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1、课 程 设 计箱式电阻炉的设计 任务设计书1.电阻炉形式：箱式电阻炉2.炉膛尺寸：400200160mm3.使用温度：11004.炉体表面温度：805.电源电压：三相，220V，380V。摘要本热工课程设计说明书根据教学计划的热工课程要求设计而成，着重在于阐述箱式电阻炉的具体设计过程。设计包括：炉膛设计，容积的设计，炉体材料的选择和炉体机构设计，功率的计算，电热体布置及供电电路设计，电热体积尺寸计算，测温热电偶选择等六部分。着重在于阐述电阻炉结构的确定、发热体材料的选择和供电电路的设计等一系列设计箱式电阻炉需要解决的问题。 本设计说明书可为实验室实用箱式电阻炉提供参考，亦可为实验室箱式电阻炉维
2、护提供依据。 本设计是综合运用热工过程与设备课程所学的传热学、耐火材料、保温材料、电热体材料、窑炉结构等方面的知识进行电阻炉的设计，通过本设计使学生进一步的了解和掌握课程所学的知识，同时对学生进行查阅资料、参数的选择和确定、设计计算、制图等设计技能的训练。引言 电阻炉是利用电流使炉内电热元件或加热介质发热，从而对工件或物料加热的工业炉。电阻炉在机械工业中用于金属锻压前加热、金属热处理加热、粉末冶金烧结、玻璃陶瓷焙烧和退火、低熔点金属熔化、砂型和油漆膜层干燥等。电阻炉与火焰炉相比，它具有结构简单，占地面积少，加热空间紧凑，空间热强度高，热效率高，温度便于实现精确控制等特点。 本次课程设计的目的就
3、是将热工课程的理论知识应用到电阻炉设计的实验中去，理论与实践相结合，从而了解电阻炉的各部分元件的性能要求、构造及设计方法。通过本次设计增强了理论与实践相结合的能力，加强了动手动脑能力和逻辑思维能力，为今后的实验工作奠定了基础，积累了丰富的经验。陶瓷工业在社会主义建设、国防科学和人民生活中都占有重要的地位，它不仅与人类的日常生活文化有密切的关系，而且随着科学技术的发展，运用于电子、原子能等尖端材料中。第一章 电阻炉的特点及其分类1.1电热窑炉的简介电热窑炉是一种可以把电能转化为热能，使制品温度上升，并完成烧结过程的一种窑炉。其优点有：（1） 可以达到2000以上的高温，且控温精度高；（2） 炉内
4、气氛洁净，产品质量好；（3） 结构紧凑，空间热强度高，即热效率高；（4） 不需要燃烧系统、通风系统，占地面积小，结构简单；（5） 对环境污染小；（6） 易实现自动化。其缺点有：（1） 附属的电器设备比较复杂；（2） 烧还原气氛时，须人工引入还原气体；（3） 电耗高，电费较贵。1.2 电阻炉简介电阻炉通常按照炉膛的结构形式及制品在电阻炉内的移动方式加以划分，可分为如下几类：（一） 间歇操作电炉：按炉温的高低，分为低温（工作温度低于600700）、中温（工作温度为7001250）和高温（工作温度大于1250）三类。按其结构特点来分可分为：箱式电阻炉：外形象箱子，炉膛呈六面体，靠近炉膛内壁放置电热体
5、，炉温在1200以下，通常采用镍铬丝、铁铬铝丝；炉温为13501400时采用硅碳棒；炉温为1600时可采用二硅化钼。箱式电阻炉主要用于单个小批量的大、中、小型制品的烧成。井式电阻炉：炉膛高度大于长度和宽度，炉门开在炉顶面，用炉盖密封。电热体通常布置在炉膛的侧壁上，多为圆形、正方形或长方形，适宜于烧制管状制品。深井电炉通常沿高度分成几个加热区，各区温度通过分别控制功率来调节，使电炉沿整个高度温度分布均匀。噶问陶瓷氢气钼丝炉最高工作温度为17001800，钨棒炉可达2500。（二） 半连续操作电阻炉：这种窑炉不在狭长的炉室内装制品，这样有便于操作，改善劳动条件的优点。按结构可分为：钟罩式电阻炉：它
6、由炉罩和底座构成，形状大多是圆形，密封性好，热效率高。台车式电阻炉：它易于适应生产上的变化情况，比普通电炉热利用率高。（三） 连续操作电热窑炉：电热隧道窑较其他窑型有先进的热工设备，已广泛使效果好，它的结构与煤气隧道窑很相似，具有连续大批量生产的优点。工业应用较多的连续操作电热窑有：窑车式电热隧道窑：可以做成双轨，两个隧道靠的很近，以减少向外热损失。推板式电热隧道窑：通道由一个或数个隧道所组成。通道底由坚固的耐火砖精确砌成滑道，制品装在推板上由顶推机构推入窑室内烧成。辊底式电热隧道窑：这种窑温度分布均匀适宜快速烧成，有利于实现烧成工序的机械化和自动化。传带式电阻炉：具有一条由两个轮滚撑紧的传送
7、带，两个轮滚中的一个是主轮滚，由电动机驱动。传动带用耐火合金材料制成，电热体安装在炉顶和炉底。链式电阻炉：电热体用铁铬铝高电阻电热合金丝，采用带状加工成波纹型悬挂于炉膛四周或采用丝状盘绕成螺旋形悬挂于炉膛两侧及搁置在炉底。1.3 选用箱式电阻炉的原因本设计我选用箱式电阻炉。箱式电阻炉的使用范围广，不同温度下可采用不同的电热元件，且制品的烧成范围比较广，适用于大、中、小型的各类制品的生产加工。第二章 炉膛容积和尺寸的确定2.1炉内宽与高的尺寸确定原则(1).窑炉体积大，产量大，单位窑积所占外表面积比容积小的窑炉相应小些，因此单位制品的电阻炉体积蓄、散热量要小些。电阻炉的容积过大会使炉内温度分布不
8、均匀，降低烧成产品的质量。 (2).炉膛容积小，单位制品热耗大但炉内温度分布均匀，炉内气氛均匀。窑炉的容积过小，其开设炉门散热损失所占比重大。 综上所述，炉膛容积不是越大越好，也不是越小越好，视情况而定。2.2炉膛尺寸的确定炉膛尺寸的大小应根据工件、盛料器或工件模具所需要的空间及发热元件的分布予以确定。工件与炉壁的距离随炉型和热工的要求不同而异，电炉的有效容积不包括电热体所占空间。确定电炉的长、宽、高等各项尺寸时，除考虑产品尺寸外还要考虑以下特点：电热体装在炉膛两旁宽度不能太大，否则炉膛方向上温度就不够均匀。具体参考数据如下：功率大于5000W的大中型电阻炉，其工件到炉壁距离为1050 mm；
9、功率小于5000W的小型电阻炉，工件与炉壁距离约为1025 mm。本次设计所选炉膛尺寸为：400200160 mm。第三章 炉体材料选择和炉体结构设计3.1 材料的选择3.1.1 耐火材料的选择1、耐火材料的要求： 耐火材料的质里主要从它的高温实用性和耐火度，高温荷重，软化温度，热稳定性，抗化学腐蚀性和高温体积稳定性等几个方面综合考虑。2、几种可选的耐火材料的性能特点： （1）粘土耐火砖：粘土砖属于耐酸性耐火材料，热稳定性好，荷重软化开始温度在12501300以上，软化开始和坍塌变形温度间隔很大，拈七砖在陶瓷工业窑炉上使用很广，使用温度在1300以下。 （2）高铝砖：高铝砖是用高铝矾土熟料加综
10、合粘土成型，在14501500下烧成，它的耐火度及荷重软化温度均比粘土砖高，开始软化温度在14001500以上，抗化学腐蚀性也比较好，但是热稳定性较差，使用温度在14001600。 （3）半硅砖：属于半酸性耐火材料，荷重软化温度比粘土砖稍高，极冷极热性能比硅砖好，比粘土砖差。 （4）硅砖：含氧化硅95%以上，以石英砂烧制，若在其中加入Fe或者P，用石灰乳做矿化剂，以亚硫酸汁浆做。使用温度在13501400。荷重软化温度在1620以上，但热稳定性差，不适合砌筑间歇式窑炉。 （5）镁硅砖：是以方镁石（MgC）为主要矿物组成，镁橄榄石为基质结合的，烧成温度16201650，荷重软化点1550以上。
11、（6）镁砖：耐火度超过2000，荷重软化温度1500，使用温度16501700，但热稳定性不好。（7）镁铝砖：氧化镁大于80%，氧化铝为51%，耐火度高达2130。（8）刚玉砖：刚玉砖和氧化铝为原料，16001800烧制而成，使用温度1800以下。3.1.2 隔热保温材料的选择1.目的：减少窑体的热损失，提高热效率。2.要求：要有较低的热导系数，工作热阻要高。有较低的比热和密度。使用温度要高（要有一定耐火度）。具有一定的机械强度，高温下体积稳定性和化学稳定性好，寿命长。便于施工，便于取得。3、分类：低温隔热保温材料如：硅藻上、珍珠盐、石棉、矿渣棉,使用温度小于600。中温轻质耐火材料如：轻质硅
12、砖、轻质粘土砖、轻质高铝砖高温耐火隔热材料：耐火纤维及制品，氧化铝空心小球及制品。 特点：隔热保温效果好，用于陶瓷窑炉。 综合上述因素考虑，所选保温材料应为轻质粘土砖。3.1.3 箱体材料普通钢板（5mm）3.2 炉膛结构与热量计算窑内温度与窑外温度的传导主要为导热传热，而对流和辐射可以忽略不计，所以电阻炉热量的损失计算转化为双层平壁导热。窑墙示意图如：801270耐火材料隔热材料121300窑内1300窑外80 耐火材料选择粘土砖厚度为2030mm 粘土砖： 轻质粘土砖： = t=1100 t3=80 设t=1080 则 Q= 校核 误差：|100%=0.203%5% 所以t2=1080 Q
13、=1317.1W/m 1=23mm，2=140mm 综上t2温度适合耐火材料。 保温层厚度内外壁厚度砖的厚度 炉体长：4002231405736mm 炉体宽：2002231405536mm炉体高：1602231405496mm电阻炉的主视结构图：炉壁和炉底均采用此种结构砌筑，在炉壁外表面用厚约2mm的耐火陶瓷棉做成的布覆盖。炉顶盖在设计时，考虑到其常移动打开，而且全部用轻质的陶瓷纤维做成的板材砌筑，使其密封性良好，将其周围研磨平整，在炉盖上压一定重量的重物。保温材料要能承重，选用轻质粘土上砖。3.3 炉壳、炉门 3.3.1 炉壳结构 炉壳是一个密封结构件，炉壳的结构应便于对每一个焊缝进行检漏。
14、工作时应充分冷却不许变形。1.炉壳材料炉壳应根据加热炉的工作条件，焊接性能和密封性能选用复合钢板，空炉壳的复层厚度有12mm即可。起支撑保护作用。2.炉门设计炉门功能：开关，便于样品存放与取出。要求保温，密封性好。尺寸约为200500mm2，实验室用两块耐火砖即可。第四章 功率的计算4.1 确定功率4.1.1 按面积负荷法确定功率炉膛内表面每平方米上布置的功率大，炉温就高，布置功率越小，炉温就低。一般推荐如下：炉温， 布置功率，kw/m21200 15201000 1015700 610400 47功率计算公式：N=KF（F表示炉的内表面积）。已知炉膛尺寸：400200160mm 炉膛内表面积：F20.40.20.40.160.20.160.352m 因为炉子使用温度为 1100，取13kw/m Nk1F130.3524.576kw4.1.2 按容积负荷法确定功率根据箱式电阻炉，井式电阻炉长期实践总结可知电阻炉的功率与电炉的炉膛容积有一定关系，其关系如下：N=KV2/3 kw式中：V=炉膛的有效容积，m3；K=随炉温不同的系数。对于箱式电阻炉：当炉温为1200时，K=1
