箱式电阻炉课程设计样本.doc

资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。
一、 设计任务书
题目: 设计一台中温箱式热处理电阻炉;
炉子用途: 中小型零件的热处理;
材料及热处理工艺: 中碳钢毛坯或零件的淬火、 正火及调制处理;
生产率: 160 kg/h;
生产要求: 无定型产品, 小批量多品种, 周期式成批装料, 长时间连续生产;
要求: 完整的设计计算书一份和炉子总图一张。
二、 炉型的选择
根据生产特点, 拟选用中温箱式热处理电阻炉, 最高使用温度, 不通保护气氛。
三、 确定炉体结构及尺寸
1.炉底面积的确定
因无定型产品, 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160 kg/h, 按照教材表5-1选择箱式炉用于正火和淬火时的单位面积生产率p0为
120 kg/(m2﹒h), 故可求得炉底有效面积:

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:

2.炉底长度和宽度的确定
由于热处理箱式电阻炉设计时应考虑出料方便, 取, 因此, 可求得:

根据标准砖尺寸, 为便于砌砖, 取, 如总图所示。
3.炉膛高度的确定
按照统计资料, 炉膛高度与宽度之比一般在之间, 根据炉子工作条件, 取。
因此, 确定炉膛尺寸如下:
长
宽
高
为避免工件与炉内壁或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, 确定工作室有效尺寸为:

4.炉衬材料及厚度的确定
由于侧墙、 前墙及后墙的工作条件相似, 采用相同炉衬结构, 即轻质粘土砖, 密度为的普通硅酸铝纤维毡, 级硅藻土砖。
炉顶采用轻质粘土砖, 密度为的普通硅酸铝纤维毡, 膨胀珍珠岩 。
炉底采用三层轻质粘土砖, 密度为的普通硅酸铝纤维毡, 级硅藻土砖和膨胀珍珠岩复合炉衬。
炉门用轻质粘土砖, 密度为的普通硅酸铝纤维毡, 级硅藻土砖。
炉底隔砖采用重质粘土砖, 电热元件搁砖选用重质高铝砖。
炉底板材料选用耐热钢, 根据炉底实际尺寸给出, 分三块或者四块, 厚。
四、 砌体平均表面积计算
砌体外廓尺寸如下:

试中 ——拱顶高度, 此炉子采用60°标准拱顶, 取拱弧半径, 则f可由求得。
1.炉顶平均面积

2.炉墙平均面积
炉墙面积包括侧墙及前后墙, 为简化计算, 将炉门包括在前墙内。

3.炉底平均面积

五、 计算炉子功率
1.根据经验公式法计算炉子功率
由教材式

取式中系数, 空炉升温时间假定为, 炉温, 炉膛面积

因此

由经验公式法计算得
2.根据热平衡计算炉子功率
( 1) 加热工件所需的热量
由教材附表6得, 工件在及时比热容分别为, , 根据式

( 2) 经过炉衬的散热损失的热量
I.炉墙的散热损失
由于炉子侧壁和前后墙炉衬结构相似, 故作统一数据处理, 为简化计算, 将炉门包括在前墙内。
根据式

对于炉墙散热, 如图所示, 首先假定界面上的温度及炉壳温度, , , , 则
耐火层的平均温度, 硅酸铝纤维层的平均温度, 硅藻土砖层的平均温度, 层炉衬的导热率由教材附表3得

。
普通硅酸铝纤维的热导率由教材附表4查得, 在与给定温度相差较小范围内近似认为其热导率与温度成直线关系, 由, 得

当炉壳温度为, 室温为是, 由教材附表2可得炉墙外表面对车间的综合传热系数
①求热流

②验算交界面上的温度

误差, 满足设计要求, 不需要重新估算。

误差, 同样满足设计要求, 不需要重新估算。
③验算炉壳温度

满足一般热处理电阻炉表面升温的要求。
计算炉墙散热损失

II.炉顶的散热损失
和炉墙散热损失同理, 首先假定界面上的温度及炉顶壳的温度, , , 。则:
耐火层的平均温度 , 硅酸铝纤维层的平均温度, 膨胀珍珠岩层的平均温度。
层炉衬的热导率由教材附表3得:

普通硅酸铝纤维的热导率由教材附表4查得, 时, 。
当炉壳温度为, 室温为是, 由教材附表2可查得炉壳表面对空气的综合传热系数。
①求热流

②验算交界面上的温度

, 满足设计要求, 不需要重新估算。

③验算炉壳温度

满足一般热处理电阻炉表面升温要求。
④计算炉顶的散热损失

III.炉底的散热损失
假定各层界面的温度及炉底温度, , , 。则
耐火层的平均温度, 硅酸铝纤维层的平均温度, 硅藻土砖层的平均温度。
层炉衬的热导率同样可由教材附表3得

普通硅酸铝纤维的热导率同样可由教材附表4由插入法得。
当炉壳温度为, 室温为是, 由教材附表2可得。
①求热流

②验算交界面上的温度

, 满足设计要求, 不需要重新估算。

满足设计要求, 不需要重新估算。
③验算炉壳温度

满足一般热处理电阻炉表面升温要求。
④计算炉底散热损失

整个炉体散热损失

( 3) 开启炉门的辐射热损失
设装出料所需时间为每小时6分钟, 根据教材式

因为, , 由于正常工作是, 炉门开启高度为炉膛高度一半, 故炉门开启面积, 炉门开启率。
由于炉门开启后, 辐射口为矩形, 且与之比为, 炉门开启高度与炉墙厚度之比为, 由教材图1-14第一条线查得孔口遮蔽系数, 故

( 4) 开启炉门溢气热损失
溢气热损失由教材式得

式中, 由教材式得

冷空气密度, 由教材附表10得, 为溢气温度, 近似认为

(5)其它热损失
其它热损失约为上述热损失之和的, 故

(6)炉子热量总支出
其中, 由教材式得

( 7) 炉子安装功率
由教材式

其中, 为功率储备系数, 本炉设计中取1.4, 则

与标准炉子相比较, 取炉子功率为。
六、 炉子热效率计算
1.正常工作时的效率
由教材式( 5-12)

2.在保温阶段, 关闭炉门时的效率

七、 炉子空载功率计算

八、 空炉升温时间计算
由于所设计炉子的耐火层结构相似, 而保温层蓄热较少, 为简化计算, 将炉子侧墙、 前后墙及炉顶按相同数据计算, 炉底由于砌砖方法不同, 进行单独计算, 因为升温时炉底板也随炉升温, 也要计算在内。
1.炉墙及炉顶蓄热

由教材

因为

查教材附表3, 经计算得

查教材附表3, 经计算得

查教材附表3, 经计算得

炉顶珍珠岩按硅藻土砖近似计算, 炉顶温度均按侧墙近似计算, 因此得

2.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。炉底的复合炉衬按硅藻土计算。

由于
近似将重质砖和轻质砖平均温度看成相等。
差教材附表3, 经计算得

查教材附表3, 经计算得

查教材附表3, 经计算得

因此得

3.炉底板蓄热计算
根据教材附表6查得和时高合金钢的比热容分别为和。经计算炉底板质量, 因此有

因此, 综上可得炉子蓄热

由教材式得空炉升温时间

对于一般周期作业炉, 其空炉升温时间在内均可, 故本炉子设计符合要求。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以内。
九、 功率的分配与接线
功率均匀分布在炉膛两侧及炉底, 组成或接线。供电电压为车间动力电网。
核算炉膛布置电热元件内壁表面负荷, 对于周期式作业炉, 内壁表面负荷应在之间, 常见为之间。

表面负荷在常见的范围之内, 故符合设计要求。
十、 电热元件材料选择及计算
由最高使用温度, 选用线状合金作电热元件, 接线方式采用。
1.图表法
有教材附表15查得电热元件, 箱式电阻炉接线, 直径时, 其表面负荷为。每组元件长度, 总长度, 元件总质量。
2.理论计算法
( 1) 求时电热元件的电阻率
当炉温为时, 电热元件温度取, 由教材附表12查得在时电阻率, 电阻温度系数, 则下的电热元件电阻率为

( 2) 确定电热元件表面功率
由教材图, 根据本炉子电热元件工作条件取。
(3)每组电热元件功率
由于采用接法, 即两组电热元件并联后再接成的三相双星形接法, 每组电热元件功率

( 4) 每组电热元件端电压
由于采用接法, 车间动力电网端电压为, 故每组电热元件端电压即为每相电压

( 5) 电热元件直径
线状电热元件直径由教材式得

取。
( 6) 每组电热元件长度和质量
每组电热元件长度由教材式得

每组电热元件质量由教材式得

其中由教材附表12查得
( 7) 电热元件总长度和总质量
电热元件总长度由教材式得

电热元件总质量由教材式得

( 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6组电热元件每组分为4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, 当元件温度高于, 由教材表可知, 螺旋节径, 取。螺旋体圈数N和螺距h分别为

按规定, 在范围内满足设计要求。
根据计算, 选用方式接线, 采用所用电热元件质量最小, 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, 。
电热元件图( 略) 。
十一、 炉子构架、 炉门启闭机构和仪表图( 略) 。
十二、 炉子总图, 主要零部件图及外部接线图( 略) , 砌体图( 略)
十三、 炉子技术指标( 标牌)
额定功率:
额定电压:
最高使用温度:
生产率:
相数: 3
接线方法:
工作室有效尺寸:

外形尺寸:

质量:
出厂日期:
十四、 编制使用说明书( 略)