl

7、0.5优101G qsb0.165 00.1652 2 0.194 10 3 0.5 0,194 103 95(J 0,165 950 4868 0.115Si=115mm=779 (C)为了计算2的值,先假设13=661 C,由此得硅酸铝纤维的平均热导率的近似值2 = 0.032 0.21661 7792 10 32=0.1781w/(m C )】 t3=t? q 779 486.82署8 690 cS2=40mm$=230mm11=950C12=779 C13=661 Ct4=60C因为 t3t3 100%t3690 661100% 0.43% 5%690故合理。由 s3t4q03 0.5

8、b3 t3 t4可得保温层的厚度:0.077 0.5 0.25 10 3661 601S3 66160486.8220.9mm取 230mm（三）、炉顶的设计炉顶的结构有平顶、拱顶和悬顶三种。炉膛宽度小于400到600mm的小型炉子，如振底式炉、输送带式炉常常采用平顶。当炉膛宽度为600到3000mm寸，可采用拱顶，拱角可用60和90° ,采用拱顶，拱其中使用最多的是60 o角60°的标因为炉膛宽度为1320mm故采用拱顶，拱角为 60°的标准 准拱顶拱顶。拱顶是炉子最容易损坏的部位，受热时耐火被发生膨胀，造成砌筑拱顶时，为了减少拱顶向两侧的压力，应采用轻质的楔形

9、砖和标准直角砖混合砌筑。故选用厚楔形砖T-37,供脚砖采用TJ-91。（四）、炉底的设计炉底采用一层113mrmi藻土石专填充蛭石粉，再平铺一层67mm的QN-0.6轻质粘土石专，一层67mmi勺B级硅藻土石专，最上层采用230mm勺重质高铝砖和8块加热元件搁被支持炉底板，炉底板采用Cr-Mn-N耐热钢，厚度为12mm（五）、炉门框的设计炉门框的大小主要取决于工件的大小，要保证工件装、出炉操 作方便，使工件装、出炉时不至于碰撞电热体并应减少炉膛向外的 辐射损失。通常，炉口的尺寸应比炉膛稍小，故选择 B框x H框 = 1000mrH 700mm勺炉门框。B框 旧框=1000 x 700mmB 门

10、 Hn=1020mm< 837mm采用230mm至质耐火粘土石专（六）、炉门的设计H效=0.7 乂 B效=0.7 乂 1320=876mmH效=67X 12+33=837mm炉门尺寸为 Bn x Hn=B效 x H 效=1020mm837mm。（七）、炉体框架与炉壳的设计炉体外廓尺寸：L 外4 砌+115+40+230+230=2036+230+115+60+220=2642mm8外=8砌+2X ( 115+40+230)=1320+2X (115+40+23。 =2090mmHrn=B 砌-B 砌 Cos30= 1320-1320 xCos30 =178mmH #=He + (115+

11、40+23。+ H 弧+ (115+67+67+230=876+115+40+230+178+115+67+67+230=1985mm五、电阻炉功率的计算本炉采用理论设计法，通过炉子的热平衡来确定炉子的功率。 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。具体计算如下：1、 加热工件的有效热量Q件、件=且件 C2t2 Citi其中，g件炉子生产率200kg/ht1、t2 工夹具加入炉前和加热终了的温度，分别为20c和950cC1、 C2工件在trt2时的平均比热容【KJ/(kg , )查参考文献【1】表4 3得低合金钢在20c时，比热容为 493.9 J/ (kgC) ,95

12、0 C时为 678.9J/ (kg C)将其代入上式得：Q件 2000.6789 950 0.4939 20= 127015 KJ/hL 外=2642mmB 外=2090mmH 外=1985mm(2件=127015 KJ/h2、 加热辅助工夹具所需的热量Q辅因为设计的是箱式炉，一般没有辅助加热工具，故:3、可控气氛吸热量Q控因为未通入可控气氛，故:4、通过炉衬的散热损失Q散炉衬的散热损失即炉膛内热量通过炉墙、炉顶、炉底散发到车间的热损失。在炉衬传热达到热稳定的情况下通过炉墙的散热损失，可按下式计算:Sit1S21 Fm12 Fm2t0S33F m3匚3.6 (式1)F020 c式中：t1、t0

13、分别为炉内壁温度950c和炉外车间温度1、2、0.1650.1650.0320.0320.0770.0773 各层材料的平均热导率【w/(m C)】0.1940.1940.210.210.250.2510 3310t均310950 7790.333 w/(m C)779 6903100.145 w/(m C)10 3310690 6020.170 w/(m C)S1 0.115 m S 2=0.04m S 3=0.23m炉壳外表面对空气的综合传热系数【w/(m C )】查参考文献【2】表2-12可得 12.17 w/(m C)2Fm1、Fm2、Fm3 各层平均面积(m)2.F0 炉壳外表面积(

14、m)F2 F1lnF2F1各层平均面积如下近似计算：2时,Fm当且2时，Fm旦F2；当且 F1m 2F1其中，11.26( m2F1 2 B砌H砌L砌H砌B砌L砌20372S12 1.320 0.876 2.037 0.876 1.320F2 2 B 砌 2slH 砌 2S1 L 砌 2B 砌 2sl L 砌 2sl2 sl 2S2= 15.47(m2)F3 2B 砌 2S, 2S2H 砌 2sl 2s2H 砌 26 2S2B 砌 2S1 2s2L 砌 2& 2s2= 17.08(m2)F4 2 B砌 2S1 2s2 2S3 H 砌 2S1 2s2 2s3L 砌2S12s22S3H 砌

15、2S12s22s3B 砌2sl2S22S3L 砌2S12S22S3=27.852/F1<2,F3/F2<2, F4/F 3<2Fm2Fm3F1 F22F2F3211.26 15.47215.47 17.08217.08 27.85213.36 (m2)16.27 (m2)22.46 (m2)Fo=R=27.85 (m2)将以上数据代入式（1）解得Q散=31704.5 （KJ/h） 5、炉衬材料的总蓄热量Q蓄Q 茎 VC2t2C1tl2 21 1式中,v炉衬砌体的体积（m3）t1、t2炉衬加热前后的平均温度（C）Q散31704.5 KJ/h炉衬材料的体积密度（Kg/m）G炉衬加

16、热前后的平均比热容【KJ/ （kg - ）C00.8360.26310 3 20 0.8412 KJ/ (Kg。C)C10.8360.26310 3 t均0.8360.2633 950 77910 1.06 KJ/ (Kg C)C21.1KJ/(© C)0.6573KJ/ (Kg C)31.32 2.036 0.876 2.35 m3V23.87 mV 3=4.51m33V4=9.34 m3Vi V Vi 3.87 2.35 1.52 m3V V3 V24.5 3.870.64 m3V3 V4 V39.34 4.514.73 mp i=600Kg/m P 2=120Kg/m P i=

17、250Kg席各层的蓄热量：Q 蓄iVi 1 Citi C0t0950 7791.50 6001.06 0.8412 20810068.4 KJ2同理 Q 蓄 2=56628.0 KJQ蓄 3=280009.0KJ总蓄热量 Q总=、蓄i+ Q蓄2+ Q蓄3=1146705.4KJ6、开启炉子的辐射热损失加总蓄热量Q总= 1146705.4KJ4 4Q辐 5.675d 3.6F t (KJ/h)100100t式中，T1 炉膛内部白绝对温度（K）, 1223KT2 炉外空气绝对温度（K）,293KF 炉门开启的面积（M）炉口开启尺寸1020mrK 837mm即面积为0.85 m2炉口辐射遮蔽系数，查

18、参考文献【2】图2-16得=0.83炉门开启率（%,开炉门时间设每小时3分钟即Q辐12277.2KJ/hQ溢43743.1KJ/ht -3- 0.0560将其数据代入上式得:Q辅=12277.2KJ/h7、开启炉门的溢气热损失 Q溢Q益 VC TT2 t (KJ/h)式中，V进入炉内白空气流量(m3/h)C 空气的平均比热容【KJ/ (nf K)，为1.4 KJ/(m2 - K)ET2 炉子内外的温度，分别为 950c和20Ct 炉门开启率，为0.05而V=2200BHH (m3/h), B为炉门宽度(m), H为炉门开启高度(m)故Q溢 2200BH .HC T1 2T2 t950 2022

19、00 1.32 0.837、0.837 1.40.05 43743.12KJ/h8、其它热损失Q它Q它=0.5 XQ散=22193KJ/h9、炉子每小时的总热量支出Q总Q件Q辅Q控Q散Q辐Q溢Q它=236930.9KJ/h10、将总热量换算成计算功率P计cQ总236930.9 ” cP十 65.8KW3600360011、炉子的装备功率改欧K P计1.31.5 P计= 1.376X 65.8=90.23 KW=90KW12、电阻炉热效率的校核Q 件127015 100% 100% 0.536%Q总23690一般电阻炉的热效率为40%-80%故符合要求。13、空炉升温时间的校核Q 蓄12277

20、2升 -3.78 h符合要求。360023600 9014、电阻炉的空载功率PhcQ散 Q它 31704.5 22193.1 一 ”已 2 14.97 kw36003600符合要求六、电热元件的设计（一）、电阻功率的分配因功率为90KW均匀分布在炉膛前后两个区。采用双星形接线法，供电电压为380V。（二）、电阻元件材料的选择选用0Cr25A15线状电热元件22193KJ/hQ总236930.9KJ/hP 安=90KW53.6%升 3.78 hP 空=14.97KW（三）、电热元件的设计1、供电电压和接线供电电压为三相380V,双星形联接。P安90P 15 KW3n 3 2380U 竿 220

21、V332、确定电热元件直径dd 34.3 3； P t 、U2W允式中，P元件功率（Kvy, 15KWU元件端电压（V , 220V.一一、 , 卜 一一2 一t工作温度下的电阻（Q .mm/m）W允元件的允许表面负荷率（ W/cnm）,查参考文献【1】表7-4可得：W允=1.6 W/cm2其中，t 0 1 t （Q .mm/m）式中，0 兀件在0 c时的电阻率（Q .mm/m）元件的电阻温度系数（1/C）t元件的工作温度（C）,它比炉子的额定温度高100200C,此处选为 1100 Co故 t 0 1 t 1.4 1 4 10 5 11001.5 q .mm2/m将数据代入得：d=6.53

22、mm取 d=7mmP=15 KWU=220V3、每根电热元件长度L和总长度L总d=7mm_.U2d2L 0.785 10 3 mP t式中,U-一元件端电压（V）, 220V元件功率（KW ,24KW元件线材直径（mm ,7mm工作温度下的电阻率（Q2.mm/m), 1.45Q .mm/m故 L=82mL凹 nL心、6 82 492 mw 102P100 15dL 3.14 7 821.49 1.6 W/cm3,符合要求。L 总=492m4、计算电热元件的重量 M和M总查参考文献【2】表3-17知，直径为7mm勺0Cr25A15电热元件重量为0.323kg/m,则:M 0.323 82 26.

23、486 kgM 总 6 26.486 158.916 kgM 总 158.916（四）电热元件的绕制和布置电热元件绕制成螺旋状，均匀布置于两侧墙及炉底，分为前后两个区，侧墙为16层，炉底为16层。kg1、炉墙每排电热元件的展开长度:82Li 6.83 m12每排电热元件的搁砖长度:L2=36X 51/2=918 mm电热元件螺旋直径D :查XXM【2】表 3-19 选择 D=54 即 D=5X 7=35mn每排电热元件的圈数：L16.83 1032 mn - 62 圈D 3.14 35电热元件螺旋节距： L2918 h14.8 mmn 62按 h= (2-4) d 校验 h:h 148 2.11,符合要求。d 72、炉底每排电热元件的展开长度：82L1 5.125 m16每排电热元件的搁传长度：L2=943.5mm电热元件螺旋直径D :查参考文献【2】表3-19选择D 5d ,即D=35mm每排电热元件的圈数：L1, n 41