.专业整理.
设计说明
2.1 确定炉体结构和尺寸
2.1.1 炉底面积的确定
因无定型产品，故不能使用实际排料法确定炉底面积，只能用加热能力指标法。炉子的生产率为P=90，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P0为120kg/(m2·h)。故可求的炉底的有效面积 F1=P/P0=0.75 m2
由于有效面积与炉底总面积存在关系式F/F0=0.78～0.85，取系数上限，得炉底实际面积
F=F1/0.85=0.88m2
2.1.2 确定炉膛尺寸
由于热处理箱式电阻炉设计时应考虑装、出料方便,取 L/B=2，因此，可求的：
L=F/0.5=1.328 m
B=L/2=0.664 m 根据标准砖尺寸，为便于砌砖，取 L=1.392 m B=0.680 m
按统计资料，炉膛高度H与宽度B之比H/B通常在0.5～0.9之间，根据炉子的工作条件，取H/B=0.7左右。则H=0.490 m
可以确定炉膛尺寸如下
L=(230+2)×6=1392 mm
B=(120+2)×3 +(40+2)×2+（113+2）×2=680 mm H=(65+2)×7+21=490 mm
确定为避免工件与炉壁或电热元件搁砖相碰撞，应使工件与炉膛壁之间有一定 空间，确定工作室有效尺寸为
L效=1200 mm B效=500 mm H效=350 mm
F壁=2×(L×H)+(L×B)+2(B×H)+2×3.14×B×1/6×L=3.97m2
由经验公式可知：
P安=Cτ-0.5升F0.9(t/1000)1.55
取式中系数C=30〔(kM·h0.5)/(m1.8·℃1.55)〕,空炉升温时间假定为τ升=4h，炉温t=650℃。
所以 P安= 30×4-0.5×3.970.9×（650/1000）1.55 =26.61 kW
暂取 P安=30kW 2.1.3 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113mmQN－1.0轻质粘土砖＋50mm密度为250kg/m3的普通硅酸铝纤维毡＋113mmB级硅藻土砖。
炉顶采用113mmQN－1.0轻质粘土砖＋80mm密度为250kg/ m3的普通硅酸铝纤维毡＋115mm膨胀珍珠岩。
.学习帮手.
.专业整理.
炉底采用三层QN－1.0轻质粘土砖（67×3）mm＋50mm的普通硅酸铝纤维毡＋182mmB级硅藻土砖和膨胀珍珠岩复合炉衬。
炉门用65mm QN－1.0轻质粘土砖＋80mm密度为250kg/m3的普通硅酸铝纤维毡＋65mmA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Cr－Mn－N耐热钢，根据炉底实际尺寸给出，分三块或四块，厚20mm。
2.2 砌体平均表面积计算
L外＝L+2×(115+50+115)=1950 mm B外＝B+2×(115+50+115)=1240 mm
H外＝H+f+(115+80+115)+67×4+50+182 =1390 mm
式中：f＝——拱顶高度，此炉子采用60°标准拱顶，取拱弧半径R＝B，则f可由f＝R
（1－cos30°）求得。 2.2.1 炉顶平均面积
F顶＝
2?3.14?0.680??R×L＝×1.392=0.991m2
6?F顶外＝B外×L外＝1.724 m2
F顶外＝1.31 m2 F顶均＝F顶内·
2.2.2 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。 F墙＝2LH＋2BH＝2H（L＋B）＝2×0.490×(1.392+0.680)=2. m2 F墙外＝2H外(L外＋B外)＝2×1.390×(1.950+1.240)=8.868 m2
F墙外＝4.24 m2 F墙均＝F墙内· 2.2.3炉底平均面积
F底＝B×L＝0.680×1.392＝0.947 m2 F底外＝B外×L外＝1.240×1.950=2.418 m2
F底外＝1.51 m2 F底均＝F底内·
2.3 根据热平衡计算炉子功率
2.3.1 加热工件所需的热量Q件
查表得，工件在650℃及20℃时比热容分别为c
0.486kJ/(kg·℃)
＝1.051kJ/(kg·℃)，c
＝
件2件1
Q件＝p(c件2t1－c件1t0)＝90×(1.×650－0.486×20)＝60609 kJ/h
.学习帮手.
.专业整理.
2.3.2 通过炉衬的散热损失Q散
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，将炉门也包括在前墙。 根据式 Q散＝
t1-tn?1
?i?1nsi?iFi
对于炉墙散热，首先假定界面上的温度及炉壳温度，t’2墙＝540℃，t’3墙＝320℃，
t’4墙＝60℃则
耐火层s1的平均温度ts1均＝
650?540＝595℃，硅酸铝纤维层s2的平均温度ts2均＝2320?60540?320＝430℃，硅藻土砖层s3的平均温度ts3均＝＝190℃，s1、s3层炉衬的22热导率由附表3得
λ1＝0.29+0.256×10-3ts1均＝0.442W/(m·℃) λ3＝0.131+0.23×10-3ts3均＝0.175W/(m·℃)
普通硅酸铝纤维的热导率由附表4查得，在与给定温度相差较小围近似认为其热导率与温度成线性关系，由ts2均＝430℃，得 λ2＝0.098W/(m·℃)
当炉壳温度为60℃，室温为20℃时，由附表2近似计算得αΣ＝12.17 W/(m·℃) (1)求热流
tg?ta q墙＝ss2s31 1????1?2?3a? ＝
650?20
0.1150.050.1151???0.4420.0980.17512.17 ＝417.3W/ m2
(2)验算交界面上的温度t2墙，t3墙
t2墙=t1－q墙
s?＝541.4℃ ??Δ＝
t?墙－t2墙'541.4?540＝＝0.26%
540t2墙' .学习帮手.
.专业整理.
Δ<5%，满足设计要求，不需重算。
t3墙=t2墙－q墙
s?＝328.2℃ ?? Δ＝
t?墙－t3墙'328.2?320＝＝2.6%
320t3墙'Δ<5%，满足设计要求，不需重算。 (3)验算炉壳温度t4墙
t4墙=t3墙－q墙
s?＝54.0℃<70℃ ??满足一般热处理电阻炉表面升温<50℃的要求。 (4)计算炉墙散热损失
Q墙散＝q墙·F墙均＝417.3×4.24＝1769.4 W 同理可以求得
t2顶=583.9℃, t3顶=374.2℃, t4顶=38.5℃, q顶＝256.9 W/ m2 t2底=508.8℃, t3底=356.7℃, t4底=50.3℃, q底＝298.1 W/ m2 炉顶通过炉衬散热
Q顶散＝q顶·F顶均＝336.5 W 炉底通过炉衬散热
Q底散＝q底·F底均＝450.1 W
整个炉体散热损失
Q散＝Q墙散＋Q顶散＋Q底散＝2556 W 2.3.3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
Q辐＝3.6×5.675Fφδt[（
Tg4Ta4
）－（）] ??????因为Tg＝650＋273＝923K，Ta＝20＋273＝293K， 由于正常工作时，炉门开启高度为炉膛高度的一半，故 炉门开启面积 F＝B×
0.490H＝0.680×＝0.167 m2
2?
炉门开启率 δt＝
?＝0.1 ??H与B之比为0.36，炉门开启高度与炉墙厚度之比为?由于炉门开启后，辐射口为矩形，且
.学习帮手.
.专业整理.
0.245＝0.88，由图1－14第1条线查得φ＝0.66，故 0.28 Q辐＝3.6×5.675Fφδt[（
Tg4Ta4
）－（）] ?????? ＝3.6×5.675×0.167×0.1×0.66×[（ ＝1617.7kJ/h
2.3.4开启炉门溢气热损失
溢气热损失由下式得
???49234
）－（）] 100??? Q溢＝qvaρaca(t’g－ta) δt
其中，qva＝1997B·
HH·＝1997×0.680×0.245×0.245=164.7m3/h
??冷空气密度ρa＝1.29kg/ m3,由附表10得ca＝1.342kJ/( m3·℃),ta=20℃, t’g为溢气温??度，近似认为t’g＝ta＋(tg-ta) ＝20＋(650-20)=440℃
??Q溢＝qvaρaca(t’g－ta) δt＝164.7×1.29×1.342×(440－20)×0.1＝11975.3 kJ/h
2.3.5其它热损失
其它热损失约为上述热损失之和的10%～20%，故
Q它＝0.13(Q件+Q散+Q辐+Q溢)=9939.5 kJ/h 2.3.6热量总支出
其中Q辅＝0，Q控＝0，由下式得
Q总＝Q件+Q辅+Q控+Q散+Q辐+Q溢+ Q它=86397.5 kJ/h 2.3.7炉子安装功率
P安＝
KQ总 ???? 其中K为功率储备系数，本炉设计中K取1.5，则 P安＝
1.5?86397.5 ＝36.0kW
3600与标准炉子相比较，取炉子功率为35kW。
.学习帮手.
刘东辉_热处理设备_课程设计报告
