電阻爐設計計算舉例
一設計任務
為某廠設計一台熱處理電阻爐，其技術條件如下：
（1） 用途：中碳鋼、低合金鋼毛坯或零件的淬火、正火及調質處理，處理物件為中小型零件，無定型產品，處理批量為多品種，小批量；
（2） 生產率：160kg/h；
（3） 工作溫度：最高使用溫度≤950℃；
（4） 生產特點：週期式成批裝料，長時間連續生產。
二爐型的選擇
根據設計任務給出的生產特點，擬選用箱式熱處理電阻爐，不通保護氣氛。
三確定爐體結構和尺寸
1. 爐底面積的確定
因無定型產品，故不能用實際排料法確定爐底面積，只能用加熱能力指標法。一直生率p為160kg/h，按表1選擇箱式爐用於正火和淬火時的單位面積生產率p0為120kg/(
表1故可求得爐底有效面積
由於有效面積與爐底總面積存在關係式,取係數上限，得爐底實際面積
2. 爐底長度和寬度的確定
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，因此，可求得
b=l/2=1.772/2=0.886m
根據標準磚尺寸，為便於砌磚，取l=1.741m，b=0.869m，如圖5-8所示。
3. 爐膛高度的確定
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，根據爐子工作條件，取h/b=0.7左右，根據標準磚尺寸，選定爐膛高度h=0.640m。
因此，確定爐膛尺寸如下
長 l=（230+2）×7+（230×1/2+2）=1741mm
寬 b=（120+2）×4+（65+2）+（40+2）×2+）（113+2）×2=869mm
高 h=（65+2）×9+37=640mm
為避免工件與爐內壁或電熱元件擱磚相碰撞，應使工件與爐膛內壁之間有一定的空間，確定工作室有效尺寸為
l效=1500mm
b效=700mm
h效=500mm
.4. 爐襯材料及厚度的確定
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密度為250kg/m3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65mmqn-1.0輕質粘土磚+80mm密度為250kg/m3的普通矽酸鋁纖維氈+65mma及矽藻土磚。
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。
四砌體平均表面積計算
砌體外廓尺寸如圖5-8所示。
l外=l+2×（115+50+115）=2300mm
b外=b+2×（115+50+115）=1430mm
h外=h+f+（115+80+115）+67×4+50+182=640+116+310+268+50+182=1566mm
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。
1. 爐頂平均面積
2. 爐牆平均面積
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)=2×0.640×（1.741+0.869）=3.341m2
f牆外=2h外 (l外+b外)=2×1.566×（2.300+1.430）=11.68m2
3.爐底平均面積
f底內=b×l=0.869×1.741=1.51m2
f底外=b外×l外=1.430×2.300=3.36m2
五、計算爐子功率
1. 根據經驗公式法計算爐子功率
由式取式中係數，空爐公升溫時間假定為τ公升=4h，爐溫t=950℃，爐膛內壁面積
f壁=2×（1.741×0.640）+2×（0.
869×0.64）+1.741×0.
869+2×3.14×0.869××1.
741=6.44m2
所以由經驗公式法計算得p安≈75（kw）
2.根據熱平衡計算爐子功率
（1）加熱工件所需的熱量q件
由附表6得，工件在950℃及20℃時比熱容分別為c件2=0.636kj/（kg.℃），c件1=0.486 kj/（kg.℃），根據式（5-1）
（2）通過爐襯的散熱損失q散
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，將爐門包括在前牆內。
根據式（1-15）
對於爐牆散熱，如果5-9所示，首先假定介面上的溫度及爐殼溫度，t′2牆=780℃，t′3牆=485℃，t′4牆=60℃則
耐火層s1的平均溫度，
矽酸鋁纖維層s2的平均溫度
，矽藻土磚層s3的平均溫度
，s1、s3層爐襯的熱導率由附表3得
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視認為其熱導率與溫度成線性關係，由ts2均=632.5℃，得
當爐殼溫度為60℃，室溫為20℃時，由附表2經近似計算得
①求熱流
②驗算交介面上的溫度t2牆、t3牆
＜5%，滿足設計要求，不需要算。
＜5%，也滿足設計要求，不需要算。
③驗算爐殼溫度t4牆
滿足一般熱處理電阻爐表面溫公升＜50℃的要求。
④計算爐牆散熱損失
q牆散 = q牆·f牆均 = 730.4×6.25=4562.5w
同理可以求得
t2頂 = 844.3℃，t3頂 = 562.6℃，t4頂=53℃，q頂 = 485.4w/m2
t2底 =782.2℃，t3底 = 568.5℃, t4底=53.7℃，q底 = 752.2w/m2
爐頂通過爐襯散熱
q頂散 = q頂·f頂均 = 485.4 × 2.29 = 1111.6w
爐底通過爐襯散熱
q底散 = q底·f底均 = 572.2 × 2.23 = 1276w
整個爐體散熱損失
q散 = q牆散 + q頂散 + q底散
4562.5 + 1111.6 + 1276
6950.1w
25020.4kj/h
⑶開啟爐門的輻射熱損失
設裝出料所需時間為每小時6分鐘，根據式（5-6）
因為tg = 950 + 273 = 1223k，ta = 20 +273 = 293k，
由於正常工作時爐門開啟高度為爐膛高度的一半，故
爐門開啟面積f = b×h 2=0.869×0.640 2= 0.278m2
爐門開啟率δt = 6 60 = 0.1
由於爐門開啟後，輻射口為矩形，且h 2與b之比為0.32/0.869 = 0.37，爐門開啟高度與爐牆厚度之比
為0.32 0.28 = 1.14，由圖1-14第1條線差得φ = 0.7，故
q輻= 5.675×3.6fδtφ
5.675×3.6×0.278×0.1×0.7×
8877.75kj/h
⑷開啟爐門溢氣熱損失
溢氣熱損失由式（5-7）得
q溢 = qvaρaca()δt
其中，qva由式子（5-8）得
qva = 1997b·h 2·= 1997×0.869×0.32×= 314.1m3/h
冷空氣密度ρa = 1.29kg/m3 ，由附表10得ca = 1.342kj/(m3·℃)，
=20℃，為溢氣溫度，近似認為= + () = 20 + (950-20) = 640℃
q溢 = qvaρaca()δt
⑸其他熱損失
其他熱損失約為上述熱損失之和的10%~20%，故
q它 = 0.13(q件+q散+q輻+q溢)
0.13×(95117+25020.4+8877.75+33713)
23346.1kj/h
⑹熱量總支出
其中q輔 = 0，q控 = 0，由式(5-10)得
q總 = q件+q輔+q控+q散+q輻+q溢+q它
= 95117+25020.4+8877.75+33713+23346.1
202931.2kj/h
⑺爐子安裝功率
由式（5-11）
其中k為功率儲備係數，本爐設計中k取1.4，則
p安 = = 78.9kw
與標準爐子相比較，取爐子功率為75kw。
六．爐子熱功率計算
1.正常工作時的功率
由式(5-12)
47.2%
2.在保溫階段，關閉爐門時的效率
七．爐子空載功率計算
八．空爐公升溫時間計算
由於所設計爐子的耐火層結構相似，而保溫層儲熱較少，為簡化計算，將爐子側牆、前後牆及爐頂按相同資料計算，爐底由於砌磚方法不同，進行單獨計算，因公升溫時爐底板也隨爐溫公升溫，也要計算在內。
1. 爐牆及爐頂蓄熱
由式(5-9)
因為查附表3得
查附表3得
查附表3得
所以得2.爐底蓄熱計算
由於查附表3得
查附表3得
所以得3.爐底板蓄熱
根據附表6差得950℃和20℃時高合金鋼的比熱容分別為c板2=0.670kj/（kg.℃）
和c板1=0.473kj/（kg.℃）。經計算爐底板質量g=242kg，所以有
由式（5-13）得空爐公升溫時間
對於一般週期作業爐，其空爐公升溫時間在3~8小時內均可，故本爐子設計符合要求。因計算蓄熱時是按穩定態計算的，誤差大，時間偏長，實際空爐公升溫時間在4小時內。
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