加热炉的基本结构

1、加热炉的基本结构炉膛和钢结构加热炉的冷却系统余热利用设备加热炉的组成加热炉般由以下各部分组成：炉膛钢结构及基础冷却系统余热利用装置等供风系统排烟系统进出料机构燃料系统测量及控制仪表加热炉的组成1、炉膛和钢结构炉墙炉顶 炉膛炉底炉子的钢结构耐火层：直接承受护高温气流冲刷和炉渣侵蚀，通常采用各种耐火材料经砌筑、捣打或浇注形成；保温层：其功能在于减少炉衬的散热损失，改善现场操作条件；防护层：通常采用建筑砖或钢板，其功能在于保持炉衬的气密性，保护多孔保温材料形成的保温层免于损坏。钢结构：是位子炉衬最外层的承载框架，其功能在于承担炉衬、燃烧设施、检测仪器、炉门、炉前管道以及检修、操作人员所形成的载荷，提

2、供有关设施的安装框架。1、炉膛和钢结构 炉衬：耐火层、保温层、防护层和钢结构1.1 炉墙炉墙分为侧墙和端墙沿炉子长度方向上的炉墙称为侧墙，厚度通常为1.5- 2砖厚炉子两端的炉墙称为端墙，端墙的厚度视烧嘴、孔道的尺寸而定，一般为2- 4砖厚炉墙通常用标准直型砖平砌而成，炉门的拱顶和炉顶拱脚处用异型砖砌筑炉墙上设炉门、窥视孔、测温孔等炉墙应尽可能避免直接承受附加载荷1、炉膛和钢结构1、炉膛和钢结构冷壁式炉墙：管子排列越密对炉墙保护效果越好.热壁式炉墙：一般炉墙由耐火层、保温层和保温板组成。1、炉膛和钢结构1、炉膛和钢结构炉门炉门洞口截面尺寸需保证装、出料方便炉门洞口尺寸通常稍大于装料尺寸，而小于

3、炉膛截面尺寸，这可以减少炉门开启式的热损失炉门洞口砌体常受工件摩擦碰撞，应采用重质或其他较坚固的耐火砖砌筑。窥视孔-观察孔 可随时观察炉内工件受热情况，发现加热炉膛内的各种问题。设计观察窗时应力求结构简单，观察高度适宜，其尺寸的大小，在满足观察视野的前提下，应尽量的小。烧嘴孔测温孔 可用光学、光电高温计、红外测温仪从孔口进行温度测量。1、炉膛和钢结构 分类：拱顶、吊顶1、炉膛和钢结构1.2 炉顶1、炉膛和钢结构拱顶用楔形砖砌筑：错砌、环砌、分层砌1、炉膛和钢结构炉子跨度小于3-4m时采用拱顶拱顶的材料可直接用耐火砖修砌，也可用耐火混凝土浇注或用预制块。高温炉(1250-1300度)的拱顶采用硅

4、砖或高铝砖。耐火砖上面可以用硅藻土砖绝热，也可以用矿渣棉等散料作绝热层。为了砖的膨胀，拱顶砌砖要留膨胀缝，每1m炉顶膨胀缝为：黏土砖5-6mm，硅砖10-12mm，镁砖8-10mm。 1、炉膛和钢结构如果跨度较大，一般均用吊顶吊顶是由一些异型砖组成的，吊顶砖用金属吊杆单独或成组地吊在炉子的钢结构上。1、炉膛和钢结构吊顶砖的材料：用黏土砖、高铝砖、镁铝砖，外面一般不铺绝热材料，否则炉顶砖的上表面温度可升得很高，吊挂炉顶的金属构件会因此而被拉长或拉坏。应用：和拱顶相比，吊顶不受炉子跨度的限制，但它的结构复杂，造价较高，只在大炉子上采用。1、炉膛和钢结构炉底厚度：200-700mm炉底的下部可以用绝

5、热材料隔热，最上部要接触1200-1250度的高温，还有氧化铁皮的作用，故多采用镁砖。为了便于清除氧化铁皮，还可以在镁砖上再铺层40-50mm厚的镁砂或焦屑。1000左右的热处理炉或无氧化加热炉，因为没有氧化铁皮的侵蚀问题，炉底也可以用黏土砖。一些现代的炉子、实炉底也采用一些高级耐火材料。如电熔锆莫来石砖或刚玉砖。1、炉膛和钢结构1.3 炉底1、炉膛和钢结构实炉底-并非直接砌筑在炉子的基础上，而是架空通风的即在支承炉底的钢板下面用槽钢或工字钢架空，避免因炉底温度过高，混凝土基础受损这是因为普通混凝土温度超过300度时，其机械强度显著下降。1、炉膛和钢结构单面加热的炉子，炉底都是实心炉底。双向加

6、热的炉子，炉内的炉底通常分实底段(均热段)和架空段两部分，也有的炉子的炉底全部是架空的。1、炉膛和钢结构为了避免钢锭与炉底耐火材料的直接接触，减少推钢的阻力和耐火材料的磨损，在单面加热的连续式加热炉或双面加热炉子的实底部分装有金属滑轨，双面加热的炉子采用水冷管滑轨(图5-3d)。机械化的炉子上，炉底结构都是和装料、出料、炉料的传送机构连在一起的，例如步进式炉、环形加热炉(图5-3e)、链式加热炉、辊底式炉、车底式炉、转底式炉等。1、炉膛和钢结构1、炉膛和钢结构基础作用：是炉子的支座，它将炉膛、钢结构和被加热金屈的重量所构成的全部载荷传到地面上。基础的大小不仅与炉子有关，还和不同的土壤承重有关。

7、基础的材料：可以采用混凝土、钢筋混凝土、红砖、毛石。大中型炉子都用混凝土基础，只有小型加热炉才用砖砌基础。 1、炉膛和钢结构1.4 炉子基础注意事项应避免将炉子和其他设备放在同一基础上，以免由于负荷不同而使基础开裂或设备倾斜。基础应尽可能建在地下水面以上，如果地下水位太高，则炉子基础(及烟道基础)应建成混凝土的坑式基础(图7-4e)。如果炉底不是架空通风的，则要适当考虑热膨胀的问题。1、炉膛和钢结构1、炉膛和钢结构为了使整个炉子成为一个牢固的整体，在长期高温的工作条件下不致严重变形，炉子必须设置由竖钢架、水平拉杆(或连接梁)组成的钢结构。钢结构要能承受炉子拱顶的水平分力或吊顶的全部重量，并把作

8、用力传给炉子基础。此外，炉子的钢结构还起一个框架的作用，炉门、炉门提升机构、燃烧装置、冷却水管和其他一些零件都固定在钢结构上。1、炉膛和钢结构1.5 炉子钢结构为什么要有钢结构？钢结构有什么作用？主体是竖钢架，可以用槽钢、工字钢等，下端用地脚螺丝固定在混凝土基础内，上端用连接梁连接起来(图7-5a)。也可以采用活动连接的方式，即竖钢架的上下端用可调整的拉杆连接起来，开炉时可以根据炉子膨胀情况，调整螺丝放松拉杆，正常生产后很少再去调整拉杆的松紧(图7-5b)。1、炉膛和钢结构 炉底采用810 mm，护炉壳其他部分多用35mm钢板 1、炉膛和钢结构组成：加热炉的冷却系统是由加热炉炉底的冷却水管和其

9、他冷却构件组成。冷却方式：冷却方式分为水冷却和汽化冷却两种2、加热炉的冷却系统2.1 炉底水冷结构2.2 汽化冷却炉底水管：纵水管 是用厚壁无缝钢管组成，内径5080mm，壁厚l020mm。滑轨：为避免坯料在水冷管上直接滑动时将钢管壁磨损，在和坯料直接接触的纵水管上焊有圆钢或方钢，称为滑轨，磨损以后可以更换，而不必更换水管。炉底水管支撑结构 横水管：高温段 间隔1-3.5m 跨度不大 双水管，回型横水管：跨度大纵水管间距：0.6-2m 钢锭两端应比水管宽100150mm2、加热炉的冷却系统2.1 炉底水冷结构纵水管 炉底水管炉墙横水管回型横水管耐火砖柱滑轨炉底水管2、加热炉的冷却系统炉底水管的

10、绝热：水冷表面达到炉底面积的30-50% 黑印 措施：绝热包扎现多采用耐火浇注料或可塑料包扎炉底水管。用耐火浇注料或可塑料包扎水管时，在管壁上焊上锚固钉或加耐热钢纤维，能将包扎层牢固地粘附在水管上。2、加热炉的冷却系统耐热钢纤维2、加热炉的冷却系统2、加热炉的冷却系统复合(双层)绝热包扎：内层：采用一层10-12mm的石棉或耐火纤维。外面：再加40-50mm的耐火可塑料，10mm的耐火纤维相当于50-60mm可塑料的绝热效果。这样的双层包扎绝热比单层绝热可减少热损失20-30。2、加热炉的冷却系统汽化冷却的基本原理是：水在冷却管内被加热到沸点，呈汽水混合物进入汽包，在汽包中使蒸汽和水分离。分离

11、出来的水又重新回到冷却系统中循环使用，而蒸汽从汽包中引出可供利用。汽化冷却系统包括软水装置、供水设施(水箱、水泵)、冷却构件、上升管、下降管、汽包等。2、加热炉的冷却系统2.2 气化冷却优点：降低耗水量；减少热损失水汽化冷却时吸收的总热量大大超过水冷却时所吸收的热量。因此，汽化冷却时水的消耗量降到水冷却时的125130。一般连续加热炉水冷却造成的热损失占热总支出项的13一20，而同样炉子改为汽化冷却时，热损失可降到10以下。2、加热炉的冷却系统3、余热利用设备余热利用途径:废气预热空气、煤气-换热器、蓄热器废气生产蒸汽、热水-余热锅炉3、余热利用设备3、余热利用设备3、余热利用设备换热器分为三

12、种形式：顺流、逆流、交叉流，三种形式的组合：正交逆流式、正交顺流式等。3、余热利用设备3.1 换热器逆流式热效率高，结构紧凑 应用多顺流式，换热器器壁温度均匀逆流式比顺流式将空气预热到更高的温度3、余热利用设备换热器的传导方式废气：对流、辐射空气：对流-提高空气流速3、余热利用设备金属换热器：导热系数大，体积小。一般焊接，气密性好。可以利用温度较低的废气(500-700)，使用范围较大，承受的温度有限，一般钢质换热器只能把空气预热到400-500，耐热钢也只能把空气预热到600-700。陶制换热器：可以承受1000以上的废气，能把空气预热到700以上。陶质换热器体积很大，气密性差，不能用来预热

13、煤气。3、余热利用设备3.1.1 金属换热器空气预热温度小于350-碳素钢高于350-铸铁3、余热利用设备管状换热器针状换热器和片状换热器辐射换热器喷流换热器金属换热器3、余热利用设备管状换热器安装在烟道内3、余热利用设备管径：10-15mm,120-150mm废气：700-750，可将空气余热到300以下。优点：简单、气密性好、可预热空气和煤气。缺点：预热温度较低，变形漏气，寿命短。吊挂式3、余热利用设备空气3-8m/s废气1-4m/s针状换热器3、余热利用设备气密性不好（不能预热煤气）换热器元件是一些铸铁或耐热铸铁的管子，空气由管内通过，废气从管外穿过，如烟气含尘量很大，管外侧没有针与翅片

14、。整个换热器是用若干单管并联或串联起来，用法兰连接，所以气密性不好，空气损失有时可达15-20，故不能用来预热煤气。片状换热器3、余热利用设备常见的插入件有一字形板片、十字形板片、螺旋板片、麻花形薄带等。由于管内增加插入件，增大了气体流速，产生的紊流有助于破坏管壁的层流底层，从而使对流给热系数增大，综合给热系数比光滑管提高约25-50。这种办法的缺点是阻力加大，要使用薄壁耐热钢管，价格较高。辐射换热器3、余热利用设备当烟气温度超过9001000度时，辐射能力增强。由于辐射给热和射线行程有关，所以辐射换热器烟气通道直径很大。其管壁向空气传热，仍靠对流方式流速起决定性作用，所以空气通道较窄，使空气

15、有较大流速(2030ms)，而烟气流速只有0.52ms.装在垂直或水平的烟道内，因为烟气的通迟大，阻力小，所以适合于含尘量大的高温烟气。烟气温度在1300时，可把空气预热到600一800，适用于均热炉、快速加热炉和某些大中型连续加热炉。辐射对流辐射对流换热器3、余热利用设备辐射式换热器适用于高温烟气，经过它出来的烟气温度往往还很高，因此可以进一步利用，方法之一是烟气再进入对流式换热器，组成辐射对流换热器高温烟气内管20-30m/s换热壁面喷流换热器3、余热利用设备冷空气由内管上的许多小孔以2030m/s的流速喷出，气流喷射在外管的传热表面上。由于气流速度高，又破坏了外管壁上的层流底层，从而大大

16、提高了对流给热系数，其综合传热系数比普通管式换热器高得多，可达50w/(m2)。而且空气预热温度提高，管壁被带走的热量多，温度反而下降，有利于提高换热器寿命。加热后的空气通过内外管之间的环形流道，汇入风箱而后送出。陶质换热器可以把空气顶热到800-1100。寿命一般比金属换热器长。缺点是体积大，气密性差，新砌的漏气量在10-12，操作过程中增加到30-40。由于漏风，换热器内废气与空气的流速不能太大，废气0.3-2ms，空气1-2ms。陶质换热器是用耐火黏土制的异型砖构成，它的热阻比金属换热器大得多，所以综合给热系数只有3.5-12w(m2)，而金属换热器要高几倍至十几倍。为了降低热阻，换热器

17、元件的壁厚应设法减薄，一般为12-18mm，但必须的保证有足够的强度。采用碳化硅质的换热器元件是改进材质的一大进展，碳化硅导热性好，耐火度、抗渣性、耐急冷急热性都很好，是比较理想的换热器壁材料，但是价格太高因而限制了它的广泛应用。3.1.2 陶瓷换热器3、余热利用设备废气冷空气热空气3、余热利用设备管式陶质换热器这种换热器管砖内侧温度高，外侧温度低，当温度急剧变化时容易产生裂纹。和方孔式比较，这种型式的换热器面积相对较大，热效率高，但异型砖种类多，结构复杂。这种换热器主要用在均热炉上，因为均热炉出炉烟气的温度高。3.2 蓄热室3、余热利用设备蓄热室可以把空气或煤气预热到更高的温度(1000以上

18、)新型蓄热室采用陶瓷小球或蜂窝体作为蓄热体，其比表面积高达200-1000m2/m3，比老式格子砖大几十倍，因此极大地提高了传热系数，使蓄热室的体积大为缩小。图7-25是蓄热式加热炉示意图。换向系统可采用PLL可编程序，可完成自动程序换向控制及手动强制换向控制、空气换向、煤气换向同步且乎稳，不致产生空气、煤气、烟气混合的可能。热效率可达85%以上。3.3 余热锅炉3、余热利用设备除了预热空气和煤气之外，废气余热还可以用来加热锅炉、以得到蒸汽和热水。在均热炉或大型连续加热炉上，换热器出来的废气温度仍有500600，甚至更高所以空气预热设备后面可以再安装余热锅炉，它能再回收约50的废气余热，使废气

19、温度下降到150250，使总的热利用率进一步提高。火管式余热锅炉的烟气通过管内，水在管外被加热蒸发。主要热交换面是火管，所以要求烟气通过管内有较高的流速(约20m/s），以强化对流给热。为此余热锅炉后面都要安装抽风机。火管式锅炉热效率低，工作压力也低，但对水质的要求不高。3、余热利用设备余热锅炉的合理构造应满足下列要求：轻便，占地面积小；制造简单，金属材料用量少；能抵抗温度的激烈变化；一个锅护机组的蒸发量不能太小；蒸汽温度和压力变化时，不严重影响用户；气密性好，流动阻力小，可用含尘量大的烟气。3、余热利用设备燃料的供应系统、供风系统和排烟系统煤气管道一般都架空敷设，特殊情况需要布置在地下时，应设置地沟并保证通风良好，检修方便。当煤气管道系统中装有预热器，并考虑预热器损坏检修时护子要继续工作，应装设有切断装置的旁通管路。为了减少管道的散热损失，热煤气管道必须敷设绝热层，管道绝热方式有管外包扎和管内砌衬两种工艺，根据管道内介质温度和管径大小确定。 燃油输送管道敷设重油管道的要求：油管可固定在钢结构止。支管一般由下向上与喷嘴相接。敷设管道时向油罐方向留一定的坡度，最低点设排油口，最高点设放气阀。 重油管路要有蒸汽吹扫系统，以便停炉时清除管路内的残油。 每个喷嘴前或分段支管上要装设油过滤