热平衡计算电阻炉

一、设计任务书‎题目：设计一台中‎温箱式热处‎理电阻炉；生产能力：160 kg/h；生产要求：无定型产品‎，小批量多品‎种，周期式成批‎装料，长时间连续‎生产；二、炉型的选择‎根据生产特‎点，拟选用中温‎箱式热处理‎电阻炉，最高使用温‎度，不通保护气‎氛。

三、确定炉体结‎构及尺寸1.炉底面积的‎确定因无定型产‎品，故不能用实‎际排料法确‎定炉底面积‎，只能用加热‎能力指标法‎。

已知生产率‎p为160‎kg/h，按照教材表‎5-1选择箱式‎炉用于退火‎和回火时的‎单位面积生‎产率p0为‎100 kg/(m2﹒h)，故可求得炉‎底有效面积‎：由于有效面‎积与炉底总‎面积存在关‎系式，取系数上限‎，得炉底实际‎面积：2.炉底长度和‎宽度的确定‎由于热处理‎箱式电阻炉‎设计时应考‎虑出料方便‎，取，因此，可求得：根据标准砖‎尺寸，为便于砌砖‎，取，如总图所示‎。

3.炉膛高度的‎确定按照统计资‎料，炉膛高度与‎宽度之比通‎常在之间，根据炉子工‎作条件，取。

因此，确定炉膛尺‎寸如下：长宽高为避免工件‎与炉内壁或‎电热元件搁‎砖相碰撞，应使工件与‎炉膛内壁之‎间有一定的‎空间，确定工作室‎有效尺寸为‎：4.炉衬材料及‎厚度的确定‎由于侧墙、前墙及后墙‎的工作条件‎相似，采用相同炉‎衬结构，即轻质粘土‎砖，密度为的普‎通硅酸铝纤‎维毡，级硅藻土砖‎。

炉顶采用轻‎质粘土砖，密度为的普‎通硅酸铝纤‎维毡，膨胀珍珠岩‎。

炉底采用三‎层轻质粘土‎砖，密度为的普‎通硅酸铝纤‎维毡，级硅藻土砖‎和膨胀珍珠‎岩复合炉衬‎。

炉门用轻质‎粘土砖，密度为的普‎通硅酸铝纤‎维毡，级硅藻土砖‎。

炉底隔砖采‎用重质粘土‎砖，电热元件搁‎砖选用重质‎高铝砖。

炉底板材料‎选用耐热钢‎，根据炉底实‎际尺寸给出‎，分三块或者‎四块，厚。

四、砌体平均表‎面积计算砌体外廓尺‎寸如下：试中——拱顶高度，此炉子采用‎60°标准拱顶，取拱弧半径‎，则f可由求‎得f=131.052。

合肥工业大学《计算机控制技术》课程设计——电阻炉温度控制系统设计学院专业姓名学号＿_＿__＿_ _＿＿＿____ ＿完成时间摘要:电阻炉的类型根据其热量产生的方式不同，可分为间接加热式和直接加热式两大类。

间接加热式电阻炉,就是在炉子内部有专用的电阻材料制作的加热元件,电流通过加热元件时产生热量,再通过热的传导、对流、辐射而使放置在炉中的炉料被加热。

直接加热式电阻炉,是将电源直接接在所需加热的材料上,让强大的电流直接流过所需加热的材料，使材料本身发热从而达到加热的效果。

工业电阻炉,大部分采用间接加热式，只有一小部分采用直接加热式。

由于电阻炉具有热效率高、热量损失小、加热方式简单、温度场分布均匀、环保等优点，应用十分广泛.关键词:炉温控制；高效率;加热一、总体方案设计本次课程设计主要就是使用计算机以及相应的部件组成电阻炉炉温的自动控制系统，从而使系统达到工艺要求的性能指标。

１、设计内容及要求电阻加热炉用于合金钢产品热力特性实验，电加热炉用电炉丝提供功率,使其在预定的时间内将炉内温度稳定到给定的温度值。

在本控制对象电阻加热炉功率为8KW，有220Ｖ交流电源供电,采用双向可控硅进行控制。

２、工艺要求及要求实现的基本功能本系统中所选用的加热炉为间接加热式电阻炉，控制要求为采用一台主机控制8个同样规格的电阻炉温度;电炉额定功率为20 kＷ；)恒温正常工作温度为１000℃,控温精度为±１%;电阻炉温度按预定的规律变化,超调量应尽可能小，且具有良好的稳定性;具有温度、曲线自动显示和打印功能，显示精度为±１℃;具有报警、参数设定、温度曲线修改设置等功能。

3、控制系统整体设计电阻炉温度计算机控制系统主要由主机、温度检测装置、A/D转换器、执行机构及辅助电路组成.系统中主机可以选用工业控制计算机、单片微型计算机或可编程序控制器中的一种作为控制器,再根据系统控制要求,选择一种合理的控制算法对电阻炉温度进行控制。

电阻炉功率的计算热处理电阻炉功率的计算方法有热平衡计算法和经验计算法良种。

一、热平衡计算发热平衡计算法是根据炉子的输入总功率（收入项）应等于各项能量消耗（支出项）总和的原则确定炉子功率的方法。

1．热处理电阻炉的主要能量支出炉子能量消耗包括热工件的热量（有效热量）、在生产操作中的各项热损失和电能输入炉子过程中在电气设备及导线中的电能损失（如变压器和炉外电缆的电能损失等）。

炉子能量消耗量与炉子结构、尺寸、生产率、热处理工艺和供电方式有关。

电阻炉主要热量指出项目的计算方法如下：（1）加热工件所需热量Q件Q件=P( c 2 t 2－c 1 t 1 ) ( kJ / h)式中：P——炉子的生产率( kg / h)t 1、t 2——工作加热的初始和终了温度（℃）c 1、c 2——工件在t1和t2时的比热容［kJ/(kg·℃)］，参见附表６。

若以加热阶段作为热平衡的时间单位时，Q件应为Q件＝G装（c2t2－c1t1）／г加（kJ/h）式中：G装——一次装炉料重量（kg）；г加——加热阶段时间（h）。

（２）加热辅助构件（料筐、工夹具、支承架、炉底板及料盘）所需热量Q辅Q辅=P辅（c2t2-c1t1）（kJ/h）式中：P辅——每小时加热辅助构件的重量（kg/h）；t1、t2——辅助构件加热的初始和终了温度（℃）；c1、c2——辅助构件在t1和t2时比热容[kJ/(kg·℃)；（3）加热控制气体所需热量Q控Q=V控c控（t2-t1）（kJ/h）式中：V控——控制气体的用量（m3/h）；t1、t2——控制气体入炉前温度和工作温度（℃）；c控——控制气体在t1～t2温度范围内的平均比热容[kJ/(m3·℃)] (4)通过炉衬的散热损失Q散在炉处于稳定态传热时,通过双层炉衬的散热损失为式中:tg、ta——炉气和炉外空气温度（℃），对电阻炉可以认为tg 近似等于炉内壁温度或炉温；啊s1、s2——第一层和第二层炉衬的厚度（m）；λ1、λ2——第一层和第二层炉衬的导热率［W/(m2·℃)］ɑ∑２——炉体外壳对周围空气的综合传热系数［W/(m2·℃)］（见附表２）；F散——炉体的平均散热面积（m２）；３.６——时间系数。

热处理电阻炉设计一、设计任务设计一箱式电阻炉，计算和确定主要项目，并绘出草图。

基本技术条件：（1）用途：碳钢、低合金等的淬火、调质以及退火、正火；（2）工作：中小型零件，小批量多品种，最长0.8m；（3）最高工作温度为950℃；（4）炉外壁温度小于60℃.（5）生产率：105Kg/h。

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，确定炉体外形尺寸；（3）用热平衡法计算炉子功率；（4）选择和计算电热元件，确定其布置方法；（5）写出技术规范。

二、炉型选择根据设计任务给出的生产的特点，选用中温（650~1000℃）箱式热处理电阻炉，炉膛不通保护气氛，为空气介质。

三、确定炉膛尺寸1.理论确定炉膛尺寸（1）确定炉底总面积炉底总面积的确定方法有两种：实际排料法和加热能力指标法。

本设计用加热能力指标法来确定炉底面积。

已知炉子生产效率P=105Kg/h 。

按教材表5-1选择适用于淬火、正火的一般箱式炉，其单位炉底面积生产率P 0=100~120Kg/（m 2·h ）。

因此，炉子的炉底有效面积（即可以摆放工件的实际面积）F 1可按下式计算：2011105105m P P F ===通常炉底有效面积和炉底总面积之比值在0.75~0.85之间选择。

炉子小取值小值；炉子大取值大值。

本设计取中值0.8，则炉底总面积F 为：2125.18.018.0m F F ===（2）确定炉膛的长度和宽度炉底长度和宽度之比B L在3/2~2之间选择。

考虑到炉子使用时装、出料的方便，本设计取2=BL,则炉子炉底长度和宽度分别为：m F L 581.15.025.15.0===m L B 791.02581.12===（3）确定炉膛高度 炉膛高度和宽度之比BH在0.5~0.9之间选择，大炉子取小值，小炉子取大值。

本设计取中值0.7，则炉膛高度为：m B H 554.0791.07.07.0=⨯==2.确定实际炉膛尺寸为方便砌筑炉子，需要根据标准砖尺寸（230×113×65mm ），并考虑砌缝宽度（砌砖时两块砖之间的宽度2mm ），上下砖体应互相错开以及在炉底方面布置电热元件等要求，进一步确定炉膛尺寸。

电阻炉电量估算电阻炉是一种使用电能将电流转化为热能的设备。

在工业生产中，电阻炉被广泛应用于熔炼金属、加热原料等工艺过程中。

为了提高生产效率和节约能源，准确估算电阻炉的电量是非常重要的。

我们需要了解电阻炉的基本原理。

电阻炉通过电流通过其内部的电阻丝，将电能转化为热能。

电阻丝的电阻值决定了电阻炉的功率大小。

一般来说，电阻炉的功率等于电流的平方乘以电阻值。

为了估算电阻炉的电量，我们需要知道电阻炉的功率和使用时间。

电阻炉的功率可以通过设备的技术参数或者额定功率来获取。

使用时间可以通过记录工作时间来得到。

假设某电阻炉的额定功率为10千瓦，使用时间为2小时。

我们可以通过以下步骤估算电量：1. 将功率转换为千瓦时。

10千瓦乘以2小时等于20千瓦时。

2. 将千瓦时转换为千焦。

1千瓦时等于3600千焦，所以20千瓦时等于72000千焦。

3. 将千焦转换为千卡。

1千焦等于0.239千卡，所以72000千焦等于17208千卡。

通过以上计算，我们可以得出使用该电阻炉2小时所消耗的电量为20千瓦时、72000千焦或17208千卡。

当然，这只是一个简单的估算方法。

实际情况中，可能需要考虑更多的因素，如电阻丝的损耗、电压的波动等。

因此，在实际使用中，我们建议根据电阻炉的具体情况和工作要求，结合实际监测数据进行更准确的电量估算。

电阻炉的电量估算是一个重要的工作，它可以帮助我们合理安排生产计划、节约能源和控制成本。

通过了解电阻炉的基本原理和使用时间，我们可以通过简单的计算方法来估算电阻炉的电量，并根据实际情况进行相应的调整和优化。

普通电阻加热炉的设计讲解人：马卫东1.1目的普通电阻加热炉一般是在高温条件下进行工作的，如若要设计此类炉子必须首先要掌握高温的基本知识及其测量方法，本讲解内容主要针对我公司非热加工专业人员的一般机械设计工程师而编制的。

勿需讳言，公司新加盟的机械工程师大多属于“非内行”设计人员，“非内行”是指设计师不了解热加工工艺及工序。

这些设计师们往往设计的产品对使用方来说总是非常蹩脚，因此对于他们来说在设计普通电阻加热炉前，掌握基本的热加工工艺及其相关知识也是十分重要的。

目的如下：（1）掌握高温炉的结构、电热体、加热原理；（2）掌握热电偶的测温原理、测温方法、高温炉恒温带的测量；1.2普通电阻加热炉类型我们所讲的普通电阻加热炉属于工业炉，而非是锅炉，常见的锅炉不属于此类高温工业炉范畴，锅炉属于能源转化设备，例如：采暖锅炉是将煤转化为热能。

而工业炉是利用其它能源对工件或物料进行加热，以达到对工件或物料进行处理的目的。

例如：为改善机械零件性能的热处理炉，需要对特殊零件进行焊接的钎焊炉，对粉末冶金类零件进行烧结的烧结炉等等…..相关这些炉子一般称为工业炉。

根据工业炉所用能源供给形式通常分为两类：一是燃料加热炉，二是电阻加热炉。

获得高温的设备一般称高温炉，现在使用高温炉的能源大部分是电能。

由于当前全球环境不断恶化的要求，各国限制CO2的排放几乎成为共识，因此对于使用燃气的工业炉而言，其发展前景暗淡，所以一般高温炉在某种实际意义上就是指电阻加热炉。

根据加热方式的不同，电炉又分为电阻炉、电弧炉、电子束炉等等。

其中用得比较多的是电阻炉。

在电阻炉中又分为管式炉、坩埚炉、马弗炉等等。

电阻炉按传热方式又分为辐射式、对流式及传导式。

辐射式电阻炉是以辐射传热为主，对流较少。

对流式电阻炉是以对流传热为主，辐射为辅，这些炉型一般称作空气循环炉，此类炉型常用于650℃以下的低温。

当工件加热时加热介质不是空气而为其它介质时，如：加热介质是融化的盐、碱或流动粒子时，此种状态是以传导和对流两种方式对工件加热。

电阻炉设计计算举例一 设计任务为某厂设计一台热处理电阻炉，其技术条件如下：（1） 用途：中碳钢、低合金钢毛坯或零件的淬火、正火及调质处理，处理对象为中小型零件，无定型产品，处理批量为多品种，小批量；（2） 生产率：160kg/h ；（3） 工作温度：最高使用温度≤950℃；（4） 生产特点：周期式成批装料，长时间连续生产。

二 炉型的选择根据设计任务给出的生产特点，拟选用箱式热处理电阻炉，不通保护气氛。

三 确定炉体结构和尺寸1. 炉底面积的确定 因无定型产品，故不能用实际排料法确定炉底面积，只能用加热能力指标法。

一直生率P 为160kg/h ，按表1选择箱式炉用于正火和淬火时的单位面积生产率P 0为120kg/(m2.h)。

表1故可求得炉底有效面积210160 1.33m 120P F P === 由于有效面积与炉底总面积存在关系式10.75~0.85F F=,取系数上限，得炉底实际面积21 1.331.57m 0.850.85F F === 2. 炉底长度和宽度的确定由于热处理箱式电阻炉设计时应考虑装出料方便，取L/B=2，因此，可求得1.772L m ===B=L/2=1.772/2=0.886m根据标准砖尺寸，为便于砌砖，取L=1.741m ，B=0.869m ，如图5-8所示。

3. 炉膛高度的确定按统计资料，炉膛高度H 与宽度B 之比H/B 通常在0.5~0.9之间，根据炉子工作条件，取H/B=0.7左右，根据标准砖尺寸，选定炉膛高度H=0.640m 。

因此，确定炉膛尺寸如下长 L=（230+2）×7+（230×1/2+2）=1741mm 宽 B=（120+2）×4+（65+2）+（40+2）×2+）（113+2）×2=869mm 高 H=（65+2）×9+37=640mm为避免工件与炉内壁或电热元件搁砖相碰撞，应使工件与炉膛内壁之间有一定的空间，确定工作室有效尺寸为L效=1500mmB效=700mmH效=500mm.4. 炉衬材料及厚度的确定由于侧墙、前墙及后墙的工作条件相似，采用相同炉衬结构，即113mmQN-1.0轻质粘土砖+50mm密度为250kg/m3的普通硅酸铝纤维毡+113mmB级硅藻土砖。

第三章热处理电阻炉设计§3.1电阻炉的基本特点热处理电阻炉是以电为能源，通过炉内电热元件将电能转化为热能而加热工件的炉子。

按照电阻炉的结构特点可分为箱式电阻炉、井式电阻炉、台车式炉等。

这里我们主要介绍一般企业均有的箱式电阻炉和井式电子炉的类型和特点。

一、箱式电阻炉1.箱式电阻炉的分类和命名按工作温度不同，箱式电阻炉可分为高温箱式电阻炉（>1000℃）、中温箱式电阻炉（650-1000℃）和低温箱式电阻炉三类。

一般企业的箱式电阻炉通常均是中温箱式电阻炉。

因而这里仅介绍中温箱式电阻炉。

箱式电阻炉的型号和命名方式为：RX+设计序号— +功率（KW）—— +最高工作温度/100，如RX2——45——9中，R表示是电阻炉，X表示是箱式，2为设计序号，45表示箱式电阻炉的额定功率为45KW，9表示箱式电阻炉的最高工作温度为950℃2.中温箱式电阻炉的用途及结构中温箱式电阻炉在企业主要用于工件的退火、正火、淬火（一般主要用于调质处理的淬火）、回火和固体渗碳（目前固体渗碳已很少用，只在一些特殊情况下使用，如油嘴的渗碳）等。

中温箱式电阻炉炉体主要由炉壳、炉衬、加热元件等组成。

炉壳一般由角钢和钢板焊接而成。

炉衬：标准炉一般均是由耐火层和保温层两层结构。

耐火层一般用体积密度大于1.0g/cm3的轻质耐火粘土砖砌筑，保温层则用保温砖砌筑骨架，然后填充蛭石粉、膨胀珍珠岩粉等组成。

非标准炉当炉温较低时如750-800使用的炉子，也有采用轻质粘土砖+普通硅酸铝纤维毡组成。

加热元件：通常是铁铬铝或镍铬合金丝绕成的螺旋体，布置在炉膛两侧和炉底的搁砖上。

炉底通常覆盖耐热钢板，也有使用普通钢板的。

二、井式电阻炉：1.特点和分类特点：1）外形为圆型；2）一般置于地坑中；3）炉温通常分区控制；4）适用于细长工件热处理。

分类：按工作温度和工作性质分为高、中、低温井式电阻炉和井式气体渗碳炉、井式气体C-N共渗炉、井式气体N-C共渗炉、气体氮化炉等。

炭素制品生产炉窑石墨化电阻炉热平衡测定与计算方法Methods of determination and calculation ofheat balance in metallurgical furnaces forproduction of carbon products前言本标准由全国有色金属标准化技术委员会提出并归口。

本标准由中国铝业股份有限公司贵州分公司负责修订。

本标准主要修订人：。

本标准由全国有色金属标准化技术委员会负责解释。

目次1 适用范围┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅12 测定体系与时间┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅13 测定项目及方法┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅14 热平衡计算┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅25 热效率计算┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅66 热平衡计算结果汇总表┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅7石墨化电阻炉热平衡测定与计算方法1 适用范围本标准规定了石墨化电阻炉的热平衡测定与计算方法，通过测定与计算，考察电阻炉在正常运行条件下的用能状况和性能水平。

本杯准适用于各类直流石墨化电阻炉的热平衡测定与计算方法，对交流石墨化电阻炉也可参照执行。

2、测定体系与时间2.1 测定体系测定体系以整个石墨化电阻炉，包括供电部分的变压器和整流机组。

2.2 测定时间测定时间以石墨化电阻炉送电开始至石墨电阻炉停电终止的整个送电过程的时间为测定周期。

3 测定项目及方法3.1 供电设备测定3.1.1 利用控制台、仪表盘上表记及现场表记指示。

3.1.2 测定变压器一次侧电压、电流、有功电量、无功电量、功率因素；二次侧的电压、电流。

3.1.3 测定整流机组的电流、电压、计算出系统的电阻及直接功率。