本文通过分析国内外渗碳炉行业的发展趋势，总结现阶段设备的结构特点与不足,针对性的提出无罐渗碳炉结构以促进渗碳炉设备的技术改进和更新，从而节约耐热钢资源、节约电能、提高生产效率。本文以RQ9-126型渗碳炉为研究对象，装载量1吨，炉膛有效加热区尺寸φ600×1200（mm）。本文对多种炉衬结构进行选取和计算分析，确定炉衬材料选择和安装方式为复合全纤维结构，这种结构相比传统结构可节能40%以上。本文对电热元件的加热功率进行多种计算方法的比较，参照实际设备的使用状况证明热平衡计算加热功率的方法最接近设备实际发生的电热功率数值。对无罐渗碳炉研究对象计算后确定加热功率为126kW。根据计算的功率数值设计电热元件，验算了电热元件表面负荷，设计排布电热元件布置。本文分析了渗碳炉结构的缺点，对无罐渗碳炉结构进行对应的改进，本文依次对炉盖、炉体、导流装置、炉底砖衬等进行设计方式的论证和描述。炉盖和炉体改进了密封方式，导流装置相对传统结构在导流筒中部增加了波纹膨胀节，炉底砖衬采用复合结构砌筑，最上层采用抗渗碳耐火砖施工。通过这些改进大大增加了设备密封效果和使用寿命。最后以一台RQ9-126型传统渗碳炉为研究改造对象对其进行优化设计改造，设备运行渗碳工艺1个月，通过对比分析改造前后的设备使用情况、能耗情况、生产效率等方面，证明采用无罐渗碳炉结构后，节能效果明显。节约了耐热钢资源约200kg，加上设备维护、电能消耗等，按年工作360个日历日计算单台设备年运行成本减少约14万元。设备在运转6个月中工作正常，可以满足使用设备的寿命要求，达到了本文预期的研究效果。