热处理炉课程设计炉 型 坩埚电阻炉学 院专 业学 号学生姓名指导教师日 期设计任务书编号 22专业年级班级：学号：姓名：一、基本条件1. 炉型：坩埚电阻炉2. 用途：主要用于铝合金及其它有色金属熔炼3额定温度：1200C4. 炉壁外壳温度W85C5. 炉膛尺寸：250*300 (mm)6. 功率：8kw7. 空炉升温时间：W80min8. 电源：三相，380V9. 电热元件接线：星形二、设计要求1. 砌体部分2. 电热元件及接线部分、炉盖、炉壳构架3. 标定主要技术数据1)额定功率(2)额定电压(3)额定温度4)电源相数(5)电热元件接法(6)炉膛有效尺寸7)炉膛尺寸(8)空炉升温时间(9)外形尺寸4. 提交资料(1) 纸质和电子版本的设计计算说明书，规格：A4(2) 纸质和电子版本的炉子总图(AotuCAD绘制)，幅面：Al指导教师：热处理是现代机械工业的一项重要基础技术，通常像轴、轴承、齿轮、连杆等重要的机械零件和工模具都是要经过热处理的，而且，只要选材合 适，热处理得当，就能使机械零件和工模具的使用寿命成倍、甚至十几倍 地提高。配合热处理进行的基本设备就是热处理炉。我国热处理炉在近些年发展迅速，许多的技术实现了革新与突破，但 是不可否认我国与西方国家还存在相当大的差距，许多先进的可控气氛炉 还必须要依赖进口，此次的坩埚电阻炉结构比较简单，设计起来容易与书 本上的知识联系起来。坩埚电阻炉的结构主要由炉壳、炉衬、加热元件以及配套电气控制系 统组成，坩埚电阻炉可用于许多热处理，其结构与箱式炉相比比较简单， 炉墙用一层轻质耐火砖，外侧用硅酸铝耐火纤维，炉底也可全用硅酸铝耐 火纤维但是要在炉底垫上专用的支撑砖来支撑炉胆。加热元件是由高电阻 合金丝绕制成螺旋状，安放在炉胆周围。在炉顶上设有热电偶，作为检测 炉温用，从而控制炉膛内的温度。目录一炉型的选择1二确定炉体结构尺寸12.1、炉膛尺寸12.2、炉衬材料及厚度1三炉子散热的计算13.1、炉墙与炉顶13.2、炉底3四炉子空蓄热计算44.1、炉顶蓄热计算54.2、炉墙蓄热计算54.3、炉底蓄热计算54.4、炉体总蓄热量计算：6五空炉升温时间计算6六功率的分配6七电热元件材料选择及计算67.1、求1000C时电热元件的电导率67.2、确定电热元件的表面功率77.3、每组电热元件的功率77.4、每组电热元件端电压77.5、线状电热元件直径77.6、每组电热元件长度及质量77.7、校核电热元件表面负荷87.8、电热元件在炉膛的布置8八炉子的技术指标8九参考文献9十设计小结10设计项目计算内容计算结果一：炉型的选 择一、炉型的选择根据设计任务书给的生产特点，拟选用坩埚电阻炉，并 380v的交流电压。不通保护气氛。二：确定炉体 结构的尺寸二、确定炉体结构尺寸2.1、炉膛尺寸：根据设计任务书可知炉膛的有效尺寸为250X300 （mm）2.2、炉衬材料及厚度：由于坩埚温度高，故采用耐高温的材料，选用高铝材质 制造而成。该材料密度小，比容也小。厚度为18mm。炉墙：40mmQN-0.4轻质黏土砖+ 140mm密度为0.35 g/cm3普通硅酸铝纤维毡。炉顶：40mmQN-0.4轻质黏土砖+ 140mm 密度为0.35 g/cm3普通硅酸铝纤维毡。（结 构与炉墙相同）炉底：160mm密度为0.35 g/cm3普通硅酸铝纤维毡， 并用一圈高为160mm轻质专用炉底砖以起支撑作 用。说明：炉墙外侧以及炉顶（炉门）用3mm的钢板包裹，三、炉子散热炉底用5mm钢板包裹。的计算三、炉子散热的计算3.1.炉墙与炉 顶3.1.炉墙与炉顶由于炉墙结构与炉顶相似，故作统一的处理，有公式得t t墙 _ s gs 1 丈+产+ a12工对于炉壁的散热，假设界面上的温度及炉壳的温度：QN-0.4轻质粘土砖 外层t2 =1100C 密度为0.35 g/cm3普通硅酸铝纤维毡13 =70C， 室温 20C，如下图所示。3250X300t1 I I I I I I I I40140t=(1200+1100)/2=1100Ct=(1100+70)/2=585Cs 2均由附录表知人=0.08+0.22x10-31=0.333 W/(m C)1s1均根据插入法求入 2=0.081 +185/300x (0.121-0.081) =0.1057W/(mC)当炉壳为70C，室温为20C时，由附录表可得：a w=12.83W/(m2 C)(1) 计算热流密度地：t tq =g墙ss1壬汽+ a12工1200 - 200.040.141+ +0.333 0.1057 12.83=775.1 W/m2(2) 验算交界面的温度t2 ,t323ttst t q121九11200 775.1 0.040.333=1106.9CA1106.9 1100 inno7A x 100%1100=0.63% 5%满足设计要求，不需重算；ttSt t q232九20 141100 570.5775.10.1057=73.4 C奸=0.333W/(mC)九2=0.1057W/(mC)a s=12.83W/(m2 C)q 徳=775.1 W/m2墙t =1100C23.2 炉底a 74 734 rfArrf A =x 100%74=4.8%5% 满足设计要求，不需重算； 同时炉壳温度85C，符合要求。3.2 炉底根据炉底的结构可按照160mm密度为0.35 g/cm3普通硅 酸铝纤维毡计算。由公式得t tq = g墙s1尢 a1工假设炉底表面温度为80 C,则 t =(1200+80)/2=640Csi均由附表用插入法：240人=0.081 +x (0.121-0.081) =0.1126W/(mC)300当炉壳为80C，室温为20C时， 由附录表a=13.45W/(m2. C)(1) 计算热流密度地：t tq 二g墙s1九 a1X1200 20 0.16 1+0.1126 13.45=789.1 W/m2(2) 验算外壳温度：t t St t q1 21九1C A (2 1200 789.10.0987=78.7C .80 78.7 cxcxrAx 100%80=1.6%5% 满足设计要求，不需重算；t =74 C3=0.1126W/(m C)q =789.1 W/m2 墙t =80C2四、炉子空蓄 热计算4.1.炉顶蓄热 计算同时炉壳温度85C，符合要求。四、炉子空蓄热计算4.1.炉顶蓄热计算 炉顶体积分为两部分计算，即炉盖的上部突出部分：V :20mmX200mmX200mmXn (轻质黏土砖)1V : 140mmX200X200Xn (普通硅酸铝纤维毡)2炉盖下部(包括与炉体相连的周围一圈)：v650650V :20mmXXXn (轻质黏土砖)322因此有：V 黏=V +V =0.00744 m3顶13V 纤=V =0.0i7m3顶2( 1200 +1100t顶=0 +1 丿/2 二二 1150C黏122(丿 1100 + 70t顶=0 +1 丿/2 = 585C纤122由附表3查得：轻质黏土砖(QN-0.4)c 顶=0.84 + 0.26 x 10-31 = 1.139 kJ/(kg C)黏c 顶=-81 + 28 x 10-31 = 0.9738kJ/(kg C)P = 0.4 x 103 kg /m3黏P= 0.35 x 103 kg / m3纤则Q = V p c ( -1 丿蓄1黏黏黏黏0=0.00744x400x 1.139x(1100-20) =3830.3 kJQ = V p C ( t 丿蓄2纤纤纤黏纤0=0.017x350x0.9738x(585-20)=3273.7kJ。顶=Q普 + Q 菇=7104 kJ蓄蓄1蓄2V 黏=0.00744 m3顶V 纤=0.017 m3 顶Q =3830.3 kJ蓄14.2.炉墙蓄热 计算4.2.炉墙蓄热计算炉墙由40mm轻质黏土砖和140mm普通硅酸铝纤维毡组 成，炉墙高度为300mm.1)轻质黏土砖部分：Q蓄2=32737kJ轻质黏土砖外径250 * 40 * 80 = 0.185m轻质黏土砖内径250*40 = 0.145mV黏=n (0.1852 -0.1452)X0.3=0.01244m3侧由于侧墙的结构与炉顶相似，其余各参数均相等，在此不再 赘述。根据前面的数据可算得)=0.01244x400x1.135x(1150-20)=6404.5 kJ2)普通硅酸铝纤维毡部分:普通硅酸铝纤维毡外径250 * 40 * 80 * 280 = 0.325m普通硅酸铝纤维毡内径250 + 40 + 80 = 0.185mV纤=n (0-312 - 0-172)x03=0.0673m3-1)0=0.0673x350x0.9738x(565-20)=12959.9kJQ侧二 Q + Q =19364.4 kJ 蓄蓄1蓄24.3. 炉底蓄热计算根据炉底结构的特点，炉底的蓄热全部看做普通硅酸铝纤维毡的蓄热。Q 顶二 7104 kJ蓄V 黏=0.01244 m3 侧Q =6404.5 kJ4.3.炉底蓄热 计算nX 0.3252 X0.16=0.053im3,+1)/2 二40C1 2 2因此：c底二 0.81 + 0.28 x10-31 = 0.9892 kJ/(kg C)Q 侧=19364.3kJ蓄-纤4.4.炉体总蓄 热量计算五、空炉升温 时间计算六、功率的分 配七、电热元件 材料选择及计 算Q 底=V p c I -1 )蓄纤纤纤纤0=0.0531x350x0.9892x(640-20)