《熱處理設(shè)備》課程設(shè)計指導(dǎo)書

1、熱處理電阻爐課程設(shè)計指導(dǎo)書張永宏 編材料學(xué)院金屬系2010年3月目 錄一、 熱處理電阻爐設(shè)計說明 2（一）爐膛尺寸的確定2（二）爐襯材料的選擇3（三）爐體結(jié)構(gòu)的設(shè)計4 （四）爐襯厚度的確定5（五）爐襯散熱損失的計算8（六）電熱元件的設(shè)計9 （七）電阻爐功率的分配11二、熱處理電阻爐設(shè)計的步驟與內(nèi)容12三、熱處理電阻爐設(shè)計任務(wù)書14四、熱處理電阻爐課程設(shè)計參考資料16附錄 17附表1 螺旋電熱元件的電阻修正系數(shù)及允許表面負(fù)荷17附表2 熱處理電阻爐常用型鋼17附表3 電熱元件常用數(shù)據(jù)21附表4 常用單位換算表22一、熱處理電阻爐設(shè)計說明（一）爐膛尺寸的確定合理地確定爐膛尺寸是熱處理爐設(shè)計的一個重

2、要環(huán)節(jié)，爐膛尺寸包括爐膛的有效尺寸和爐膛的砌磚體尺寸兩個方面。確定爐膛尺寸最根本的依據(jù)是爐子的生產(chǎn)率（一般用年生產(chǎn)量或小時生產(chǎn)量g件表示），先由生產(chǎn)率確定爐膛有效尺寸，再由爐膛有效尺寸確定爐膛砌磚體尺寸。1、確定爐膛有效尺寸通常有兩種方法：一種是排料法，一種是爐底強度法。排料法適合于品種少、專業(yè)化程度較高的熱處理電阻爐的設(shè)計；爐底強度法是根據(jù)現(xiàn)有的各類電阻爐的生產(chǎn)能力（用單位爐底面積的生產(chǎn)率pokg /m2·h表示）的統(tǒng)計資料來確定爐底有效面積的方法。它實質(zhì)是一種經(jīng)驗數(shù)據(jù)法，適合于品種多，且工藝周期各不相同的通用型熱處理爐的設(shè)計。按爐底強度法確定熱處理爐爐膛尺寸的步驟是：先根據(jù)F效=

3、g件/po確定出爐底的有效面積F效；再根據(jù)L效 / B效 = 1.5 2即可確定出L效和B效。按排料法或爐底強度法所確定的爐底有效尺寸B效和L效最后尚需修正，使其與相近的標(biāo)準(zhǔn)系列的電阻爐一致，以便選用標(biāo)準(zhǔn)尺寸的爐底板。井式爐的爐膛有效尺寸效和效，通常可根據(jù)排料情況或料筐尺寸來確定。按排料法設(shè)計時，工件之間的距離應(yīng)不小于其直徑或厚度。2、確定爐膛砌磚體尺寸通常在爐膛的兩側(cè)墻上都要安裝電熱元件，為了保證操作方便和加熱均勻，在工件與電熱元件之間要留出一定的距離。在箱式爐中，一般規(guī)定工件到側(cè)墻內(nèi)壁的距離為0.10.15m；靠近爐門處的爐溫偏低，工件到爐門口之間也應(yīng)留出0.10.2m的距離。因此，箱式爐

4、爐膛砌磚體的內(nèi)腔尺寸為： B砌 = B效 + 2(0.10.15) (m) L砌 = L效 + (0.1 0.2) (m)在井式爐中，工件至電熱元件之間應(yīng)保持0.10.2m的距離，工件至爐底和爐頂?shù)木嚯x應(yīng)在0.150.25m。因此，井式爐爐膛砌磚體的內(nèi)腔尺寸為：砌 = 效 + 2(0.10.2) (m)H砌 = H效+ 2(0.150.25) (m)3、箱式爐爐膛高度H砌的確定箱式爐的爐膛高度H砌（指爐底板面至爐頂拱腳的距離）目前尚無一致的計算方法。原則上，中、高溫爐以輻射傳熱為主，爐膛應(yīng)稍高些以增大輻射面積，通常要求從裝料上方到爐頂應(yīng)保持 0.20.3m的空間。根據(jù)現(xiàn)有爐子的統(tǒng)計資料，大多數(shù)

5、箱式電阻爐的H砌與B砌之比在0.50.9范圍內(nèi)變動，中溫電阻爐一般可取0.8左右。另外，在決定爐膛高度時，必須考慮爐內(nèi)側(cè)壁上電熱元件擱磚的層數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)擱磚每層高度為67mm（包括2mm灰縫），在電熱元件擱磚層數(shù)n確定后，H砌也可由下式確定： H砌 = 67×擱磚層數(shù)n + 42 + 39（mm）（二）爐襯材料的選擇爐襯指的是由耐火材料與保溫材料砌筑而成的耐火層和保溫層。耐火層直接承受爐內(nèi)的高溫作用以及爐氣的侵蝕，爐襯的結(jié)構(gòu)強度主要決定于耐火層。保溫層的作用是保溫隔熱，減少爐襯熱損失，使?fàn)t殼溫度不致過高，對爐襯結(jié)構(gòu)強度只起輔助作用。爐襯材料選擇原則如下：1、耐火材料 主要應(yīng)考慮材料的最高

6、使用溫度，其次應(yīng)保證爐襯有必要的結(jié)構(gòu)強度和較小的蓄熱損失。應(yīng)在保證爐襯有必要的結(jié)構(gòu)強度的前提下，盡可能采用輕質(zhì)或超輕質(zhì)耐火材料，減少重質(zhì)耐火材料的使用。過去我國中溫?zé)崽幚黼娮锠t大都采用密度為1.3或1.0g/cm3的輕質(zhì)耐火磚。目前，我國在超輕質(zhì)耐火磚和耐火纖維的研究開發(fā)上取得了很大的進(jìn)展，輕質(zhì)耐火磚的質(zhì)量也有顯著提高，如密度為0.6g/cm3的輕質(zhì)粘土磚的耐壓強度比過去提高了一倍多，這為電阻爐采用輕質(zhì)磚作爐襯創(chuàng)造了極為有利的條件。目前有不少中溫箱式電阻爐已采用這種耐火磚，在耐火磚外再襯一層硅酸鋁耐火纖維氈，最外面是硅藻土磚和蛭石粉的混合結(jié)構(gòu)。這種爐襯的總厚度比原來薄，空爐升溫時間也比原來下降

7、4050%，節(jié)能效果顯著。從節(jié)能方面考慮，對周期作業(yè)爐，采用全耐火纖維爐襯最為理想。這種爐子不僅節(jié)能，而且爐襯薄、爐子輕、外形尺寸小、升溫快。我國已研制成功采用全耐火纖維爐襯的中溫電阻爐。可以預(yù)計耐火纖維爐襯今后將會得到廣泛使用。2、保溫材料 選擇時主要應(yīng)考慮最高使用溫度、導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容等幾個方面。應(yīng)盡量選擇導(dǎo)熱系數(shù)小、密度小的材料。同時要保證材料的最高使用溫度高于保溫層與耐火層接觸面上的溫度。保證爐子外表面溫升不超過50。有時還要考慮保溫層對爐膛結(jié)構(gòu)強度的輔助作用。（三）爐體結(jié)構(gòu)設(shè)計箱式爐的爐體包括爐底、爐壁、爐頂和爐門。井式爐的爐體包括爐底、爐壁和爐蓋。1、爐底爐底起保護(hù)爐內(nèi)熱量和承載工

8、件的作用。熱處理電阻爐的爐底通常采用如下結(jié)構(gòu)（自上而下）：爐底鋼板石棉板用硅藻土磚立砌成方格，方格中填充蛭石粉平鋪12層硅藻土磚平鋪一層輕質(zhì)耐火粘土磚支撐爐底板的重質(zhì)粘土磚（豎砌） (參考教材70頁圖5-8和176頁圖12-9)。爐底耐火層及保溫層的厚度，可參考爐墻的厚度來決定。一般可比爐墻厚一些。 注意支撐爐底板的重質(zhì)粘土磚應(yīng)安放在輕質(zhì)耐火粘土磚上，不要直接安放在硅藻土磚上。2、爐壁7001000的中溫電阻爐的爐壁一般由115mm耐火層（輕質(zhì)耐火磚）、180232mm保溫層（硅藻土磚和蛭石粉混合結(jié)構(gòu)）和510mm石棉板組成，外包一層爐外殼鋼板（45mm厚A3鋼）。石棉板起均溫和吸潮作用，保溫

9、層厚度由傳熱計算確定。中溫電阻爐的爐壁還可采用如下結(jié)構(gòu)（自外而內(nèi)）：爐壁鋼板石棉板（510mm）礦渣棉硅藻土磚（115mm）輕質(zhì)耐火粘土磚（115mm）。礦渣棉的厚度根據(jù)爐溫和爐外壁面溫升通過傳熱計算確定。3、爐頂（箱式爐）熱處理電阻爐爐頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式主要有拱頂和平頂兩種，多數(shù)箱式電阻爐采用拱頂。拱頂?shù)膱A心角稱為拱角，以60的拱角用的最多，稱為標(biāo)準(zhǔn)拱角，此時拱頂圓弧半徑與爐膛寬度相等。拱頂重量及其受熱膨脹而形成的側(cè)推力作用于拱角上，因而拱角一般用重質(zhì)磚砌筑，以承受較大的側(cè)推力。而拱頂則采用輕質(zhì)楔型磚砌筑，其上再覆以輕質(zhì)保溫制品（蛭石粉等）作保溫層。拱腳磚通過支撐磚（用重質(zhì)磚）把它所受的側(cè)推力傳遞

10、給與爐架相接觸的拱腳架（通常為角鋼或槽鋼）。大型的爐子還另有鋼架結(jié)構(gòu)來支撐拱腳梁，以減輕爐架的負(fù)擔(dān)。以下舉例說明拱腳梁和垂直立柱所用型鋼的設(shè)計方法。當(dāng)爐膛寬度B為1000mm，拱頂厚度為113mm，用密度為1.0g/cm2楔型輕質(zhì)粘土磚砌筑拱頂（還應(yīng)加一部分直形磚）時，沿爐長方向每米的拱頂重量為130kg，在9001000溫度范圍內(nèi)，60拱頂側(cè)推力P為320×9.8N。若沿爐長方向每1m安裝一根垂直的型鋼立柱時，拱腳梁可選5號等邊腳鋼，爐殼上垂直的型鋼立柱可選7.5號等邊角鋼。為增強爐殼剛性，實際上拱角梁可選810號角鋼（或槽鋼），垂直型鋼立柱可選812號角鋼。 4、爐門（箱式爐）

11、爐門部分包括爐門洞口，爐門框和爐門。 爐門洞口的大小要保證裝出料方便和滿足爐子安裝電熱元件以及維修爐子的需要，通常應(yīng)小于爐膛截面尺寸，以減小熱損失和保護(hù)電熱元件。中溫爐的爐門洞口深度一般可取一標(biāo)準(zhǔn)磚長（230mm）。爐門洞口的砌磚體經(jīng)常受到工件磨檫撞擊，應(yīng)采用重質(zhì)耐火磚砌筑。 爐門框可用鑄鐵鑄成或用鋼板焊成，后者重量輕，但容易變形、影響密封性。做成的爐門框用螺栓安裝在爐架上，爐門框上通常有限制爐門上下運動的軌道。 爐門常用鑄鐵制成框架，然后在其中砌耐火磚和保溫磚。爐門應(yīng)保證爐子操作方便、爐口密封性好并盡量減少熱損失。其結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要點是：（1）要有足夠厚的保溫層（中溫爐可取130180mm）

12、；（2）爐門邊緣與爐門框要重疊65130mm；（3）爐門要壓緊爐門框；（4）爐門下緣通常楔入工作臺的砂槽內(nèi)；（5）爐門與爐門框的接觸面應(yīng)進(jìn)行機加工，以保證良好的密封性等。 此外，筑砌爐門時，爐門砌磚體表面應(yīng)從四周向中間逐漸凹陷35mm而且在爐門上要設(shè)窺視孔。窺視孔的張角以方便觀察為宜，在窺視孔外端安裝石英玻璃。 最常用的爐門壓緊方法是在爐門側(cè)面設(shè)置楔鐵或滾輪，當(dāng)爐門落下時，爐門上的楔鐵或滾輪滑入爐門框上的楔形滑槽或滑道內(nèi)。爐門越向下，爐門越壓緊爐門框；另一個常用的壓緊方法是在爐門口設(shè)計一斜度，利用爐門自重使?fàn)t門壓緊爐門框。此外還有偏心輪壓緊和絲杠壓緊等方法。爐門起閉機構(gòu)形式繁多。中小型爐子多數(shù)

13、靠人工起閉，起閉頻繁的爐門可用電動、氣動或液壓機械起閉。5、爐蓋（井式爐）為了方便起閉，中、小型井式爐的爐蓋一般作成整體式，大型井式爐的爐蓋有的作成對分式。爐蓋的起閉機構(gòu)依爐門重量也有所不同，目前常用的有手動、電動和液壓機構(gòu)，小型井式爐爐蓋多用手動杠桿式起閉機構(gòu)，這種機構(gòu)簡單、靈活、可靠（參考熱處理爐及車間設(shè)備南京機器制造學(xué)校主編125頁圖5-30）。6、設(shè)計砌磚體結(jié)構(gòu)時還應(yīng)考慮： （1）砌磚體尺寸應(yīng)是標(biāo)準(zhǔn)尺寸（230、113、65等）的整數(shù)倍（還應(yīng)計入灰縫尺寸）。尤其在砌磚體的高度方向上不可能用砍削磚的方法來滿足砌磚體尺寸。 （2）除爐口等特殊情況外，應(yīng)盡量避免重質(zhì)耐火磚直接通到爐殼，以減少

14、熱短路損失。 （3）耐火磚爐襯的灰縫尺寸：爐壁和爐底的灰縫不大于2mm，爐頂?shù)幕铱p不大于1.5mm，可控氣氛爐的灰縫不大于1mm。 （4）爐襯的磚縫必須相互交錯，錯開量應(yīng)以磚長的二分之一為宜，個別情況不得小于磚長的1/4。在爐墻拐角處磚的筑砌必須相互咬合，使形成一整體。 （5）砌磚體必須留膨脹縫。對粘土磚和硅藻土磚而言每米砌磚體的膨脹縫為56mm。膨脹縫應(yīng)錯開使彼此不相通，以避免漏氣和增大熱損失?？p內(nèi)充填耐火纖維或馬糞紙。 （6）為防止電熱元件腐蝕，支承或固定電熱元件的材料應(yīng)采用高鋁質(zhì)或鋼玉陶瓷。如電熱元件隔板磚和電熱絲引出棒套管等。 6、爐架與爐殼 爐架與爐殼的作用在于承受砌磚體的重量及拱頂

15、的側(cè)壓力等，同時它還能增加爐子整體的結(jié)構(gòu)強度和密封性。另外，在爐架上便于安裝各種附屬機構(gòu)，如爐門起閉機構(gòu)等。爐架也使?fàn)t子架空避免爐體與地面直接接觸，減少了熱損失。對于中、小型爐子，還可以通過對支撐爐子用型鋼的結(jié)構(gòu)尺寸的合理設(shè)計，取得方便適宜的操作高度。 爐架可用角鋼和槽鋼焊接而成。爐殼常用35mm厚度的鋼板焊成。外層先涂紅丹漆，再刷灰漆或銀粉漆。這樣除美觀、防銹外，還可以減少爐殼的輻射熱損失。 （四）爐襯厚度的確定 爐襯的厚度應(yīng)當(dāng)適當(dāng)。太薄不能保證必要的強度和保溫能力使散熱損失增加，太厚又增加了蓄熱損失。對于周期作業(yè)爐，蓄熱損失是其主要能量消耗項目，爐襯尤其不能太厚。爐襯的合理尺寸應(yīng)該通過傳熱

16、計算仔細(xì)確定。 爐襯尺寸的確定可分為兩個步驟。第一步估算尺寸，第二步校核。 1、爐襯厚度的估算 爐襯厚度的估算常以外壁面溫度作為基本依據(jù)。一般要求爐外側(cè)壁和頂壁溫升不超過5070。在估算時忽略各層爐襯傳熱面積的變化，即認(rèn)為各層的熱流密度q相同，都等于爐外壁與車間空氣之間換熱的熱流密度。設(shè)爐內(nèi)壁溫度為t1，外壁溫度t2=70，室溫t0=20，則通過爐壁的熱流密度為： (W/m2)（1） 采用單層爐襯結(jié)構(gòu)時其厚度為:（2）采用雙層爐襯時，一般先選定耐火層的厚度，求出耐火層與保溫層接觸面的溫度，再求出保溫層的厚度。設(shè)選定耐火層厚度為1，則可求得保溫層厚度2和接觸面溫度t2。因為故有 （3）采用三層爐

17、襯結(jié)構(gòu)時，應(yīng)首先選定兩層爐襯的厚度1和2，再求第三層。此時爐墻內(nèi)、外表面溫度t1和t4仍為已知，只需計算確定3，以及未知界面溫度t2和t3值。計算順序是：先算出t2，再算出t3，最后算出3，方法同（2）。 2、爐襯厚度校核（兩層爐襯結(jié)構(gòu)為例）根據(jù)上面估算的爐襯厚度和界面溫度計算出各層爐襯平均傳熱面積Fm1和Fm2及爐外壁表面積F3，并算出各層爐襯的平均熱導(dǎo)率m1和m2。根據(jù)Fm1、Fm2、F3和m1、m2計算出Q，再由Q計算出爐子外壁表面溫度t3和界面溫度t2的一次迭代值t3和t2 。若 t2、t3與估算值t2、t3相差大于5%，用t2、t3取代t2、t3，繼續(xù)迭代直到前后相差在5%以內(nèi)。取此

18、t2、t3的穩(wěn)定值為t*2、t*3 。（1）如果t*3超出70則說明爐襯太薄，應(yīng)加厚；如果t*3低于70太多，則說明爐襯太厚，應(yīng)重新設(shè)計和計算。（2）如果t*2超過保溫材料最高使用溫度，應(yīng)重新選擇保溫材料并重新設(shè)計。（五）爐襯散熱損失的計算此項熱損失是指爐膛內(nèi)的熱量通過爐壁、爐頂、爐底和爐門散發(fā)到車間的熱量損耗，這部分計算比較繁瑣，但Q散是熱處理電阻爐各種熱量損失項目中最主要的一個，應(yīng)當(dāng)仔細(xì)計算，力求準(zhǔn)確。用熱平衡計算法確定爐子功率一般來講是按爐子升溫加熱階段所需的熱量來確定的，但對于Q散的計算來說又另當(dāng)別論。由于在冷爐升溫階段，爐襯傳熱為不穩(wěn)定傳熱，爐襯的熱損失包括砌磚體蓄熱和向外散熱，Q散

19、的計算甚為復(fù)雜且不準(zhǔn)確，因此熱平衡計算中的Q散通常是按爐子在保溫階段爐襯的散熱損失來計算的。對爐壁、爐頂、爐底和爐門各部分的散熱損失應(yīng)分別計算，然后求得散熱損失的總和： Q散 = Q壁 + Q頂 + Q底 + Q門下面以爐側(cè)壁的散熱損失Q壁為例說明具體的計算方法（以兩層爐襯為例）。1、分別計算爐側(cè)壁耐火層、保溫層的平均傳熱面積和爐殼外表面積Fm1、Fm2和F3（m2）。爐側(cè)壁包括左右側(cè)墻和前后墻，但爐門孔處不包括在前墻內(nèi)。側(cè)壁耐火層平均傳熱面積Am1的算法如下：(F1)內(nèi)= 2L1H1 + 2B1H1 - B門H門(F1)外= 2L1H1+2B1H1-B門H門（當(dāng)(F1)外/(F1)內(nèi)>

20、2時）（當(dāng)(F1)外/(F1)內(nèi)2時）式中L1、B1和H1為耐火層的內(nèi)腔尺寸；L1、B1 和H1為耐火層的外圍尺寸（它也是保溫層內(nèi)腔尺寸）；B門和H門為爐門洞口尺寸。 2、分別計算爐襯耐火層、保溫層的平均熱導(dǎo)率m1和m2。 3、查表求得爐墻外表面對周圍空氣的綜合換熱系數(shù) （）側(cè)。4、爐側(cè)壁的散熱損失Q壁為： (kJ/h)式中t1為爐膛內(nèi)壁溫度（），一般用保溫階段的爐溫代替；t0為爐外車間空氣溫度（），可取t0=20；1和2分別為耐火層和保溫層的厚度。 Q頂 、 Q底和 Q門的計算與Q壁相同。（六）電熱元件的設(shè)計在選定電熱元件材料，并且根據(jù)電阻爐功率大小和功率分配方案及供電電壓確定了電熱元件的根

21、數(shù)n和每根電熱元件所分配的功率P及端電壓U以后，就可以設(shè)計確定電熱元件的各項參數(shù)。它包括兩方面的內(nèi)容：一是元件本身的尺寸（d和l）和重量；二是元件的安裝尺寸（L、D和h）。下面以絲狀電熱元件為例，說明電熱元件的設(shè)計。1、元件尺寸(1)計算。查附表2，求出所選定的電熱元件材料在設(shè)計溫度下的單位表面允許功率W允（W/cm2）和電阻率t，根據(jù)下式確定電熱元件的絲徑d和長度l。(mm)(m)式中U和P分別是單根電熱元件的端電壓和功率。（2）圓整。電熱元件絲徑d的計算結(jié)果應(yīng)該圓整成標(biāo)準(zhǔn)直徑（絲徑d的優(yōu)先系列見附表3）。（3）校核。絲徑圓整后還需對W允進(jìn)行校核。此時若電熱元件單位表面的負(fù)荷功率超過了W允過

22、多，則選取大一級的標(biāo)準(zhǔn)直徑。2、安裝尺寸電熱絲一般繞成螺旋管狀，螺旋管電熱元件的安裝尺寸可按公式 以及 來確定。式中L、D和h分別為螺旋狀電熱元件的安裝長度、繞制節(jié)徑和螺距。因為L事實已由爐膛深度確定，實際上只需要確定D和h。一般先選定D。爐溫tg<1000時，應(yīng)有D=（68）d，爐溫tg>1000時，應(yīng)有D=46d。選定D后先按前一公式算出h。再按后一公式判斷是否滿足h=（24）d，若不滿足則調(diào)整D（tg<1000時，D仍須滿足D=（68）d），再重新計算。 3、電熱元件各種參數(shù)的相互影響應(yīng)用上述公式計算確定電熱元件的尺寸并不困難，但在電熱元件的設(shè)計中經(jīng)常會碰到一些問題：如

23、電熱元件太長在爐內(nèi)布置不下，電熱元件直徑太細(xì)或太粗（一般工業(yè)用熱處理電阻爐電阻絲的直徑為47mm，d<4mm的電阻絲在高溫下使用壽命短，d>7mm的電阻絲的繞制及在爐膛內(nèi)布置均較困難），如何才能使元件的材料消耗量最少等等。為了解決這些問題，有必要分析電熱元件各參數(shù)的相互影響規(guī)律，從中找到解決問題的辦法。下面以絲狀電熱元件為例進(jìn)行分析。（1）根數(shù)n的影響增加元件的根數(shù)（例如由單相改為三相，由單Y改為雙Y，后者使根數(shù)n由3增加到6），可使電阻絲的絲徑d減小，而總長度增加，總重量減少。阻絲過細(xì)會縮短其使用壽命（阻絲壽命與其直徑成正比），同時也會使元件在爐內(nèi)難于布置。減少元件的根數(shù)則相反。

24、（2）端電壓U的影響 當(dāng)端電壓增大時（如由單Y改為單），則電阻絲直徑將減小，總長將增大，這不利于電阻絲在爐內(nèi)的布置，但電元件材料的用料量將減少。（3）單位表面功率的影響提高元件的表面負(fù)荷，可使電阻絲的直徑、總長和用料量均減少，這有利電熱元件的布置，但元件壽命要縮短。（4）直徑d的影響當(dāng)P、U、t、一定時，增加阻絲直徑d，會使元件單位表面功率負(fù)荷降低，但總長增長，總重量增加。（5）電阻率t的影響電熱元件材料的t愈大，則絲徑d和總重量愈大，而總長愈短，這有利于元件在爐膛內(nèi)的布置。從這點看，在中溫爐上使用Fe-Cr-Al系電熱合金比用Cr-Ni系電熱合金優(yōu)越。通過上述分析，可得如下結(jié)論：（1）當(dāng)電熱

25、元件在爐內(nèi)布置不下時，可采取下列措施：使用較低的端電壓（如由接法改為Y接法或使用降壓變壓器等）；減少電熱元件根數(shù)；使用更耐熱和電阻率更大的電熱元件材料；用電阻絲代替電阻帶。（2）如果電阻絲直徑太細(xì)（d<4mm），可采取下列措施：減少根數(shù)；降低端電壓；適當(dāng)降低電熱元件的單位表面功率；使用電阻率大的電熱元件材料。（3）為了減少電熱元件材料的用料量，可采取下列措施：采用較高的端電壓；增加根數(shù)；使用更耐熱的元件材料；用電阻帶代替電阻絲。（七）電阻爐的功率的分配、 箱式電阻爐對于爐膛長度不超過1m的爐子，一般可將功率均勻分配在爐內(nèi)兩側(cè)和爐底上。對大型的箱式爐，通常在靠近爐門處增加一些功率，即在約占

26、爐長1/41/3處，其功率比平均功率增加1525%左右。2、井式電阻爐井式電阻爐的爐口附近及爐底處溫度常常偏低，對沒有強制對流的井式爐應(yīng)當(dāng)在爐子的上部和下部適當(dāng)增加一些功率。為了保證爐溫上下均勻，大中型井式爐通常采用分區(qū)供電和分區(qū)控溫。二、熱處理電阻爐的設(shè)計計算步驟與內(nèi)容（一）爐型選擇根據(jù)爐子設(shè)計任務(wù)書所提出的年產(chǎn)量、工件品種、材料和熱處理工藝以及作業(yè)制度等要求，選擇合適的爐型并簡述其理由。（二）爐膛尺寸的確定1、 按爐底強度法或排料法確定爐底有效面積A效（m2）2、 根據(jù)A效確定爐膛有效尺寸L效、B效和H效（井式爐為效和H效）。3、 確定爐底板的材料、形狀和尺寸，并畫出簡圖。4、 確定爐膛砌

27、磚體內(nèi)腔尺寸L砌、B砌和H砌。（三）爐子砌磚體設(shè)計1、 爐襯材料的選擇（耐火層材料和保溫層材料）。2、 爐襯厚度的估算（或選擇）與校核。3、 爐底砌磚體的結(jié)構(gòu)與厚度；4、 左右側(cè)墻砌磚體的結(jié)構(gòu)與厚度；5、 后側(cè)墻砌磚體的結(jié)構(gòu)與厚度；6、 爐門洞口砌磚體的結(jié)構(gòu)與厚度；7、 爐頂砌磚體的結(jié)構(gòu)與厚度；8、 爐蓋的結(jié)構(gòu)與厚度（井式爐）。（四）爐子構(gòu)架、爐殼、爐門及爐門啟閉機構(gòu)。1、 爐子構(gòu)架設(shè)計以及所選型鋼的規(guī)格尺寸；2、 爐殼鋼板（底板、側(cè)板、頂板）的厚度、焊接方式及油漆顏色；3、 支撐爐子所用型鋼的規(guī)格（考慮剛度及操作高度等）；4、 拱腳梁型號；5、 爐門或爐蓋的結(jié)構(gòu)及尺寸；6、 爐門（爐蓋）啟閉

28、機構(gòu)。（五）電阻爐功率確定A、經(jīng)驗計算法：先用經(jīng)驗計算法估算電阻爐的功率。B、熱平衡計算法：1、 加熱工件所需的熱量Q件；2、 加熱輔助構(gòu)件所需的熱量Q輔（本設(shè)計可取Q輔 = 0）；3、 通過爐襯的散熱損失Q散 = Q墻 + Q頂 + Q底 + Q門；4、通過開啟爐門的輻射熱損失Q輻，取爐門開啟率t = 0.1，即開爐門時間為每小時6分鐘，裝出爐時箱式爐爐門開啟2 / 3，井式爐全開；5、通過開啟爐門的溢氣熱損失Q溢；6、其他熱損失Q它；7、爐子總的熱量支出Q計 = ， 爐子安裝功率P安。8、空爐升溫時間升。若空爐升溫時間過長，應(yīng)考慮加大爐子安裝功率。（六）電熱元件的材料選用與計算。1、電熱元

29、件的材料選用與討論。2、確定電爐功率的分配，電熱元件的接線方式和供電電壓。3、電熱元件的尺寸計算。（1）確定每根電熱元件的功率和端電壓；（2）選定電熱元件的允許單位表面功率W允；（3）確定電熱元件的截面尺寸d并圓整；（4）計算每根元件的長度L根和質(zhì)量G根；計算電爐所需電熱元件的總長度L總和總質(zhì)量G總。（5）確定電熱元件的安裝尺寸并畫出簡圖。（6）確定引出棒的尺寸、材料及焊接方式。（七）控溫儀表及熱電偶的選擇。（八）熱處理電阻爐的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)核算。如爐子的熱效率，爐體蓄熱Q蓄、空爐升溫時間升、爐外壁溫升t等。（九）繪制圖紙：1、電阻爐總裝配圖一張（1號圖紙）；2、爐子砌磚體圖一張（1號圖紙）

30、；3、電熱元件結(jié)構(gòu)圖一張或兩張（2號圖紙）。十、編寫設(shè)計說明書。三、熱處理電阻爐設(shè)計任務(wù)書設(shè)計題目一設(shè)計一臺熱處理電阻爐，設(shè)計的原始資料如下：（1）爐子用途：小型拖拉機配件的熱處理。（2） 工件種類及熱處理工藝：20CrMnTi鋼齒輪毛坯的正火加熱；小型柴油機球墨鑄鐵件（QT60-2）的正火加熱；其他45鋼中小零件和短軸的淬火和正火加熱。（3） 最高工作溫度：950。（4）生產(chǎn)率：72kg/h。（5）工件最大尺寸：L600mm；300mm。（6）爐外壁溫升：50。（7）生產(chǎn)特點：小批量多品種周期式生產(chǎn)。（8）作業(yè)制度：一班制生產(chǎn)。設(shè)計題目二設(shè)計一臺熱處理電阻爐，設(shè)計的原始資料如下：（1）爐子用

31、途：中碳鋼、低合金鋼的中、小型毛坯或零件的淬火、調(diào)質(zhì)以及退火、正火處理。（4） 最高工作溫度：950。（3）生產(chǎn)率：170kg/h。（4）工件最大尺寸：中、小型零件，最長0.8m。（5）爐外壁溫升：50。（6）生產(chǎn)特點：小批量多品種周期式生產(chǎn)。（7）作業(yè)制度：一班制生產(chǎn)。設(shè)計題目三設(shè)計一臺熱處理電阻爐，設(shè)計的原始資料如下：（1） 爐子用途：質(zhì)量要求較高的細(xì)長型軸類零件的調(diào)質(zhì)、退火、正火處理。（2）最高工作溫度：950。（3）生產(chǎn)率：40kg/h。（4）工件最大尺寸：中、小型零件，L600mm；50mm。（5）爐外壁溫升：50。（6）生產(chǎn)特點：小批量多品種周期式生產(chǎn)。（7）作業(yè)制度：一班制生產(chǎn)。

32、四、熱處理電阻爐課程設(shè)計參考資料1、熱處理手冊第3分冊,機械工業(yè)出版社 2、吉澤升.熱處理爐,哈爾濱工程大學(xué)出版社,19993、臧爾壽,熱處理爐,東北工學(xué)院出版社,1985 4、劉孝曾,熱處理爐及車間設(shè)備,機械工業(yè)出版社 5、熱處理設(shè)備及設(shè)計,山東人民出版社,1979附 錄附表1 螺旋電熱元件的電阻修正系數(shù)及允許表面負(fù)荷牌號系數(shù)溫度0Cr25A15Cr20Ni80tW允（w/cm2）tW允（w/cm2）6001.0221.0263.07001.0263.0-3.71.0192.58001.0292.6-3.21.0172.09001.0312.1-2.61.0211.510001.0341.6

33、-2.01.0281.111001.0361.2-1.51.0380.512001.0400.8-1.013000.5-0.7注：1、電熱材料在溫度t時的電阻率t與其在20時的電阻率2 0的關(guān)系： t =2 0×t2、0Cr25A15在20時的電阻率為： 20 = 1.40 ± 0.10 (.mm2/m)3、Cr20Ni80在20時的電阻率為： 20 = 1.09 ± 0.05 (.mm2/m)附表2 熱處理爐常用型鋼（一）熱軋圓鋼（摘自GB70265）圓鋼直徑d（mm）：5 5.6 66.3 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

34、 20 21 22 23 24 25 26 27 28 30 32 34 35 36 38 40 42 45 48 50 53 56 60 63 65 68 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 140 150 160 170 180 190 200 210220240250（二）熱軋薄鋼板（摘自GB70865）鋼板厚度(mm)：0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.7 0.75 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.25 1.4 1.5 1.6 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.0 3.2 3.5 3.

35、8 4.0（三）熱軋厚鋼板（摘自GB70965）鋼板厚度(mm)：4.5 55.5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 （四）熱軋等邊角鋼（摘自YB16665）角鋼號數(shù)邊寬b（mm）邊厚d（mm）5503、4、5、65.6563、4、5、86.3634、5、6、8、107704、5、6、7、8(7.5)755、6、7、8、108805、6、7、8、109906、7、8、10、12101006、7、8、10、12、14、16標(biāo)記示例：角鋼（A3鋼，等邊角鋼, b = 100 mm, d =

36、10 mm ）（五）熱軋普通槽鋼（摘自GB70765）型 號槽鋼高h(yuǎn)（mm）腿寬b（mm）腰厚d（mm）平均腿厚t（mm）880435810100485.38.512.5126535.5914a1405879.514b1406089.516a160636.51016160658.5101818068710.518a18070910.520a20073711202007591122a22077711.52222079911.525a2507871225b2508091225c25082111228a280827.512.528b280849.512.528c2808511.512.532a320

37、8881432b32090101432c320921214標(biāo)記示例:槽鋼 180×70×9-GB707-65 A2-GB700-65 (A3鋼, 槽鋼h = 130mm, b = 70mm, d = 9mm)（六）熱軋普通工字鋼（摘自GB70665）型 號工字鋼高h(yuǎn)（mm）腿寬b（mm）腰厚d（mm）平均腿厚t（mm）10100684.57.612.61267458.414140805.59.1161608869.918180946.510.720a200100711.420b200102911.422a2201107.512.322b2201129.512.325a25011681325b250118101328a2801228.513.728b28012410.513.732a3201309.51532b32013211.51532c32013413.51536a3601361015.836b3601381215.836c3601401415.840a40014210.516.540b40014412.516.540c40014614.516.5標(biāo)記示例: 工字鋼400×1