热处理炉课程设计

热处理炉课程设计-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1

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一月二月三月

产品名称数

量

金

额

利润产品名称

数

量

金

额

利

润

产品名称

数

量

金额利润

合计合计合计

四月五月六月

产品名称数

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金

额

利

润

产品名称

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量

金

额

利

润

产品名

称

数

量

金

额

利

润

合计合计合计

热处理电阻炉设计一、设计任务（见教材80页）

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h kg P 60=，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

)(12020h m kg p ⋅=。因此，炉子的炉底有效面积（可以摆放工件的面积）1F 可

按下式计算：

2015.0120

60m p P F ===

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，

2

1625.080

.05.080.0m F F ===

（2） 确定炉膛的长度和宽度 炉底长度和宽度之比B

L

在3/2～2之间选择。考虑到炉子使用时装、出料的方便，本设计取

2=B

L

，则炉子炉底长度和宽度分别为: m

L B m F L 559.02

118

.12;

118.15

.0625.05.0====== （3） 确定炉膛高度

炉膛高度和宽度之比

B

H

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

m B H 391.0559.07.07.0=⨯==

2. 实际确定炉膛尺寸

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：

m mm L 16.111605)2230(==⨯+=；

m

mm B 539.053924031152572)238(3)2113(2)255(==⨯+⨯+⨯=⨯++⨯++⨯+= m mm H 402.04026)265(==⨯+=

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：

mm L 950=效

mm B 450=效

mm H 350=效

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∑α。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/m ³的普通硅酸盐耐火纤维毡和230mm 厚的A 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：

∑

+

++-=

αλλλ120

95033221

1S S S q

1) 321,,S S S 的确定

321,,S S S 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321,,S S S 的厚度为：

mm S 11521131=+=；mm S 602=；mm S 23222303=+=。

2) 321,,λλλ，∑α的确定

321,,λλλ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 ·℃）;∑α是炉壳对周围空气的综合传热系数（W/m ·℃）。

要求出321,,λλλ和∑α，首先必须假定各层界面温度和炉壳温度。设轻质粘

土砖和硅酸盐耐火纤维毡之间的界面温度='2

t 850℃，硅酸盐耐火纤维毡和硅藻土砖之间的界面温度='3

t 620℃，炉墙外壳温度='4t 55℃<60℃。如图所示。 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：

p t 3110212.0294.0-⨯+=λ（p t 为平均温度）

)2

850950(10212.0294.0)2(

10212.0294.032131+⨯+='+⨯+=--t t λ =0.485 W/m ·℃

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7352

620850232

=+='+'=

t t t p ℃。根据教材附表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：

121.0700

735121

.07001000121.0122.022=⇒--=--λλ W/m ·℃

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：

p t 331023.0105.0-⨯+=λ

)2

55

620(1023.0105.0)2(1023.0105.03433

3+⨯⨯+='+'⨯⨯+=--t t λ

=0.183 W/m ·℃

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：