热处理炉设计
一、设计任务
设计一箱式电阻炉，计算和确定主要项目，并绘出草图。
基本技术条件：
（1）用途：低合金钢等的回火；
（2）工件：中小型零件，小批量多品种，最长0.8m；
（3）最高工作温度为550℃；
（4）炉外壁温度小于60℃；
（5）生产率：120kg/h。
设计计算的主要项目：
（2）选择炉衬材料及厚度，确定炉体外形尺寸；
（3）计算炉子功率，进行热平衡计算，并与经验计算法比较；
（4）计算炉子主要经济技术指标（热效率，空载功率，空炉升温时间）；
（5）选择和计算电热元件，确定其布置方法；
（6）写出技术规范。
二、炉型选择
根据设计任务给出的生产特点，选用低温（≦550℃）箱式热处理电阻炉，炉膛不通保护气氛，为空气介质。
三、确定炉膛尺寸
1.理论确定炉膛尺寸
（1）确定炉底总面积
炉底总面积的确定方法有两种：实际排料法和加热能力指标法。本设计用加热能力指标法来确定炉底面积。已知炉子生产率，按教材表5-1选择适用于回火的一般箱式炉，其单位炉底面积生产率。因此，炉子的炉底有效面积（可以摆放工件的面积）可按下式计算：
通常炉底有效面积和炉底总面积之比值在0.75～0.85之间选择。本设计取值0.85，则炉底总面积为：
（2）确定炉膛的长度和宽度
炉底长度和宽度之比在3/2～2之间选择。考虑到炉子使用时装、出料的方便，本设计取，则炉子炉底长度和宽度分别为:
（3）确定炉膛高度
炉膛高度和宽度之比在0.5～0.9之间选择，大炉子取小值，小炉子取大值。本设计取中值0.7，则炉膛高度为：
2.实际确定炉膛尺寸
为方便砌筑炉子，需根据标准砖尺寸（230×113×65mm），并考虑砌缝宽度（砌砖时两块砖之间的宽度，2mm）、上、下砖体应互相错开以及在炉底方便布置电热元件等要求，进一步确定炉膛尺寸。依据理论计算的炉膛长度、宽度和高度，进一步确定炉膛尺寸如下：
注意：实际确定的炉膛尺寸和理论计算的炉膛尺寸不要差别太大。
3.确定炉膛有效尺寸
为避免热处理工件与炉膛内壁、电热元件和放置电热元件的搁砖发生碰撞，应使工件与炉膛内壁保持一定的距离。工件应放置的炉膛的有效尺寸内。炉膛有效尺寸确定如下：
四、炉衬材料的选择及其厚度的确定
炉衬材料的选择及其厚度的计算应满足在稳定导热的条件下，炉壳温度小于60℃。由于炉子外壁和周围空气之间的传热有辐射和对流两种方式，因此辐射换热系数和对流换热系数之和统称为综合传热系数。炉壳包括炉墙、炉顶和炉底。这三部分外壁对周围空气的综合传热系数不同（见教材附表2），所以三部分炉衬材料的选择及其厚度也不同，必须分别进行计算。
1.炉墙炉衬材料的选择及其厚度的计算
炉子的两边侧墙和前后墙可采用相同的炉衬结构，同时为简化计算，将炉门看作前墙的一部分。
设炉墙的炉衬结构如图所示，耐火层是115mm厚的轻质黏土砖（QN—0.8）1块，保温层是125mm B级硅藻土砖2块（耐火材料和保温材料的选择参照教材附表3和附表4）。这种炉衬结构在稳定导热条件下，是否满足炉墙外壁温度小于60℃，应首先求出热流密度，然后计算进行验证。
在炉墙内壁温度550℃、炉壳周围空气温度20℃的稳定导热条件下，通过炉墙向周围空气散热的热流密度为：
1)的确定
分别是轻质黏土砖和B级硅藻土砖的厚度（m）。若考虑它们之间2mm的砌缝宽度，则的厚度为：
；；
2)的确定
分别是轻质黏土砖、硅酸铝耐火纤维毡和B级硅藻土砖的平均热导率（W/m·℃）;是炉壳对周围空气的综合传热系数（W/ m²·℃）。
要求出和，首先必须假定各层界面温度和炉壳温度。设轻质黏土砖和B级硅藻土砖之间的界面温度℃，炉墙外壳温度55℃<60℃。如图所示。
求轻质黏土砖的平均导热率
查教材附表3，可得轻质黏土砖（QN—0.8）的平均导热率为：
（为平均温度）
=0.402 W/m·℃
求B级硅藻土砖的平均导热率
查教材附表3，可得B级硅藻土砖的平均导热率为：
=0.191 W/m·℃
求炉墙外壳对周围空气的综合传热系数
当炉墙外壳温度为55℃，周围空气为20℃时，由教材附表2可查得，外壳为钢板或涂灰漆表面时，对周围空气的综合传热系数为：
W/m²·℃
3)求热流密度
将以上数据代入求热流密度的表达式中，可求得热流密度为：
4)验算各界面温度和炉墙外壳温度是否满足设计要求
轻质黏土砖和B级硅藻土砖之间的界面温度为：
℃
相对误差为，满足设计要求，不必重算。
炉墙外壳温度为：
℃＜60℃
因炉墙外壳温度小于60℃，故炉墙炉衬材料及其厚度的选择满足设计要求。若实际计算后，外壳温度大于60℃，必须重新选择炉墙炉衬材料及其厚度。
2.炉顶炉衬材料的选择及其厚度的计算
设炉顶的炉衬结构为，耐火层是115mm厚的轻质黏土砖（QN—1.0）1块，厚度115mm的膨胀珍珠岩1块。
在炉顶内壁温度550℃、炉壳周围空气温度20℃的稳定导热条件下，通过炉顶向周围空气散热的热流密度为：
1)的确定
分别是轻质黏土砖（QN—1.0）、膨胀珍珠岩的厚度。若考虑它们之间2mm的砌缝宽度，则的厚度为：
；；
2)的确定
分别是轻质黏土砖和膨胀珍珠岩的平均热导率（W/m·℃）;是炉顶外壳对周围空气的综合传热系数（W/ m²·℃）。要求出和，首先必须假定界面温度和炉壳温度。设轻质黏土砖和膨胀珍珠岩之间的界面温度℃，，炉顶外壳温度60℃。
求轻质黏土砖的平均导热率
查教材附表3，可得轻质黏土砖（QN—1.0）的平均导热率为：
=0.442 W/m·℃
求膨胀珍珠岩的平均导热率
查教材附表3，可得膨胀珍珠岩的平均导热率为：
=0.098 W/m·℃
求炉墙外壳对周围空气的综合传热系数
当炉墙外壳温度为60℃，周围空气为20℃时，由教材附表2可查得，外壳为钢板或涂灰漆表面时，对周围空气的综合传热系数为：
W/m²·℃
3)热流密度的计算
将以上数据代入求热流密度的表达式中，可求得热流密度为：
4)验算界面温度和炉顶外壳温度
轻质黏土砖和膨胀珍珠岩之间的界面温度为：
℃
相对误差为，满足设计要求，不必重算。
