一、设计任务书
题目:设计一台中温箱式热处理电阻炉;
炉子用途:中小型零件的热处理;
材料及热处理工艺:中碳钢毛坯或零件的淬火、正火及调制处理;
生产率:160 kg/h;
生产要求:无定型产品,小批量多品种,周期式成批装料,长时间连续生产;
要求:完整的设计计算书一份和炉子总图一张。
二、炉型的选择
根据生产特点,拟选用中温箱式热处理电阻炉,最高使用温度,不通保护气氛。
三、确定炉体结构及尺寸
1.炉底面积的确定
因无定型产品,故不能用实际排料法确定炉底面积,只能用加热能力指标法。已知生产率p为160 kg/h,按照教材表5-1选择箱式炉用于正火和淬火时的单位面积生产率p0为120 kg/(m2﹒h),故可求得炉底有效面积:
由于有效面积与炉底总面积存在关系式,取系数上限,得炉底实际面积:
2.炉底长度和宽度的确定
由于热处理箱式电阻炉设计时应考虑出料方便,取,因此,可求得:
根据标准砖尺寸,为便于砌砖,取,如总图所示。
3.炉膛高度的确定
按照统计资料,炉膛高度与宽度之比通常在之间,根据炉子工作条件,取
。
因此,确定炉膛尺寸如下:
长
宽
高
为避免工件与炉内壁或电热元件搁砖相碰撞,应使工件与炉膛内壁之间有一定的空间,确定工作室有效尺寸为:
4.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,即轻质粘土砖,密度为的普通硅酸铝纤维毡,级硅藻土砖。
炉顶采用轻质粘土砖,密度为的普通硅酸铝纤维毡,膨胀珍珠岩。
炉底采用三层轻质粘土砖,密度为的普通硅酸铝纤维毡,级硅藻土砖和膨胀珍珠岩复合炉衬。
炉门用轻质粘土砖,密度为的普通硅酸铝纤维毡,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。
炉底板材料选用耐热钢,根据炉底实际尺寸给出,分三块或者四块,厚。
四、砌体平均表面积计算
砌体外廓尺寸如下:
试中——拱顶高度,此炉子采用60°标准拱顶,取拱弧半径,则f可由求
得。
1.炉顶平均面积
2.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。
3.炉底平均面积
五、计算炉子功率
1.根据经验公式法计算炉子功率由教材式
取式中系数,空炉升温时间假定为,炉温,炉膛面积
所以
由经验公式法计算得
2.根据热平衡计算炉子功率
(1)加热工件所需的热量
由教材附表6得,工件在及时比热容分别为,,根据式
(2)通过炉衬的散热损失的热量
I.炉墙的散热损失
由于炉子侧壁和前后墙炉衬结构相似,故作统一数据处理,为简化计算,将炉门包括在前墙内。
根据式
对于炉墙散热,如图所示,首先假定界面上的温度及炉壳温度,,,,则
耐火层的平均温度,硅酸铝纤维
层的平均温度,硅藻土砖层的平均
温度,层炉衬的导热率由教材附表3得
。
普通硅酸铝纤维的热导率由教材附表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直线关系,由,得
当炉壳温度为,室温为是,由教材附表2可得炉墙外表面对车间的综合传热系数①求热流
②验算交界面上的温度
误差,满足设计要求,不需要重新估算。
误差,同样满足设计要求,不需要重新估算。
③验算炉壳温度
满足一般热处理电阻炉表面升温的要求。
计算炉墙散热损失
II.炉顶的散热损失
和炉墙散热损失同理,首先假定界面上的温度及炉顶壳的温度,,,。则:耐火层的平均温度,硅酸铝纤维层的平均温度
,膨胀珍珠岩层的平均温度。
层炉衬的热导率由教材附表3得: