课程名称： 材料工程课程设计
设计题目： 箱式电阻炉设计
姓 名： 韩传普
学 号： 0943014012
班 级： 09301011
专 业：
学 院：
指导老师： 黄永前
2012 年 5 月 20


电炉设计说明书 四川学电阻炉设计说明书
I


前言
窑炉机非金属材料工业生产中必少组成部分科研院高校进行
机材料相关研究实验重元素着钢铁色金属建材玻璃轻工石化陶
瓷电力工业等快速发展窑炉提出越越高求
电阻炉利电流炉电热元件加热介质发热工件物料加热种电
炉炉膛温度进行测量指示动控制电阻炉火焰炉相具结构简单便
控制加热质量环保等优点更广泛应电阻炉机械工业中金属
锻压前加热金属热处理加热钎焊粉末冶金烧结玻璃陶瓷焙烧退火低熔点金属
熔化砂型油漆膜层干燥等电阻炉电热源通电热元件电转化热
炉金属进行加热电阻炉火焰热效率高达 50－80热工制度容易控制
劳动条件炉体寿命长适求较严工件加热耗电费高电阻炉功率
根电阻炉热衡原确定通热衡计算较精确算出电阻炉功率
电炉需功率应包括炉子蓄热工件加热需热量工件保温需热量气氛裂解
需热量热损失等中炉子蓄热电炉规格构造尺寸炉衬厚度材料导
热系数决定般说炉子越炉子蓄热越反然工件加热需热量工件
保温需热量炉子产量工件性质规格尺寸工作温度时间决定炉子产
量越功率越反然气氛裂解需热量气氛性质决定热损失热量
包括进料口部位落料口部位散热部位辐射损失等炉子功率计算利热
衡原确理计算法验计算法理计算法参数产量温度升温时间
验计算法常三种：根炉膛容积工作温度计算功率根炉膛表面积工作温度
计算功率根相品种炉子产量类推算功率般计算功率种方法
种二种方法验算进行修正功率确定根电阻炉分区情况进行功率
分配选定加热元件形式选材料计算参数包括冷态电阻电源电压线径
长度具体选材料考虑材料抗氧化性抗高温性抗渗碳性加工艺性表面负荷等
带状加热元件承受表面负荷丝状加热元件点高增加 50
电阻炉作业否连续分周期式作业炉连续式作业炉周期式作业炉分：箱式
炉密封箱式炉井式炉钟罩炉台车炉倾倒式滚筒炉连续式作业炉分：窑车
式炉推杆式炉辊底炉振底炉转底炉步进式炉牵引式炉连续式滚筒炉传送
带式炉等次设计务设计满足三点求箱式电阻炉：①额定温度
1300℃ ②升温速度 20℃min ③炉膛尺寸超 500×300×300
根三学期学硅酸盐工业热工基础学期学设计概
图书馆查阅书籍网查询资料确定电热体耐火材料隔热材料
选择传热功率计算确定电阻炉尺寸次设计然耗费少时间
通次设计务回忆学知识学实际生产联系起浩繁
资料中筛选需知识提高身学方面力 四川学电阻炉设计说明书
II

目 录
设计务 1
二 设计说明 1
21 电炉电热材料初步选择 1
22 炉膛材料选择 2
221 耐火材料选择 2
222 隔热保温材料选择 5
223 炉底板电阻炉外壳选择 5
23 电炉尺寸结构确定 5
231 炉膛尺寸确定 6
232 炉顶结构选择 6
233 炉衬厚度设计 6
234 外层金属材料尺寸 7
24 电炉功率计算 7
241 炉料材料性参数 7
242 炉衬质量确定 7
243 炉衬材料导温系数确定 8
244 炉衬材料分层 8
245 层温度计算 9
246 功率计算 9
25 材料重新选择电炉设计 12
251电炉炉衬材料选择 12
252 炉衬厚度确定 12
253 炉衬质量确定 13
254 材料分层功率计算 13
26 硅碳棒计算排列 15
261 硅碳棒数目确定 15
262 硅碳棒表面负荷密度计算 16
263 硅碳棒排列连接 16
264 硅碳棒间工件炉壁间距离检验 17
27 变压器选 18
28 电阻炉三视图 18
参考文献 18 四川学电阻炉设计说明书
1

设计务
设计箱式电阻炉求三点：
1 额定温度 1300℃
2 升温速度 20℃min
3 炉膛尺寸超 500×300×300
二 设计说明
21 电炉电热材料初步选择[1]
通电流发热导体称电热体理想条件：（1）具较高电阻较电阻
温度系数（2）熔点高（3）高温具化学稳定性（4）足够高温机械强度（5）加工性
便制造（6）材料质量均匀电阻值稳定（7）热膨胀系数（8）价格低廉国货源充足
电热元件金属元件非金属电热元件金属电热元件包括：铁铬铝Cr27Al7Mo2镍铬丝纯
金属（高熔点金属 MoW钽）非金属电热元件：硅碳棒硅钼棒碳系电热元件（石墨石
墨棒石墨布）电热辐射
次设计电阻炉额定温度 1300℃老师告诉电热元件温度炉温度高
少 50－100℃选电热元件温度少 1350℃满足求 Cr27Al7Mo2（
高 1400℃）钼丝（常温度 1600℃）钨（常温度 2200—2400℃）钽（常温度 2000－2100℃）
硅碳棒（空气中温度 600－1500℃）硅钼棒（耐高温 1200－1600℃）石墨（常 1400－
2500℃）
找资料中出：
铁铬铝合金 Cr27Al7Mo2 高温度 1400℃抗氧化性电阻率高重轻热膨胀系数
高温强度低变脆加工性稍差铁素体组织磁性价格较低廉作次选
择备选材料
钼丝高温状态强度高脆性加工性差高温耐火材料起反应钼
结晶温度 1007℃超温度强度会变低脆性增加蒸气压空气中次
设计箱式电阻炉空气气氛钼丝满足求理钨钽满足次设计
求
硅碳棒空气中温度高温度 1500℃硬度高脆性耐急冷急热高温变形
具良化学稳定性酸作碱碱土金属氧化物定温度侵蚀作价格四川学电阻炉设计说明书
2

低廉元件间电阻值致性差老化现象综合考虑硅碳棒作次设计考虑电热元件
硅钼棒空气中耐 1600℃高温耐热击性老化现象电阻温度系数较须
配调压装置开始加热阶段须降低电压防止电流室温硬脆综合考虑硅钼棒作
考虑电热元件
石墨耐 3000℃高温加工性价格低电阻率高加热器总电阻率低精
确须配低电压电流变压器须真空保护气氛中石墨节气容易污染炉膛工件
条例次设计求
综合考虑铁铬铝合金硅钼棒硅碳棒铁铬
铝合金高温度实际温度太接硅钼
棒高温度实际温度高出
价格相贵济寿命方面
选择硅碳棒作次设计电阻炉电热元
件图 1种硅碳棒示意图
22 炉膛材料选择[1～3]
箱式电阻炉炉膛材料外层金属炉底板炉壳耐火材料隔热材料
221 耐火材料选择
耐火材料途：作结构材料功材料高温部件修补材料保温材料电阻炉
中耐火材料作电阻炉炉衬者隔热保温材料次电阻炉设计耐火材料作结构材料
作电阻炉炉衬耐火分类方法化学矿物组成耐火材料分氧化硅质
耐火材料硅酸铝质耐火材料刚玉质耐火材料镁质耐火材料白云石质耐火材料橄榄石质耐火
材料尖晶石质耐火材料含碳质耐火材料等
氧化硅质耐火材料品种种硅砖石英玻璃制品般硅砖真密度 238gcm3优
质硅砖 233～234 gcm3硅石 265 gcm3硅砖耐火度 1690～1730℃荷重软化点温度
1620～1670℃耐火度接普通硅砖常温加热 1450℃体积膨胀率 15～22抗热震性
较硅砖酸性耐火材料酸性弱酸性炉渣含腐蚀性炉气侵蚀强抵抗力考
虑作电阻炉炉衬材料
硅酸铝质耐火材料 Al2O3 SiO2 基化学组成耐火材料根制品中 Al2O3 SiO2 含量
硅酸铝质耐火材料划分三类：（1）半硅质耐火材料Al2O3 含量 15～30（ 2）粘土质耐火材料
Al2O3 含量 30～46（ 3）高铝质耐火材料Al2O3 含量 46硅酸铝耐火材料原料广生产
程简单成低价格便宜高温适应性强粘土砖理化指标表 1表中出粘土
砖耐火度高荷重软化点温度般 1300～1450℃间刚刚够满足电阻炉温度求暂
图 1硅碳棒示意图 四川学电阻炉设计说明书
3

纳入耐火材料考虑范围半硅质耐火材料制品半硅砖蜡石砖半硅砖耐火度达
1650～1710℃荷重软化点温度 1350～1450℃考虑半硅砖作电阻炉炉衬材料
高铝质耐火材料 Al2O3 含量 48耐火度般 1770～2000℃荷重软化开始变形温度
1400℃高铝砖矿物组成莫石刚玉玻璃相允许温度 1500～1600℃满足
次设计温度求初步考虑作炉衬材料
硅线石族耐火材料：硅线石红柱石原料生产耐火制品特点制品
程中具持续抗蠕变性表 2种硅线石砖红柱石砖典型指标表 2中出硅
线石红柱石耐火度 1600℃作电阻炉炉衬
表 1 粘土砖理化指标
制品
名称
牌号
（Al2O3）

（Fe2O3）

耐火度℃
低
显气孔率

常温常压强度MPa

粘土
砖
ZGN42 42 16 1750 15 588
GN42 42 17 1750 16 490
RN42 42 1750 24 294
RN40 40 1730 24 245
RN36 36 1690 26 196
N1 1750 22 294
制品
名称
牌号 荷重软化温度℃低 热导率W·（ m·K）1 重烧线变化
1450℃2h
粘土
砖
ZGN42 1450 301+21×103t
0
02(3h)
GN42 1430 301+21×103t
0
03（3h）
RN42 1400 301+21×103t
0
04
RN40 1350 301+21×103t
0
03（1350℃）
RN36 1300 301+21×103t
0
05（1350℃）
N1 1400 301+21×103t
+01
04(1400℃)
莫石耐火制品分莫石莫石－刚玉刚玉－莫石三类烧结莫石砖允许温度
1600～1700℃荷重软化点温度 1650℃高温蠕变速率低满足电阻炉设计温度
求熔铸莫石砖高铝矾土工业氧化铝粘土硅石进行配料电弧炉熔融浇注
成型退火制成矿物成分莫石熔铸莫石砖允许温度 1600℃荷重软化点温四川学电阻炉设计说明书
4

度 1700℃ 20～1000℃温度区间热膨胀率 06～064样满足电阻炉设计温度求
刚玉质耐火材料指 Al2O3 成分晶相α－Al2O3（刚玉）耐火材料具耐
高温硬度强度高抗氧化耐腐蚀电绝缘气密性等优良性广泛应
电阻炉应烧结刚玉砖烧结刚玉砖允许温度 1650～1800℃考虑作
电阻炉炉衬材料
目前镁质耐火材料品种：普通镁砖直接结合镁砖镁钙砖镁硅砖镁铝砖镁铬
砖普通镁砖种生产广泛镁质制品荷重软化点温度 1500℃满足电阻炉温
度求作电阻炉炉衬材料备选材料镁硅砖镁铝砖镁铬砖然满足温度
求性普通镁砖价格相贵备选列
白云石质耐火材料白云石原料 CaO MgO 成分碱性耐火材料煅烧白云
石砖允许温度 1700℃温度远远超额定温度考虑列
表 2种硅线石砖红柱石砖典型指标
项目
硅线石砖 红柱石砖
A B A B
化学组成 w
Al2O3 6550 5928 5784 5160
Fe2O3 148 130 189 183
显气孔率 17 15 13 17
体积密度g·cm3 252 260 256 246
常温耐压强度MPa 101 114 88 88
荷重软化点温度℃ 1700 1670 1670 1595
耐火度℃ 1790 1790 1790 1790
镁橄榄石耐火材料镁橄榄石晶相耐火材料镁橄榄石砖允许温度 1600～
1700℃具定抗热震性 Fe2O3 侵蚀较强抵抗性定抗碱性渣力满足电阻炉设
计温度求
种轻质耐火材料中轻质硅砖体积密度 09～110gcm3耐压强度较低导热性较低耐热震
性提高高温度 1500℃轻质粘土砖体积密度 075～120gcm3高温度
1200～1400℃轻质高铝砖气孔率 66～76体积密度 04～135gcm3重烧线变化耐热震
性较长期 1250～1350℃高温度 1350～1650℃
硅藻土制品膨胀蛭石石棉珍珠岩制品水渣矿渣棉漂珠满足电阻炉温度求
述述材料中满足电阻炉设计温度求材料：硅砖粘土砖半硅砖高铝砖硅线
石红柱石熔铸莫石砖烧结刚玉砖普通镁砖镁橄榄石砖轻质高铝砖轻质硅砖轻质粘
土砖种材料中粘土砖允许温度电热材料温度接保证安全性密
度较硅砖半硅砖普通镁砖温度超电炉额定温度济太合理造成
浪费硅线石红柱石熔铸莫石砖烧结刚玉砖镁橄榄石砖密度轻质粘土砖四川学电阻炉设计说明书
5

轻质硅砖轻质高铝砖密度较导热系数较轻质高铝砖相价格贵轻质粘
土砖温度刚刚满足太合适选择轻质硅砖作电阻炉炉衬耐火材料
222 隔热保温材料选择
减少蓄热热损耗炉体采隔热材料国外专家计算测试采轻质隔热耐火材料
砌筑窑炉砌筑材料节约 110～19热容降低 110～111块轻质隔热砖代三块半标准砖
砌筑窑墙热耗降 110外采轻质耐火材料窑炉烘窑冷时间减少 15基建投资
降 15～110降低燃耗降低整炉体质量次设计电阻炉轻质耐火材料
中选取种作隔热材料隔热材料根温度隔热材料分高温中温低温三种隔热材料
根求次隔热材料耐火度荷重软化点温度 1350～1400℃应高温隔热材料中选
取种
耐火材料选择中已种轻质耐火材料作较终选择轻质硅砖作耐火材料
考虑轻质硅砖作隔热保温材料
耐火纤维纤维状耐火材料种新型高效绝热材料具般纤维特性具普
通纤维没耐高温耐腐蚀性部分耐火纤维抗氧化克服般耐火纤维脆性
性耐高温（高温度达 1250～2500℃）低热导率体积密度化学稳定性耐热
震性热容量低等耐火纤维制品棉纤维毡湿纤维毡纤维带纤维分类
温度中出满足额定温度相差太耐火纤维制品：二氧化锆纤维碳化硼
质纤维硼纤维二氧化锆纤维高允许温度 1600℃碳化硼质纤维高允许温度
1500℃硼纤维高允许温度 1500℃耐火纤维具特点：耐高温导热力低体
积密度化学稳定性抗热震性热容量低柔软易加工然轻质硅砖没优异性
济划算轻质粘土砖密度轻质硅砖保温效果轻质硅砖耐火
材料引起温度降落轻质粘土砖已够满足温度求选择轻质粘土砖作隔热保温材料
223 炉底板电阻炉外壳选择
电阻炉炉底板外壳金属材料般部分耐热钢制成合理设置炉膛
材料外壳温度降低普通碳钢胜限度节约成考虑普通碳钢作
电阻炉金属壳层材料
23 电炉尺寸结构确定[14]
四川学电阻炉设计说明书
6

231 炉膛尺寸确定
次设计电阻炉间歇作业式炉炉膛底面积炉子次装料量计算炉膛底面积初步定
炉膛效尺寸初步定 400×250×200
232 炉顶结构选择
常炉顶结构炉顶拱形顶两种拱形顶强度较高适跨度 500mm炉顶负荷较
电阻炉次设计炉膛效跨度远 500mm宜炉顶炉顶厚度炉墙厚度体
相数值确定炉衬设计中介绍
233 炉衬厚度设计
炉衬太薄炉壳外表面温度必然太高仅热损耗劳动条件恶劣炉衬太厚
仅增加电炉体积重量时造价高合理选择炉衬厚度
次设计选择耐火材料轻质硅砖隔热材料轻质粘土砖炉膛温度达稳定时炉
膛温度 1300℃假定耐火层隔热层间温度 1100℃电阻炉金属外层温度 180℃空
气温度常温 20℃计已知 t11300℃(炉膛层耐火材料温度)t2＝1100℃（耐火层隔
热层间温度）t3120℃(电阻炉金属外壳温度)t420℃（空气温度）耐火层厚度δ1 隔热
层厚度δ2 未知碳钢导热系数较高暂考虑温度外壳落降相隔热保温层直接
空气接触
稳定态传热公式

)()()(
430
2
322
1
211 tttttt  





式①中λ1058+043×103（t1+t2）2……………………………………………………②
λ2＝0092+016×103（t2+t3）2…………………………………………………③
α0256(t3t4)14+
43
4443 ])100()100[(454
tt
TT


…………………………………………④
式②③④代入式①中计算：δ1＝1421mmδ2＝1204mm
取整数耐火层厚度 145mm隔热保温层厚度 125mm炉衬厚度 270mm
炉顶厚度取 270mm
① 四川学电阻炉设计说明书
7

234 外层金属材料尺寸
金属壳层选普通钢板厚度取 3mm
24 电炉功率计算[1]
空载时电炉功率炉衬材料蓄热关普通钢板蓄热忽略钢
板蓄热需考虑耐火材料隔热保温材料蓄热
241 炉料材料性参数
表 3 炉衬材料性参数
表 3 炉衬材料性参数
材料
密度ρ
（kg m3）
允许温度
（℃）
均热容 cp
[kJ(kg℃)]
导热系数λ
[kJ(kg·℃)]
轻质硅砖 1200 1500 022+093×103t 058+043×103t
轻质粘土砖 400 1150 084+026×10－3t 0092+016×103t
242 炉衬质量确定
表 4 炉衬结构
层数 里层 中间层 外层
材料
轻质硅砖
（密度 120gcm3）
轻质粘土砖
(04gcm3)
普通钢板
厚度（mm） 145 125 3
电炉效尺寸基础炉体宽度方预留 100mm 位置做电热体安装电炉层
终尺寸表 5
表 5 炉衬层尺寸
长（mm） 宽（mm） 高（mm）
效尺寸 400 250 200
电热体占位 0 200 0
层尺寸 400 450 200 四川学电阻炉设计说明书
8

界面层尺寸 690 740 490
外层尺寸 940 990 740
钢板 6 6 6
电炉尺寸 946 996 746
轻质硅砖 V＝0214194m3 M＝2570328kg
轻质粘土砖 V043845m3 M17538kg
243 炉衬材料导温系数确定
假设电炉工作工作 45 时段时间耐火层材料均温度 550℃隔热层材料均温度
80℃两种材料热容热导率分分：
轻质硅砖： ]([7315055010930220 31 ℃）  kgkJCp
]([816505500004305801 ℃） mW
轻质粘土砖： 98300800002608402 pC]([ ℃）kgkJ
104808000016009202  ]([ ℃）mW
已知：1W＝36kJh
导温系数 ）（ hmCp
0033490120073150
6381650 2
11
1
1 
 

)(0009595040098300
6310480 2
22p
2
2 hmC 
 
 ＝
244 炉衬材料分层
轻质硅砖分 4 层层厚度
)(0362504
1450
1 mX 
)(1962000334902
036250036250
2
)(
1
21 hX 
 

轻质粘土砖层厚度：
)(0194001
1
2
2 mXX  
 轻质粘土砖层数＝01250019406 层 四川学电阻炉设计说明书
9

245 层温度计算
求知升温速度＝20℃min(1200℃h)
第△Г表面层温度20+01962×120025544（℃）
1△X＝（20+25544）2＝13772（℃）
数见表 6
246 功率计算
升温程中层材料均温度
轻质硅砖时间 0△Г均温度 Tav＝[05×（20+20）+20+20+20]4＝20（℃）
1△ГTav＝[05×（25544+20）+20+20+20]4＝4943（℃）
轻质粘土砖时间 0△ГTav＝[05×（20+20）+20+20+20+20+20]6＝20（℃）
剩余均温度见表 7
功率计算：W＝（Cp2Tav2 Cp1Tav1）×m△Г例轻质硅砖
W1
)(04773
63196200328257]20)2010930220(4349)434910930220[( 33
kW
 

计算见表 7

表 6 炉衬中层温度分布
时间 轻质硅砖（℃）
空气（℃）
△Г数
时
(h)
0△X0 1△X1 2△X1 3△X1 4△X1
0
1
2
3
4
5
6
0
01962
03924
05886
07848
09810
11772
20
25544
49088
72632
96176
11972
1300
20
20
13772
25544
40259
54974
711605
20
20
20
7886
13772
22601
3143
20
20
20
20
4943
7886
1303625
20
20
20
20
20
34715
4943
20
20
20
20
20
20
20 四川学电阻炉设计说明书
10

7
8
9
10
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12
13
14
15
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17
18
19
20
21
22
23
13734
15696
17658
09620
21582
23544
25506
27468
29430
31392
33354
35316
37278
39240
41202
43164
45126
1300
1300
1300
1300
1300
1300
1300
1300
1300
1300
1300
1300
1300
1300
1300
1300
1300
80715
8604919
8972538
9276034
9496631
9701262
9854080
1000468
1011901
1023608
1032590
1042034
1049342
1057176
1063274
1069912
1075102
4209838
4945075
5552069
5993263
6402523
6708159
7009357
7238017
7472106
7651792
7840688
7986838
8143526
8265483
8398234
8502043
8616407
181865
2499219
3013988
3529013
3919688
4317452
4621955
4939534
5184576
5445322
5647779
5866708
6037548
6224705
6371343
6533698
6661321
7886
10829
1505956
1846113
2232381
2535750
2869712
3131136
3418538
3643765
3892728
4088258
4305885
4477204
4669161
4820600
4991296
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时间 轻质粘土砖(℃)
空气（℃）
△Г数
时
(h)
1△X2 2△X2 3△X2 4△X2 5△X2 6△X2
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0
01962
03924
05886
07848
09810
11772
13734
15696
20
20
20
20
20
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273575
34725
512694
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236788
273575
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17658
09620
21582
23544
25506
27468
29430
31392
33354
35316
37278
39240
41202
43164
45126
678238
93575
1151813
1421971
1640316
1897542
2102954
2340133
2528737
2745062
2916859
3113618
3269857
3448895
3591108
365544
457513
611560
744883
925372
1074773
1261728
1413710
1597396
1745461
1921351
2062511
2228629
2361616
2517250
236788
287370
337953
428772
509229
625914
724465
854659
962183
1097640
1208162
1343640
1453375
1585605
1692201
209197
218394
245984
273575
326457
374158
447589
510658
597885
670863
765930
844239
942580
1022787
1121137
20
204598
209197
224142
239087
269264
296851
341105
379542
434220
480317
541520
592199
656670
709443
20
20
202299
204598
212071
219543
234632
248425
270555
289771
317110
340158
370760
396099
428335
20
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20
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20
20
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20
20
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20
表 7耐火层保温层均温度功率总功率
△Г数 时间（h）
轻质硅砖均
温度（℃）
轻质硅砖功率
（kW）
轻质粘土砖层
均均温（℃）
轻质粘土砖层
功率（kw）
总功率（kW
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
0
01962
03924
05886
07848
0981
11772
13734
15696
17658
1962
21582
23544
25506
27468
2943
31392
20
4943
10829
181865
270155
3676419
4577456
5248572
5772666
6197893
6555341
6858758
7123687
7355062
7561949
774624
7913763
0
3047658
7854057
1311521
2057479
2884725
3238289
2769037
2374415
2063116
1828948
1620347
1465767
1318985
1210079
1102307
1021957
20
20
20
20
20
2122625
2367875
2797063
3410188
4237906
5211135
6289745
7439195
8635586
9861649
1110029
1234394
0
0
0
0
0
003002
0060399
0106849
015518
0214231
0258856
0295677
0325271
0349704
0370177
0386102
039993
0
3047658
7854057
1311521
2057479
2887727
3244329
2779722
2389933
2084539
1854834
1649915
1498294
1353955
1247097
1140918
106195 四川学电阻炉设计说明书
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33354
35316
37278
3924
41202
43164
45126

8065182
8204505
8331859
8450138
8559225
8661289
87561

9400634
8786751
8146851
766468
7152904
6765382
6347707

1357897
1480377
1600686
1719035
1834433
194732
2056826

0409319
0417894
0422096
0426438
0426525
0427479
042435

9809954
9204645
8568947
8091118
7579429
7192862
6772057

均温度 5913063 857429
根表 7均温度知整程中轻质硅砖均温度 5913063℃轻质粘土砖均
温度哦 857429℃（5913063550）5913063＝698（ 85742980）857429＝670
轻质硅砖轻质粘土砖假设温度计算温度误差分 698670误差点偏高
表 7中出理功率 3244329kW考虑炉子安全需安全系数取 K
＝15实际功率 W 实际＝15×3244329＝4866（kW）
功率设计失败需重新考虑选择新材料重新设计
25 材料重新选择电炉设计[13]
251电炉炉衬材料选择
隔热材料作减少窑炉墙壁积热散热节约燃料考虑步中选择双层材料计算
功率初步采取单层保温措施
硅酸铝纤维板采湿法真空成型工艺加工成该类产品强度高纤维毯真空成型毡适
产品钢性强度求高温领域
硅酸铝纤维陶瓷纤维种新型轻质耐火材料该材料具容重轻耐高温热稳定性热传
导率低热容抗机械振动受热膨胀隔热性等优点特殊加工制成硅酸铝纤维
板硅酸铝纤维毡硅酸铝纤维绳硅酸铝纤维毯等产品新型密封材料具耐高温导热系数低容
重轻寿命长抗拉强度弹性毒等特点取代石棉新型材料广泛冶金电
力机械化工热设备保温
次设计采硅酸铝纤维板作电炉炉衬材料硅酸铝纤维性参数：
密度：220kgm3 允许温度 1400℃
均热容 075kJ(kg·℃) 导热系数 008+01×103t W(m·℃)
252 炉衬厚度确定
采层材料炉表面温度 t11300℃假设炉衬外层温度 t2120℃环境温度常
温 t320℃ 需求炉壁厚度δ
列公式： )32
21 ()( tttt  
 四川学电阻炉设计说明书
13

式中已知λ＝008+01×103(t1+t2)2 α256(t2t3)14+
32
4342 ])100()100[(454
tt
TT



代入数解 δ1155mm取 116mm
253 炉衬质量确定
采硅酸铝纤维板层尺寸选定表 8 电炉效尺寸基础炉宽度方预留
100mm 安装硅碳棒
表 8 电炉尺寸确定
长（mm） 宽（mm） 高（mm）
效尺寸 400 250 200
硅碳棒 0 200 0
层尺寸 400 450 200
炉衬外层尺寸 632 682 432
外层 638 688 438
炉衬体积 V 0632×0682×043204×045×02＝01502（m3）
炉衬质量 220×01502＝33044（kg）
254 材料分层功率计算
假设电炉初 2 时炉衬材料均温度 380℃硅酸铝纤维板热导率
λ0＝008+00001×380＝0118（W·m1·℃1）已知 1W＝36kJh
导温系数 )(0025750750220
631180 20
0 hmCp

 

硅酸铝纤维板分 8 层层厚度
)(014508
1160 mm
电炉记录升温时间间隔
)(04082000257502
0145001450
2
)(
0
2
h
 
电炉升温速率 20℃min(1200℃h)
1△Г0△X 温度 t1＝20+1200×004082＝68984（℃）
2△Г0△X 温度 t2＝20+1200×004082×2＝117968（℃）
1△X 温度 t(68984+20)2＝44492（℃）
均温度 tav1[05×(68984+20)+20+20+20+20+20+20+20]8230615(℃)
功率 W1m×Cp×△t△Г33044×075×30615÷004082÷360005163(kW)
剩数表 9
四川学电阻炉设计说明书
14


表 9 电炉升温程中温度变化功率计算
△Γ
数目 时间（h) 0△X 1△X 2△X 3△X 4△X 5△X 6△X
0 0 20 20 20 20 20 20 20
1 004082 68984 20 20 20 20 20 20
2 008164 117968 44492 20 20 20 20 20
3 012246 166952 68984 32246 20 20 20 20
4 016328 215936 99599 44492 26123 20 20 20
5 02041 26492 130214 62861 32246 230615 20 20
6 024492 313904 1638905 8123 4296125 26123 2153075 20
7 028574 362888 197567 1034259 536765 32246 230615 2076538
8 032656 411872 2331569 1256218 6783594 38369 2650569 2153075
9 036738 460856 2687469 1504964 8199538 4717081 2994988 2344419
10 04082 50984 3056762 1753711 9883363 5597263 353075 2535763
11 044902 558824 3426056 2022549 1156719 6707056 4066513 2856263
12 048984 607808 3805395 2291387 1346627 781685 478166 3176764
13 053066 656792 4184734 2576011 1536536 9123967 5496807 3627618
14 057148 705776 4571966 2860635 1744204 1043108 6375792 4078471
15 06123 75476 4959197 3158085 1951872 1190892 7254778 4653998
16 065312 803744 5352842 3455535 2174488 1338675 8281457 5229524
17 069394 852728 5746487 3763665 2397105 1501317 9308135 5920753
18 073476 901712 6145473 4071796 2632491 1663959 1046696 6611982
19 077558 950696 6544458 4388982 2867878 1839594 1162579 7408675
20 08164 99968 6947971 4706168 3114288 2015228 1290231 8205368
21 085722 1048664 7351484 5031129 3360698 2202259 1417882 909712
22 089804 1097648 7758885 5356091 3616694 238929 1555986 9988873
23 093886 1146632 8166285 5687789 3872691 258634 1694089 109657
24 097968 1195616 8577055 6019488 4137065 278339 1841455 1194253
25 10205 12446 8987824 635706 4401439 298926 1988821 1299514
26 106132 1293584 940153 6694631 467316 319513 2144387 1404776
27 110214 1342568 9815236 7037345 4944881 3408773 2299953 1516769
28 114296 1300 1023151 7380058 5223059 3622417 2462771 1628762
29 118378 1300 1019003 7727286 5501237 3842915 2625589 1746722
30 12246 1300 1036364 7845633 57851 4063413 2794818 1864681
31 126542 1300 1042282 8074372 5954523 4289959 2964047 1987924
32 130624 1300 1053719 818867 6182166 4459285 3138941 2111166
△Γ
数目 时间（h) 7△X 8△X 空气温度 均温度 热容 功率
0 0 20 20 20 20 075 0
1 004082 20 20 20 230615 075 0516313
2 008164 20 20 20 291845 075 1032625
3 012246 20 20 20 3683825 075 1290781 四川学电阻炉设计说明书
15

4 016328 20 20 20 4602275 075 1548938
5 02041 20 20 20 5635531 075 1742555
6 024492 20 20 20 6783594 075 1936172
7 028574 20 20 20 8027328 075 209752
8 032656 2038269 20 20 9366734 075 2258867
9 036738 2076538 2019134 20 1078866 075 239803
10 04082 2181777 2038269 20 122931 075 2537192
11 044902 2287016 2090888 20 1386959 075 2658707
12 048984 2473576 2143508 20 1551814 075 2780222
13 053066 2660136 2236788 20 1722992 075 2886863
14 057148 2932203 2330068 20 1900493 075 2993503
15 06123 320427 2466101 20 2083557 075 3087318
16 065312 356005 2602135 20 2272184 075 3181133
17 069394 3915829 2780025 20 2465711 075 3263776
18 073476 4350389 2957915 20 2664138 075 334642
19 077558 4784948 3175194 20 2866886 075 3419282
20 08164 5291935 3392474 20 3073955 075 3492145
21 085722 5798921 3645967 20 3284834 075 3556418
22 089804 6371544 389946 20 3499525 075 3620691
23 093886 6944166 4185772 20 3717579 075 3677407
24 097968 7575736 4472083 20 3938995 075 3734123
25 10205 8207305 4787868 20 416338 075 3784182
26 106132 8891505 5103653 20 4390733 075 3834241
27 110214 9575705 5445753 20 4620707 075 3878431
28 114296 1030672 5787853 20 479608 075 2957623
29 118378 1103773 615336 20 4943152 075 2480323
30 12246 1181029 6518867 20 5090533 075 2485522
31 126542 1258284 6905144 20 5224648 075 2261811
32 130624 1339219 729142 20 535265 075 2158724
Excel 数中知 3 时电炉均温度 3725112℃假设温度误差
（3803725112）3725112＝201功率 38784kW安全系数取 15 实际功率 W＝15×
3878＝5817（kW）
26 硅碳棒计算排列[15]
硅碳棒等直径粗端式枪型硅碳棒U 型硅碳棒门型硅碳棒等次设计选择等径硅碳棒
选择垂直排放硅碳棒硅碳棒热端长度 200mm
261 硅碳棒数目确定
保证硅碳棒两端电源线连接冷端应伸出炉墙外少 50mm工作长度应等炉膛
效尺寸稍长出 20－30mm
四川学电阻炉设计说明书
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表 10 硅碳棒电热元件规格尺寸电气性
规格尺寸
mm
dl1l2
总
长
Lm
m
冷端
直径
Dm
m
1400℃
时电阻
Ω±10
效
表面
积
cm2
炉温根硅碳棒功率电压电流
）电流（）电压（
）功率（
AV
W

1200℃ 1300℃ 1350℃ 1400℃ 1500℃
820085
8200150
370
500 14 48 500 71366
900

11258
700

21049
500

9738
300

2630
185

12200200 600 18 22 750 82455
1350

82148
1050
51841
755 314531
450

41125
2 8 5

14200250
14200350
700
900 22 18 880 72954
1584

22647
1230
2240
8 8 0 21731
530

71325
340

炉顶炉底厚度均 116mm硅碳棒冷端长度少 166mm选取 14200255 型号
较合适表 10 知14200350 型硅碳棒 1300℃功率 1230kW硅碳棒数 n
＝W 总W 单＝5817123＝473取偶数 6 支
262 硅碳棒表面负荷密度计算
硅碳棒表面负荷密度指棒发热部单位表面积中承担电功率：表面负荷密度＝
) 2cmW（发热部表面积
额定功率

炉温相情况棒单位表面负荷密度越棒寿命越短
选 14200350 型号表面负荷面积 5817×1000(88×6)1102（Wcm2）炉膛温度 1300℃时
棒允许负荷 14 Wcm2允许范围符合求
263 硅碳棒排列连接
电炉总功率 5817kW 15kW电炉宜采单相供电方式串联联均六串
三串两两串三图 123






图 1 六串连接方式示意图 四川学电阻炉设计说明书
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连接体电阻 R＝18×6＝108（Ω）








种连接方式电阻 R＝18×32＝27（Ω）











种连接方式电阻 R＝18×23＝12（Ω）
易知两端加相电压时联越单硅碳棒通电流越越容易发热更容
易烧断选择六串种连接方式
需加硅碳棒两端电压 E＝ ）（＝＝实际 VRW 65250817581010001000 
额定电流 I＝ER＝25065108＝232（A）
264 硅碳棒间工件炉壁间距离检验
表 11 硅碳棒间硅碳棒体工件间距离

表 11 硅碳棒间硅碳棒炉体工件间距离
硅碳棒工作端直径 Φ6 Φ8 Φ12 Φ14 Φ18 Φ25 Φ30
硅碳棒中心间距离（mm） 25 33 50 58 75 103 124
硅碳棒炉墙工件间距离(mm) 19 25 38 44 57 79 94
六根硅碳棒炉体宽度方两边排列 3 根

硅碳棒间距离 h＝ )(10013
400
12 mmn
L 
＞58
硅碳棒炉体工件间距离△＝1002＝50（mm）＞44
硅碳棒间硅碳棒炉体工件间距离满足求
图 2 三串两式连接方式示意图
图 3 两串三方式连接方式示意图 四川学电阻炉设计说明书
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27 变压器选
263 节知：E＝25065V I＝232A
间歇式作业电阻炉电压调节范围（035～2）E
（8773～50130）V
变压器次级线圈额定电流 I＞232A
28 电阻炉三视图
见附图
参考文献
[1] 国营北京建中机器厂编著电阻炉设计北京新时代出版社1982 年
[2] 宋希文等编著耐火材料工艺学北京化学工业出版社2008 年
[3] 薛群虎徐维忠编耐火材料北京冶金出版社2009 年
[4] 孙晋涛编 硅酸盐工业热工基础武汉理工学出版社1992 年
[5] 王天泉编电阻炉设计四川学图书馆电子书2000 年
















四川学电阻炉设计说明书
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附 1 淄博聚鑫硅碳棒限公司提供粗端硅碳棒图片









附 2 硅碳棒炉变压器（连云港国际变压器限公司）
硅碳棒加热体程中电阻值着时间增加增加种现象做老化棒
老化现象应视正常现象棒老化会炉温降低正常工作提高硅碳棒寿命采
调节变压器输出电压满足硅碳棒工作电压调节幅度达 2～3 倍
















图 12硅碳棒变压器技术参数

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