中温箱式电阻炉设计

目录一设计任务…………………………2二炉型的选择………………………2三炉膛尺寸的确定……………………2四炉体结构设计与材料选择…………4五电阻炉功率的计算………………8六电热元件的设计…………………14七参考资料………………………20试验设计及计算数据及结果一、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【912+(30～50)】℃，回火的最高温度为650℃，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℃。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。中温箱式电阻炉（1）炉底有效面积：查参考文献【1】表2-1得，Gh=100kg/（m2·h）F效=hgG件=10075=0.75m2（2）炉膛有效尺寸：L效=效）（F5.1~2L效=6.175.0=1.39m=1390mm取L效=1390mm，（3）炉膛有效宽度：B效=效（F2/3)~2/1B效=75.085=0.541=541mm取B效=550mm（4）根据参考文献【1】表2-2选择标准尺寸为1390×550×45/12mm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=B效+2×（0.1～0.15）B砌=5.5+2×0.15=580mm取B砌=120×8+40×9=1320mm炉膛长度：L砌=L效+0.1=1.8+0.1=1900mm取L砌=51×36+200=2036mmL效=1390mmB效=550mmB砌=1320mmL砌=2036mm炉膛内高度：H砌=（0.5～0.9）B砌H砌=0.7×1320=854mm取H砌=67×12+35+37=876mm选择12层四、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三层炉壁（如右图所示）内层选用RNG-0.6型轻质粘土砖，其厚度S1=115mm；中间层选用密度为120kg/m3硅酸H砌=876mmn=12层铝耐火纤维，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型轻质粘土砖：密度ρ1=800【kg/m3】热导率λ1=0.165+0.194×10-3t均【w/(m·℃)】比热容C1=0.836+0.263×10-3t均【KJ/（kg·℃）】硅酸铝纤维：密度ρ2=120【kg/m3】热导率λ2=0.032+0.21﹙10-3t均﹚2【w/(m·℃)】比热容C2=1.1【KJ/（kg·℃）】膨胀蛭石粉：密度ρ3=250【kg/m3】热导率λ3=0.077+0.25×10-3t均【w/(m·℃)】比热容C3=0.6573【KJ/（kg·℃）】∴λ01=0.294，b1=0.21×10-3；λ03=0.077，b3=0.25×10-3当t4=60℃时，由文献【2】表2-12查得α∑=12.17【W/(㎡·℃)】∴q=12.17×（60-20）=486.8（W/㎡）将上述各数据代入公式得：115.08.486950165.095010194.05.010194.02165.0165.01021.015.021t23323110121112010112qsttbbb=779（℃）为了计算的值，先假设t3=661℃，由此得硅酸铝纤维的平均热导率的近似值2=21.0032.023102779661=0.178【w/(m·℃)】∴'3t=222sqt8.486779690178.004.0℃因为%5%43.0%100690661690%10033'3ttt故合理。由433034335.01ttbttqs可得保温层的厚度：mms9.220606611025.05.0077.0606618.486133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时，可采用拱顶，拱角可用60°和90°，其中使用最多的是60°。因为炉膛宽度为1320mm，故采用拱顶，拱角为60°的标准拱顶。拱顶是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S1=115mmS2=40mmS3=230mmt1=950℃t2=779℃t3=661℃t4=60℃采用拱顶，拱角60°的标准拱顶2形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113mm硅藻土砖填充蛭石粉，再平铺一层67mm的QN-0.6轻质粘土砖，一层67mm的B级硅藻土砖，最上层采用230mm的重质高铝砖和8块加热元件搁砖支持炉底板，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×H框=1000mm×700mm的炉门框。采用230mm轻质耐火粘土砖（六）、炉门的设计H效=0.7×B效=0.7×1320=876mmH效=67×12+33=837mm炉门尺寸为B门×H门=B效×H效=1020mm×837mm。（七）、炉体框架与炉壳的设计炉体外廓尺寸：L外=L砌+115+40+230+230=2036+230+115+60+220=2642mmB外=B砌+2×（115+40+230）＝Ｈ框框B1000×700mm＝Ｈ门门B1020mm×837mm=1320+2×（115+40+230）=2090mmH弧=B砌-B砌Cos30°=1320-1320×Cos30°=178mmH外=H砌+（115+40+230）+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件Q１１２２件件ｔ－ＣｔＣ＝ｇQ其中，件g——炉子生产率200kg/h２、ｔｔ1——工夹具加入炉前和加热终了的温度，分别为20℃和950℃２、　Ｃ1C——工件在２１、ｔｔ时的平均比热容【KJ/（kg·℃）】查参考文献【１】表４－３得低合金钢在20℃时，比热容为493.9J/（kg·℃）,950℃时为678.9J/（kg·℃）将其代入上式得：204939.09506789.0200件Q=127015KJ/h2、加热辅助工夹具所需的热量辅QL外=2642mmB外=2090mmH外=1985mm＝Ｑ件127015KJ/h因为设计的是箱式炉，一般没有辅助加热工具，故：0辅Q3、可控气氛吸热量控Q因为未通入可控气氛，故：0控Q4、通过炉衬的散热损失散Q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：6.31tt03m332m221m1101FFSFSFSQ散（式1）式中：01tt、——分别为炉内壁温度950℃和炉外车间温度20℃321、、——各层材料的平均热导率【w/(m·℃)】均t3110194.0165.0333.0277995010194.0165.03w/(m·℃)2321021.0032.0均t145.010269077921.0032.023w/(m·℃)均t1025.0077.033170.02606901025.0077.03w/(m·℃)0辅Q0控Q115.0S1mS2=0.04mS3=0.23m——炉壳外表面对空气的综合传热系数【w/(m·℃)】查参考文献【2】表2-12可得17.12w/(m·℃)m3m2m1FFF、、——各层平均面积（m2）0F——炉壳外表面积（m2）各层平均面积如下近似计算：当212FF时，221FFFm；当212FF时，1212lnFFFFFm其中，砌砌砌砌砌砌LBHLHBF2126.112037320.1876.0037.2876.0320.12（㎡）11111122222222SLSBSHSLSHSBF砌砌砌砌砌砌=15.47（㎡）21212121212132222222222222SSLSSBSSHSSLSSHSSBF砌砌砌砌砌砌=17.08（㎡）32132132132132132142222222222222222222SSSLSSSBSSSHSSSLSSSHSSSBF砌砌砌砌砌砌=27.85（㎡）∵F2/F12，F3/F22，F4/F32∴36.13247.1526.112211FFFm（㎡）27.16208.1747.152322FFFm（㎡）46.22285.2708.172433FFFm（㎡）F0=F4=27.85（㎡）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蓄Q1122tCtCV蓄Q式中，V——炉衬砌体的体积（m3）21tt、——炉衬加热前后的平均温度（℃）——炉衬材料的体积密度（Kg／m3）C1、C2——炉衬加热前后的平均比热容【KJ/（kg·℃）】8412.02010263.0836.030CKJ/（Kg·℃）均tC3110263.0836.006.1277995010263.0836.03KJ/（Kg·℃）1.1C2KJ/（Kg·℃）6573.0C3KJ/（Kg·℃）35.2876.0036.232.11Vm3散Q31704.5KJ/h87.32Vm3V3=4.51m3V4=9.34m352.135.287.3121VVVm364.087.35.4232VVVm373.451.434.9343VVVm3ρ1=600Kg/m3ρ2=120Kg/m3ρ1=250Kg/m3各层的蓄热量:001111tCtCV1蓄Q4.810068208412.0277995006.160050.1KJ同理Q蓄2=56628.0KJQ蓄