一、炉型的选择
因为工件材料为低合金钢，热处理工艺为正火，对于低合金钢正火最高温度为
【912+(30~50)】℃，选择中温炉（上限950℃）即可，同时工件没有特殊规定也不是长轴类，则选择箱式炉，并且无需大批量生产、工艺多变，则选择周期式作业。综上所述，选择周期式中温箱式电阻炉。
二、炉膛尺寸的确定
1、用炉底强度指标法计算
炉底有效面积：
查表得炉底强度h G =100Kg/（m 2·h ）
F 效=h g
G 件=60100
=0.6（m 2） 炉膛有效尺寸：
L 效=效）（F 5.1~2
L 效
（m ）=960mm
炉膛有效宽度：
B 效=效（F 2/3)~2/1
B 效
选择 1000m m ×600mm ×45mm/12mm 的炉底板，取B 效=0.6m
2、 炉膛内腔砌墙尺寸
炉膛宽度：
B 砌=B 效+2×（0.1～0.15）
B 砌=0.6+2×0.125=0.85 (m)
炉膛长度：
L 砌
=L 效+0.16 =1.12（m ）
炉膛内高度：
H 砌=（0.5～0.9）B 砌
H 砌=0.8×0.85=0.68 (m )
层数n=067.0108.03
-??砌B =10.1 选择10层
∴炉膛高度H 砌=10×67+42+39=0.751(m)
三、炉体结构设计与材料选择
（一）、选择炉衬材料部分
炉体包括炉壁、炉底、炉底、炉门、炉壳架几部分。炉体通常用耐火层和保温层构成，
尺寸与炉膛砌筑尺寸有关。设计时应满足下列要求：
（1）确定砌体的厚度尺寸要满足强度要求，并应与耐火砖、隔热保温砖的尺寸相吻合；
（2）为了减少热损失和缩短升温时间，在满足强度要求的前提下，应尽量选用轻质耐火材料；
（3）要保证炉壳表面温升小于50℃，否则会增大热损失，使环境温度升高，导致劳动条件恶化。
（二）、炉体结构设计和尺寸
本炉设计为两层炉壁
内层选用RNG-0.6型轻质粘土砖，其厚度S 1=115mm ；
外层选用硅酸铝耐火纤维，体积密度λ2=105Kg/m 3厚度S 2待计算；
RNG-0.6型轻质粘土砖：
ρ1=600【Kg/ m 3】
λ1=0.165+0.194×10-3t 均【w/(m ·℃)】
C 1=0.836+0.263×10-3t 均【KJ/（Kg ·℃）】
耐火纤维
当t 3=60℃时，由表查得α∑=12.17【W/(㎡·℃)】
∴ q=12.17×（50-20）=486.8（W/㎡）
将上述各数据代入公式得： ()[]115.08.486950165.095010194.05.010194.02165.0165.010194.01t 233232?-?+?????++-?=
---
=782（℃）
代入数据解得：
纤维层厚度：()107.0607828
.4861S 2?-?==228（mm ） 取S 2=230mm
（三）、炉顶的设计
炉膛宽度为850mm ，采用拱顶，拱角60°的标准拱顶，拱顶式炉子最容易损坏的部位，受热时耐火砖发生膨胀，造成砌筑拱顶时，为了减少拱顶向两侧的压力，应采用轻质的楔形砖与标准直角砖混合砌筑。故选用侧厚楔形砖（230,113,65,45）、厚
230mm 体积密度为105Kg/ m 3的硅酸铝耐火纤维和轻质直形砖（230,113,65）.
（四）、炉底的设计
炉底采用一层113mm 硅藻土砖填充蛭石粉，再平铺一层65mm 的QN-0.6轻质粘土砖，最上层采用230mm 的重质高铝砖支持炉底板+4块加热元件搁砖，炉底板采用Cr-Mn-N 耐热钢厚度为12mm 。
（五）、炉门框的设计
炉门框的壁 炉膛稍小取其宽度为：
B 框×H 框 =800mm ×650mm
采用230mm 硅藻土砖和113mmRN-0.6轻质粘土砖。
（六）、炉门的设计
炉门采用113mmRNG-1.0轻质粘土砖和230mmB 级硅藻土砖，炉门尺寸为B 门×H 门=900mm ×780mm 。
（七）、炉体框架与炉壳的设计
炉体外廓尺寸：
L 外=L 砌+（115+230）+230=1695（mm ）
B 外=B 砌+2×（115+230）=1540（mm ）
H 弧=B 砌- B 砌Cos30°=114（mm ）
H 外=H 砌+（115+20+230）+ H 弧+（115+67+230）
H 外=1571（mm ）
四、电阻炉功率的计算
本炉采用理论设计法，通过炉子的热平衡来确定炉子的功率。其原理是炉子的总功率即热量的收入，应能满足炉子热量支出的总和。
具体计算如下：
1、 加热工件的有效热量Q 件
Q 件 =g 件（C 2t 2-C 1t 1）
=60×（0.6789×950-0.4939×20）
=38104.6（KJ/h ）
（其中C 2、C 1查表可得）
2、 通过炉衬的散热损失Q 散
Q 散=101231231t t F S S S λλλα-?+++均总
（式1） λ1=0.165+0.194×10-3×（950+782）÷2=0.3
3
λ2=0.107
F 均1F =2(0.85 1.120.850.68 1.120.68)?+?+?=4.5832m 2
2F =2(1.08 1.35 1.080.91 1.350.91)?+?+?=7.3386㎡
3F =2(1.31 1.58 1.31 1.14 1.58 1.14)?+?+?=10.7288㎡
将以上数据代入式1解得Q 散 =14556.5（KJ/h ） 3、炉衬材料的总蓄热量Q 蓄总
轻质粘土砖、硅酸铝耐火纤维、在1㎡面积上所占的量分别为：
G 1=0.115×600=69（Kg ）
G 2=0.230×105=24.15（Kg ）
它们的平均比热容分别为：
C 1 =0.836+0.263×10-3
×0.5×（950+782）
=1.06【KJ/（Kg ·℃）】
C 2 =1.07【KJ/（Kg ·℃）】
各层的蓄热量:
Q 1=69×1.06[（950+782）÷2-20]=61876（KJ ）
Q 2=24.15×1.07[（782+60）÷2-20]=10362（KJ ）
∑Q 蓄总= Q 1F m1+ Q 2F m2=554398(KJ)
4、开启炉子的辐射热损失Q 辐 F T T Q ????????????? ??-??? ??=6.31001004241辐×φ×δt 炉口开启尺寸850mm ×460mm
a/b=460/850=0.54 L/a=230/460=0.5
查表2-16得φ=0.5
炉口面积F=0.46×0.85=0.391（㎡）
δt =3/60=0.05
∴将上述数据代入公式得Q 辐=6442（KJ/h ）
5、开启炉门的溢气热损失Q 溢
()h /2t 21KJ T T VC Q δ??
? ??+=溢 V=2200BH H =2200×0.95×0.46×46.0=652 （m 3
/h ） C=1.4KJ/（㎡·K ）
Q 溢=652×1.4×（950+60）×0.5×0.05=23048（KJ/h ）
6、其他热损失Q 它
Q 它=（0.5～1.0）Q 散
Q 它=0.8×14556.5=11645.2（KJ/h
7、Q 总 = Q 件 + Q 辐 + Q 控 + Q 散 + Q 溢+ Q 它
=38104.6+14556.5+6442+23048+11645.2
=93796.3（KJ/h ）
P= Q 总 /3600=26.1（KW ）
P 安=1.3P=32.87（KW ）
取P 安=33KW
8、电阻炉热效率η=Q 件/Q 总×100%=40.62%
9、空炉升温时间
τ空=Q 蓄/（3600P 安）=3.4（h ）符合要求
10、电阻炉的空载功率P 空
P 空=（Q 效+ Q 它）/3600=7.28（KW ）为炉子总功率的16%，符合要求。
五、电热元件的设计
（一）、电阻功率的分配
因功率为33KW ，故采用三相380V 星形接线法，使用三组11KW 电阻丝均匀分
布单星形接法
（二）、电阻元件材料的选择
选用0Cr25Al5为电热元件
（三）、电热元件的设计
1、供电电压和接线
选用三相380V 、星形接法，长度比为1：1
P=P 安/3n=45/3=11（KW ） U=380/3=220（V ）
2、确定电热元件的单位表面功率
因炉膛最高温度不超过950℃，结合选材0Cr2Al5查表得W 允=1.6～2.0W/cm 3
3、确定元件直径d
d=
34.334.3 4.56==mm 取 d = 5mm
式中
()()2501 1.414101100 1.5t mm
p p t m α-=+=+??=Ω?
W 允=1.6w/cm 2 222
3220 3.1451057.571.51110004
t U f L p ρ-??=?==??? L 总=nL= 3?57.57=172.71m
M= 0.201?57.57=11.57kg
4、求电热元件的总质量
M 总= 3?11.57=34.71kg
式中g 为φ5mm 的电阻丝每米长的重量，
g=0.201Kg/m 可由表3-17查得 W=dl 102πP =100113.14 5.057.57
???=1.22 W/cm 3﹤1.6 W/cm 3 符合要求
（五）电热元件的绕制和布置
电热元件绕制成螺旋状，均匀布置于两侧墙及炉底，侧墙和炉底均为10层。 每排电热元件的展开长度：
L 、=57.5710
=5.757（m ） 每排电热元件的搁砖长度
L 1=960-50=910（mm ）
D=6d=5×6=30（mm ）
每排电热元件的圈数： n=()608064.543.1430
L D ==?、圈π 取 n=65 电热元件螺旋节距： h=()1L 91014mm n 65
== 按h=（2～4）d 校验
校核：14 2.85
h d == 符合要求 （六）、电热元件引出棒及其套管的设计与选择
（1）、引出棒的设计
引出帮必须用耐热钢或者不锈钢制造，以防止氧化烧损，固选用1Cr18Ni9Ti ， φ=14mm ，L=400mm ，丝状电热元件与引出棒之间的连接，采用接头铣槽后焊
接。
引出棒长度：
L引=115+230+100=445（mm）
（2）、保护套管的选择
根据设计说明中炉膛以及电热元件的设计，所以确定L侧墙=115+230=345（mm），引出棒的直径d=φ14mm，因此选用SND·724·016号套管，高铝矾土，
重量0.5Kg，d引=φ16mm
D引=φ36mm，长度300mm。
（七）、热电偶及其保护套管的设计与选择
（1）、热电偶的选择
由于炉内最高的温度为950℃.长期使用的温度在1000℃一些，所以选用镍铬-镍硅热电偶。由于炉膛不分区，所以选用型号WRN-121的镍铬-镍硅热电偶，保护套管规格选择，外径24mm，插入长度为500mm。保护材料为双层瓷管。（2）、热电偶保护套管的选择
L炉顶=230+20+230=460mm。热电偶外径=24mm，插入长度为460mm。根据这些条件，应该选用SND·724·020,高矾土，重量0.4Kg。d套=φ25mm、
D套=φ40mm，长度为300mm。测温热电偶与控温热电偶均选用此保护套管即可。