热处理箱式电阻炉课程设计.docx

热处理箱式电阻炉课程设计
一、设计任务
1、炉型：箱式炉
2、设计要求：（1）生产率或一次装炉量：100kg/h
（2）零件尺寸：长、宽、高尺寸最大不超过150mm
（3）零件材料：中、低碳钢、低合金钢及工具钢
（4）零件热处理工艺：淬火加热
3、任务分析：
（1）生产率或一次装炉量为100kg/h，属小型炉；
（2）生产长、宽、高尺寸最大不超过150mm的零件，选择箱式炉合理；
（3）淬火加热工艺表明所设计的箱式炉属于中温范畴。
二、电阻炉的炉体结构设计
1、炉型选择：由于所生产的零件尺寸较小，都不大于150mm，且品种较多，热处理工艺为淬火加热，具体品种的淬透性不同，工艺有所差别，故采用周期作业中温箱式热处理炉进行设计。（额定温度为950℃）
2、炉膛设计
（1）典型零件的选定
参照设计任务的要求，选用40Cr钢齿轮模拟设计
①齿轮参数：分度圆齿顶圆齿数
模数齿宽全齿高
齿根圆齿轮孔径
②设定工艺曲线：

加热时间t=a×k×D（a：加热系数，k：工件装炉条件修正系数，D：工件有效厚度）
查表得：a为1.2-1.5min/mm取1.3min/mmk取1.8
故时间t=1.3×1.8×70=163.8min
取加热时间3h，保温时间2h
工艺周期为5h
（2）确定炉膛尺寸
一次装炉量=生产率×周期=100kg/h×5h=500kg
单位重量
零件个数个
查表可知，炉底单位面积生产率
有效面积
由于工件之间距离为工件高度的0.3-0.5，故取工件之间距离为30mm
设计每次装炉80个零件，分两层分布，每层40个,纵向8个,横向5个
实际炉底面积
（K为炉底利用系数，通常为0.8-0.85）
取长L=1.4m，宽B=1.0m
炉子高度一般为（0.52-0.90）B，取0.6B，故H=0.6m
3、炉体各部分结构
（1）炉衬：分为内层耐火层和外层保温层
内层：用QN—1.0的轻质耐火粘土砖
外层：B级硅藻土砖，热导率为，最高使用温度为900℃
（2）炉墙：耐火层：QN—1.0轻质耐火粘土砖，规格为230×113×65mm，热导率为，厚度
保温层：B级硅藻土砖，规格为230×113×65mm，热导率为
，厚度
石棉板：热导率为，厚度
钢板：厚度为
校验厚度，如下图所示：

取，故℃
因三层热流相等，即q1=q2=q3
故
得：t2＝751.4℃＜900℃（B级硅藻土砖的最高使用温度）符合
t3＝764.7℃＜500℃（石棉板的最高使用温度）符合
（3）炉顶：由B=1m＞600mm，故采用拱顶式结构
采用拱角为60°的拱顶，拱顶半径：R=B=1m
矢高：
拱顶耐火砖为轻质楔形砖，厚度为113mm，
保温砖为蛭石粉，厚度为230mm
（4）炉底：①钢板15mm
②贯穿三层的重质砖（共230mm）
包括电热体搁砖、轻质砖QN－1.0、B级硅藻土砖
③轻质砖65mm
④硅藻土保温砖砌成棋盘式方格，格中填以蛭石粉115mm
⑤石棉板5mm
⑥钢板15mm
故炉底总厚为445mm，符合230-690mm之间的要求
（5）炉门：
①炉门口H’=600－113＝487mm
高度与宽度之比与炉膛类似，即B’/H’＝B/H
得：B’＝812mm
②炉门：用厚度为10mm的钢板制成框架，框架内附5mm石棉板，内衬轻质耐火砖作为耐火层，厚度为113mm。硅藻土渣砖为保温层，厚度为230mm。炉门框架边缘与炉门口重叠100mm，重叠部分机械加工，在两侧设置压紧装置。
炉门结构示意图如下图：

（6）炉架和炉壳
炉架是用角钢、槽钢等焊接而成的炉体骨架
炉壳、炉底采用15mm厚钢板，其余为5mm钢板
三、电阻炉的热力计算
采用热平衡法进行热力计算
炉料加热
（1）加热有效炉料的热量（即工件热量）
Q件=GC（t终－t0）（G为有效炉料工件的重量G=500kg，C为平均比热，查表可得：C＝0.155×4.1868＝0.649kJ/kg·℃）
取t终（工件的最终温度）为850℃，t0（工件入炉前温度）为20℃
故
(2)加热辅助炉料的热量
①用长300mm，外径35mm，内径20mm的耐热管
则每根质量
因Q辅＝G辅C（t终－t0）
故
②垫铁：高300mm，外径50mm，内径40mm
每个垫铁的质量
m=0.033.14[(0.05/2)-(0.04/2)]7.810=0.17kg
故垫铁的热量=0.17800.649（850-20）=7.1110kJ
=3.910kJ
(2)炉子损失热量
=1\*GB3①通过炉衬散热损失
假设炉外壁温度为50℃
查表得侧墙综合换热系数=11.5W/㎡·℃
炉顶综合换热系数=13.1W/㎡·℃

炉底综合换热系数=9.4W/㎡·℃
侧墙耐火层为轻质粘土砖，热导率：0.29+0.25610t,厚度：113mm
t为炉内温度取9