电阻炉计算例题(2)

其中，qva由式子（5-8）得 qva = 1997B·H 2·H = 1997×0.869×0.32×0.32 = 314.1m3/h 2 冷空气密度ρa = 1.29kg/m3 ，由附表10得ca = 1.342kJ/(m3·℃)，

22近似认为t,g= ta+ (tg?ta) = 20 + (950-20) = 640℃ ta=20℃，t,g为溢气温度，

33 Q溢 = qvaρaca(t,g?ta)δt

⑸其他热损失

其他热损失约为上述热损失之和的10%~20%，故

Q它 = 0.13(Q件+Q散+Q辐+Q溢)

= 0.13×(95117+25020.4+8877.75+33713) = 23346.1kJ/h ⑹热量总支出

其中Q辅 = 0，Q控 = 0，由式(5-10)得

Q总 = Q件+Q辅+Q控+Q散+Q辐+Q溢+Q它

= 95117+25020.4+8877.75+33713+23346.1

=202931.2kJ/h ⑺炉子安装功率 由式（5-11） P安?KQ总 3600其中K为功率储备系数，本炉设计中K取1.4，则

1.4?202931.2 P安 = = 78.9kW

3600与标准炉子相比较，取炉子功率为75kW。 六．炉子热功率计算 1.正常工作时的功率 由式(5-12)

η = 2.在保温阶段，关闭炉门时的效率 ??七．炉子空载功率计算 P空?Q散?Q空3600?25020?.423346.1?13.4Wk

3600Q件Q总=

95117 = 47.2%

202931.295117??59.3%

Q总?（Q辐+Q溢）202931.2?（8877.7+33713）Q件八．空炉升温时间计算

由于所设计炉子的耐火层结构相似，而保温层储热较少，为简化计算，将炉子侧墙、前后墙及炉顶按相同数据计算，炉底由于砌砖方法不同，进行单独计

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算，因升温时炉底板也随炉温升温，也要计算在内。 1. 炉墙及炉顶蓄热

侧3V黏?2?[1.7?41?(12?0.067?0.13?5)0m.115]前·后V黏?2?[(0.8?69顶V黏?0.9?70.3760.3050?.1?15?2)0?.11?5)(1?2(1?60.0?670.2250?.135m)30.115](1.?74130?.276?)0.1m15侧V纤?2?[(1.7?410.0?670?.135m)30.05]0.174前·后 V纤?2?[(07.?80.115?2)?(16?0.067?0.135)?0.05]?0.133m3顶V纤?1.071?(1.741?0.276)?0.08?0.173m3侧V硅?2?[(12?0.067?0.135)?(1.741?0.115)?0.115]?0.401m3前·后V硅?2?[1.43?(16?0.067?0.135)?0.115]?0.397m3顶V珍?2.3?1.43?0.115?0.378m3

由式(5-9)

Q蓄?Vt?0t)?V粘?粘c粘(粘纤?纤

（t1+t2墙）/2=因为t黏?950?788.6?869.3℃ 2纤c纤t(?0t?)V?硅硅硅硅ct(?0

t)查附表3得

c黏?0.84?0.26?10?3t黏?0.84?0.26?10?3?869.3?1.066kj/（kg?℃）t纤?（t2墙+t3墙）/2=788.6?497.8?643.2℃

2查附表3得

c纤?0.81?0.28?10?3t纤?0.81?0.28?10?3?643.2?0.99kj/（kg?℃）t硅?（t3墙+t4墙）/2=497.8?649?281.3℃ 2查附表3得

c硅?0.84?0.25?10?3t硅?0.84?0.25?10?3?281.3?0.91kj/（kg?℃）所以得

侧前.后顶Q蓄1?（V黏+V黏+V黏）?黏c黏（t黏-t0）侧前.后顶 +（V纤+V纤+V纤）?纤c纤（t纤-t0）侧前.后顶 +（V硅+V硅+V硅）?硅c硅（t硅-t0） ?（0.376+0.305+0.225）?1.0?103?1.066?（869.3?20） +（0.174+0.133+0.173）?0.25?103?0.99?（643.2-20） +（0.401+0.397+0.378）?0.5?103?0.91?（293.3-20） ?1032238kj 2.炉底蓄热计算

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底V黏??4?（0.02?0.12+0.113?0.065）+(0.04?2+0.065)?0.113+(0.113?0.120)?2??1.74?(1.43?0.115?2)?(2.3?0.115)?0.065?0.314m3底V纤?2.3?1.43?0.05?1.164m3 底V硅?2.3?1.43?0.182?0.600m3

底由于t黏?（t1+t2底）/2=（950+782.2）/2=866.1℃

查附表3得

底底 c黏?0.84?0.26?10?3t黏?0.84?0.26?10?3?675?0.999kj/（kg?℃）t底（t3底+t4底）/2=（568.5+53.7）/2=311℃ 硅?查附表3得

?3底?3 c底=?0.84?0.25?10t?0.84?0.25?10?311?0.918kj/（kg?℃）硅硅所以得

底Q蓄?0.314?1.0?10?3?1.065?（866.1-20）+0.164?0.25?10?3?0.990（?675-20）+0.6?0.5?10?0.918?（311-20）=389880kj3

3.炉底板蓄热

根据附表6差得950℃和20℃时高合金钢的比热容分别为c板2=0.670kj/（kg.℃） 和c板1=0.473kj/（kg.℃）。经计算炉底板质量G=242kg，所以有

板Q蓄?G（c板2t1-c板1t0）=242?（636.5-9.46）=151743.6kj 底板Q蓄?Q蓄1?Q蓄?Q蓄?1032238?389880?151743.6?1573861.6kj

由式（5-13）得空炉升温时间

?升?Q蓄3600P安?1578861.6?5.8h

3600?75对于一般周期作业炉，其空炉升温时间在3~8小时内均可，故本炉子设计符合要求。因计算蓄热时是按稳定态计算的，误差大，时间偏长，实际空炉升温时间在4小时内。

九、功率的分配与接线

75KW国内铝均匀分布在炉膛两侧及炉底，组成Y、△或YY、△△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，内壁表面负荷应在15~35KW/m2之间，常用为20~25 KW/m2之间。

F电=2F电侧+F电底=2×1.741×0.64+1.741×0.869=3.74m2

75W=P安/F电2??20.05KW/m2

3.74表面负荷在常用的范围20~25KW/m2之内，故符合设计要求。

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十、电热元件材料选择及计算

由最高使用温度950℃，选用线性0Cr25Al5合金作电热元件，接线方式采用YY。 1.图表法

由附表15查得0Cr25Al5电热元件75KW箱式炉YY接线，直径d=5mm时，其表面负荷为1.58W/cm2。每组元件长度L组=50.5m，总长度L总=303.0m，元件总质量G总=42.3kg。

2.理论计算法

（1）求950℃时，电热元件温度取1100℃，由附表12差得0Cr25Al5在20℃时电阻率

ρ20=1.40Ω.mm2/m，电阻温度系数α=4×10-5℃-1，则1110℃下的电热元件电阻率为

?t??20（1+?t）=1.40?（1+4?10?5?1100）=1.46??mm2/m

（2）确定电热元件表面功率

由图5-3，根据本炉子电热元件工作条件取W允=1.6W/cm2。 3）每组电热元件功率

7575??12.5KW 由于采用YY接法，即三项双星形接法，每组元件功率P组?n3?2（4）每组电热元件端电压

由于采用YY接法，车间动力电网端电压为380V，故每组电热元件端电压即为每项电压

U组?380?220V 3（5） 电热元件直径

线状电热元件直径由式（5-24）得

22d?34.33P组?t（/U组?W允）?34.3312.52?1.46（2202?1.6）?4.9mm

取d=5mm

（6）每组电热元件长度和重量 每组电热元件长度由式（5-25）得

222U组?d2?3220?5L组?0.785?10?0.785?10?52.07m P12.5?1.46组?t?3每组电热元件质量由式（5-26）得

?G组?d2L组?M

4式中，?M由附表12查得?M=7.1g/cm3

所以得

?3.142G组?d2L组?M??5?52.07?7.1?10?5?7.26kg

4468

（7）电热元件的总长度和总质量 电热元件总长度由式（5-27）得 L总=6L组=6×52.07=312.44m 电热元件总质量由式（5-28）得 G总=6G组=6×7.26=43.56kg （8）校核电热元件表面负荷

P12.5?103组W实???1.53W/cm2

?dL组3.14?0.05?520.7W实＜W允 ，结果满足设计要求。

（9）电热元件在炉膛内的布置。

将6组电热元件每组分为4折，布置在两侧炉墙及炉底上，则有

L折?L组52.07??13.02m 44布置电热元件的炉壁长度 L′=L-50=1741-50=1691mm

丝状电热元件绕成螺旋状，当元件温度高于1000℃，由表5-5可知，螺旋节径D=（4~6）d，取D=6d=6×5=30mm 螺旋体圈数N和螺距h分别为

N=L折?D?13.02?103?138圈

3.14?30h= L′/N=1691/138=12.3mm h/d=12.3/5=2.46

按规定，h/d在2~4范围内满足设计要求。

根据计算，选用YY方式连线，采用d=5mm所用电热元件重量最小，成本最低。 电热元件节距h在安装时适当调整，炉口部分增大功率。 电热元件引出棒材料选用1Cr18Ni9Ti，φ=12mm，l=500mm。 电热元件图（略）。

二、供电电压和接线方法 电阻炉的供电电压，除少数因电热元件的电阻温度系数大或要求采用低压供电的大截面电阻板外，一般均采用车间电网电压，即220V或380V。

电热元件的接线，应根据炉子功率大小等因素考虑决定。当炉子功率小于25KW时，采用220V或380V单相接法。炉子功率为25~75KW，采用三相380V星形接法买个别也可用三相380V三角接法。当炉子功率大于75KW时，可将电热元件分为两组或两组以上的380V星形接法或三角形接法。每组功率以30~75KW为宜，即每相功率在10~25KW之间。这样，可使每一电热元件的功率不致过大，便于布置安装，而且电热元件的尺寸也较合适。

电阻炉的功率，由于工艺要求不同，各阶段相差甚大，如台车炉、井式炉、井

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