1、推杆式热处理炉设计说明书学院：材料与冶金学院班级：材料 1003 班姓名：宁檬学号：20101637指导老师：申勇峰设计日期：2013-07-10前言1、热处理电阻炉是以电能为热源，电流通过电热元件而发出热量，借助辐射和对流的传热方式将热量传给工件，使工件加热到所要求的温度。2、热处理电阻炉优点：其工作范围宽，炉温一般可以从 60到 1600；能实现自动控制炉温，控温精度一般为（38）；若采用计算机控制炉温，其精度可达1。炉膛温度分布比较均匀，能够满足多种热处理工艺要求，电阻炉热效率高，一般为4080%。此外，热处理电阻炉结构紧凑，占地面积小，便于车间布置安装，容易实现机械化和自动化操作，劳动
2、条件好，对环境没有污染。也便于通入可控气氛，实现光亮保护加热和化学热处理。三、热处理电阻炉缺点：炉子造价高，耗电量大，工件加热速度较慢，不通保护气氛加热时工件容易氧化脱碳。四、热处理电阻炉种类：热处理电阻炉可分为：周期作业炉和连续作业炉两大类。1、周期作业式电阻炉主要特点是工件整批入炉，在炉中完成加热、保温等工序，出炉后，另一批工件再重新入炉，如此周期式的生产。这类炉子大都间歇使用，因此要求炉子的升温要快，蓄热量要小。常用的有箱式炉、井式炉、台车式炉。2、连续作业式电阻炉，加热的工件是连续地（或脉动地）进入炉膛，并不断向前移动，完成整个加热、保温等工序后工件即出炉。特点是生产连续进行，能力大，
3、炉子机械化、自动化程度高，适用于大批量生产。主要有输送带式炉、网带式炉、推杆式炉等。五、推杆式热处理炉简介推杆式热处理电阻炉，属于连续作业式电阻炉，下面做简要介绍。1、原理：推杆式热处理炉是借助于推料机构，将装有工件的料盘或料筐间接地从炉子一端推入炉内，根据不同工艺要求完成热处理后，依次从另一端将工件推出的一种连续作业炉。2、适用范围：这类炉子由于对工件的适应性强，便于组成生产线，广泛应用于淬火、正火、回火、渗碳和渗氮等热处理。3、缺点：料盘反复进炉加热和出炉冷却，造成较大能源浪费，热效率较低，且料盘易损坏；另一缺点是对不同品种的零件实施不同技术要求时，常需把原有的炉料全部推出，工艺变动适应性
4、差。目录一、 设计任务 .1二、 炉型选择 .1三、 确定炉体结构和尺寸 11.炉底长宽高的确定 12.炉衬材料及厚度的确定 2四、 砌体平均面积计算 31. 炉顶平均面积 32. 炉墙平均面积 33. 炉底平均面积 4五、 计算炉子功率 4六、 炉子热效率的计算 .111. 正常工作时的效率 112. 在保温阶段，关闭炉门的效率 11七、 炉子空载功率计算 11八、 功率的分配与接线 11九、 电热元件材料选择及计算 12十、 设计小结 16十一、 炉子技术指标 .17【参考文献】 17【附表】 18第 0 页一、 设计任务：为某厂设计一台热处理电阻炉，主要用于中碳钢、低合金钢毛坯或零件的淬
5、火、正火及退火处理。所处理零件主要为中小型零件，生产量大且品种单一，工艺稳定。其主要技术参数要求如下表所示：项目 单位 指标炉子有效尺寸 mm 6100700600最大装炉量 kg 1000额定功率 kW 168最高工作温度 950最高生产率 Kg/h 350加热区数 4二、 炉型选择：根据设计任务中对产品种类、产量大小和生产工艺的叙述，拟选用推杆式热处理炉对材料进行加工。三、 确定炉体结构和尺寸1.炉底长宽高的确定由技术参数，炉子有效尺寸为 6100700600mm3 故知：L 效 =6100mm B 效 = 700mm H 效 = 600mm由于推杆式热处理炉加热工件由推料机从前门推入，后
6、门推出，不需人工取出，因此其炉膛长度取L=6105mm为防止工件装、出料时碰撞电热元件和保证工件温度的均匀性，工件与电加热体搁砖应相距第 1 页100150mm，故炉膛宽度:B=B 效 +200300 mm=9001000mm，取 B=900mm按资料统计，炉膛高度 H 与宽度 B 之比 H/B 通常在 0.50.9 之间，根据炉子工作条件，取 H/B=0.7 左右，根据标准砖尺寸，选定炉膛高度 H=620mm因此，确定炉膛尺寸如下： 炉膛尺寸：长 L=6105mm L=6105 mm宽 B=900mm B=900 mm高 H=620mm H=620 mm2.炉衬材料及厚度的确定由于侧墙、前墙
7、及后墙的工作条件相似，采用相同的炉衬结构，即 113mmQN-1.0 轻质粘土砖 +85mm密度为 250 kg/m3 的普通硅酸铝纤维毡+113mm B 级硅藻土砖。炉顶采用两层 113mmQN-1.0 轻质粘土砖（1152）mm+320mm 密度为 250 kg/m3 的普通硅酸铝纤维毡。炉底采用三层 QN-1.0 轻质粘土砖（673 ）mm+50mm 密度为 250 kg/m3 的普通硅酸铝纤维毡+182mm B 级硅藻土砖和膨胀珍珠岩符合炉衬。粘土砖上方再铺一层 67mm 支撑导轨用的重质粘土砖和安置电热元件的重质高铝砖。第 2 页炉门采用 65mmQN-1.0 轻质粘土砖+80mm
8、密度为250 kg/m3 的普通硅酸铝纤维毡+65mm A 级硅藻土砖。四、 砌体平均面积的计算砌体外廓尺寸计算如下： 砌体外廓尺寸：L 外 =L+2(85+115+115)=6735mm L 外=6735mmB 外 =B+2(85+115+115)=1530mm B 外=1530mmH 外 =H+f+(2115+320)+(67+673+50+182)=1700mm H 外=1700mm式中：f拱顶高度，此炉子采用 30拱顶，取拱弧半径 R=B。1.炉顶平均面积 6.1050.93.142L6R2顶 内F炉顶平均面积35.760.1外外顶 外 LBFF 顶内=5.751m2F 顶外 =10.
9、305m2305.17.5顶 外顶 内顶 均 FF第 3 页F 顶均 =7.698m22.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后墙内。F 墙内 =2LH+2BH=2H(L+B)=20.620(6.105+0.900) 炉墙平均面积=8.686m2 F 墙内=8.686m2F 墙外 =2H 外 (L 外 +B 外 )=21.700(6.735+1.530) F 墙外=28.101m2 =28.101m2 F 墙均 =15.623m201.286.墙 外墙 内墙 均 FF3.炉底平均面积 炉底平均面积F 底内 =BL=0.9006.105=5.495m2 F 底内=5.4
10、95m2F 底外 =B 外 L 外 =1.5306.735=10.305m2 F 底外 =10.305m2= m F 底均 =7.525m305.149.5底 外底 内底 均 F.72五、 计算炉子功率根据热平衡法计算炉子功率热平衡法计算是根据炉子的输入总功率（收入项）应等于各项能量消耗（支出项）总和的原则确定炉子第 4 页功率的方法。在此设计中，主要支出项包括如下几个方面：加热工件所需热量 Q 件 ，加热辅助构件所需热量 Q 辅 ，通过炉衬的散热损失 Q 散 ，通过开启炉门或炉壁缝隙的辐射热损失 Q 辐 ，通过开启炉门的溢气热损失 Q 溢 以及其他热损失 Q 他 。具体计算过程如下：（1）加
11、热工件所需的热量 Q 件由附表 6【1】 得，工件在 950和 20时比热容分别为 c 件 2=0.636kJ/(kg)及 c 件 1=0.486kJ/(kg)，故有：Q 件 = p(c 件 2t1 -c 件 1t0)= 350(0.636950-0.48620) 加热工件所需的热量 Q 件= 208068kJ/h Q 件 = 208068kJ/h（2）加热辅助构件所需热量 Q 辅推杆式热处理炉的加热辅件主要有导轨和料盘，其材质均为耐热钢，由附表 6【1 】 得，取其 950时比热容为 c2=0.670kJ/(kg)，20 比热为c1=0.473kJ/(kg)，取每小时加热辅件的重量 P 辅=
12、40Kg/h，则有：Q 辅 = p 辅 (c2t1 -c1t0)=40(0.670950-0.47320) 加热辅助构件所需热量 Q 辅=25081.6 kJ/h Q 辅 =25081.6kJ/h（3）通过炉衬的散热损失 Q 散第 5 页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。对于炉墙散热，首先假定界面上的温度及炉壳温度， =820， =420， =60则耐火层 S1 的平均温度：= = 88528095硅酸铝耐火纤维层 S2 的平均温度：= =6202408硅藻土砖层 S3 的平均温度：= = 2402604S1、 S3 层炉衬的热导率由下附表 3
13、【2】 查得= 0 .29 + 0.256 10-3 ts1 均= 0.29 + 0.256 10-3 885= 0.517W/(m)= 0 .131 + 0.23 10-3 均3st= 0.131 + 0.23 10-3 240= 0.186W/(m)普通硅酸铝耐火纤维的热导率由附表 4【3 】 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第 6 页度成线性关系，由 =620，得：=(0.140-0.093) +0.09340762=0.127W/(m)当炉壳温度为 60，室温为 20时，由附表2【4 】 得 =12. 17W /(m2) 。求热流 astqg1321墙= 17.28
14、6.057.5.09= 584.106W/m2验算交界面上的温度 t2 墙 、t 3 墙= - 1s= 950 584.106 = 820.073 = %102墙 墙墙 t= 100%873.= 0.0089%5%，满足设计要求，不需重算。第 7 页= - 2s=820.073584.106 127.085=429.136 = %103墙 墙墙 t= 100%426.9= 2.175%5%，也满足设计要求，不需重算。验算炉壳温度= - 3s= 429.136 584.106 186.05= 67.99570满足一般热处理电阻炉表面温升小于 70的要求，不需重算。计算炉墙散热损失Q 墙散 = q
15、 墙 F 墙均 = 584.10615.623= 9125.5W同理可以求得： =825.3， =71.4=326.4W/m2；=779.8， =570.6， =65.6，第 8 页=610.8W/m2；炉顶通过炉衬散热Q 顶散 = q 顶 F 顶均 =326.47.698= 2512.6W炉底通过炉衬散热Q 底散 = q 底 F 底均 = 610.87.525=4596.3 W整个炉体散热损失Q 散 = Q 墙散 + Q 底散 + Q 顶散=9125.5W+ 4596.3+2512.6=16234.4W 通过炉衬的散热损失 Q 散= 58443.8kJ/h Q 散 =58443.8kJ/h（
16、4）开启炉门的辐射热损失 Q 辐设装出料所需时间为9min/h，T g=950+273=1223K，T =20+273=293K。由于正常工作时，炉门开启高度为炉膛高度的一半，故炉门开启面积为：=0.900 =0.279m22HBF260.炉门开启率： t = = 0.15609由于炉门开启后，辐射口为矩形，且 H/2 与 B 之比为 0.310/0.900= 0.344 属拉长的矩形，炉门开启高度与炉墙厚度之比为 0.310/0.345=0.899，由图 1-14【5 】第 1 条线查得 =0.68第 9 页又推杆式炉每次进出料时前后门一起打开，故有： 4410T.6F375.2 agtQ辐
17、=25.6753.60.2790.150.6822298.4 开启炉门的辐射热损失 Q 辐=25928.4kJ/h Q 辐 =25928.4kJ/h（5）开启炉门溢气热损失 Q 溢溢气热损失计算公式为： tagatcqvQ溢其中溢气量 2197HBa= 19970.9000.310 310.=310.2m3/h冷空气密度 =1.29kg/m3，由附表 10【6 】 可查得：=1.342kJ/（m 3）溢气温度可近似为：64020953203 agagtt因此： tagatcqvQ溢=310.21.291.342(640-20)0.15 开启炉门溢气热损失 Q 溢=49942.1kJ/h Q 溢
18、第 10 页=49942.1kJ/h（6）其他热损失 Q 他其它热损失为上述热损失之和的 10%20%，故：Q 他 =0.15(Q 件 +Q 辅 +Q 散 +Q 辐 +Q 溢 )=0.15(208068+25081.6+58443.8+25928.4+49942.1) 其他热损失 Q 他=55119.6kJ/h Q 他 =55119.6kJ/h（7）热量总支出 Q 总Q 总 = Q 件 +Q 辅 + Q 散 +Q 辐 +Q 溢 +Q 他= 热量总支出 Q 总他5.10=422583.6kJ/h Q 总=422583.6kJ/h（8）炉子安装功率 P 安， 其中 K 为功率储备系数，对于连续作3
19、60Q总安 P业炉，K=1.21.3，本炉设计中 K 取 1.3，则取 P 安 =154kW 6.15236028.4.1360.1总安PP 安 =154kW六、 炉子热效率计算1正常工作时的效率 正常工作时的效率=49.2% =49.2%102583.64%0Q总件2在保温阶段，关闭炉门时的效率第 11 页= 100%溢辐总 件 Q= 100% 关闭炉门时的效率.1492.2586.430=60.0% =60.0%七、 炉子空载功率计算炉子空载功率360519.84.%1036Q他散空P=31.5kW P 空 =31.5kW八、 功率的分配与接线连续加热炉的炉膛长度较大，分为预热、加热、保温
20、、冷却等不同区段，各段功率大小不同，要分区独立控制。本炉设计中，各区段功率分配为：20%， 40%， 20%，20% ，则：P 预热 =20%P 安 =15420%=30.8kWP 加热 =40%P 安 =15440%=61.6kW P 保温 =20%P 安 =15420%=30.8kW P 冷却 =20%P 安 =15420%=30.8kW 由于四个区段功率均在 2575kW 内，故四区段均采用三相 380V 星形接法，即 Y 接线方式。对于加热区，计算其内壁表面负荷：第 12 页F 加热电 =(20.62+0.9) =3.26m2410.6W 加热 = = =18.90kW/m2 W 加热
21、加 热 屯加 热P2.3=18.90kW/m2加热区内壁表面负荷应在 1535 kW/m2 之间，故设计符合要求。九、 电热元件材料选择及计算由最高使用温度 950，选用线状 0Cr25Al5 合金作电热元件，接线方式采用 Y。（1）求 950时电热元件的电阻率 t当炉温为 950时，电热元件温度取 1100 ，由附表 12【7 】 得 0Cr25A15 在 20时电阻率 20=1.40mm 2/m。电阻温度系数 =410 -5 -1，则 1100下的电热元件电阻率为 t=20(1+t)=1.40(1+410-51100)=1.46mm2/m（2）确定电热元件表面功率由图 5-3【8 】 知，
22、根据本炉子电热元件工作条件取W 允 =1.7W/cm2（3）每组电热元件功率由于四个区段均采用 Y 接法，则各区段中每组元件功率分别为：第 13 页= 10.3kW30.8Pn预 热组 预 热= 20.5kW1.6加 热组 加 热= 10.3kW30.8Pn保 温组 保 温= 10.3kW.冷 却组 冷 却（4）每组电热元件端电压由于采用 Y 接法，车间动力电网端电压为 380V，故每组电热元件端电压即为每相电压为= 220V380组U（5）电热元件直径加热区线状电热元件直径为： .7120/6.41.520.34WUP.223允组组 加 热加 热 td=6.7mm取 d 加热 =7mm，同理
23、可得：d 预热 =5mm d 保温 =5mm d 冷却 =5mm（6）每组电热元件长度和重量加热区每组电热元件长度为 tdUL组 加 热 2加 热组3-组 加 热 P10785.=0.78510-3 6.4272第 14 页=62.20m同理可得其它各区段电热元件长度为：L 组预热 =63.16m L 组保温 =63.16m L 组冷却 =63.16m加热区每组电热元件重量为 MLG组 加 热2加 热组 加 热 d4= 62.20 7.1.1327=16.99kg同理可得其它各区段电热元件重量为：G 组预热 =8.80kg G 组保温 =8.80kg G 组冷却 =8.80kg（7）电热元件的
24、总长度和总重量电热元件总长度为L 总 =3L 组预热 +3L 组加热 +3L 组保温 +3L 组冷却=3(63.16+62.20+63.16+63.16)=755.04m电热元件总重量为G 总 =3G 组预热 +3G 组加热 +3G 组保温 +3G 组冷却=3(8.80+16.99+8.80+8.80)= 130.17kg（8）校核电热元件表面负荷组 加 热加 热组 加 热实 加 热 LPWd= = 1.50W/cm2620.741353第 15 页同理可得其它区段各电热元件表面负荷为：W 实预热 =1.04 W/cm2 W 实保温 =1.04 W/cm2 W 实冷却 =1.04 W/cm2可
25、以看出各区段 W 实 均小于 W 允 ，结果满足设计要求。（9）电热元件在炉膛内的布置将每区段 3 组电热元件每组分为 5 折，布置在两侧炉墙及炉底上，则在加热区段中，如下所示：= = =12.44m折L5组 20.6布置电热元件的炉壁长度L= L 50 = 6100/4 50 = 1475 mm丝状电热元件绕成螺旋状，当元件温度高于1000，由表 5-5【9】 可知，螺旋节径 D=(46)d，取D=6d=67=42mm螺旋体圈数 N 和螺距 h 分别为N = = = 95 圈DL折 42.013h=L/N=1475/95=15.53mmh/d=15.53/7=2.22按规定，h/d 在 24
26、 范围内满足设计要求。同理也可计算得，在其它三个区段 h/d 均满足设计要求。第 16 页根据计算，在加热区段选用 Y 方式接线，采用 d = 7mm 所用电热元件重量最小，成本最低。在其它三个区段中选用 Y 方式接线，采用 d=5mm 所用电热元件最小，成本最低。电热元件引出棒材料选用1Cr18Ni9Ti，=12mm，L= 500mm。十、 设计小结1、总结：通过上述的设计让我了解到推杆式热处理炉的设计的基本方法。上面分别对炉子的炉型及炉体结构进行了分析，同时对炉墙、炉底、炉顶炉衬等的结构及砌体结构进行了详细的设计计算，对该电阻炉的基本结构及构造进行了详细的叙述及计算。在随后的热处理炉的功率
27、计算中对炉子采用了平衡法进行了核算，得到了炉子的正常工作功率，并计算了炉子的热效率。在之后的功率分配核算中，其加热区内壁表面负荷为每平方米 18.40 千瓦，也属于规定的范围1535kW/m2 之内。在最后一节的电热元件材料的选择中，通过预选及核算，所选电热元件负荷加热的需求，因此上述计算完全合理，也能够达到预先的设计任务的要求，故该设计方案可行。2、感悟：通过该课程的实践训练，培养了我们查阅文献的能力，在获得相关问题的情况下，通过自己第 17 页的努力获得解决问题的方法。除此之外，该课程的设计实践，使理论与实践相结合，让我们在实践中理解与消化在课堂上所学到的理论知识。同时经过反复的理论与实践
28、的相互交流与印证，可以融会贯通，对我们今后走进工作岗位会具有极大的实践经验与理论支持。因此，我认为我们需要更好的掌握这些知识，锻炼我们的动手能力与实践能力，使我们具有更大的社会竞争力，具有更大的求职机会。十一、 炉子技术指标（标牌）额定功率：154kW 额定电压：380V最高使用温度：950 生产率：350kg/h相数：3 接线方法：4Y工作室有效尺寸：6105mm 900mm 620mm外形尺寸：L=6735mm，B=1530mm，H=1700mm【参考文献】【1 】 吉泽升. 热处理炉 M. 哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社， 1999. 183【2 】 吉泽升. 热处理炉 M. 哈尔滨：哈尔
29、滨工程大学出版社， 1999. 179【3 】 吉泽升. 热处理炉 M. 哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社， 1999. 179【4 】 吉泽升. 热处理炉 M. 哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社， 1999. 178【5 】 吉泽升. 热处理炉 M. 哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社， 1999. 21【6 】 吉泽升. 热处理炉 M. 哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社， 1999. 185【7 】 吉泽升. 热处理炉 M. 哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社， 1999.186【8 】 吉泽升. 热处理炉 M. 哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社， 1999. 62【9 】 吉泽升. 热处理炉 M. 哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社， 1999. 65【附表】【1 】第 18 页【2 】【3 】第 19 页【4 】【5 】第 20 页【6 】【7 】第 21 页【8 】【9 】第 22 页
