設(shè)計(jì)任務(wù)： 

為某廠設(shè)計(jì)一臺(tái)熱處理電阻爐，其技術(shù)條件為： 

(1)用途：中碳鋼、低合金鋼毛坯或零件的退火，處理對(duì)象為中小型零件，無(wú)定型產(chǎn)品，處理批量為多品種，小批量； 

(2)生產(chǎn)率：150kg/ h；  

(3)工作溫度：最高使用溫度≤600℃； 

(4)生產(chǎn)特點(diǎn)：周期式成批裝料，長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)生產(chǎn)。 

一、爐型的選擇 

根據(jù)工件的特點(diǎn)與設(shè)計(jì)任務(wù)的要求及產(chǎn)量大小選擇合適的爐型。由于小批量生產(chǎn)，品種多和工藝穩(wěn)定的要求擬選用箱式熱處理電阻爐，不通保護(hù)氣氛。 

二、確定爐體結(jié)構(gòu)和尺寸

1．爐底面積的確定 

  爐底面積的計(jì)算方法有兩種。一種是根據(jù)一次裝料量計(jì)算，另一種是根據(jù)爐底強(qiáng)度指標(biāo)計(jì)算。因工件的加熱周期和裝爐量不明確，故不能用爐子一次裝料量確

定爐底面積，只能用爐底強(qiáng)度指標(biāo)法。已知生產(chǎn)率為150kg/h，按表5—1選擇箱式爐用于正火和淬火時(shí)的單位面積生產(chǎn)率p0為120kg/(m2·h)，故可求得爐底有效

面積 

F=p/p0=150/120=1.25m2 

  由于有效面積與爐底總面積存在關(guān)系式F/F1=0.75～0.85，取系數(shù)上限0.85，得到爐底實(shí)際積：   

      F=F/0.85= 1.25/0.85=1.47m2 

2．爐底長(zhǎng)度和寬度的確定 

  對(duì)于熱處理箱式電阻爐，設(shè)計(jì)時(shí)考慮裝出料的方便，根據(jù)長(zhǎng)度與寬度之比，取L/B=2:1，因此，可求得爐底寬度  

L=5.0/F=2.059m  

B=L／2=2.059／2=1.030m  為方便砌磚L=2205mm   B=1048mm 

3．爐膛高度的確定 

  根據(jù)統(tǒng)計(jì)的資料，爐膛高度（H）對(duì)爐底寬度（B）之比H／B通常在0．52～0．9之間，大多數(shù)在0.8左右，根據(jù)爐子工作條件，取H／B=0.7左右，選定爐膛高度

H=707mm。因此，確定爐膛尺寸如下

長(zhǎng)  L=(230+2)×9+(230/2+2)=2205mm 

寬  B=(120+2)×5+(50+2)×4+(113+2)×2=1048mm 

高  H=(65+2)×10+37=707mm 

  為防止工件與爐內(nèi)壁或電熱元件擱磚相碰撞，應(yīng)使工件與爐膛內(nèi)壁之間有一定的空間，在一般情況下，要保證爐料上部有200～300mm的空間，有利于輻射與對(duì)

流傳熱，由此確定工作室有效尺寸為 

L效=2000mm 

B效=950mm 

H效=500mm 砌體結(jié)構(gòu)如圖1所示：

4．爐襯材料及厚度的確定 

  由于側(cè)墻、前墻及后墻以及爐頂?shù)墓ぷ鳁l件相似，采用相同爐襯結(jié)構(gòu)，即兩層：113mmQN—1.0輕質(zhì)粘土磚和180mmB級(jí)硅藻土磚。  

  爐底采用耐火層314mm，材料為113mmQN—1.0輕質(zhì)粘土磚,絕熱層硅藻土磚和蛭石粉厚180mm。  

  爐門用65mmQN—1.0輕質(zhì)粘土磚+65mmA級(jí)硅藻土磚。  

  爐底板材料選用Cr-Mn-Ni耐熱鋼，根據(jù)爐底實(shí)際尺寸給出，分三塊或四塊，厚20mm。 爐底隔磚采用重質(zhì)粘土磚。 

三、砌體平均表面積計(jì)算 

砌體外廓尺寸如圖1所示。 

L外=L+2×(113+180)=2791mm 

B外=B+2×(113+180)=1634mm 

H外=H+f+(115+180)+（65+2）×3+180=1523mm 

式中：f—拱頂高度，此爐子采用60°標(biāo)準(zhǔn)拱頂，取拱弧半徑尺R=B，則f可由f=R(1-cos30°)=140mm求得。

1.爐頂平均面積

F頂內(nèi)=（2πR/6）×L=2.42m2 

F頂外=B外×L 外=4.56m2                        

F頂均= F頂內(nèi).F頂外=3.320m2

2.爐墻平均面積 

爐墻面積包括側(cè)墻及前后墻，為簡(jiǎn)化計(jì)算將爐門包括在前墻內(nèi)。F墻內(nèi)=2LH+2BH=5.109m2 

F墻外=2H外（L外+B外）=13.479m2 

F墻均= F墻內(nèi).F墻外=8.298m2 

3.爐底平均面積 

F底內(nèi)=B×L=2.311m2 

F底外=B外×L外=4.560m2 

F底均= F底內(nèi).F底外=3.246m2

四、計(jì)算爐子功率 

1據(jù)熱平衡計(jì)算爐子功率 

(1) 加熱工件所需的熱量Q件 

  由附表6得，工件在600℃及20℃時(shí)比熱容分別為C件2=0.741KJ/(kg·℃)， C件1=0.486KJ／(kg·℃)，根據(jù)     

Q件=p(C件2t1-C件lt0)=150×(0.574×600-0.486×20)=50202.0KJ/h 

(2) 通過爐襯的散熱損失Q散 

  由于爐子側(cè)壁和前后墻爐襯結(jié)構(gòu)相似，故作統(tǒng)一數(shù)據(jù)處理，為簡(jiǎn)化計(jì)算，將爐門包括在前墻內(nèi)。 

根據(jù)式(1—15)

  對(duì)于爐墻散熱，首先假定界面上的溫度及爐殼溫度，爐內(nèi)溫度t1=600℃   界面溫度為t2=500℃   爐殼溫度t3=60℃ 

  耐火層S1的平均溫度t1均=（600+500）/2=550℃ 

  保溫層S2的平均溫度t2均=（500+60）/2=280℃ 

  爐襯的熱導(dǎo)率由附表3得

λ1=0.29+0.000256×t1均=0.29+0.000256×550=3.113W/(m·℃) 

λ2=0.13+0.00023×ts3均=0.13+0.00023×280=0.1644W/(m·℃)。 

當(dāng)爐殼溫度為60℃，室溫為20℃時(shí)，由附表2[1]經(jīng)近似計(jì)算可得αΣ=12.17W/(m2·℃) 

a)求熱流 

q墻 =（600-20）/（S1/λ1+ S2/λ2 +1/αΣ）=（600-20）/（0.115/3.113+0.12/0.1644+1/12.17）=682.4w/m2 b)計(jì)算交界面上的溫度t2墻、 t2墻=1 1stq

??墻=600-682.4×（0.115/3.113）=574.8℃ 

驗(yàn)算界面溫度（t2墻—t2）/t2墻=4.5%<5%

2．爐底長(zhǎng)度和寬度的確定 

  對(duì)于熱處理箱式電阻爐，設(shè)計(jì)時(shí)考慮裝出料的方便，根據(jù)長(zhǎng)度與寬度之比，取L/B=2:1，因此，可求得爐底寬度  

L=5.0/F=2.059m   

B=L／2=2.059／2=1.030m  為方便砌磚L=2205mm   B=1048mm 

3．爐膛高度的確定 

根據(jù)統(tǒng)計(jì)的資料，爐膛高度（H）對(duì)爐底寬度（B）之比H／B通常在0．52～0．9之間，大多數(shù)在0.8左右，根據(jù)爐子工作條件，取H／B=0.7左右，選定爐膛高度

H=707mm。因此，確定爐膛尺寸如下

長(zhǎng)  L=(230+2)×9+(230/2+2)=2205mm 

寬  B=(120+2)×5+(50+2)×4+(113+2)×2=1048mm 

高  H=(65+2)×10+37=707mm 

  為防止工件與爐內(nèi)壁或電熱元件擱磚相碰撞，應(yīng)使工件與爐膛內(nèi)壁之間有一定的空間，在一般情況下，要保證爐料上部有200～300mm的空間，有利于輻射與對(duì)

流傳熱，由此確定工作室有效尺寸為 

L效=2000mm B效=950mm H效=500mm 砌體結(jié)構(gòu)如圖1所示：

4．爐襯材料及厚度的確定 

  由于側(cè)墻、前墻及后墻以及爐頂?shù)墓ぷ鳁l件相似，采用相同爐襯結(jié)構(gòu)，即兩層：113mmQN—1.0輕質(zhì)粘土磚和180mmB級(jí)硅藻土磚。  

  爐底采用耐火層314mm，材料為113mmQN—1.0輕質(zhì)粘土磚,絕熱層硅藻土磚和蛭石粉厚180mm。  

  爐門用65mmQN—1.0輕質(zhì)粘土磚+65mmA級(jí)硅藻土磚。  

  爐底板材料選用Cr-Mn-Ni耐熱鋼，根據(jù)爐底實(shí)際尺寸給出，分三塊或四塊，厚20mm。 爐底隔磚采用重質(zhì)粘土磚。 

三、砌體平均表面積計(jì)算 

  砌體外廓尺寸如圖1所示。 

L外=L+2×(113+180)=2791mm B外=B+2×(113+180)=1634mm 

H外=H+f+(115+180)+（65+2）×3+180=1523mm 

式中：f—拱頂高度，此爐子采用60°標(biāo)準(zhǔn)拱頂，取拱弧半徑尺R=B，則f可由f=R(1-cos30°)=140mm求得。 

四、計(jì)算爐子功率 

1據(jù)熱平衡計(jì)算爐子功率 

(1)加熱工件所需的熱量Q件 

由附表6[1]得，工件在600℃及20℃時(shí)比熱容分別為C件2=0.741KJ/(kg·℃)， C件1=0.486KJ／(kg·℃)，根據(jù)    

Q件=p(C件2t1-C件lt0)=150×(0.574×600-0.486×20)=50202.0KJ/h 

(2) 通過爐襯的散熱損失Q散 

由于爐子側(cè)壁和前后墻爐襯結(jié)構(gòu)相似，故作統(tǒng)一數(shù)據(jù)處理，為簡(jiǎn)化計(jì)算，將爐門包括在前墻內(nèi)。 

  對(duì)于爐墻散熱，首先假定界面上的溫度及爐殼溫度，爐內(nèi)溫度t1=600℃   界面溫度為t2=500℃   爐殼溫度t3=60℃ 

耐火層S1的平均溫度t1均=（600+500）/2=550℃ 保溫層S2的平均溫度t2均=（500+60）/2=280℃ 爐襯的熱導(dǎo)率由附表3[1]得 

λ1=0.29+0.000256×t1均

=0.29+0.000256×550=3.113W/(m·℃) λ2=0.13+0.00023×ts3均=0.13+0.00023×280=0.1644W/(m·℃)。 

當(dāng)爐殼溫度為60℃，室溫為20℃時(shí)，由附表2[1]經(jīng)

近似計(jì)算可得αΣ=12.17W/(m2·℃) a)求熱流

空爐升溫時(shí)間計(jì)算 

由于所設(shè)計(jì)爐子的耐火層結(jié)構(gòu)相似，而保溫層蓄熱較少，為簡(jiǎn)化計(jì)算，將爐子側(cè)墻 和前后墻及爐頂按相同數(shù)據(jù)計(jì)算，爐底由于砌磚方法不同，進(jìn)行單獨(dú)計(jì)算，因升溫時(shí)爐底板也隨爐升溫，也要計(jì)算在內(nèi)。