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1、北 华 航 天 工 业 学 院 热处理设备课程设计 课程设计报告 报告题目：650 90kg/h 的箱式电阻炉设计 作者所在系部： 材 料 工 程 系 作者所在专业： 金 属 材 料 作者所在班级： B08821 作 者 姓 名 ： 刘 东 辉 作 者 学 号 ： 20084082104 指导教师姓名： 范 涛、陈志勇 完 成 时 间 ： 2011-10-20 热处理设备课程设计任务书 课题名称课题名称 650 90 kg/h 的箱式电阻炉设计 完成时间完成时间2011-10-20 指导教师指导教师 陈志勇、范涛陈志勇、范涛 职称职称 高工、讲师高工、讲师 学生姓名学生姓名刘东辉刘东辉班班 级
2、级 B08821B08821 总体设计要求和技术要点总体设计要求和技术要点 总体设计要求：1.通过设计，培养学生具有初步的设计思想和分析问题、解决问题的能力， 了解设计的一般方法和步骤。2.初步培养学生的设计基本技能，如炉型的选择、结构尺寸 设计计算、绘图、查阅手册和设计资料，熟悉标准和规范等。3.使学生掌握设计热处理设 备的基本方法，能结合工程实际，选择并设计常用热处理设备，培养学生对工程技术问题 的严肃认真和负责的态度。设计一台热处理箱式电阻炉，其技术要点为：1.用途：中碳钢、 低合金钢毛坯或零件的淬火、正火、调质处理及回火。 2.工件：中小型零件，无定型产品，处理批量为多品种，小批量；
3、3.最高工作温度：650、750、850、950、1100、1200（选一个温度） ； 4.生产率：60-120kg/h（分 7 份） ；5.生产特点：周期式成批装料，长时间连续生产。 工作内容及时间进度安排工作内容及时间进度安排 1.热处理设备设计准备 0.5 天 2.箱式电阻炉结构尺寸计算、选择炉体材料、计算分配电阻炉加热功率 0.5 天 3.计算电热元件尺寸、进行结构设计 0.5 天 3.核算设备技术经济指标 0.5 天 4.绘制电阻炉总图、电热元件零件图 1.0 天 5.编写设计说明书、使用说明书 0.5 天 6.设计总结 0.5 天 7.答辨 1.0 天 课程设计成果课程设计成果 1
4、、设计说明书：设计说明书是存档文件，是设计的理论计算依据。说明书的格式如下： （1）统一模板，正规书写；（2）说明书的内容及计算说明项目：（a） 、对设计课题的分 析；（b） 、设计计算过程；（c） 、炉子技术指标；（d） 、参考文献。 2、设计图纸：（1)电阻炉总图一张（A3） ，要求如下：（a） 、图面清晰，比例正确；（b） 、 尺寸及其标注方法正确；（c） 、视图、剖视图完整正确；（d） 、注出必要的技术条件。 （2）零件图 3 张：电热元件零件图，炉门图，炉衬图（A4） 。 3、使用说明书：电阻炉的技术规范及注意事项等。 内内 容容 摘摘 要要 650 90kg/h 的箱式电阻炉的设计
5、。包括炉型的选择、选择炉体材料、 箱式电阻炉结构尺寸设计计算、计算分配电阻炉加热功率、计算电热元件尺 寸、核算设备技术经济指标、绘图（电阻炉总图一张，电热元件零件图，炉 门图，炉衬图） 。 关键词：关键词： 箱式电阻炉、炉衬材料、砌体结构、电热元件、热处理炉、技术经济指 标 目目 录录 1 1 前前 言言1 1.1 本设计的目的.1 1.2 本设计的技术要求.1 2 设计说明设计说明2 2.1 确定炉体结构和尺寸.2 2.1.1 炉底面积的确定.2 2.1.2 确定炉膛尺寸.2 2.1.3 炉衬材料及厚度的确定.3 2.2 砌体平均表面积计算.3 2.2.1 炉顶平均面积.3 2.2.2 炉墙
6、平均面积.4 2.2.3 炉底平均面积.4 2.3 根据热平衡计算炉子功率.4 2.3.1 加热工件所需的热量 Q件4 2.3.2 通过炉衬的散热损失 Q散4 2.3.3 开启炉门的辐射热损失.6 2.3.4 开启炉门溢气热损失.6 2.3.5 其它热损失.6 2.3.6 热量总支出.7 2.3.7 炉子安装功率.7 2.4 炉子热效率计算.7 2.4.1 正常工作时的效率.7 2.4.2 在保温阶段，关闭时的效率.7 2.5 炉子空载功率计算.7 2.6 空炉升温时间计算.7 2.6.1 炉墙及炉顶蓄热.8 2.6.2 炉底蓄热计算.8 2.6.3 炉底板蓄热.9 2.7 功率的分配与接线.
7、9 2.8 电热元件材料选择及计算.10 2.8.1 图表法.10 2.8.2 理论计算法.10 2.9 炉子技术指标（标牌）.11 3 参考文参考文献献 前 言 本设计的目的 设计 650 90kg/h 的箱式电阻炉 本设计的技术要求 设计一台热处理电阻炉，其技术条件为： （1）.用途：中碳钢、低合金钢毛坯或零件的淬火、正火、调质处理及 回火。 （2）.工件：中小型零件，无定型产品，处理批量为多品种，小批量； （3）.最高工作温度：650； （4）.生产率：90kg/h； （5）.生产特点：周期式成批装料，长时间连续生产。 设计设计说明说明 2.1 确定炉体结构和尺寸确定炉体结构和尺寸 2.
8、1.1 炉底面积的确定炉底面积的确定 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/(m2h)。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=0.780.85，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=1.328 m5.0/F B=L/2=0.664 m 根据标准砖尺寸，
9、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 0.50.9 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 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(LH)+(LB)+2(BH)+23.14B1/
10、6L=3.97m2 由经验公式可知： P安=C-0.5升F0.9(t/1000)1.55 取式中系数 C=30(kMh0.5)/(m1.81.55),空炉升温时间假定为 升=4h，炉温 t=650。 所以 P安= 304-0.53.970.9（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 113mmQN1.0 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 113mmQN1.0 轻质粘土砖80mm 密度为 2
11、50kg/ m3的普通硅酸铝纤维 毡115mm 膨胀珍珠岩。 炉底采用三层 QN1.0 轻质粘土砖（673）mm50mm 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 QN1.0 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 CrMnN 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 m
12、m H外H+f+(115+80+115)+674+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 RB，则 f 可由 fR（1cos30）求得。 2.2.1 炉顶平均面积炉顶平均面积 F顶内L1.392=0.991m2 R 6 680.014.32 F顶外B外L外1.724 m2 F顶均1.31 m2件件件件F F 2.2.2 炉墙平均面积炉墙平均面积 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。 F墙内2LH2BH2H（LB）20.490(1.392+0.680)=2.031 m2 F墙外2H外(L外B外)21.390(1.950+1.24
13、0)=8.868 m2 F墙均4.24 m2件件件件F F 2.2.3 炉底平均面积炉底平均面积 F底内BL0.6801.3920.947 m2 F底外B外L外1.2401.950=2.418 m2 F底均1.51 m2件件件件F F 2.3 根据热平衡计算炉子功率根据热平衡计算炉子功率 2.3.1 加热工件所需的热量加热工件所需的热量 Q件 件 查表得，工件在 650及 20时比热容分别为 c件 21.051kJ/(kg)，c件 10.486kJ/(kg) Q件p(c件 2t1c件 1t0)90(1.0516500.48620)60609 kJ/h 2.3.2 通过炉衬的散热损失通过炉衬的散
14、热损失 Q散 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 括在前墙内。 根据式 Q散 n i ii i F s 1 1n1t-t 对于炉墙散热，首先假定界面上的温度及炉壳温度，t2 墙540，t3 墙320， t4 墙60则 耐火层 s1的平均温度 ts1 均595，硅酸铝纤维层 s2的平均温度 ts2 均 2 540650 430，硅藻土砖层 s3的平均温度 ts3 均190，s1、s3层炉 2 320540 2 60320 衬的热导率由附表 3 得 10.29+0.25610-3ts1 均0.442W/(m) 30.131+0.2310-3ts3 均0.
15、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范围内近似认为其 热导率与温度成线性关系，由 ts2 均430，得 20.098W/(m) 当炉壳温度为 60，室温为 20时，由附表 2 近似计算得 12.17 W/(m) (1)求热流 q墙 312 123 1 ga tt sss a 17.12 1 175.0 115.0 098.0 05.0 442.0 115.0 20650 417.3W/ m2 (2)验算交界面上的温度 t2 墙，t3 墙 t2 墙=t1q墙541.4 s 0.26% t tt 2 2 件 件件件 540 5404.541 5%，满足设计要求，不需重算。 t3 墙=t2 墙q墙328.2 s 2.6% t tt 3 3 件
