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中温箱式电阻炉设计说明书

更新时间:2025-01-04 05:08:35 阅读：评论：0

热处理炉课程设计

炉型：中温箱式电阻炉

学院：

专业班级：材料工程

学号：

学生姓名：

指导教师：

日期：

中温箱式电阻炉设计任务书编号：03

材料冶金学院专业年级班级：材料工程

学号：姓名：

一、基本条件

1. 炉型：中温箱式电阻炉

2.用途：中碳钢、低合金钢的中小型毛坯工件的正火、淬火及调质，无定型产品，多品种小批量。

3.最高工作温度：950℃

4.炉壁外壳温度≤70℃

5. 生产率：80kg/h

6．空炉升温时间：≤2.5小时

7.生产特点：周期式成批装料，长时间连续生产

8.电源：三相

二、设计要求

1.设计内容

1) 砌体部分

2）炉门及启闭机构电热元件及外部接线炉壳构架部分

2.标定主要技术数据

（1）额定功率（2）额定电压（3）额定温度

（4）电源相数（5）电热元件接法（6）炉膛有效尺寸

（7）炉膛尺寸（8）空炉升温时间（9）外形尺寸

3.提交资料

（1）纸质和电子版本的《设计计算说明书》，规格：A4

（2）纸质和电子版本的炉子总图(AotuCAD绘制)，幅面：A1

指导教师：

前言

随着基础工业的不断现代化，即传统的制造技术与计算机技术、信息技术、自动化技术、新材料技术、现代管理技术的紧密结合，市场竞争更趋于白热化，商家们的眼光不仅盯在如何提高产品质量，而且在如何提高效率、效益、保护环境、适应用户需要方面提出了更高的要求。对热处理行业来说，“优质、高效、低耗、清洁、灵活”是现代热处理技术的标志，着10个字应该成为热处理工作者不断追求的总目标。要实现热处理技术的现代化，需要靠热处理设备的现代化来保证。现代热处理设备包括：大型连续热处理生产线、密封箱式多用炉生产线、真空热处理设备、无人化感应加热设备等。

热处理电阻炉的设计是一项综合性的技术工作，除需炉子知识外，还包括热处理工艺、机械设计、电工及温度控制等有关内容，必须密切结合生产实际综合运用有关知识。一般设计炉子的顺序遵循：

1．炉子的生产任务；

2．作业制度（一班制、两班制或连续生产）；

3．加热工件的材料、形状、尺寸、重量；

4．工件热处理工艺规程和质量要求；

5．电源及车间的厂房条件；

6．炉子建造维修能力和投资金额等

当然热处理炉的课程设计所包含的内容有所不同，但是一些技术上的要求必须要在设计过程中通过运用所学的知识设计达标。

作为热处理行业的技术标志——“优质、高效、低耗、清洁、灵活”应该成为所有热处理工作者不断追求的总目标。

本次设计，我要完成的是中温箱式电阻炉，通过设计能进一步巩固我们所学的知识，并能

通过实践去理解前人在研究设计热处理炉中所会碰到的困难与工作量，以便我们以后在面对炉子时有着充分清醒的认识，能够爱护各种热处理设备。

1．炉型的选择--------------------------------------------------------------------------------------------1

2．炉体结构尺寸的确定----------------------------------------------1

3．砌体平均表面积的计算---------------------------------------------2

4．炉子功率的计算---------------------------------------------------3

5．炉子热效率的计算-------------------------------------------------7

6．空炉升温时间的计算----------------------------------------------8

7．功率分配与连接-------------------------------------------------10

8．电热元件材料选择与计算-------------------------------------------10

9．参考文献--------------------------------------------------------12

10．设计小结-------------------------------------------------------12

设计项目	计算内容	计算结果
一. 炉型的选择二.确定炉体结构和尺寸 1.炉底面积的确定 2.炉底长度和宽度确定 3.炉膛高度的确定 4.炉衬材料及厚度的确定三．砌体平均表面积的计算四．计算炉子功率五．炉子热效率的计算六．炉子空载功率的计算七．空炉升温时间的计算八.功率的分配与接线九．电热元件材料选择及计算十.参考文献十一.设计小结	根据任务书给出的生产特点，拟选用中温箱式热处理电阻炉，不通保护气氛。因为无定型产品，故不能用实际排料法确定炉底面积，只能用加热能力指标法。已知生产率P为80kg/h,按表5 - 1选择箱式炉用于正火和淬火时的单位面积生产率，故可求的炉底有效面积为由于有效面积与炉底总面积存在关系式，取系数上限，得炉底实际面积为由于热处理箱式电阻炉设计时应考虑装出料方便，取=2，因此，可求得 L==1.256m B=L/2=0.628m 根据标准砖尺寸，为方便砌砖，取L=1.160m，B=0.625m 按统计资料，炉膛高度H与宽度B之比通常在0.5-0.9之间，根据炉子的工作条件，取=0.8左右，根据标准砖尺寸，选定炉膛高度 H=0.439m。因此，确定炉膛尺寸如下长宽高为避免工件与炉内壁式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，确定工件室有效尺寸为 =1000mm =500mm =300mm 炉墙：113mmQN-0.4轻质粘土砖+ 200mm膨胀珍珠岩炉顶：113mmQN-0.4轻质粘土砖 + 80mm密度为250kg/m3普通硅酸铝纤维毡 + 115mm膨胀珍珠岩炉底：四层QN-1.0轻质粘土砖(67×4)mm + 182mmB级硅藻土砖炉门：65mmQN-0.4轻质粘土砖 + 80mm密度为250kg/m3普通硅酸铝纤维毡 + 65mmA级硅藻土砖炉底隔砖：重质粘土砖电热原件搁砖：重质高铝砖炉底板材料：Cr-Mn-N耐热钢，厚20mm 砌体外廓尺寸式中: ----拱顶高度,此炉子采用60°标准拱顶,取拱顶半径R=B,则炉顶平均面积 ===0.759m2 ==1.485×2.020=2.999m2 ==1.544m2 炉墙平均面积 ===1.567m2 ===10.61m2 ===4.077m2 炉底平均面积根据经验公式法计算炉子功率由式(5-14) 取式中系数空炉升温时间假定为=2.5小时,炉温t=950℃, 炉膛内壁面积 =47.8k 根据热平衡法计算炉子功率 1)加热工件所需的热量由附表6得知，工件在950℃及20℃时比热容分别为： =0.486 kJ/(kg·℃) =0.636kJ/(kg·℃) = 2)通过炉衬的散热损失炉墙散热令界面上温度=750℃， =70℃ =(950+750)/2=850℃ =(750+70)/2=410℃ 、层炉衬的热导率由附表3得 W/(m·℃) W/(m·℃) 当炉壳为70℃，室温为20℃时， =12.83W/(m2·℃) 求热流=454.30W/m2 验算交界面上的温度 =t1- (）=754.33℃ Δ=(755.90-750)/750=0.58%<5% 验算炉壳温度 <70℃ 满足设计要求 =·=454.304.077=1852.18W 炉顶散热令界面上温度=770℃， =520℃ ， =70℃ =(950+770)/2=860℃ = (770+520)/2=645℃ =(520+70)/2=295℃ ∴=0.08+0.22×10-3=0.269W/(m·℃) =0.123W/(m·℃) =0.04+0.22×10-3=0.10W/(m·℃) 当炉壳为70℃，室温为20℃时， =14.69W/(m2·℃) 求热流 =405.05W/m2 验算交界面上的温度、 =t1- (）=776.84℃ Δ=(776.84-770)/770=0.89%<5% =-=513.39℃ Δ=\|(513.39-520)/520=1.27%<5% 验算炉壳温度 <70℃ 都满足设计要求 ∴=·=405.051.544=625.40W 炉底散热令界面温度=600℃， =70℃ =(950+600)/2=775℃ =(600+70)/2=335℃ ∴=0.290+0.256×10-3=0.488W/(m·℃) =0.131+0.23×10-3=0.202W/(m·℃) 当炉壳为70℃，室温为20℃时， =10.35W/(m2·℃) 求热流 =601.25W/m2 验算交界面上的温度 =t1-=616.39℃ Δ=(616.39—600)/600=2.73%<5% 计算炉壳温度 =-=74.67℃ Δ=（74.67-70）/70=6.67% 在误差允许范围内，都满足设计要求 ∴=·=886.84W 整个炉体散热损失 =3364.42W=12111.91kJ/h 其他热损失其他热损失约为上述热损失之和的10%～20% 11934.06kJ/h 热量总支出其中 =0， =0 =71604.37kJ/h 炉子安装功率由式(5-11) 其中K为功率储备系数,本炉设计中K取1.4,则与标准炉子相比较，取炉子功率为45kW。正常工作时的效率由式（5—12） 66.4% 炉墙蓄热 ℃ = 1.06kJ/(kg·℃) =（0.106+0.215）×0.4×10×1.06× (852.17-20) =113261.67kJ 炉顶蓄热 ==(950+776.84)/2=863.42℃ t=1.064 kJ/(kg·℃) =(776.84+513.39)/2=645.1℃ t=0.99 kJ/(kg·℃) =0.120×0.4×10×1.064×(863.4-20)+0.104×0.25×10 ×0.99×(645.1-20) =59165.22kJ 炉底蓄热计算炉底高铝质电热元件搁砖，近似看成重质黏土砖。 =783.20℃ =0.84+0.26×10-3=1.04kJ/(kg·℃) =0.88+0.23×10-3=1.06kJ/(kg·℃) =345.53℃ =0.84+0.25×10-3=0.92kJ/(kg·℃) + 炉底板蓄热由附表6，950℃和20℃时高合金钢的比热容分别为： =0.670kJ/(kg·℃) =0.473kJ/(kg·℃) 经计算炉底板质量故: =113261.67+59165.22+436350.47+94056=702833.36kJ 空炉升温时间：因计算蓄热时是按稳定态计算的，误差大，时间偏长，实际空炉升温时间应在2.5h以内符合设计要求。 45kW功率均匀分布在炉膛两侧及炉底，组成YY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/m2之间，常用为20～25kW/m2之间。表面负荷范围15～35W/m2之内，故符合设计需求。由最高使用温度950℃，选用线状0Cr25Al5合金作电热元件，接线方式采用YY接法。理论计算法 (1)求1100℃时电热元件的电阻率当炉温为950℃时，电热元件温度取1100℃，由附表12查得0Cr25Al5在20℃时电阻率=1.40Ω·mm2/m，电阻温度系数α=4×10-5℃-1，则1200℃下的电热元件电阻率为 (2)确定电热元件表面功率由图5-3，根据本炉子电热工作条件取 (3)每组电热元件功率由于采用YY接法，每组元件功率 (4)每组电热元件端电压由于采用YY接法，车间动力电网端电压为380V，故电热元件端电压为 (5)电热元件直径取d=4mm (6)每组电热元件长度和重量由附表12查得=7.1g/cm3 （7）电热元件的总长度和总质量电热元件总长度由式(5-27)得电热元件总重量由式(5-28)得 (8)校核电热元件表面负荷 <,结果满足设计要求。 (9)电热元件在炉膛内的布置将电热元件分为6折，布置在两侧炉墙及炉底上，则有布置电热元件的炉壁长度丝状电热元件绕成螺旋状，当原件温度高于1000摄氏度，由表5-5可知，螺旋节径取螺旋体圈数N和螺距h分别为：按规定，h/d在2～4范围内满足设计要求。根据计算，选用串联方式接线，采用d=4mm所用电热元件重量最小，成本最低。电热元件节距h在安装时适当调整，炉口部分增大功率。电热元件引出棒材料选用1Cr18Ni9Ti，φ=12mm，l=500mm 电热元件图(略)。 [1]《热处理炉》修订版，吉泽升编著，哈尔滨工程大学出版社经过这次课程设计中我学习到很多东西，同时也发现自己很不足之处，总结归纳如下：首先通过设计，我明白不管做什么都要以科学的态度来对待。在做设计时不仅要注意细节问题，又要统揽全局。对于一些不必要考虑而又可以忽略的问题不必过于追究，再就是让我明白，做什么东西，只有经过自己的思考才会真正属于自己，才会有所收获。经过用CAD 画图使我以前学的东西又回忆起来，同时又学到很多新的画图技巧，所谓温故而知新，确实很有道理。其次，我发现自己在设计过程中不够仔细，计算时出过很多错误，进几次修改才完成。在设计之前，如果能观察跟自己设计的炉型类似的实体炉子，会给后面的设计减少不必要的麻烦。总之，本次设计不仅仅是检验知识的掌握的程度，也是检验你做事情用心的程度和态度。	L=1.256m B=0.628m L=1.160m B=0.625m H=0.439m =1000mm =500mm =300mm =0.759m2 =2.999m2 =1.544m2 =1.567m2 =10.61m2 =4.077m2 = =750℃ =70℃ =850℃ =410℃ =0.267W/(m·℃) =0.130W/(m·℃) W/m2 =754.33℃ =1852.18W =770℃ =520℃ =70℃ =860℃ =645℃ =295℃ =0.269W/(m·℃) =0.123W/(m·℃) =0.10W/(m·℃) 405.05W/m2 =776.84℃ =513.39℃ =625.40W =600℃ =70℃ =775℃ =335℃ =0.488W/(m·℃) =0.202W/(m·℃) 601.25W/m =616.39℃ =74.67℃ =886.84W 12111.91kJ/h 11934.06kJ/h 71604.37kJ/h 66.4% ℃ 1.06kJ/(kg·℃) =113261.67kJ =863.42℃ =1.064 kJ/(kg·℃) =645.1℃ =0.99 kJ/(kg·℃) =59165.22kJ 783.20℃ =1.04kJ/(kg·℃) =1.06kJ/(kg·℃) 345.53℃ =0.92kJ/(kg·℃) 702833.36kJ