冶金热工基础推钢式加热炉课程设计

1、目录、/. 前言设计任务书 4内容摘要 5第一部分 : 推钢式加热炉的概述一、加热炉的应用及其优越性二、推钢式加热炉的分类三、推钢式加热炉的工作原理及工艺1011四、推钢式加热炉的主要结构五、联想近几年我国轧制技术的发展 12第二部分 : 推钢式加热炉的相关计算一、炉膛内的辐射的计算二、炉子的基本尺寸的设计及相关计算 三、金属加热的计算四、燃料燃烧的相关计算五、炉子热平衡的计算第三部分：换热器设计一、换热器的介绍二、换热器设计计算第四部分：主要参考文献及附表 第五部分:总结本学期我们进行了冶金本专业的一些设计，特别是在我们的冶金热工基 础，也有一门设计，这无疑让我们学习了一些在我们的课堂上学不

2、到的知识， 这让我们很高兴。时间虽不是那么长，只有两个星期的时间，但是这两个星期 却对我们的学习有了很大的帮助，让我们认识到学习是从一步一步开始的，没 有一个很好的基础，是不可能把我们想要的东西得到的。以下是我的个人学习 和设计的全部内容。加热炉是我们冶金行业里的一个不能少的机械设备，所以我们这次的主要 设计就是设计加热炉。通过设计可以使我们初步掌握炉子设计的步骤、原则与 方法，并进而了解一般工业炉设计的基本规律，可以使我们将各专业知识进行 综合应用的能力，理论联系实际、解决实际问题的能力，读图、制图及查阅资 料的能力得到锻炼并加以提高。在国民经济的很多生产部门中，工业炉作为一 个重要设备而存

3、在，要使炉子达到优质高产、低耗的要求，有一个合理的炉体 结构是必不可少的条件之一；工业炉是工业原材料的冶炼、加工或成员的精制 过程中，为实现预期的物理变化或化学变化所需要的加热装置。因此，对于我 们这些将来有可能成为一个热工工作者的学生来说，应具备有设计先进、结构 完善的工业炉的能力。工业炉设计的一般程序是：初步设计；技术设计；施工设计。炉子的初 步设计是按提出的任务，初步选定炉子的结构，热源和各种重要辅助装置及其 在炉子上的布置等。在综合考虑炉子的技术经济指标和生产规模及特点的基础 上，确定炉子应采用的机械化和自动化程度。炉子的技 术设计是在初步设计的基 础上，作全面的热工计算和炉体总图的绘

4、制，以及某些重要辅助装置图。炉子 的施工设计是要求详细绘制炉体各部砌砖图以及各种装置的零件分图，并要完 成土建基础，各种机械附属装置及安装、热工和自动自动调节系统及其安装的 设计。在此，由于时间关系只完成炉子的技术设计内容和换热器的设计。所以我们在设计加热炉时一定的遵守以下设计原则：1. 加热炉设计必须符合国家有关的技术政策，炉子的技术性能应满足生产 工艺的要求，保证机器在工作之中有一定的安全性。2. 运用不断发展的热工及机械理论（如燃料燃烧、流体力学、传热学、机 械原理等）指导炉子的设计工作；弓I进并吸收国外炉子的先进技术，不断完善 和提高炉子的技术性能及机械化程度。3. 设计新的炉型结构时

5、，应注意提高炉子生产率，提高产品质量，降低燃 料消耗，改善操作条件和提高炉子的使用寿命。4. 设计炉子时，对材料选用、设备选型、通用构件的规格尺寸等，应尽可 能全厂或全车间通用，以使维修方便。5. 在设计炉子时，应尽量改善工人的操作环境，减轻工人的劳动强度，要 采取保护环境和防止污染的必要措施。设计任务书题 目：推钢式加热炉的设计炉子用途：用于加热扁钢坯被加热的钢坯尺寸（m ：厚度S = 0.12;宽度b =0.12 ;长度L = 2.6金属材质：20#碳素结构钢钢材入炉温度：20 C生钢温度：1210 C生钢断面误差：25 C烟气与炉膛温度：780 C炉子生产能力：P = 50 t/h燃料：

6、混合燃气成分(%) :CO(9.65)、H(9.92)、CH(12.77)、CO(21.56)、02(0.13)、C2H6(0.59)、N2(45.30)、GH8(0.13)空气预热温度：ta = 250 C采用二段式加热制度：高温段1300 C；预热段温度1000 C上升到1300 C摘 要近几年随着节能降耗意识的提高，节能挖潜越来越引起人们的重视。在轧钢生产过程中，加热炉作为最大的耗能设备，同时也是整个工艺流程中最关 键的设备之一。运行的稳定与否将影响后面轧钢生产质量。如何解决加热炉合 理燃烧的问题，如何保证加热炉的最佳状况，是当今一直在研究的课题。推钢式加热炉由于可以很好的处理上述问题而

7、适时推出。但大多数冶金厂的轧钢机都没有推钢式加热炉，因而有必要设计推钢式加热炉。其设计过程基 于冶金炉热工理论。包括：燃料燃烧计算钢的加热制度的确定炉子基本尺寸的确定炉膛内辐射的计算金属的加热计算炉子热平衡的计算以及换热器的设计计算。【关键词】节能降耗、推钢式加热炉、冶金厂、轧钢机、燃料燃烧、钢的加热制度、炉子基本尺寸、炉膛内辐射、金属加热、炉子热平衡、换热器AbstractIn the rensent years, more and more people become aware of the important of saving sources. So as a intending e

8、ngineer, we must creat a equipment which will live up to the situation of our country and the require of whole world.Today there is not a push the steel type heating furnace in the most of roll mills in the metallurgic plan. Therefore, designing a push the type heating furnace is imperative under th

9、e situation. The procedures and cor-relative calculation is list as follows:The calculation of radiation in the burner hearth.The caculation of basic size of the stove.The caculation of burning fuel.The caculation of thermal balance.The caculation of heated metal.Key wordsEnergy saving、Push the stee

10、l type heatin、g furnaceMetal-lurgical factory、Rolling mill 、Radiation in the burner hearth、 Basic size of the stove、 The metal is heated、The burning fuel、Sectional view.第一部分 推钢式加热炉概述 工业炉在冶金、建材、机械、石化、轻工、电子工业等生产部门被用于 各种加热目的 ,成为不可缺少的重要热工设备。加热炉是用来把初轧坯或连俦 坯等热轧到热到所需温度的热工设备。一、加热炉的应用及其优越性加热炉是将物料或工件加热的设备。按热源

11、划分有燃料加热炉、电阻加热 炉、感应加热炉、微波加热炉等。应用遍及石油、化工、冶金、机械、热处 理、表面处理、建材、电子、材料、轻工、日化、制药等诸多行业领域。 ? ? 以下便是加热炉在冶金行业中几种常见的应用。? ? 在冶金工业中，加热炉习惯上是指把金属加热到轧制成锻造温度的工业 炉，包括有连续加热炉和室式加热炉等。金属热处理用的加热炉另称为热处理 炉。初轧前加热钢锭或使钢锭内部温度均匀的炉子称为均热炉。广义而言，加 热炉也包括均热炉和热处理炉。连续加热炉广义来说，包括推钢式炉、步进式炉、转底式炉、分室式炉等 连续加热炉 , 但习惯上常指推钢式炉。连续加热炉多数用于轧制前加热金属料 坯，少数

12、用于锻造和热处理。主要特点是：料坯在炉内依轧制的节奏连续运动，炉气在炉内也连续流 动；一般情况，在炉料的断面尺寸、品种和产量不变的情况下，炉子各部分的 温度和炉中金属料的温度基本上不随时间变化而仅沿炉子长度变化。按炉温分布，炉膛沿长度方向分为预热段、加热段和均热段；进料端炉温 较低为预热段，其作用在于利用炉气热量，以提高炉子的热效率。加热段为主 要供热段，炉气温度较高，以利于实现快速加热。均热段位于出料端，炉气温 度与金属料温度差别很小，保证出炉料坯的断面温度均匀。用于加热小断面料 坯的炉子只有预热段和加热段。习惯上还按炉内安装烧嘴的供热带划分炉段， 依供热带的数目把炉子称为一段式、二段式，以

13、至五段式、六段式等。 50 年代，由于轧机能力加大，而推钢式炉的长度受到推钢长度的限制不能太长， 所以开始在进料端增加供热带，取消不供热的预热段，以提高单位炉底面积的60生产率。用这种炉子加热板坯，炉底的单位面积产量达9001000公斤/（米2 时），热耗约为（0.50.65） X 106千卡/吨。70年代以来，由于节能需要， 又由于新兴的步进式炉允许增加炉子长度，所以又增设不供热的预热段 , 最佳 的炉底单位面积产量在600650公斤/（米2 时）,热耗约为（0.30.5） X 106千 卡/吨。连续加热炉是轧制车间应用最普遍的炉子。通常使用气体燃料、重油或粉煤，有的烧块煤。为了有效地利用废

14、气热 量，在烟道内安装预热空气和煤气的换热器，或安装余热锅炉。在锻造和轧制生产中，钢坯一般在完全燃烧火焰的氧化气氛中加热。采用 不完全燃烧的还原性火焰 （即“自身保护气氛”）来直接加热金属，可以达到无 氧化或少氧化的目的。这种加热方式称为明火式或敞焰式无氧化加热，成功地 应用于转底式加热炉和室式加热炉。推钢式连续加热炉：靠推钢机完成炉内运料任务的连续加热炉。料坯在炉 底或在用水冷管支撑的滑轨上滑动，在后一种情况下可对料坯实行上下两面加 热。炉底水管通常用隔热材料包覆，以减少热损失。为减小水冷滑轨造成的料 坯下部的“黑印”，近年来采用了使料坯与水管之间具有隔热作用的“热滑 轨”。有的小型连续加热

15、炉采用了由特殊陶质材料制成的无水冷滑轨，支撑在 由耐火材料砌筑的基墙上，这种炉子叫“无水冷炉”。步进式连续加热炉 靠炉底或水冷金属梁的上升、前进、下降、后退的动 作把料坯一步一步地移送前进的连续加热炉。炉子有固定炉底和步进炉底，或 者有固定梁和步进梁。前者叫做步进底式炉，后者叫做步进梁式炉。轧钢用加 热炉的步进梁通常由水冷管组成。步进梁式炉可对料坯实现上下双面加热。 70年代以来，由于轧机的大型化，步进梁式炉得到了广泛应用。同推钢式炉相 比，它的优点是：运料灵活，必要时可将炉料全部排出炉外；料坯在炉底或梁 上有间隔地摆开，可较快地均匀加热；完全消除了推钢式炉的拱钢和粘钢故 障，因而使炉的长度不

16、受这些因素的限制。中国 1979年投产的步进梁式炉长为 32.5 米，生产能力为每小时 270吨。加热炉操作是通过在一定温度下加热工件来完成其工艺过程的。节能的本 质就是提高能源利用率，提高热效率，达到消耗最少能源的目的。 二、推钢式加热炉的分类推钢式加热炉根据炉温制度可分为两段式加热炉、三段式加热炉、多点供 热式加热炉。两段式连续加热炉按炉温制度又可分为加热期和预热期，炉膛也相应的分 为加热段和预热段。三段式连续加热炉采取预热期、加热期、均热期的三段温 度制度。在炉子的结构上也相应的分为预热段、加热段和均热段。一般有三个 供热点，即上加热、下加热与均热段供热。多点供热的连续加热炉有多个供热

17、点。按加热炉供热方式可分为顶不加热、底部加热、侧部加热。 金属加热时，在二段式加热制度下，高温段的炉温应当这样选择：金属表 面只要达到给定的最终温度的那一瞬间，沿金属表面的温差就不会超过允许 值。因此在二段式温度制度下，金属的加热强度受到限制。金属在三段式加热状态下，沿金属的进行方向在预热段和高温段之外补充 第三工程 恒温均热段。由于在均热段中金属接近与燃烧产物的温度，因而当金属在炉内保温时，使金属表面过热的愈厚，要求沿断面的温度越小，使用 三段式制度也就越合理。炉内的供热段与其它工艺区有所不同，因为高温段通 常是由几个供热段组成的。炉内的这些区段按金属移动的方向分为：第一高温 段，第二高温段

18、等。但是，首先在金属沿高温段行进方向上，还有预热段，当 供热段的尺寸受炉子结构的限制不能不改变时，在炉子工作制度变化的情况 下，炉子的边界区移动，使工艺段变化，可能由一个区段转移到另一个区段， 比如，由均热段和预热段转移到高温段等。三、推钢式加热炉的工作原理及工艺推钢式加热炉，其钢坯在炉内是靠推钢机的推力沿炉底滑道不断向前移 运。燃烧产生的炉气一般是对着被加热的料坯向炉尾流动，料坯移到出料端 时，被加入到所需要的温度，经过出料口出炉，再沿辊道送往轧机。推钢式加热炉的任务是把热量传给被加热的物体或按照金属加热或热处理 的工艺要求，从被加热的金属上出去热量。由于金属具有到热性，可以通过导热中热传导

19、的基本计算，可以求出炉子 的生产率和必要炉膛尺寸，以及加热或冷却性质的热工性能。一种新型推钢式加热炉滑轨，其特征是：滑轨水平方向的形体结构为折线 形。从而可以变更钢料在滑轨顶面上滑动行进接触点 （ 区域）的位置，缩短定点 接触的时间，即变更、缩短遮蔽影响接触点 （ 区域） 钢料吸热、带走接触点 （区 域）钢料热量的区域的位置与时问，从而改变钢料的加热工艺，减小钢料的加 热黑印温差，提高钢料的加热质量、钢材产品质量，提高企业经济效益。加热的基本工艺要求是保证被加热的金属加热到给定的温度和保证给定的 温差范围，加热过程可能有某些限制，比如：给定的加热速度，金属在加热时 的最大温差，金属表面的最高温

20、度下最短的停留时间等。为了实现规定的工艺，采用各种不同的加热和冷却方式，主要采用什么方 法则要取决于加热和冷却的气氛。四、推钢式加热炉的结构推钢式加热炉一般呈长条形、炉温是固定的、炉气沿长方向流动、炉子的 生产操作的整个过程是连续的。推钢式连续加热炉在同一平面加热具有一定垂距的上下两个加热段，以坯 料为界每个加热段又分成上下加热区，上下段分别由作支撑滑道用的冷却水管 及炉墙围成的空间作烟道，并通往排烟口，上下段喷嘴分别朝炉头及炉尾方向 倾斜，在上段横水管底部装有下推臂，顶钢机装有上推臂，上下推臂之间装有 传动臂，来传动下推臂将坯料推出炉头钢坯是用推钢机推进炉内的，并沿炉底 滑道移动，经过I、H

21、、皿加热段加热后从炉底滑出。推钢式加热炉的主要结构有：水冷系统：炉膛四周水冷壁管全部采用直径为60*6(mm)的鳍片制成的密闭的模式水冷壁。水冷系统主要是由大直径下降管、分配集箱及其支管水冷 壁、上升管、汽水引出管、上下集箱、气包组成的循环回路。整个水冷壁以及 敷设其上的炉墙，均通过集箱上的吊杆悬吊在炉顶钢架上，受热面作向下自由 膨胀。水冷壁上设有入孔、看火孔、大焦孔、防爆门孔、点火孔、测量孔等。 燃烧时为防止由于炉膛负压波动所引起的水冷壁及炉墙壁结构振动引起水冷壁 结构振动而造成的损坏，在水冷壁外面布置了刚性梁。燃烧器：燃烧器为正四角大小切圆布置。为适应煤种变化和调整燃料燃烧 工况，煤粉喷燃

22、器各喷嘴出口截面做成可调节的。过热器：采用辐射、半辐射和对流形式。蒸汽在过热器中的流程为在气包 中经分离后的干燥蒸汽，经炉顶及尾后包覆过热器，继而进入低再悬吊管过热 器及尾部包覆管过热器。再热器：再热器分为高温再热器和低温再热器两部分。高温再热器布置在 对流过热器的水平烟道中，低温再热器和旁路省煤器作并联布置在尾部竖井 中。在低温再热器进口管道上设有事故喷水装置，为紧急事故时作降温用。 省煤器：省煤器由主省煤器、阁墙省煤器和旁路省煤器三部分组成。五、联想近几年我国轧制技术的发展上世纪 60年代以前，传统生产钢材方法是先将钢水模铸成大型钢锭，经加 热、轧制成坯，钢坯经冷却、清整后再加热，轧成用户

23、所需断面的成品钢材。 近40多年来经历了三次飞跃式发展：一是将模铸改为连铸，取消开坯机；二是 由一般连铸改为近终形连铸，减少加热、轧制次数；无头轧制技术是钢铁加工 流程的第三次飞跃，即钢材生产不再是单块的、间隙性的，而是连续进行轧 制，然后根据用户需求剪切成所需长度或卷重。无头轧制的好处是：1. 钢材全长以恒定速度进行轧制，生产率有较大提高；2. 因对钢材全长施加恒定张力，使钢材断面形状波动减少，钢材质量改 善，这点对热轧扁平材生产特别重要；3. 由于成品长度不受限制，根据交货状态要求剪切，成品率显着提高；4. 由于轧材运行稳定性提高，对热轧带钢来说，有利于生产薄规格带钢；5. 和单块轧制不同

24、，钢品啮入次数减少，减小对轧辊冲击，有利于提高轧 辊寿命。在施行无头轧制技术中分扁平材和长材两类，其中又有无头轧制和半无头 轧制的区别；就技术类型来说分为焊接型和铸轧型两种。近年来，轧制技术学科所取得的新进展也在社会经济发展中取得了巨大成 就。例如：先进的轧制技术过程为经济建设提供性能优良的材料；为社会提供 与环境友好、易于循环使用的EC材料；其本身在向着节省能源和资源方向发 展（如上所述的无头轧制等）第二部分 推钢式加热炉的相关计算一、炉膛内辐射计算1、燃烧产物温度(C)炉子热制度的确定，是进行物料加热计算的前提，也是炉子投产后热工操 作制度的依据。采用二段加热制度，燃烧产物温度：高温段13

25、00C,预热段温度 1000 C，上升到 1300c。故每段温度为：I区非加热区，燃烧产物温度由1000c 上升到 1100 cH区第加热区，燃烧产物温度由1100C 上升到 1300C皿区第二加热区，燃烧产物温度为1300cv区单层炉底单面加热区，燃烧产物温度为1210C2、炉膛宽度的计算B( cm)其中几区的宽度B均相等，且B = nL (n 1)aB炉膛宽度L加热坯料长度n炉内坯料排数a扁钢同炉壁间间隙取 n = 1 时，a = 0.25故 Bi = B 口 = B皿=Biv = nL (n 1)a =1 x 2.6 +(l + l)x 0.25=3.13、炉膛平均高度计算(经验值)H

26、(cm )比值（%）尺寸（m）22-2827-3224-262.6-3.02.2-2.61.5-1.70.7-0.81.0-1.21.0-1.4取i区hB - 0.8m出-1.2mH = 1.0mn区Hcb 二 3.0mHCH = 26m二 2.8m皿区Hch 二 2.6mHcb 二 2.6mh = 2 . mv区H T 1.5 mH1.5m4、炉衬对金属辐射的角度系数(每米长度上)L 其中L表示被加热钢坯长度 (Bi + 2Hi)5、燃烧产物的最终容积计算(m3)(每米长度)6、限定燃烧产物容积的表面积(m2)(每米长度)F=2(B+H)Fi =2(B+Hi)=2 X (10.8+1.0)=

27、23.6Fn =2(B+Hn)=2 X (10.8+2.8)=27.2Fm =2(B+Hm)=2 X (10.8+2.6)=26.8Fiv =2(B+Hiv)=2 X (10.8+1.5)=24.67、平均射线长度(m)S=3.6 X V/FSi =3.6 X Vi /F i =3.6 X 10.8/23.6=1.65Sn =3.6 X Vn/F n =3.6 X 28.08/27.2=4.00Sm =3.6 X V/F 皿=3.6 X 30.24/26.8=3.77Siv=3.6 X VIF 亶=3.6 X 16.2/24.6=2.378燃烧产物中空气过剩系数（把吸入空气考虑进去后选用）9、

28、修正系数110、燃烧产物层换算厚度（m）由公式：=SX B（X I =Si X B i =1.65 X 0.81=1.34a n =Sn X B n =4.00 X 0.81=3.24x 皿=Sin X B 皿=3.77 X 0.84=3.17a v=Sv X B v =2.37 X 0.84=1.9911、燃烧产物的黑度查图可得各区段黑度分别为序号名称测量单位符号计算段In出v1燃烧产物温度初始Tr ,Haq1000110013001250最终Tr ,Hcm1100130013001250平均tr10501200130012502炉膛宽度（m）B10.810.810.810.83炉膛平均高度

29、H1.02.82.61.54炉衬对金属辐射的角度系数0.780.610.6250.725燃烧产物的最终容积(m3)V10.830.2428.0816.26限定燃烧产物容积的表面积(m3)F23.627.226.824.67平均射线长度(m)S1.653.774.002.378燃烧产物中空气过剩系数a1.251.251.201.209修正系数0.810.810.840.8410燃烧产物层的换算厚度(m)a1.343.243.171.9911燃烧产物的黑度0.3050.3050.280.283、炉子的基本尺寸计算1. 炉子计算生产能力P=1125(t/h)2. 炉子装载量GG=pt=pzS/0.6

30、=(1125X 7.1 X 0.15 ) /0.6=1996.86其中z为单位加热时间(min/cm) ； s为被加热金属厚度(cm)；3. 有效炉底总长度pLn=G/nSI k3=1996.86/(0.15 X 1 X 10.0 X 7.85 X 0.98)=173其中S为坯料厚度；l为坯料长度；k3为炉底有效长度内的填充系数；为 金属的密度；轧制钢材密度为 7.85 ； n=1。4. 炉子的台数N=P/P1=1125/225=5 （台）5. 一台炉子的有效炉底长度（mLn仁Ln/N=173/5= 34.6 （m）6. 推进的最大长度（mLT=250S=250X 0.15= 37.5（ m）

31、7. 台炉子的最大有效长度（mLn1max=LT Le查图可得Le=2.5m（由装料琨道轴线到装料口外缘的距离），故 Ln1max=LT Le=37.5 2.5=35（m）8. 炉底砌筑长度（mLr=Ln1+Lk查图可得Lk=1.4（m）（扁钢极限位置与短部出料口之间的距离）故 Lr=Ln1+Lk=34.6+1.4=36（ m）9. 炉子区段长度Li=Lni x ti/tnLn (m)tn/tL0I34.615%5.19n34.630%10.3834.630%10.38IV34.625%8.6510.炉膛宽度由公式得：B=nL+ ( n+1)a=10 x 1+(1+1) x 0.4=1 0.8

32、(m)11. 炉子区段平均高度（m）可知 Hi = 1.0(m) H n =2.8(m) H 皿=2.6(m) H =1.5(m)12. 炉底有效面积(m2)Fa=K3Ln1L=0.98 X 34.6 X 10= 339.113. 炉底砌筑面积(m2)Fp=LrB=36X 10.8=388.814. 炉底有效强度kg/(m2h)Ha=1000P/Fa=100(X 225/339.仁 663.515. 按炉底砌筑面积炉底强度kg/ ( m2h Hp=1000P1/FF=100X 225/388.8=578. 7三、炉子的基本尺寸计算值如下序号名称（测量单位）符号计算段In皿r1炉子区长度（mL5

33、.2010.510.59002炉子区段平均高度（mH1.02.82.615序号名称（测量单位）符号计算值1炉子计算生产能力（t/h）P11252炉子装载量（t)G1996.863有效炉底长度（m）Ln1734炉子台数N55一台炉子有效长度（m）Lm34.66推进最大长度（m）LT37.57口炉了取大有效长度（m）Ln 1max358炉底砌筑长度（m）Lr369台炉子的计算生产能力（t/h ）P122510炉膛宽度（m）B10.811炉底有效面积（吊）Fa339.112炉底砌筑面积（m金属加热计算I、H、区是在温度线性上升的介质中双面加热I、区初始温度均匀分布H、区初始温度抛物线分布皿、W、区是

34、在恒温介质中初始温度抛物线分布皿、双面加热W、区单面加热 加热时间（1）总加热时间的计算t二zS/0.6）Fp388.813炉底有效强度kg/（m 2h）Ha546.9714按砌筑面积炉底强度kg/（m 2h）Hp578.7三、金属加热计算z为单位加热时间，据附表1选择(min/cm) ;S为被加热金属的厚度(m)故 t=7.1 X 0.15/0.6=1.78(h)(2) 各计算段加热时间计算(按照所采用的加热区相对长度选取，见炉膛平均高度经验表)I 区:t i=t X 15%=.78 X 15%=027(h)H 区:t 2=t X 30%=.78 X 30%=0.53(h)皿区:t 3=t

35、X 30%=.78 X 30%=053(h)IV 区:t 4=t X 25%=.78 X 25%=045(h)(3) 各计算段加热时间的选顶(据前面计算选定)t=0.27ht2=0.53ht3=0.53ht4=045h3假设的金属表面温度In皿V初始204309501220终止43095012201230平均225690108512254.表面平均温度时金属导热率w/mk入二入q+ a t (t 表示平均温度)查图得到不同的温度下钢的导热系数=51.3千卡/米时C=34.7千卡/米时C m-27.9千卡/米时C V =29.8千卡/米时C. . 25. 表面平均温度时金属热扩散系列(m/h)查

36、表得：碳素钢的平均热容量 CP值为：0=0.170千卡/公斤* CC =0.190千卡/公斤* C由公式得：a= X/CX p (c 为比热)ai =0.045 ( m2/ )an =0.018 ( m% )am =0.021 ( m h )aiv =0.02( m J6. 金属厚度计算Si= S2=S3=0.125m S 4=0.25m7. 傅立叶准数由公式F=a/s 2得：F0i = ai t i/Si2=0.045 X 0.50/(0.125) 2=1.44F0n = an t n/Sn2=0.018 X 1.15/(0.125) 2 = 1.325F0m = amt m/Sm2=0.0

37、21 X 1.10/(0.125) 2 = 1.478F0v = avt v/Sv2=0.02 X 0. 80/(0.25)2=0.256序号名称（单位）符号计算值inmv1计算各计算段（h）t0.270.530.530.452选定各计算段加热时间（h）t0.501.151.100.803金属表面平均温度（C）t225690108512254表面平均温度的金 属导热率kg/m2hCX51.334.727.929.85表面平均温度的金属热导扩散率m/ha0.0450.0180.0210.026金属计算厚度（m）S0.1250.1250.1250.257傅立叶准数F01.441.3251.4780

38、.256图1推钢式加热炉中的温度分布1 燃烧产物的温度2、3金属心部和表面温度4已考虑炉底管冷却影响的金属截面平均温度四、燃料燃烧及计算给定气组成成分（湿成分）组成成 分CH4C2H6C3H8CO2H2N2H2SH2O体积含量（%）89.04.02.50.50.81.20.71.31、 气体需要量:4762 -COw 丄 H； 2CH： (n m)CnH： 理论燃烧产物 H ?Sw - O；=0.04762 X=0.04762 X 205.9100 IL2242%=丄 |COT+HW + 3CHW + 1 n+miCnHm + 2H2Sw + CQ+ N,+100I 2)一168=0 0.8

39、3 890 (2 ) 4.0 (3 -) 2.5 2 0.7 12 0.5 13 +0.79 9.8=10022=3.097+7.742= 10.839 (标米3标米3)/标米4、实际燃烧产物%=%+(n-1)L 0=10.839+(1.2-1)X 9.8=12 799 (标米3/3)99 ( 标米3)5、燃烧产物成分1(0 89.0 2 4.0 3 2.5 0.5)= 100 100%12.799=8.20%31(0.8 2 89.0 4.0 2.5 0.7 1.3)2100 100%12.799= 14.73%(0.70)1100100%100%。2、=12.799=0.0547%10.7

40、9 LnN2=100100%Vn0.21(n - 1)L0Vn0.21(1.2-1) 9.812.799100%=3.22%6、燃烧产物重度:(44 82 18 1473 64 547 28 7268 32 322 224 100=1.397、 燃烧计算值如下:序号名称测量单位符号计算值1理论空气需要量Nmm39.802实际空气需要量Nmm311.763理论燃烧产物量Nm/| 3/ Nm10.8394实际燃烧产物量Nmi 3/ Nm12.7995燃烧产物重度N吵Nm3P 01.39燃烧产物成分体积百分率8.20%14.73%0.0547%3.22%87.10%五、关于炉子热平衡计算:（一）热量

41、收入项1. 燃料燃烧的化学热Q1=AQDWA- 每吨如炉物料消耗的燃料量取 A=250m3/t故 Q二AQw=250X 35=8750 ( KJ/T)2 物料放热反应放出的热Q放热=6料q放(kJ/h)式中g料-每小时处理的物料量，(kg/h)Q 放- 单位物料反应放出热，( KJ/kg)3. 预热空气带入的热量Q2=AnL0(CkTk-CKet e)其中 n- 空气消耗系数Ck- 空气在 tk 时的比热Te-环境温度CKe- 空气在 te 时的比热取 n=1.2因为 tk=400C查表得 C k=1.068KJ/kg Cte=20C查表得 C ke=1.005kJ/kg CL0=9.80故

42、Q2=AnL ( Ckt k-CkeTe)=250X 1.2 x 9.80 x (1.068 x 400-1.005 x 20) =1196874kJ/t4. 物料带入的物理量。5. 物料化学反应放出的热量。6. 预热燃料带入的热(二)、热量支出项1. 出炉钢坯带的热量Q1=1000(C2T2-C1T1)其中t2-钢坯出炉温度(11001225C)。C2- 钢坯在 t 2温度下的比值Ti-钢坯入炉温度Ci-钢坯在ti温度的比热取 ti=20C查表得 G=0.486(KJ/Kg C)t2=1200C 查表得C2=0.7071(KJ/Kg C)故 Q =1000X(0.7071 x 1200-0.

43、486 x20)=838795(kJ/t)2. 出炉烟气带走的热量Q2 =AVn(CyTy-Cyete) Vn=12.669(1) 取 ty =900C查得各种气体在900C的热容量C (KJ/MfC)分别为CC02=2.18CH2o=1.70 C SO2=2.18 C O2=1.47 C N2=1.39换算成kJ/kg C为CC02=0.072 C H2o=0.056 C SO2=0.072 C O2=0.0485 C N2=0.046 故900 C时Cy=CC02 x CO2+C H2 o x H2O+ CSO2x SO2+CO2x O2+C N2x N2=0.072x8.20%+0.05

44、6x14.73%+0.072x0.0547%+0.0485x3. 22%+0.046x87.10%=0.05578kJ/kg C3. 烟尘带走的热G尘=6尘C尘t尘(KJ/h)式中g尘-每小时生产的烟尘量，Kg/hC尘-烟尘的平均热容KJ/kg Ct尘-烟尘出炉时的温度t尘 查得各气体在0C和100C时的热容量 C (kJ/mC)温度/比热CC02CH2oCSO2CO2CN20C1.611.501.731.311.30100C1.801.511.891.341.31用插入法可计算出各种气体在20 C时的热容为:Cco2=1.62 C h2O=1.50 C S02 =1.874Co2 = 1.3

45、37换算成KJ/kg C为Cn2=0.043CCo2=O.O54Ch2O=0.05Cso2 =0.062 C 2=0.044Cye=Go2 x CO+CH20X H2O+ CSO2x SQ+C O2x Q+C n2x N2=0.054 x 8.20 %+0.05X 14.73%+0.062X 0.0 547%+0.044X 3.2 2%+0.043X87.10%=0.050697(KJ/kg C)故 Q2=AVn(qTy - C yet J=250 x 12.799x (0.0 55775x 900 - 0.050697 x 20)= 157375.096kJ/t3. 物料吸收，带走的热量4.

46、 物料吸热反应带走的热量5. 炉渣带走的热量6. 烟尘，飞灰带走热量7. 燃料化学不完全燃烧的热损失8. 燃料机械不完全燃烧热损失9冷却介质带走的热量10开启炉门或炉墙孔洞辐射热损失11. 炉体表面散热损失12. 炉门和炉墙孔洞逸气损失炉子的热平衡计算数值如下：热量吸收项热量支出项燃料燃烧化学热预热空气带入热量出炉钢坯带走热量出炉烟气带走热量Q1=8750kJ/tQ2=1196874kJ/tQ；=838795kJ/tQ2 = 157375.096kJ/t第三部分换热器设计一、换热器的介绍换热器作为一种热交换设备广泛用于动力，交通，石油化工，冶金等工业 领域。根据不同的用途，其种类及机构繁多。按

47、参与热交换两流体的形态可分为气-气，气-液，液-液三种类型。按 一种介质向另一种介质传递热量的过程分为直接式，半直接式和间接式三类。 直接式是冷热两流体直接接触或混合进行热交换，如热水风冷冷却塔；半直接 式是热流体先将热量传给某中间介质，一定时间后截断热流体而流过冷流体， 中间介质再把积蓄的热量传给冷流体，如再生器，蓄热器等；间接式是两流体 之间有一固体壁面隔开彼此进行热交换，如表面式换热器等。按热流体对冷流 体传热主要方式分为对流式，辐射式，对流-辐射式。按换热器材质分为金属 和非金属（陶瓷）两类。冶金行业长按换热过程分为换热式和蓄热式。换热式 是指参与换热的两流体同时流过间壁各自流到热交换

48、的表面式换热器；蓄热式是按周期切换操作的蓄热器，如蓄热式热风炉等。金属表面式换热器的种类很多。如列管式 （平滑钢管式，套管式，针 /翅片管 式，组管辐射式），整体式，环缝辐射式，管状喷流式，箱式喷流式，旋流式 等。换热器选型是主要参考下列因素：1、被预热介质的种类。 2、预热温度的高低。 3、烟气温度。 4、烟气成分及 含沙量。 5、流体压降。 6、换热效率。 7、流体压力及两流体压力差。 8、换热 器的造价及使用寿命。 9、便于制造，安装及检修。二、换热器的设计计算 （一）、原始数据及要求1、烟气温度：t烟=960C32、烟气量 ： V 烟=4550 0Nm3/h3、空气温度：空气进换热器温

49、度ti=20C,空气出换热器温度12=400C4、预热空气量：V空=34600Nmh（二）、设计方案选择“V”型管状金属换热器。管子规格 =60x 40mn按直通式布置管子间距离 x1/d=x 2/d=21.求烟气与空气的对数平均温（1）通过换热器的实际烟量V 烟二mV因（1 +）Nm/h3V 烟=0.8 X 45500X （1+0.1）= 40040Nrrih（2）换热器前烟气的实际温度 t 烟I 烟=CP烟 t 烟=310X9 60=297.6KJ/Nm3则在按换热器前烟气的热含量 I 烟为：I 烟=I 烟 / (1+)=297.6心+0.1)=270.545KJ/Nm 3 由此查得：t

50、烟=910C(3) 换热器的烟气温度 按换热器后烟气的热含量 I 烟I烟=1烟-V空(I空-I空 ) / V 烟=270.545-45500 X (127-6)/45500 X 0.9= 136.10 K 卡/N卅由此差得：t烟=493C(4) 烟气与空气的对数平均温度 tm=( t烟- t空)-(t烟-t空)/ln( t烟-t 空)/(t烟-t 空)=(910-400)-(493-20) /In (910-400)/(493 -20)=491.27 C说明：V烟=45500Nm/h取换热器烟气损失系数m=0.8。吸入冷气使烟气增加系数=0.1G烟=310KJNm3在t烟=960C时的烟气比热

51、I为空气进换热器前的热含量当t 空=20C，查得t空=6KJ/Nm, t空为进换热器后的热含量。当 t 空 =400C查得1空= 127K卡/Nm3, 为换热器的换热系数 =0.9。2、换热器的总传热系数K=1/(1/ a1+1/a2) KJ/Nm2hC(1) a i的计算在烟气侧有辐射传热和对流传热两个部分故：a 1= a i 辐 + a 1 对 KJ/Nh C由烟气管道内有效气层的厚度计算公式S二1.87 x (Xi+X)/d-4.1 x d二1.87 x (4d/d)-4.1x d=3.4d(m) d=S/3.4=0.2/3.4=0.059(m)在换热器内烟气的平均温度为t 烟=1/2

52、(t 烟 +t 烟)=1/2 (910+493) =701.5 C由 S=0.2 t 烟=701.5 C查图 7 得 a 1 辐二 7.6KJ/m 2hC由 a 1 对二(4.22+0.0056t ) Cx (wT 烟/d 0.35 外)又由 C=1+0.1xx1/d=1+0.1 x2=1.2说明：印一烟气侧的换热系数，a2 空气侧的换热系数，d_管子外径(m)，X1X2管子中心线的距离(m)，X1+X2=2d的(设计方案)，d=0.057(m)W烟一一烟道内的气流速度(标准态)在此取W烟=2m/s,d 外=0.057(m)(管外径)a 1对=(4.22+0.00565 x701.5)x 1.2x(20.65 /0.057 0.35)=41.99 由此：Q= a 1 辐 + a 1 对=7.6+41.99=49.59 KJ/Nm2hC(1) a 2的计算在空气侧只有对流传热由 a 2= (3.02+0.016/t 空)Cx (WT 空/d 0.2 内)/ t 空=1/2 (t 空 +t 空)=1/2 (20+400) =210C所以 a 2