RX-18-9中温箱式电阻炉设计
设计者：尹宏林
一、箱式电阻炉的工作原理：
是利用电流通过电热元件时所产生的热效应，采取热辐射和炉膛内气体对流作用的形式将热量传递到被加热的工件上，使工件加热。 结构及特点：箱式电阻炉由炉体、测温系统和电控系统组成。 二、基本技术条件：
1）箱式电阻炉；
2）额定功率18kw；
3）最高工作温度950℃；
4）炉外壁温度小于60℃；
设计计算的主要项目：1）确定炉膛尺寸；2）选择炉衬材料及厚度，确定炉体外型尺寸；3）计算炉子主要经济技术指标（热效率，空载功率，空炉升温时间）；4）选择和计算电热元件，确定其布置方法；5）写出技术规范 三.炉体结构和尺寸确定
1、炉体材料及结构
炉胆材料：轻质粘土砖
电阻丝是内置式，买入炉衬材料中，除了保证其有足够的耐热度外，以为要放加热工件，故还要保证其强度。
炉衬材料：
耐火材料：轻质粘土砖
紧贴炉衬，包裹在其周围
保温材料：膨胀珍珠岩
炉外壳与保温材料之间
支撑材料：轻质粘土砖
下方炉体材料，保温层和炉壳之间为膨胀珍珠岩。必须江保温层支撑起来，故加支撑材料。
炉外壳材料：3mm厚的钢板
表 炉衬温度与炉衬厚度及结构
炉温/℃ | 耐火砖 | 中间层 | 隔热层 |
材料 | 厚度/mm | 材料 | 厚度/mm | 材料 | 厚度/mm |
< 300 | --- | --- | ---- | ---- | 珍珠岩、蛭石粉 | <150 |
300毛细管数～650 | 轻质粘土砖或耐火纤维 | 90～113 | ---- | ---- | 硅藻土砖、珍珠岩、蛭石岩棉 | 100～185 隐框窗 |
康志坚650～950 | 密度400～1000kg/m3的轻质粘土砖或耐火纤维 | 90～113 | 有时加普通硅酸盐纤维 | 40～60 | 硅藻土砖、珍珠岩、蛭石粉、耐火纤维 | 120～200 |
<1200 | 密度400～1000 kg/m3的轻质粘土砖或耐火纤维 | 90～113 | 轻质砖或高铝纤维毡 | 60 | 硅藻土砖、珍珠岩、耐火纤维 | 185～230 |
<1350 | 轻质高铝砖或轻质耐火纤维 | 90～113 | 轻质砖或耐火纤维 | 60 | 硅藻土砖、珍珠岩、耐火纤维 | 235～265 |
闯红灯抓拍系统<1600 | 高铝砖 | 90～113 | 泡沫氧化铝砖 | 113 | 耐火纤维 | 235～300 |
| | | | | | |
2、炉衬尺寸
因为功率及炉温一定，利用经验计算法计算出炉子的内表面积。 根据其功率以及工作温度，计算其炉膛的内表面积，公式如下：P=cτ-0.5F0.9（t／1000）1.55
式中P——炉子功率kw
τ——空炉升温时间h
F——炉膛内壁面积m2
t——炉温℃
c——系数（热损失较大的炉子取30~35）
要求设计的箱式电阻炉额定功率为为18kw，炉温为950℃，空炉损耗功率≤5
已知p=18kw，空炉升温时间≤2h，炉温950℃，系数取30~35
算得F=
考虑箱式电阻炉装出料方便，同时参考RX3-15-9中温电阻炉的尺寸（热处理手册；机械工业出版社，第三卷、热处理电阻炉，表3-5），取L/B=2 H/B=0.83
得L=600mm，B=300mm，H =250mm
验证炉体结构设计的合理性
由于炉子结构比较对称，故作统一数据处理。将炉门做为前墙处理，结构与其他部分的炉墙结构一样如下图：
根据公式
对于炉墙散热，先假设界面上的温度及炉壳温度，
，（设计要求<70℃），，℃
耐火层均温： =(950+770)/2=860℃
保温层均温： =(770+60)/2=415℃
轻质粘土砖热导率
=×770℃
=0.2692W/(m·℃)
膨胀珍珠岩热导率
=×415℃
=0.1313 W/(m·℃)
当炉壳温度为60℃时，室温为℃时，得=12.17 W/(m·℃)
1. 求热流
=
=807.9 W/m2
mirna靶基因分析2. 验算界面温度
由得：
=
=793.9℃
Δ=
=3.1％<5％
满足要求。
3. 验算炉壳温度
由得：
=
=62.4℃<70℃
满足设计要求。
电热元件的选择及计算
由最高工作温度950℃，选用线状0Cr25Al5合金作为电热元件。采用380V电源，三相接法
1. 求950℃的电热元件的电阻率
当温度为950℃时，电热元件温度取1100℃，查[1] P186附表12得0Cr25Al5在20℃时的电阻率，电子温度系数℃-1，则1100℃下电热元件的电阻率为：
2. 确定电热元件表面功率
由[1]P62取
3. 每组电热元件的功率
由于采用三相电源
4. 每组电热元件的端电压
U组=380V
5. 电热元件的直径
由[1]P63(5-24)
取d=2.14mm
6. 每组电热元件的质量
由[1]P64(5-25)
每组质量
查[1]P186附表12得
由[1]P64(5-26)
7.电热元件的总长度和总质量
电热元件总长度
电热元件总重量由式(5-28)得
8.校核电热元件表面负荷
<,结果满足设计要求。
9.电热元件在炉膛内的布置
将电热元件分为14折，布置在两侧炉墙及炉底上，则有
布置电热元件的炉壁长度
每相电热元件的波数
波形线波距
S=
波形电阻丝的结构和安装
以垂直悬挂式结构安装, 其安装经验尺寸见图1。
图1 波形电阻丝的安装示意图
1、波纹总高度: H = ( 150~ 300) mm
2、波纹节距: S = ( 8~ 16) d
3、飞轮齿圈上下两个波纹之间应相距( 40~ 80) mm, 以防短路。
在理想条件下, 假设电热体与工件的受热面为两个相互平行的平面, 且其表面积相等( 因为无法事先得出电热体的表面积, 采用这种假定进行计算, 结果也不致引起太大的误差[ 4]) , 中间没有任何屏蔽和热损失, 电热体辐射出的热量全部被工件表面吸收,此时电热体的表面负荷称为理想表面负荷。在中高温下, 炉内辐射换热是传热的主要形式, 对流换热可忽略不计。炉内电热体与工件组成一个封闭的辐射热交换系, 它们之间在单位时间内, 单位表面积的辐射差额热流即为理想表面负荷( 热流密度)
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