热处理炉课程设计

1 一 月 产品名称 数量 金额 利润 合 计 四 月 产品名称 合 计

数量 金额 利润 合 计 产品名称 五 月 数量 金额 利润 产品名称 合 计 六 月 数量 金额 利润 合 计 二 月 合 计 三 月 利润 产品名称 数量 金额 利润 产品名称 数量 金额 热处理电阻炉设计

一、 设计任务（见教材80页）

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二、 炉型选择

根据设计任务给出的生产特点，选用中温（650~1000℃）箱式热处理电阻炉，炉膛不通保护气氛，为空气介质。

三、 确定炉膛尺寸

1. 理论确定炉膛尺寸 （1） 确定炉底总面积

炉底总面积的确定方法有两种：实际排料法和加热能力指标法。本设计用加热能力指标法来确定炉底面积。已知炉子生产率P?60kgh，按教材表5-1选择适用于淬火、正火的一般箱式炉，其单位炉底面积生产率p0?120kg(m2?h)。因此，炉子的炉底有效面积（可以摆放工件的面积）F1可按下式计算：

F1?P60??0.5m2 p0120通常炉底有效面积和炉底总面积之比值在0.75～0.85之间选择。炉子小取小值；炉子大取大值。本设计取中值0.8，则炉底总面积F为，

F10.52F???0.625m

0.800.80（2） 确定炉膛的长度和宽度 炉底长度和宽度之比方便，本设计取

L在3/2～2之间选择。考虑到炉子使用时装、出料的BL?2，则炉子炉底长度和宽度分别为: BF0.625??1.118m;0.50.5 L1.118B???0.559m22L?（3） 确定炉膛高度

H在0.5～0.9之间选择，大炉子取小值，小炉子取大B值。本设计取中值0.7，则炉膛高度为：

H?0.7B?0.7?0.559?0.391m

炉膛高度和宽度之比

2. 实际确定炉膛尺寸

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为方便砌筑炉子，需根据标准砖尺寸（230×113×65mm），并考虑砌缝宽度（砌砖时两块砖之间的宽度，2mm）、上、下砖体应互相错开以及在炉底方便布置电热元件等要求，进一步确定炉膛尺寸。依据理论计算的炉膛长度、宽度和高度，进一步确定炉膛尺寸如下：

L?(230?2)?5?1160mm?1.16m；

B?(55?2)?2?(113?2)?3?(38?2)?2?57?2?115?3?40?2?539mm?0.539m H?(65?2)?6?402mm?0.402m

注意：实际确定的炉膛尺寸和理论计算的炉膛尺寸不要差别太大。

3. 确定炉膛有效尺寸

为避免热处理工件与炉膛内壁、电热元件和放置电热元件的搁砖发生碰撞，应使工件与炉膛内壁保持一定的距离。工件应放置的炉膛的有效尺寸内。炉膛有效尺寸确定如下：

L效?950mm

B效?450mm

H效?350mm

四、 炉衬材料的选择及其厚度的确定

炉衬材料的选择及其厚度的计算应满足在稳定导热的条件下，炉壳温度小于60℃。由于炉子外壁和周围空气之间的传热有辐射和对流两种方式，因此辐射换热系数和对流换热系数之和统称为综合传热系数??。炉壳包括炉墙、炉顶和炉底。这三部分外壁对周围空气的综合传热系数不同（见教材附表2），所以三部分炉衬材料的选择及其厚度也不同，必须分别进行计算。

1. 炉墙炉衬材料的选择及其厚度的计算

炉子的两边侧墙和前后墙可采用相同的炉衬结构，同时为简化计算，将炉门看作前墙的一部分。

设炉墙的炉衬结构如图所示，耐火层是113mm厚的轻质粘土砖（QN—0.8），保温层是60mm厚、密度为350kg/m3的普通硅酸盐耐火纤维毡和230mm厚的A

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级硅藻土砖（耐火材料和保温材料的选择参照教材附表3和附表4）。这种炉衬结构在稳定导热条件下，是否满足炉墙外壁温度小于60℃，应首先求出热流密度，然后计算进行验证。

在炉墙内壁温度950℃、炉壳周围空气温度20℃的稳定导热条件下，通过炉墙向周围空气散热的热流密度为：

q?950?20

S1S2S31????11) S1,S2,S3的确定

?2?3??S1,S2,S3分别是轻质粘土砖、硅酸盐耐火纤维毡和硅藻土砖的厚度（m）。

若考虑它们之间2mm的砌缝宽度，则S1,S2,S3的厚度为：

S1?113?2?115mm；S2?60mm；S3?230?2?232mm。

2) ?1,?2,?3，??的确定

?1,?2,?3分别是轻质粘土砖、硅酸盐耐火纤维毡和硅藻土砖的平均热导率（W/m·℃）;??是炉壳对周围空气的综合传热系数（W/m·℃）。

要求出?1,?2,?3和??，首先必须假定各层界面温度和炉壳温度。设轻质粘

??850℃，硅酸盐耐火纤维毡和硅藻土砖和硅酸盐耐火纤维毡之间的界面温度t2??620℃，炉墙外壳温度t4??55℃<60℃。如图所示。 土砖之间的界面温度t3 求轻质粘土砖的平均导热率

查教材附表3，可得轻质粘土砖（QN—0.8）的平均导热率为：

?1?0.294?0.212?10?3tp（tp为平均温度）

?1?0.294?0.212?10?3( =0.485 W/m·℃

?t1?t2950?850)?0.294?0.212?10?3() 22 求硅酸盐耐火纤维毡的平均导热率 硅酸盐耐火纤维毡的平均温度tp???t3?850?620t2??735℃。根据教材附22 4

表4查得，密度为350kg/m3的普通硅酸盐耐火纤维毡700℃、1000℃的热导率分别为0.121 W/m·℃和0.122 W/m·℃。在700℃——1000℃温度范围内，可近似认为其平均导热率与温度成线性关系。则有：

0.122?0.121?2?0.121???2?0.121 W/m·℃

1000?700735?700 求硅藻土砖的平均导热率

查教材附表3，可得A级硅藻土砖的平均导热率为：

?3?0.105?0.23?10?3tp

?3?0.105?0.23?10?3?( =0.183 W/m·℃

??t4?t3620?55)?0.105?0.23?10?3?() 22 求炉墙外壳对周围空气的综合传热系数

当炉墙外壳温度为55℃，周围空气为20℃时，由教材附表2可查得，外壳为钢板或涂灰漆表面时，对周围空气的综合传热系数为：

???11.81 W/m2·℃

3) 求热流密度

将以上数据代入求热流密度的表达式中，可求得热流密度为：

q?950?20930??445.8Wm2

0.1150.060.23212.086???0.4850.1210.18311.814) 验算各界面温度和炉墙外壳温度是否满足设计要求 轻质粘土砖和硅酸盐耐火纤维毡之间的界面温度t2为：

t2?t1?qS1?950?445.8?0.115?844.3℃ 0.485?1相对误差为

?t2?t2844.3?850??0.67%?5%，满足设计要求，不必重算。 ?t2850 硅酸盐耐火纤维毡和硅藻土砖之间的界面温度为：

t3?t2?qS2?2?844.3?445.8?0.060?623.2℃； 0.121相对误差为

?t3?t3623.2?620??0.52%?5%，满足设计要求，不必重算。 ?t3620 5

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