熱處理裝置設計
說明書目錄
1 前言 1
1.1 本設計的目的 1
1.2 本設計的技術要求 1
2 設計說明 2
2.1 確定爐體結構和尺寸 2
2.1.1 爐底面積的確定 2
2.1.2 確定爐膛尺寸 2
2.1.3 爐襯材料及厚度的確定 3
2.2 砌體平均表面積計算 3
2.2.1 爐頂平均面積 3
2.2.2 爐牆平均面積 4
2.2.3 爐底平均面積 4
2.3 根據熱平衡計算爐子功率 4
2.3.1 加熱工件所需的熱量q件 4
2.3.2 通過爐襯的散熱損失q散 4
2.3.3 開啟爐門的輻射熱損失 6
2.3.4 開啟爐門溢氣熱損失 6
2.3.5 其它熱損失 6
2.3.6 熱量總支出 7
2.3.7 爐子安裝功率 7
2.4 爐子熱效率計算 7
2.4.1 正常工作時的效率 7
2.4.2 在保溫階段，關閉時的效率 7
2.5 爐子空載功率計算 7
2.6 空爐公升溫時間計算 7
2.6.1 爐牆及爐頂蓄熱 8
2.6.2 爐底蓄熱計算 8
2.6.3 爐底板蓄熱 9
2.7 功率的分配與接線 9
2.8 電熱元件材料選擇及計算 10
2.8.1 圖表法 10
2.8.2 理論計算法 10
2.9 爐子技術指標（標牌） 11
1 前言
設計750℃80kg/h的箱式電阻爐設計
設計一台高溫電阻爐，其技術條件為：
（1）.用途：中碳鋼、低合金鋼毛坯或零件的淬火、正火、調質處理及回火。
（2）.工件：中小型零件，無定型產品，處理批量為多品種，小批量；
（3）.最高工作溫度：750；
（4）.生產率：80kg/h；
（5）.生產特點：週期式成批裝料，長時間連續生產。
2 設計說明
因無定型產品，故不能使用實際排料法確定爐底面積，只能用加熱能力指標法。爐子的生產率為p=80，箱式爐用於正火和淬火時的單位面積生產率p0為120kg/(m2·h)。故可求的爐底的有效面積
f1=p/p0=2/3 m2
由於有效面積與爐底總面積存在關係式f/f0=0.78～0.85，取係數上限，得爐底實際面積
f=f1/0.8=5/6 m2
由於熱處理箱式電阻爐設計時應考慮裝、出料方便取 l/b=2：1 因此，可求的：
l== m
b=l/2= m
按統計資料，爐膛高度h與寬度b之比h/b通常在0.5～0.9之間，根據爐子的工作條件，取h/b=0.6左右。則h= m
因此：f壁=2×(l×h)+(l×b)+2(b×h)+2×3.14×b×1/6×l=
由經驗公式可知：
p安=cτ-0.5公升f0.9(t/1000)1.55
取式中係數c=30〔(km·h0.5)/(m1.8·℃1.55)〕,空爐生溫時間假定問τ公升=4h，爐溫t=750℃。
所以 30×4-0.5×0.041×800.9×（1200/1000）1.55= p安
解得，p=30.3 kw
則 l=1.291m b=0.646m h=0.387m
根據標準磚尺寸，為便於砌磚，取
l=1.277m b=0.664m h=0.372m
可以確定爐膛尺寸如下
l=(230+2)×5+(230×0.5+2)=1277mm
b=(120+2)×4+(40+2)+(65+2)×2=664mm
h=(65+2)×5+37=372mm
確定為避免工件與爐內壁或電熱元件磚相碰撞，應使工件與爐膛內壁之間有一定
空間，確定工作室有效尺寸為 l效=1100 mm b效=500 mm h效=280 mm
由於側牆、前牆及後牆的工作條件相似，採用相同爐襯結構，即113mmqn－1.0輕質粘土磚＋50mm密度為250kg/m3的普通矽酸鋁纖維氈＋113mmb級矽藻土磚。
爐頂採用113mmqn－1.0輕質粘土磚＋80mm密度為250kg/ m3的普通矽酸鋁纖維氈＋115mm膨脹珍珠岩。
爐底採用三層qn－1.0輕質粘土磚（67×3）mm＋50mm的普通矽酸鋁纖維氈＋182mmb級矽藻土磚和膨脹珍珠岩復合爐襯。
爐門用65mm qn－1.0輕質粘土磚＋80mm密度為250kg/m3的普通矽酸鋁纖維氈＋65mma級矽藻土磚。
爐底隔磚採用重質粘土磚，電熱元件擱磚選用重質高鋁磚。
爐底板材料選用cr－mn－n耐熱鋼，根據爐底實際尺寸給出，分三塊或四塊，厚20mm。
l外＝l+2×(115+50+115)=1837mm
b外＝b+2×(115+50+115)=1224mm
h外＝h+f+(115+80+115)+67×4+50+182
=372+89+310+268+50+182
=1271mm
式中：f＝——拱頂高度，此爐子採用60°標準拱頂，取拱弧半徑r＝b，則f可由f＝r（1－cos30°）求得。
f頂內＝×l＝×1.277=0.887 m2
f頂外＝b外×l外＝1.224×1.837=2.285 m2
f頂均＝＝＝1.424 m2
爐牆面積包括側牆及前後牆，為簡化計算將爐門包括在前牆內。
f牆內＝2lh＋2bh＝2h（l＋b）＝2×0.372×(1.277+0.664)=1.444m2
f牆外＝2h外(l外＋b外)＝2×1.271×(1.837+1.224)=7.769m2
f牆均＝＝＝3.349m2
f底內＝b×l＝0.664×1.277＝0.848m2
f底外＝b外×l外＝1.224×1.837=2.248m2
f底均＝＝＝1.381m2
查表得，工件在750℃及20℃時比熱容分別為c件2＝0.624kj/(kg·℃)，c件1＝0.486kj/(kg·℃)
q件＝p(c件2t1－c件1t0)＝80×(0.624×750－0.486×20)＝36662.4kj/h
由於爐子側壁和前後牆爐襯結構相似，故作統一資料處理，為簡化計算，將爐
包括在前牆內。
根據式 q散＝
對於爐牆散熱，首先假定介面上的溫度及爐殼溫度，t』2牆＝620℃，t』3牆＝360℃，
t』4牆＝60℃則
耐火層s1的平均溫度ts1均＝＝685℃，矽酸鋁纖維層s2的平均溫度ts2均＝＝490℃，矽藻土磚層s3的平均溫度ts3均＝＝210，s1、s3層爐襯的熱導率由附表3得
λ1＝0.29+0.256×10-3ts1均＝0.465w/(m·℃)
λ3＝0.131+0.23×10-3ts3均＝0.119w/(m·℃)
普通矽酸鋁纖維的熱導率由附表4查得，在與給定溫度相差較小範圍內近似認為其熱導率與溫度成線性關係，由ts2均＝490℃，得
λ2＝0.100w/(m·℃)
當爐殼溫度為60℃，室溫為20℃時，由附表2近似計算得ας＝12.17 w/(m·℃)
(1)求熱流
q牆＝496.4w/ m2
(2)驗算交介面上的溫度t2牆，t3牆
t2牆=t1－q牆＝627.3℃
δ＝＝＝1.16%
δ<5%，滿足設計要求，不需重算。
t3牆=t2牆－q牆＝379℃
δ＝＝＝4.7%
δ<5%，滿足設計要求，不需重算。
(3)驗算爐殼溫度t4牆
t4牆=t3牆－q牆＝60.7℃<70℃
滿足一般熱處理電阻爐表面公升溫<50℃的要求。
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