发布时间 : 星期三 文章热处理电阻炉设计更新完毕开始阅读7d8dc3ddbe23482fb4da4cd9
炉子砌体平均表面积的计算方法有两种：算术平均值和几何平均值。本设计采用几何平均值计算法。此方法首先需要算出内壁和外壁的面积。
1）炉顶平均表面积的确定
炉顶内壁是弧面，内壁面积为：
F顶外?60?2?2?R?L??3.14?1.624?0.793?1.348m2 360?6炉顶外壁是平面，外壁面积为：
F顶外?L外?B外?2.438?1.607?3.918m2
则炉顶平均面积为：F顶均?F顶内?F顶外?1.348?3.918?2.30m2
2）炉墙平均表面积的确定
炉墙包括两侧墙和前、后墙。为简化简化计算，将炉门视为前墙，则炉墙平均面积为： F墙均?F墙内?F墙外?2H(L?B)?2H外（L外?B外）?2?0.573?(1.624?0.793)?2?1.566?(2.438?1.607)
=5.92m2
3）炉底平均表面积的确定 炉底平均面积为：
F底均?F底内?F底外?（B?L）?（B外?L外）=0.793?1.624?1.607?2.438?2.25m2
六、炉子的主要能量消耗项
热平衡计算法是根据炉子的输入总功率等于各项能量消耗总和的原则。来确定炉子功率的方法。
1.炉子的主要能量所需要的热量 1）加热工件所需要的热量
由教材附表6查得，低合金钢在950℃和20℃时的比热容分别为：
C950=0.636kJ/（kJ·℃），C20=0.486kW/（kg·℃），热处理炉的生产率P=105kg/h,则加工所需要的热量为；
Q件?P（C950?950?C20?20)?105?(0.636?950?0.486?20)
=62420.4 kJ/h
2)通过炉衬的散热损失
通过炉衬的散热损失包括炉顶、炉墙和炉底三部分，有：
Q散?Q顶?Q墙?Q底?q顶?F顶均?q墙?F墙均?q底?F底均
=502.2×2.30+445.8×5.92+356.6×2.25 =4596.5W=16547.4kJ/h 3）开启炉门的辐射热损失 这部分热损失可由下式求得：
??Tg?4?T?4?a?Q辐?3.6C0F??t?????? ?100????100?????式中C0——黑体辐射系数
F——炉门开启面积。炉子正常工作时，炉门开启高度为炉膛高度的一半， 故F?B?H0.573?0.793??0.227m2； 22H0.573??0.287m， 22Φ——遮蔽系数。开启的炉门是拉长的矩形，开启高度为它与炉墙厚度之比为 得Φ=0.63；
0.287?0.7，查教材图1-14曲线1
0.115?0.06?0.232?t——炉门开启率。设装、出料所需时间为每小时6分钟。则炉门开启率为0.1；
Tg——炉气的热力学温度，为950+273=1223K；
Ta——炉外空气的热力学温度，为20+273=293K,
将上述数据代入公式中，得：
??1223?4?293?4?Q辐?3.6?5.675?0.227?0.63?0.1?????????6514.90kJ/h
???100??100???4）开启炉门的溢气热损失
对于一般的箱式电阻炉，炉门开启后要吸入冷空气。通常以加热吸入的冷空气所需的热量为该项热损失，即有：
Q溢?qva?aCa?t(Tg'?Ta)
式中qva——炉子吸入的冷空气量。对空气介质电阻炉，零压面一般位于炉膛高度的一半（零压面在炉门开启高度中分线）。由教材（5—8）式得：
qva?1997BH2H0.5730.573?1997?0.793???242.9m3/h 222冷空气的密度，为1.29kg/m3； ?a——20℃
Ca——空气在Ta~Ta（即20~950℃）温度之间的平均比热容。就本设计来说，是平均
温 度（950+2）/2=485℃的比热容。查附表10可知，空气在400℃、500℃的比热
容分别为1.33302kJ/（m3·℃）和1.3440kJ/（m3·℃）。可认为空气比热容在此 温度区间的变化呈线性关系，即有：
1.3440?1.3302Ca?1.3302??Ca?1.342kJ/(m3??C)
500?400485?400?t——炉门开启率，0.1。
Tg'——溢气温度（见教材74页），近似为：
2c?Ta?Tg??Ta?2?(950?20)?20?640?C 33将上述数据代入公式中得开启炉门的溢气热损失为：
Q溢?242.9?1.29?1.342?0.1?（640-20）?26071.2kJ/h
5）其它热损失
此项热损失包括未考虑的各种热损失和一些不易精确计算的各种热损失。就箱式电阻炉来说，该项热损失可取以上各项热损失之和的10%～20%。本设计取15%，该项热损失为：
Q其它?0.15?（Q件?Q散?Q辐?Q溢）
=0.15×（62420.4+16547.4+6514.90+26071.2） =16733.1kJ/h
2.炉子的理论输入功率
根据热平衡计算法，在理论上炉子的输入功率应为上述各项能量消耗的总和，即：
Q总?Q件?Q散?Q辐?Q溢?Q其它
=62420.4+16547.4+6514.90+26071.2+16733.1=128287（kw/h） 3.炉子的安装功率 上面的炉子输入功率（即各项能量消耗总和）是维持炉子正常工作必不可少的热量支出。但在实际生产中还要考虑一些具体情况，如炉子长期使用后炉衬局部损坏会引起热损失增加，电压波动、电热组件老化会引起炉子功率下降，有时工艺制度变更要求提高炉子功率。这些具体情况要求功率应有一定的储备，炉子的实际功率应比理论计算功率大，因此炉子的安装功率为：
P安?KQ总 3600式中——功率储备系数，对周期作业炉，K=1.3~1.5。本设计可取1.4。 将相关数据代入公式中，可得
P安?1.4?128287?49.9kW
3600取炉子的安装功率为54kW。 七、炉子热效率的计算 1.正常工作时的热效率
由教材5—12式得，炉子正常工作时的热效率为：
??Q件62420.4?100%??100%?48.7% Q总128287一般电阻炉的热效率在30%——80%之间。本设计的炉子热效率在此范围内，设计合
理。
2.保温时关闭炉门的热效率
保温关闭炉门时，无辐射热损失和溢气热损失，此时炉子的热效率为：
Q件62420.4???100%??100%?65.2%
Q总（-Q辐?Q溢）128287?6514.90?26071.23.炉子空载功率的计算
炉子空载时，能量消耗只有两项：通过炉衬的散热损失和其它热损失，此时炉子的
功率为：
P空?Q散?Q其它16547.4?16733.1??9.24kW
36003600八、功率的分配和接线方法
炉子的安装功率为54kW。电热元件采用三相星形接法，也称“Y”接法。即将电热元件分为3组，每组18kW，炉墙两侧各布置1组电热元件，炉底布置1组电热元件。
九、校核炉膛内壁表面负荷（选做）
54KW功率均匀分布在炉膛两侧及炉底，组成Y接线。供电电压为车间动力电网380V。 核算炉膛布置电热元件内壁表面负荷，对于周期式作业炉，内壁表面负荷在15～35之
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间，常用20～25kW/m之间。
F电?2F电测?F电底?2?1.624?0.573?0.793?0.573?2.32m2
W?P安54??23.3kW/m2 F电2.323
表面负荷在常用的范围20～25kW/m 之内，故符合设计要求。 十、电热元件材料的选择和理论计算 1.电热元件材料的选择
炉子的最高使用温度为950℃，可选用0Cr25Al5（即FeCrAl）合金丝材，绕制成螺旋管状作为电热元件。
2.炉膛950℃时电热元件的电阻率 炉子正常使用时，电热元件的温度比炉膛温度高100℃——200℃。当炉膛温度为950℃，电热元件的温度取1100℃。由教材附表12得，0Cr25Al5合金20℃时的电阻率
?20?1.40??mm2/m，电阻温度系数??4?10?5?C?1,则1100℃时电热元件的电阻率为：
?1100??20(1??t)?1.40?(1?4?10?1100)?1.46??mm/m
3. 确定电热元件的表面负荷
由教材图5—3（a），根据设计的炉子的工作条件，取电热元件的允许表面负荷
?52W允?1.6W/cm2。
4.每组电热元件的功率和端电压
由于采用三相星形即“YY”接法，即两组电热元件并联后在接成Y的三相双星形接法，每组电热的功率为
P组?5454??18kW n3
采用“YY”接法，车间动力网两端电压为380V，故每组电热元件的端电压为 U组?380?220V 35.电热元件的长度和重量
（1）电热元件的丝材直径可由教材5—24式确定，