1、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：750；（4）.生产率：70kg/h；（5）.生产特点：周期式成批装料，长时间连续生产。二 确定炉体结构和尺寸 1.确定炉膛有效尺寸因无定型产品，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=70，箱式炉用于正火和淬火时的单位面积生产率P0为100kg/（m2h）。故可求的炉底的有效面积 F1=P/P0=0.7 m2由于热处理箱式电阻炉设计时应考虑装、出料方便取 L/B=2：1 因此，可求的： L效=1.18 m B效=L效/2=0.59 m2.确定炉膛砌体尺寸按统计资料，炉膛高度H与宽度B之比
2、H/B通常在0.50.9之间，根据炉子的工作条件，取H/B=0.8左右。则H=0.640 m可以确定炉膛尺寸如下 L=L效+0.218=1.398m B=B效+0.619=0.928m H=0.8B=0.067*11=0.737m三.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250kg/ 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18
3、2mmB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。 砌体平均表面积计算L外L+2（115+80+115）=1958mmB外B+2（115+80+115）=148mmH外H+f+（115+80+115）+673+50+182 =737+124+310+268+50+182 =1604mm 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
4、）求得。 炉顶平均面积F顶内L=1.358 m2 F顶外B外L外=2.914 m2 F顶均1.989m2 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）=1.3853.429m2F墙外2H外（L外B外）=11.055m2F墙均6.157m2 炉底平均面积F底内BL1.297m2F底外B外L外2.941m2F底均1.944m2四.计算炉子功率1.根据经验公式法计算炉子功率由经验公式可知： P安=C-0.5升F0.9（t/1000）1.55 取式中系数C=30（kMh0.5）/（m1.81.55）,空炉生温时间假定问升=4h，炉温t=750。F壁
5、=2*（1.398*0.737）+2*（0.928*0.737）+1.398*0.928+2*3.14*0.928*60/360*1.398=6.09 m2 所以 304-0.56.090.9（750/1000）1.55= P安 解得，P=48.78kW 暂取P安=50kW 2.根据热平衡计算炉子功率（1）加热工件所需的热量Q件查表得，工件在750及20时比热容分别为c件20.624kJ/（kg），c件10.486kJ/（kg）Q件p（c件2t1c件1t0）70（0.6247500.48620）32105kJ/h（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
6、简化计算，将炉包括在前墙内。 根据式 Q散 对于炉墙散热，首先假定界面上的温度及炉壳温度，t2墙620，t3墙360，t4墙60则耐火层s1的平均温度ts1均685，硅酸铝纤维层s2的平均温度ts2均490，硅藻土砖层s3的平均温度ts3均210，s1、s3层炉衬的热导率由附表3得 10.29+0.25610-3ts1均0.465W/（m 30.131+0.2310-3ts3均0.119W/（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490，得 20.100W/（m 当炉壳温度为60，室温为20时，由附表2近似计算得12.17
7、 W/（m a.求热流 q墙 496.4W/ m2b.验算交界面上的温度t2墙，t3墙t2墙=t1q墙627.31.16%5%，满足设计要求，不需重算。 t3墙=t2墙q墙379 4.7%c.验算炉壳温度t4墙t4墙=t3墙q墙60.770满足一般热处理电阻炉表面升温50的要求。d.计算炉墙散热损失 Q墙散q墙F墙均496.43.173056.3W同理可以求得t2顶=646.9, t3顶=296.9, t4顶=55.63, q顶419.6 W/ m2t2底=618.4, t3底=446.7, t4底=44.3, q底301.5 W/ m2炉顶通过炉衬散热 Q顶散q顶F顶均834.6 W炉底通过
8、炉衬散热Q底散q底F底均601.2 W整个炉体散热损失 Q散Q墙散Q顶散Q底散 4492.1 W （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3.65.675Ft（）4（）4因为Tg7502731023K，Ta20273293K，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FB0.342 m2 炉门开启率t0.1由于炉门开启后，辐射口为矩形，且与B之比为0.40，炉门开启高度与炉墙厚度之比为0.7，由图114第1条线查得0.6，故 Q辐3.6 3.65.6750.3420.10.7（ 10207.6kJ/h（4）开启炉门溢气热损失溢气热损失由下式得 Q溢qva
9、aca（tgta） t其中，qva2200B=457.6 m3/h冷空气密度a1.29kg/ m3,由附表10得ca1.342kJ/（ m3）,ta=20, tg为溢气温度，近似认为tgta（tg-ta） 20（750-20）=506.7Q溢qvaaca（tgta） t457.61.291.342（75020）0.138553.1 kJ/h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0.14（Q件+Q散+Q辐+Q溢）=11950.1kJ/h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=97307.9kJ/h炉子安装功率P安 其中K为功率储
10、备系数，本炉设计中K取2，则 P安54.1kW与标准炉子相比较，取炉子功率为60kW。五. 炉子热效率计算1.正常工作时的效率=33.0%2.在保温阶段，关闭时的效率66.1% 六.炉子空载功率计算 P空4.57kW 七.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，将炉子侧墙和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V侧粘21.398（110.067+0.135）0.115=0.280m3V前后粘2（0.928+0.1152）（150.115=0.304m3V顶粘0.97（1.3
11、98+0.276）0.115=0.187m3V侧纤2（1.398+0.115）0.05=0.132m3后纤2V顶纤1.0920.08=0.146m3V侧硅2 （15（1.398+0.115）0.115=0.397m3后硅20.115=0.367m3V顶硅2.31.3980.115=0.370 m3Q蓄V粘粘c粘（t粘t0）+V纤纤c纤（t纤t0）+ V硅硅c硅（t硅t0）因为t粘（t1t2墙）/2688.65查附表3得 c粘0.84+0.2610-3t粘0.84+0.2610-3688.65=1.019 kJ/（kg t纤（t2墙t3墙）/2503.15 c纤0.81+0.2810-3t纤0.
12、84+0.26503.15=0.951 kJ/（kgt硅（t3墙t4墙）/2219.85 c硅0.84+0.2510-3t硅0.84+0.26219.85=0.895 kJ/（kg所以得Q蓄1（V侧粘+ V前后粘+ V顶粘）粘c粘（t粘t0）+（V侧纤+ V前后纤+ V顶纤）纤c纤（t纤t0）+（ V侧硅+ V前后硅+ V顶硅）硅c硅（t硅t0） 673837.33 kJ/h2.炉底蓄热计算V底粘4（0.020.12+0.1130.065）+（0.042+0.065）0.113+（0.1130.120）21.398+（1.488-0.115（1.958-0.115）0.065 0.288m3V
13、底纤1.9581.4880.050.146m3V底硅1.9580.1820.535m3由于t底粘（t1t2底）/2（750+618.4）/2684.2 c底粘0.84+0.2610-3t底粘1.02 kJ/（kg t底纤（t2底t3底）/2（618.4+446.7）/2532.55 c底纤0.81+0.2810-3t底纤0.959 kJ/（kg t底硅（t3底t4底）/2（446.7+44.3）/2245.5 c底硅0.84+0.2510-3t底硅0.901 kJ/（kgQ底蓄0.2881.01031.02（684.2-20）+0.1460.250.959（532.55-20）+0.5380.
14、50.901（245.5-20）267710.64 kJ/h3.炉底板蓄热根据附表6查得750和20时高合金钢的比热容分别为c板20.691kJ/（kg）和c板10.473kJ/（kg）。经计算炉底板重量G=336kg，所以有 Q板蓄G（c板2t1- c板1t0）=336（0.6917509.46）170953.44 kJ/hQ蓄Q蓄1Q底蓄Q板蓄1112501.41 kJ/h空炉升温时间 升5.15h 对于一般周期作业炉，其空炉升温时间在38小时内均可，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4小时以内。八.功率的分配与接线30kW功率均匀分
15、布在炉膛两侧及炉底，组成Y、或YY、接线。供电电压为车间动力380V。 核算炉膛布置电热元件内壁表面负荷， F电2F电侧F电底20.737+1.3980.928=3.357 m2 WP安/F电60/3.35717.87 kW/ m2 对于周期式作业炉，内壁表面负荷应在1535kW/ m2 之间，故符合设计要求。九.电热元件材料选择及计算由最高使用温度750，选用线状0Cr25Al15合金电热元件，接线方式采用YY。1.图表法由附表15查得0Cr25Al1电热元件30kW箱式炉YY接线，直径d4.5mm时，其表面负荷为1.39W/ cm2。每组元件长度L组50.1m,总长度L总300.6m,元件
16、总重量G总36.4kg。2.理论计算法（1）、求750时电热元件的电阻率t 当炉温为750时，电热元件温度取1100，由附表12查得0Cr25Al5在20时电阻率201.40mm2/m，电阻温度系数410-5-1,则1100下的电热元件电阻率为 t20（1+t）= 1.40（1+410-51100）= 1.46mm2/m（2）、确定电热元件表面功率 由图53，根据本炉子电热元件工作条件取W允1.6W/ cm2。（3）、每组电热元件功率 由于采用YY接法，即三相双星形接法，每组元件功率 P组60/n=30/（32）10kW（4）、每组电热元件端电压 由于采用YY接法，车间动力电网电压为380V，
17、故每组电热元件端电压即为每项电压 U组380/=220V（5）、电热元件直径 线状电热元件直接由下式得 d34.34.2mm取d=4.5mm（6）、每组电热元件长度和重量 每组电热元件长度由下式得 L组0.78510-3 52.7m 每组电热元件重量由下式得G组d2 L组M式中，M由附表12查得M7.1g/ cm2 G组d2 L组M5.95kg（7）、电热元件的总长度和总重量 电热元件总长度 L总3L组316.2m 电热元件总重量 G总3G组35.7kg（8）、校核电热元件表面负荷W实1.34W/ cm2 W实 W允，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5折
18、，布置在两侧炉墙及炉底上，则有 L折L组/5=52.7/5=10.54m 布置电热元件绕成螺旋状，当元件温度高于1000。由表55可知，螺旋节径D=（46）d， 取D=6d64.527mm 螺旋体圈数N和螺距h分别为 NL折/D10.54/（3.1427） 103125圈 hL/N10.8mm h/d=2.4 按规定，h/d在24范围内满足设计要求。 根据计算，选用Y方式接线，采用d4.5mm所用电热元件重量最小，成本最低。 电热元件节距h在安装时适当调整，炉口增大功率。 电热元件引出棒材料选用1Cr18Ni9Ti，12mm，l500mm。十.炉子技术指标（标牌）额定功率：60kW 额定电压：380V使用温度：750 生产率：70 kg/h相数：3 接线方法：YY工作室有效尺寸：1180*590*470 外型尺寸：1958*1488*1604重量： 出厂日期：十一.参 考 文 献1、热处理炉 吉泽升编著 哈尔滨工程大学出版社2、热处理工程基础 陆兴主编 机械工业出版社
