中温箱式电阻炉课程设计说明书.doc

一、炉型的选择因为工件材料为低合金钢，热处理工艺为正火，对于低合金钢正火最高温度为【912+(30~50)】℃，选择中温炉（上限950℃）即可，同时工件没有特殊规定也不是长轴类，则选择箱式炉，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，选择周期式中温箱式电阻炉二、炉膛尺寸的确定1、用炉底强度指标法计算炉底有效面积：查表得炉底强度=100Kg/（m2·h） F效===0.6（m2）炉膛有效尺寸：L效= L效==0.96（m）=960mm炉膛有效宽度：B效= B效==(m)=600mm选择 1000mm×600mm×45mm/12mm的炉底板，取B效=0.6m2、 炉膛内腔砌墙尺寸炉膛宽度：B砌=B效+2×（0.1～0.15） B砌=0.6+2×0.125=0.85 (m) 炉膛长度：L砌=L效+0.16 =1.12（m） 炉膛内高度： H砌=（0.5～0.9）B砌H砌=0.8×0.85=0.68 (m)层数n==10.1 选择10层∴炉膛高度H砌=10×67+42+39=0.751(m)三、炉体结构设计与材料选择（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，并应与耐火砖、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℃，否则会增大热损失，使环境温度升高，导致劳动条件恶化二）、炉体结构设计和尺寸本炉设计为两层炉壁内层选用RNG-0.6型轻质粘土砖，其厚度S1=115mm；外层选用硅酸铝耐火纤维，体积密度λ2=105Kg/m3厚度S2待计算；RNG-0.6型轻质粘土砖： ρ1=600【Kg/ m3】 λ1=0.165+0.194×10-3t均【w/(m·℃)】 C1=0.836+0.263×10-3t均【KJ/（Kg·℃）】耐火纤维 当t3=60℃时，由表查得α∑=12.17【W/(㎡·℃)】 ∴ q=12.17×（50-20）=486.8（W/㎡） 将上述各数据代入公式得： =782（℃）代入数据解得：纤维层厚度：=228（mm）取S2=230mm（三）、炉顶的设计炉膛宽度为850mm，采用拱顶，拱角60°的标准拱顶，拱顶式炉子最容易损坏的部位，受热时耐火砖发生膨胀，造成砌筑拱顶时，为了减少拱顶向两侧的压力，应采用轻质的楔形砖与标准直角砖混合砌筑。

故选用侧厚楔形砖（230,113,65,45）、厚230mm体积密度为105Kg/ m3的硅酸铝耐火纤维和轻质直形砖（230,113,65）.（四）、炉底的设计炉底采用一层113mm硅藻土砖填充蛭石粉，再平铺一层65mm的QN-0.6轻质粘土砖，最上层采用230mm的重质高铝砖支持炉底板+4块加热元件搁砖，炉底板采用Cr-Mn-N耐热钢厚度为12mm五）、炉门框的设计 炉门框的壁 炉膛稍小取其宽度为： B框×H框 =800mm×650mm 采用230mm硅藻土砖和113mmRN-0.6轻质粘土砖六）、炉门的设计炉门采用113mmRNG-1.0轻质粘土砖和230mmB级硅藻土砖，炉门尺寸为B门×H门=900mm×780mm七）、炉体框架与炉壳的设计 炉体外廓尺寸： L外=L砌+（115+230）+230=1695（mm） B外=B砌+2×（115+230）=1540（mm） H弧=B砌- B砌Cos30°=114（mm） H外=H砌+（115+20+230）+ H弧+（115+67+230） H外=1571（mm）四、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 Q件 =g件（C2t2-C1t1）=60×（0.6789×950-0.4939×20）=38104.6（KJ/h） （其中C2、C1查表可得）2、 通过炉衬的散热损失Q散 Q散=（式1） λ1=0.165+0.194×10-3×（950+782）÷2=0.3 3 λ2=0.107 ==4.5832m2=2=7.3386㎡=2=10.7288㎡ 将以上数据代入式1解得Q散 =14556.5（KJ/h）3、炉衬材料的总蓄热量Q蓄总轻质粘土砖、硅酸铝耐火纤维、在1㎡面积上所占的量分别为：G1=0.115×600=69（Kg）G2=0.230×105=24.15（Kg）它们的平均比热容分别为：C1 =0.836+0.263×10-3×0.5×（950+782） =1.06【KJ/（Kg·℃）】C2 =1.07【KJ/（Kg·℃）】各层的蓄热量:Q1=69×1.06[（950+782）÷2-20]=61876（KJ）Q2=24.15×1.07[（782+60）÷2-20]=10362（KJ）∑Q蓄总= Q1Fm1+ Q2Fm2=554398(KJ)4、开启炉子的辐射热损失Q辐 ×φ×δt炉口开启尺寸850mm×460mma/b=460/850=0.54 L/a=230/460=0.5查表2-16得φ=0.5炉口面积F=0.46×0.85=0.391（㎡）δt=3/60=0.05∴将上述数据代入公式得Q辐=6442（KJ/h）5、开启炉门的溢气热损失Q溢V=2200BH=2200×0.95×0.46×=652 （m3/h）C=1.4KJ/（㎡·K）Q溢=652×1.4×（950+60）×0.5×0.05=23048（KJ/h）6、其他热损失Q它Q它=（0.5～1.0）Q散Q它=0.8×14556.5=11645.2（KJ/h7、Q总 = Q件 + Q辐 + Q控 + Q散 + Q溢+ Q它 =38104.6+14556.5+6442+23048+11645.2 =93796.3（KJ/h） P= Q总 /3600=26.1（KW） P安=1.3P=32.87（KW） 取P安=33KW8、电阻炉热效率η=Q件/Q总×100%=40.62%9、空炉升温时间τ空=Q蓄/（3600P安）=3.4（h）符合要求10、电阻炉的空载功率P空P空=（Q效+ Q它）/3600=7.28（KW）为炉子总功率的16%，符合要求。

五、电热元件的设计（一）、电阻功率的分配 因功率为33KW，故采用三相380V星形接线法，使用三组11KW电阻丝均匀分布单星形接法（二）、电阻元件材料的选择 选用0Cr25Al5为电热元件（三）、电热元件的设计 1、供电电压和接线 选用三相380V、星形接法，长度比为1：1 P=P安/3n=45/3=11（KW） U=380/=220（V）2、确定电热元件的单位表面功率因炉膛最高温度不超过950℃，结合选材0Cr2Al5查表得W允=1.6～2.0W/cm33、确定元件直径dd= mm取 d = 5mm 式中W允=1.6w/cm2L总=nL= 357.57=172.71mM= 0.20157.57=11.57kg4、求电热元件的总质量M总= 311.57=34.71kg 式中g为φ5mm的电阻丝每米长的重量，g=0.201Kg/m可由表3-17查得W===1.22 W/cm3﹤1.6 W/cm3符合要求（五）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，侧墙和炉底均为10层每排电热元件的展开长度：L、==5.757（m）每排电热元件的搁砖长度L1=960-50=910（mm） D=6d=5×6=30（mm）每排电热元件的圈数： n= 取 n=65电热元件螺旋节距：h=按h=（2～4）d校验 校核： 符合要求（六）、电热元件引出棒及其套管的设计与选择（1）、引出棒的设计引出帮必须用耐热钢或者不锈钢制造，以防止氧化烧损，固选用1Cr18Ni9Ti，φ=14mm，L=400mm，丝状电热元件与引出棒之间的连接，采用接头铣槽后焊接。

引出棒长度：L引=115+230+100=445（mm）（2）、保护套管的选择根据设计说明中炉膛以及电热元件的设计，所以确定L侧墙=115+230=345（mm），引出棒的直径d=φ14mm，因此选用SND·724·016号套管，高铝矾土，重量0.5Kg，d引=φ16mmD引=φ36mm，长度300mm七）、热电偶及其保护套管的设计与选择（1）、热电偶的选择 由于炉内最高的温度为950℃.长期使用的温度在1000℃一些，所以选用镍铬-镍硅热电偶由于炉膛不分区，所以选用型号WRN-121的镍铬-镍硅热电偶，保护套管规格选择，外径24mm，插入长度为500mm保护材料为双层瓷管2）、热电偶保护套管的选择 L炉顶=230+20+230=460mm热电偶外径=24mm，插入长度为460mm根据这些条件，应该选用SND·724·020,高矾土，重量0.4Kgd套=φ25mm、D套=φ40mm，长度为300mm测温热电偶与控温热电偶均选用此保护套管即可。