1、共 页 第 1 页装订线加热能力为 120 吨/小时加热炉摘要论文开始就工业炉的历史，现在的状况和其发展方向做了陈述，着重对工业炉的结构以及工业炉的操作制度，节能技术改进和“三高一低”理论的介绍，接着对工业炉的配套设备及烧嘴，换热器，烟囱等的相关结构和选用进行分析陈述。然后对 120 吨/小时的推钢式加热炉的设计计算。本文设计的加热炉是三段式推钢加热炉，在设计的参数选择上体现了“三高一低”的理论，并对该加热炉一些技术和经济指标进行评述。 关键字：工业炉 节能 “三高一低”共 页 第 2 页装订线AbstractThe paper started on the industry stoves h
2、istory, presents condition and its development direction has made the statement, emphatically to industry stoves structure as well as industry stoves operating duty, energy conservation technical change and “three high one low” theory introduction, then to the industry stoves supplementary equipment
3、 and the burner nozzle, the heat interchanger, the chimney and so on related structure and selected carries on the analysis statement. Then pushes the steel type heating furnaces design calculation to 120 tons/ hour. this article designs the heating furnace is the triad pushes the steel heating furn
4、ace, has manifested “three high one low” the theory in the design parameter choice, and carries on the narration to this heating furnace some technologies and the economic indicator.Key words: Industry stove Energy conservation “three high one low”共 页 第 3 页装订线目录文献综述 .61.1.工业炉的发展史 .61.2.工业炉的基本类型 .61.
5、2.1 火焰炉结构 .71.2.1.1 火焰炉的组成 .81.2.1.2 现代推钢式连续加热炉 .111.3.燃烧系统及其控制 .131.3.1 烧嘴及其分布 .131.3.2 燃烧控制技术 .131.4.排烟系统 .151.4.1 烟道 .151.4.2 烟囱 .151.4.2.1 排烟方式 .161.4.3 换热器及其保护 .161.4.4 炉膛压力控制 .161.5.工业炉的节能 .171.5.1 工业炉节能的几个措施 .171.5.2 燃料炉的节能 .181.5.3 加热工艺设计节能 .191.5.3.1 常规加热工艺规程节能 .191.5.4 结论 .201.6 推钢机的结构特点及应
6、用 .201.6.1 推钢机种类 .201.6.2 双机架齿轮齿条式推钢机结构及特点 .201.7 加热炉耐火材料的选用 .211.7.1 使用性能 .211.7.1.1 热性能 .211.7.1.2 其它特殊性能要求 .231.7.2 工艺性能 .231.7.3 加热炉内衬选材方案的评价 .231.7.4 结论 .241.8 工业炉的发展方向 .241.8.1“三高一低”理论 .261.8.2 “三高一低”理论的技术基础 .262.1 设计任务： .282.2 热工计算 .282.2.1 燃料燃烧计算 .282.2.2 炉膛热交换计算 .302.2.3 金属加热计算 .32共 页 第 4 页
7、装订线2.2.3.1 钢坯的均热时间及温度参数 .332.2.3.2 加热段炉气温度 .342.2.3.3 燃料利用系数及预热段加热时间 .342.2.3.4 各段金属加热时间 .372.2.4 炉子主要尺寸计算 .382.2.4.1 炉子长度 计算 .382.2.4.2 炉门数量和尺寸的确定 .392.2.5 炉膛热平衡与燃料消耗量计算 .412.2.5.1 炉膛热收入 Q .41入2.2.5.2 炉膛热支出 Q .41出2.2.5.3 炉膛热平衡与燃料消耗量 .462.2.5.4 炉子工作指标 .462.2.6 烧 嘴的选用 .462.2.7 空气换热器设计计算 .482.2.8.空气管路
8、阻力损失计算及鼓风机选择 .562.2.9 烟道阻力损失及烟囱计算（引风机选择） .62结论 .67附录：英文翻译及原文 .69文献综述前言高产、优质、低耗、低成本、低污染反映了轧钢加热炉的综合技术经济指标，共 页 第 5 页装订线用少投入实现产能的最大化，是企业和热工工作者的追求目标，亦是轧钢加热炉的发展趋向。目前，国内的连续式加热炉正在经历从推钢式到步进式的转变过程，虽然步进式加热炉有其优点，但是推钢式加热炉也有很多可取之处，推钢式炉和步进式炉有同等的效果，并且推钢式加热炉一次性投资少，维护运行费用低。本文对加热炉的结构，附件的技术概况进行分析，借此找到改进的方案。1.1.工业炉的发展史工
9、业炉是在工业生产中，利用燃料燃烧或电能转化的热量，将物料或工件加热的热工设备。中国在商代出现了较为完善的炼铜炉，在春秋战国时期，人们在熔铜炉的基础上进一步掌握了提高炉温的技术，从而生产出了铸铁。1794年，世界上出现了熔炼铸铁的直筒形冲天炉。后到1864年，法国人马丁运用英国人西门子的蓄热式炉原理，建造了用气体燃料加热的第一台炼钢平炉。他利用蓄热室对空气和煤气进行高温预热，从而保证了炼钢所需的1600以上的温度。1900年前后，电能供应逐渐充足，开始使用各种电阻炉、电弧炉和有芯感应炉。20世纪20年代后又出现了能够提高炉子生产率和改善劳动条件的各种机械化、自动化炉型。工业炉的燃料也随着燃料资源
10、的开发和燃料转换技术的进步，而由采用块煤、焦炭、煤粉等固体燃料逐步改用发生炉煤气、城市煤气、天然气、柴油、燃料油等气体和液体燃料，并且研制出了与所用燃料相适应的各种燃烧装置。二十世纪50年代，无芯感应炉得到迅速发展。后来又出现了电子束炉，利用电子束来冲击固态燃料，能强化表面加热和熔化高熔点的材料。为便于加热大型工件，又出现了适于加热钢锭和大钢坯的台车式炉，为了加热长形杆件还出现了井式炉。随着现代化管理水平的提高,计算机控制系统的不断完善,现代连续加热炉也应运而生. 现代连续加热炉炉型可以归入两大类：推钢式炉和步进式炉。两类炉型的根本区别，仅在于炉内的输料方式。1.2.工业炉的基本类型工业炉按供
11、热方式分为两类：一类是火焰炉(或称燃料炉)，用固体、液体或气体燃料在炉内的燃烧热量对工件进行加热；第二类是电炉，在炉内将电能转化为热量进行加热。大型台车式炉火焰炉的燃料来源广，价格低，便于因地制宜采取不同的结构，有利于降低生产费用，但火焰炉难于实现精确控制，对环境污染严重，热效率较低。电炉的特点是炉温均匀和便于实现自动控制，加热质量好。按能量转换方式，电炉又可分为电阻炉、感应炉和电弧炉。工业炉按热工制度又可分为两类：一类是间断式炉又称周期式炉，其特点是炉子间断生产，在每一加热周期内炉温是变化的，如室式炉、台车式炉、井式炉等；第二类是连续式炉，其特点是炉子连续生产，炉膛内划分温度区段。在加热过程
12、中每一区段的温度是不变的，工件由低温的预热区逐步进入高温的加热区，如连续式加热炉和热处理炉、环形炉、步进式炉、振底式炉等。共 页 第 6 页装订线1.2.1 火焰炉结构在冶金.化工.机械制造等工业部门中，以燃料燃烧的火焰为热源的各种工业炉统称为火焰炉。火焰炉广泛应用于物料（工件）的焙烧.干燥.熔化，熔炼加热和热处理等生产环节。火焰炉得到广泛应用的原因有以下几点：1：火焰炉所采用的燃料有较大的灵活性，可以根据燃料的种类和规格建造各种不同型式和构造的炉子、，以满足生产的需求。2：燃料的供应一般比较充足，价格也比较低。3：火焰炉对于被处理物料（工件）的形状大小。规格等的限制较少，大到几百吨的金属锭，
13、小到细颗粒，都可以在火焰炉中进行热工处理。4：火焰炉工作温度的范围比较大，可以满足不同工作温度的需求。5：火焰炉通常是直接加热式，但如果有特殊要求，也可以进行间接加热。正是以上的几点，使的火焰炉的到广泛的应用。火焰炉一般由炉子热工工艺系统、装出料系统、热工检测及自动控制系统等三个系统互相配合，使炉子正常运转。炉子的热工工艺系统是火焰炉最基本的组成部分。包括炉子的工作室(炉膛)、供热系统（油泵、管道、燃烧装置等)、排烟系统(烟道、烟闸、换热器、余热锅炉、烟囱、排烟机等)及冷却系统等。参见图 11。工作室是炉子的核心。主要的热工及工艺过程都在工作室内完成。炉子其他各部分的任务是为工作室内所进行的热
14、工工艺过程提供有利条件。装出科系统和热工检测及自动控制系统，是现代化火焰炉不可缺少的两个工作系统。前者包括炉前炉后的装出料机械和炉内的运料机械，后者包括热工参数的检测仪表、显示仪表记录仪表、自动控制仪表或计算机以及执行机构等。在炉共 页 第 7 页装订线子上配备这两个系统，可以实现产的自动化操作，从而提高炉子的生产指标。下面仅对热工工艺系统中的主要组成部分加以介绍。1.2.1.1 火焰炉的组成炉膛(工作室)：炉膛一般是由炉墙、炉顶和炉底构成的一个近乎六面体的空间。因工艺和用途的不同，炉膛形状是各式各样的。大多数炉膛是在高温下工作，经受炉气、炉尘和炉渣的侵蚀和冲刷。因此，要求构成炉墙、炉顶和炉底
15、等所用的材料、结构型式的尺寸等，都必须适应这一特点，以保证炉子的正常工作。炉墙：炉子四周的围墙称为炉墙。加热炉都采用直立的炉墙，分为侧墙和端墙。为保证炉墙结构的稳定性，炉墙必须有一定的厚度，并应随炉子尺寸增大和炉膛温度的升高而增厚。为减少散热和蓄热损失，炉墙应设有绝热层。侧墙的厚度一般为 225 块砖厚(464。580mm)，其中起稳定作用的主墙用粘土砖砌筑，厚度为152 块砖厚，其余部分为绝热材料，构成复合炉墙。用耐火浇注料或耐火可塑料等制作的炉墙主墙厚度一般为 250 一 300mm。端墙厚度应视烧嘴孔道尺寸而定，一般为 254 块砖厚。为提高炉子强度和气密性，炉培外面包以 410mm 厚
16、的钢板。共 页 第 8 页装订线炉墙的经济厚度，应根据砌休的材料费和蓄热散热损失引起的燃料费进行优化计算确定。炉墙上常设有炉门、窥视孔、烧嘴孔以及热工参数检测孔等孔洞。为防止砌体破坏，炉墙应尽量避免直接承受附加负荷，炉门、冷却水管等构件应设置在钢共 页 第 9 页装订线结构上。加热炉炉门尺寸已标准化，尺寸可由有关手册中查得。侧墙上还必须设有供检修用人孔假门。炉顶：炉顶是炉膛组成中的薄弱环节。炉顶是否牢固可靠，对炉子工作有重大影响。尤其在熔炼炉（如平炉.玻璃炉）中，往往因受炉顶温度的限制而妨碍炉子生产率的提高，由于炉顶的损坏而降低炉子的作业效率。固在炉子设计时对炉顶的可靠性必须给予足够的重视。炉
17、项按其结构型式分为拱顶和吊项两种。拱顶可用楔形砖砌筑或不定形耐火材料捣制而成，结构参见图 13。拱顶的拱角可变化在 60 度到 180 度之间，通常采用的有 60 度、90 度、120 度和 180 度拱顶。60 度拱顶的 R 等于炉子跨度 B，拱顶矢高 Ao1345，称为标准拱顶。拱顶的质量 W 作用于拱角砖上，承受在两侧护路上，水平分力 F 通过拱角梁由钢结构承受。吊顶是由一些特制的异形砖组成的，异形砖用金属吊杆单独地或成组地吊在护子钢结构上。吊顶的结构型式很多，图 14 是常见的几种吊顶结构。图中(6)是槽砖吊挂结构，这种吊砖结构和砌筑都比较简单，更换也方便。为避免挂砖的工字钢温度过高，
18、砖的上表面不允许敷设绝热层，因此萨顶散热量较大。图中(6)；(f)是颈吊式吊挂结构，这种结构的每一块吊砖都有一个夹钩和一个吊杆。由于金属夹钩在砌体外面，故可以在砖的部分表面敷设绝热层，炉顶散热损失较小。但这种结构只适用于吊挂水平的及倾斜度不大的炉顶，较大倾斜度及转弯处须做特殊处理。图中(墨)是齿槽式吊挂结构，它的优点是砖与砖之间互相咬合，气密性好，个别砖块即使断裂也不致掉落，缺点是砖形复杂，公差要求严格，砌筑难度大。这种结构的炉顶砖上面也不宜敷设绝热层。炉底：炉底的工作条件是非常恶劣的。它不仅要承受被处理物料的机械负荷、碰撞与摩擦等作用，有时还要受到被处理物料的化学侵蚀及熔体的渗透等。炉底结构
19、型式和所用材料，决定于工艺过程和炉内的工作温度及化学反应的性质。加热炉的炉底结构型式基本有两种：固定式炉底一被处理的炉料推钢机推动在炉底上移动。为了避免物料与炉底耐火材料直按摩擦而损坏炉底与金属表面有些情况下用砂封的移动式炉底，在炉底上装有金属滑轨或水冷管滑道。移动式炉底机械化的活动炉底带动炉内物料一道移动，属于这种类型的炉子很多，其中主要有步进式加热炉、转底式加热炉、分室式加热炉、辊底式加热炉和链式加热炉等。这种炉底因为需要设置复杂的炉底机械装置，构造比固定式炉底复杂。炉子基础和钢结构：修建炉子时必须打好炉子基础。炉子基础一方面要承受整个炉子的质量不致下沉或倒场；另一方面还要防止炉底受潮或遭
20、受地下水的侵袭，保证炉于正常工作。共 页 第 10 页装订线根据炉子的大小和土质的好坏，炉子基础可采用不同材料和结构来砌筑。小炉子可用红砖或块石砌筑，绝大多数大中型炉子都采用混凝土或钢筋混凝土修建，因为它既结实又抗潮。在设计和修筑炉子基础时应注意以下几点：(1)混凝土任何部分的温度都不允许超过 300，否则混凝土就会变质而压坏。因此当炉底直接建筑在混凝土上时，要在炉底与混凝土之间用绝热材料隔开，对于温度较高的炉子，要把炉底架空起来，靠空气冷却基础。(2)炉子基础必须是整块的，不允许有断裂现象。炉子基础要与其他基础(如辅助设备、二房、烟囱等基础)分开，以避免由于基础受力不同而引起不均匀下沉，使基
21、础开裂或设备倾(3)基础的底部应在地基的冻土线以下，以免因天气寒冷使基础遭道到破坏。(4)炉子基础应尽可能地建于地下水面以上，以免由于地下水的侵入而损坏基础的强度。炉子个别部分（如烟道。换热器等）必须建在地下水面以下时，一定要有防水沟或防水层等严密的防水措施。炉子钢结构一般是由钢柱、横梁、拉杆、拱角梁等组成的钢架。其作用是：(1)加固炉子砌体，承受炉子拱顶的水平分力或者炉子吊顶的全部重量，并把它们的作用力传到炉子基础上。(2)钢结构也是炉子的骨架，在其上可以安置炉门框、炉门、烧嘴和冷却水管等各种炉子部件，井承受这些部件的重量。(3)可抵抗砌体的高温膨胀，使炉子受热后不发生变形。为使钢架形成整体
22、而把炉子夹固起来，各个独立的钢件之间必须互相连接起来，除有特殊要求采用活动连接外一般都采用焊接结构。钢铁下端大都固定在炉子基础上。由于钢架是固定死的，故各部分砌体均需留有膨胀缝，以免受热后钢架变形。钢结构所用材料通常有槽钢、工字钢、角钢、圆钢、钢轨和钢板等。为使钢结构工作可靠，又能节约钢材，各种钢件的尺寸和规格的选用都应通过计算，并参照实际使用资料来确定。此外，炉子的平台、栏杆及扶梯等，也都用于钢结构的范围，应根据炉子的具体情况来设置。1.2.1.2 现代推钢式连续加热炉现代连续加热炉型可以归为两大类：推钢式炉和步进式炉。两类炉型的根本区别，仅在于炉内的输料方式。推钢式炉是连续加热炉中历史最长的一种炉型，自上世纪初沿用至今。在1967 年以前，所有的现代轧机都是采用推钢式炉。步进式炉是在上世纪三十年代才出现的炉型，有一些优点超过了推钢式炉。这两类炉型经过七十年以上的时间的发展，其性能指标的相互比较也发生了很大的饿变化。推钢式选用合理的温度制度和供热制度，降低炉内的最高温度和废气排放温度，提高炉内燃烧产物的热
