1、AutoCAD课程设计指导书主编 郭静参编 龚梅适用专业：热能与动力工程城市建设与安全工程系2010-121目录一. 课程设计指导思想 1二. 电阻炉的基本原理 1三. 间接作用电阻炉的炉型结构的选择 1四. 电阻炉的设计计算 11. 炉膛尺寸的计算 12. 安装功率的计算 23. 安装功率的分配 24. 砌体设计 35. 电热元件的设计 4五. AutoCad 制图 81. 模型空间制图 82. 图纸设定 8六. 设计例子 8七. 课程设计时间安排 10八. 基本参考书 111AutoCAD 课程设计指导书一. 课程设计指导思想本次课程设计皆在帮助学生进一步掌握 AutoCAD 的基本命令和
2、画图的基本步骤及方法，同时也让学生开始涉及本专业的基础知识，并为 AutoCAD 在本专业的应用打下基础。二. 电阻炉的基本原理具有一定电阻的导体和电源连接，电流通过导体电阻的作用将电能转换为热能将物体加热的一种电炉。按照电流是否通过物料本身，电阻炉可分为直接作用电阻炉和间接作用电阻炉。a. 直接作用电阻炉在直接作用电阻炉中，物料直接与电源连接，电能由工业电网经接触器送到降压变压器的原级，由次级出来的低电压电流通过短网通到电极，然后流过物料本身，这种由物料本身的电阻作用，把电能转变为热能，把物料自身加热，这种炉子称为直接作用电阻炉。b. 间接作用电阻炉间接作用电阻炉中，物料不直接与电源连接，而
3、是电热体与电源连接，电热体是另外加的电阻元件，电热体的材料可以是金属，也可以是非金属，由电热体来完成电热转换，然后电热体产生的热能通过传热作用传给物料，使物料加热到要求的温度。本设计的电炉是间接作用电阻炉三. 间接作用电阻炉的炉型结构的选择可分为：室式电阻炉、台车式电阻炉、井式电阻炉、推杆式电阻炉、立式电阻炉。四. 电阻炉的设计计算1. 炉膛尺寸的计算室式及台车式电阻炉的炉底面积根据一次装入炉内的工件和夹具所占的炉底面积来确定，工件与炉墙电热元件隔砖间，工件与台车边缘间留有 50100毫米，工件与炉口的边缘留有 200 毫米左右的距离。当不能以某种典型工件为基础确定炉底面积时，可参照下式计算
4、）（ 米 2KPGA式中：G- 一次装炉的工件及夹具重量（公斤） ；P-炉子生产率（公斤/米 2时） ，见表 1；-工件在炉内的加热时间（小时）K-炉底面积利用系数，通常为 0.60.8。2炉底的长度 L 与炉底的宽度 B 之比为 2：1 左右，炉膛高度一般取炉宽的0.50.85 倍。2. 安装功率的计算安装功率是指炉内的电热元件在单位时间内应具有的最大加热功率。周期式电阻炉以加热段所需的功率作为炉子的安装功率；连续式电阻炉则应按各区段供热情况分区确定安装功率。安装功率的计算方法分为热平衡法与指标算法两种。本课程设计采用指标计算法。根据炉膛容积 V 可按表 2 所列公式计算安装功率 N，或直接
5、查图 1。表 1 热处理炉的炉子生产率（公斤/米 2时）炉型类别室式炉 台车式炉 推杆式炉 辐射管炉或带搅拌器的罐式炉锻件正火 110120 120150 150200 -铸钢件正火 80140 100160 120180 -锻件退火（合金钢） 4060 5070 5070 -铸钢件退火 3550 4060 4060 -可锻铸铁快速退火 2030 2530 2530 4550碳钢淬火 100120 - 150180 120150合金钢淬火 80100 - 120140 110130高温回火 7090 7090 100120 100120固体渗碳 1012 1012 1015 -气体渗碳 - -
6、 - 3045高锰钢淬火 4550 - 5065 -表 2 炉膛容积与安装功率的关系最高工作温度（）根据炉膛容积 V 计算安装功率 N（千瓦）单位炉膛面积功率（千瓦/米 2）1200 32)150(N15201000 71015700 32)(V610400 50N473. 安装功率的分配为了保证炉温均匀、提高炉膛容积的利用率，炉子的安装功率应根据炉膛各部位的供热情况合理分配，而不能单纯炉膛内表面积平均分配。这里以室式、台车式电阻炉为例进行说明。炉膛长度小于 1 米的室式炉，可考虑在某一炉膛部位增加或减少功率；对3于大型室式炉及台车式炉，除尽可能在炉门布置一定量的功率外，在靠近炉口部位（约占炉
7、底长度的 1/31/4）应将单位炉墙内表面热负荷较其他部位的热负荷提高 1525%左右；对炉膛较长的炉子尚应将炉门和靠近炉口部位的电热元件组成一组，单独控制温度。炉膛底部的电热元件，因有炉底板遮盖，为避免电热元件温度过高，炉底单位面积的热负荷要比炉墙的单位面积热负荷低一些。图 1 安装功率计算图表4. 砌体设计（1） 炉墙组成为了减少炉墙蓄热，缩短炉子升温时间，电阻炉的炉墙组成多采用轻质耐火粘土砖和各种性能优良的绝热材料。高温电阻炉的砌体寿命可达 3 万小时左右；中温电阻炉的砌体寿命达 5 万小时左右。表 3 为不同炉温时电阻炉的炉墙组成，供设计中参考。（2） 砌体设计中应注意的问题A 井式电
8、阻炉炉口，需要承受工作及吊具的全部重量。又是温度变化较多的部位，砌炉口用的砖采用强度高、热稳定性好的耐火材料；B 炉膛搁电热元件用的搁砖，应采用重度较大的耐火粘土砖。搁铁铬铝电热元件时。则应采用高铝砖。C 当炉底板用大型耐火制品时，应采用强度高、导热性能好的耐火材料，如碳化硅、刚玉、高铝制品等。炉底板边沿的砖每隔一定距离应留有缺4口。支撑炉底板的耐火砖之间应留有空隙，以使炉膛与炉底沟槽、以及置放电热元件的沟槽之间彼此连通，便于空气对流，以免炉底温度过高。D 为使炉底具有一定的强度，并提高其绝热的性能，炉底绝热层用的硅藻土砖可砌成网格型，在格孔内填充优质粉状绝热材料；E 热电偶、电热元件引出棒等
9、所用的一切炉墙孔洞，在热电偶和引出棒安装后均需用石棉或矿渣棉等填塞，以保持炉子密封；F 耐火材料与泥浆种类、砖缝大小，膨胀缝大小及其留法，参照有关设计资料。G 拱顶及拱的中心角度可参照表 4。表 3 不同炉温下的炉墙组成参考表表 4 拱顶厚度及拱的中心角度选用表拱顶跨度（米）所处最高温度（）拱顶厚度（毫米）拱的中心角度 适用范围1.044 1000 113 60 除炉膛拱顶外0.582.9 850 230 60 炉膛和各种炉口拱顶3.0163.944 1000 230 60 炉膛和各种炉口拱顶3.944 1000 300 90 炉膛和各种炉口拱顶3.0166.96 1000 300 90 炉膛
10、和各种炉口拱顶55. 电热元件的设计电热元件主要分为金属和非金属，常用的有镍铬合金、铁铬铝合金和碳化硅等。这里主要介绍一下金属电热体的设计。（1） 计算公式电热体的尺寸按表 7 所列顺序进行计算：按表 7 算出电热体尺寸与每项长度后，再根据表 6 算出不同结构形式的电热体的具体尺寸。螺旋线电热体尺寸：A. 每圈螺旋线长度（毫米）DlqB. 每相电热元件的圈数qxlLn10C螺旋节距（毫米）nsl式中：D-螺旋平均直径（毫米） ；Ll-螺旋线长度，即炉内安装每相螺旋线的总长度（毫米） 。波形线电热体尺寸：A 每一波纹长度（毫米）)cos2cs(2hHlbB 波形线波距（毫米）nLb式中：H-波纹
11、高度（毫米） ；h-波纹弧高（毫米） ；Lb-波形线长度，即炉内安装每项波形线的总长度（毫米） 。波形带电热体尺寸：A 每一波纹长度（毫米）)2(rHlbB 每项电热体波纹数bxlLn10C 波形带波距6（毫米）nLsb式中：H-波纹高度（毫米） ；r-波纹弯曲半径（毫米） ；Lb-波纹带长度，即炉内安装每项波形带的长度（毫米） 。表 5 常用电热元件材料不同温度下的电阻系数表 6 几种电热元件的结构尺寸7表 7 电热体尺寸计算表联接方式计算参数星形 Y 三角形相功率（千瓦） 3Nx3Nx相电压（伏） Ux U相电流（安） NIx3NIx3线电流（安） UIx UIx相电阻（欧） xxNR32
12、10xxNR3210820时相电阻（欧） xtR20xtR20截面形状计算参数电阻丝 电阻带截面尺寸（毫米） 324.yxtWUNd325)1(8.0yxtWUmNa式中 b每相长度（米） txARLtxARL截面积（毫米 2） 42d294.0.mab每相元件重量（公斤） xgLGgLG实际单位表面功率（瓦/厘米 2） yxbWdN310 yxbWaN)(2103五. AutoCad 制图1. 模型空间制图按照计算设计电阻炉的尺寸、炉墙尺寸、电热体在炉内的布置尺寸用AutoCad 在模型空间绘制图。2. 图纸设定A在绘图区的下边，有一条“模型” “布局 1”“布局 2”的分页条，在“布局1”
13、上面按下鼠标的右键，在弹出的菜单中选择“来自样板（T）” ，在文件窗口选择 Gb_a2-Named Plot Styles.dwt 文件，该图为国标 A2，按下“打开”按钮，此时出现“GbA2 标题栏”新布局，该布局出现在绘图区下边的选项卡上；B整理新布局选择“GbA2 标题栏”选项卡，进入新布局，此时在该布局中已经存在一个布满图纸的视口，创建需要的视口，但是还要使用现在的 A2 标题栏。*在图纸空间状态下，将“图框-视口”图层解锁；*在图纸空间状态下，选中标题栏块，采用 Explode 命令将之打碎；*在图纸空间状态下，选中已经存在的布满图纸的视口（选择其边界） ，删9除它（Erase ）
14、;此时得到一个没有视口，但有 A2 图框的布局。C创建视口在图纸空间状态下，绘制两个封闭的矩形。D创建各个视图在图纸空间下输入下列命令：命令：-vport s指定视口的角点或开(ON）/关(OFF)/布满(F)/消隐出图(H)/锁定(L)/对象(O)/多边形(P)/恢复(R)/2/3/4)：o选择第一个矩形下面调整视口的显示比例和显示位置。在第一个矩形内部双击鼠标左键，进入该视口的模型空间。然后使用 pan命令将图形拖到视口中央位置，输入下列命令：命令：zoom指定窗口角点，输入因子（nX 或 nXP）E隐藏视口边界，加入指引标注和框选区域*隐藏视口边界：创建一个新层，名为“图框边界” ，然后
15、选择两个视口的边界的边界，将它们的层转换到“图框边界”图层，最后关闭“图框边界” ；*加上引出线和各个视图下面的说明文字（如图名和比例等） 。六. 设计例子某钢铁公司高线车间需要热处理（850）150mm 轧机用轧辊，轧辊总长度为 400mm，要求小时生产率为 500kg 左右，每次热处理时间为 2 小时，根据实际情况设计一台室式电加热电阻炉。解：每根轧辊的重量为： kgldg 57804.15.034122 装入量为：G=5002=1000kg一次装入工件数为： 根8.50gGn工件在炉底中排列为双排，每排 10 根，工件间间隙为 50mm，工件与台车边缘间隙为 50mm，与炉口边缘为 20
16、0mm。炉长：L=200+50+509+15010=2200mm炉宽：B=50+50+50+4002=950mm炉高：H=B0.85=950 0.85=807.5mm，取 800mm炉膛容积：V=2.20.95 0.8=1.672m2安裝功率： 千 瓦14067.1)075()1075( 3232VN取 N=120 千瓦因为工作温度为 850，0Gr25Al5 螺旋线电热元件，星形接法，供电线路10电压 380 伏。相功率： 千 瓦40312xN相电压： 伏8Ux相电阻： 欧21.04R3x由表 5，炉温 850时电热元件温度为 1000，元件的电阻系数 t=1.506欧毫米/。电热元件允许的
17、单位表面负荷选定为： Wy=1.6 瓦/ 厘米 2由表 7，电热元件的直径为10.8mm32326.1054.4.yxtWUNd取 d=11mm电阻丝长度： 米75.812txARL电热元件实际单位表面负荷瓦/厘米 2（2d，合适)ms42758炉底：采用耐热钢底板，令炉底一相电热元件的单位表面负荷降低 20%，则Wy=1.6(1-0.2)=1.28 瓦/厘米 2电热元件的直径为11.65mm32328.10564.4.yxtUNd取 d=12mm11电阻丝长度： 米8.9056.12780txARL电热元件实际单位表面负荷瓦/厘米 2（2d，合适)8427.3sm砌体材料选择：炉墙和炉顶采用三层，轻质耐火粘土砖 115mm、硅藻土砖115mm、膨胀珍珠岩 70mm，炉底采用高铝砖 115mm、轻质粘土砖 115mm、硅藻土砖 125mm。电热体搁砖采用高铝砖。七. 课程设计时间安排周一、讲解工业电阻炉的基本知识、布置课题；周二、对电阻炉进行设计计算；周三、根据所得尺寸进行 AutoCad 绘图设计周四、根据所得尺寸进行 AutoCad 绘图设计周五、提交设计说明书和 AutoCad 电子文件（以学号为文件名）八. 基本参考书1 郭茂先，工业电炉，冶金工业出版社，20022 第一机械部第一设计院主编，工业炉设计手册，机械工业出版社，北京附录：室式电阻炉的结构简图（供参考）12
