传热学第5章加热炉

塑性加工工程传热学

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第五章加热炉辽宁科技大学

材料科学与工程学院

井玉安5.1加热炉基本结构5.2连续加热炉5.3加热炉的燃耗和热效率

Contents5.1加热炉的基本结构

一、认识加热炉二、炉膛和钢结构三、加热炉的冷却系统四、加热炉的余热利用设备燃料系统供风系统钢结构一、认识加热炉板坯加热炉高速线材生产用步进式加热炉一、认识加热炉一、认识加热炉无缝钢管生产用环形加热炉炉膛炉底冷却系统燃料系统金属基础加热炉组成：炉膛、燃料系统、供风系统、排烟系统、冷却系统、余热利用装置、推钢机构、测量仪表等燃料及空气供给系统示意图炉体连续加热炉的炉型二、炉膛和钢结构1、炉膛：由炉墙、炉顶、炉底组成的空间，加热金属的地方。炉顶炉墙炉底炉顶：拱顶和吊顶。拱顶采用楔形砖砌成，可环砌或错砌。炉子跨度小于4m时可用拱顶，大于4m时须用吊顶。炉底：炉膛底部的砖砌部分。炉底结构如图所示。炉底厚度约为200～700mm，最底层是基础，中间是粘土砖，上面是镁砖，最上面还可铺一层镁砂。基础：炉子的支座，承受炉子及其加热的金属的所有质量。2、钢结构：由竖钢架、水平拉杆（或连续梁）组成。承受炉顶、炉门机构、燃烧装置、冷却水管、及其它仪器仪表的重量。三、加热炉的冷却系统

1、炉底水冷结构：双面加热的连续加热炉内，钢坯在炉底水管上向前移动，如图。炉底水管采用厚壁无缝管做成d内=50~80,δ=10~20材质：1Cr18Ni9Ti支撑结构：①跨度不太大用四根纵水管，间距0.6~2mm，高温段可用横水管支撑，间距1~3m；②跨大时可用双排横水管或用回线型支撑管为提高水管寿命，并减轻钢坯与水管接触处“黑印”，一般均在水管上镶嵌耐热滑块。为减少冷却水带走的热量（15~25%），“黑印”效应，一般均对水管进行绝热包扎。2、汽化冷却：水冷时耗水量大，采用汽化冷却可节约大量用水，耗水只有水冷的1/25~1/30，热损失下降到10％以下。汽化冷却分为强制循环冷却和自然循环冷却两种方式。冷却原理如图所示。四、加热炉的余热利用设备

1、换热器根据所用材质分为：金属换热器、陶质换热器；根据换热器内气体流动方向分为：顺流、逆流、交叉流换热器；金属换热器特点：导热系数大、体积小、气密性好（可预热空气和煤气）、可以利用温度低于600℃的烟气、应用广，但承受的温度低、预热的温度低（700℃）、易变形。陶质换热器特点：承受的温度高、可以利用温度高于1000℃以上的烟气、预热的温度高达700℃以上、寿命长，但体积大、气密性差、不能预热煤气、效率低、控制阀复杂。（1）管状金属换热器（2）筒状金属换热器（3）针状金属换热器（4）翅片状金属换热器（5）辐射式金属换热器（6）两列式辐射对流金属换热器（7）套管式喷流换热器（8）方孔陶质换热器（9）管式陶质换热器（10）陶质换热器在均热炉上的应用2、蓄热式加热炉：由高效蓄热式热回收系统、换向式燃烧系统和控制系统组成。原理如图所示。各种蓄热陶瓷小球铬钢玉陶瓷蓄热球Φ10--40mm

高铝质陶瓷蓄热球Φ10--40mm莫来石陶瓷蓄热球Φ10--40mm刚玉质陶瓷蓄热球Φ10--40mm各种蓄热陶瓷蜂窝体5.2连续加热炉

一、推送式加热炉二、步进式加热炉三、环形加热炉四、其它类型加热炉及热处理炉

入炉辊道称重上料-粗中轧生产流程分钢辊道3段推钢机上料台架出钢机加热炉入炉辊道出炉辊道钢坯垛粗轧二1#飞剪中轧1#飞剪粗轧一预水冷恢复段预水冷恢复段1#活套1#活套预水冷箱预水冷箱5#活套5#活套精轧机组精轧机组吐丝机吐丝机导钢装置预精轧机组预精轧机组3#飞剪废品箱水冷段水冷段碎断剪2#飞剪夹送辊高速区生产流程废品箱精轧机组吐丝机风冷水箱风冷区生产流程工业炉轧钢加热炉常见的轧钢加热炉大致按照以下几种方式分类1、按照运料方式分类（1）推送式加热炉，或推钢式加热炉；（2）步进式加热炉，又分为步进梁式、步进底式，梁底组合式等；（3）转底式（环形炉）;（4）辊底式加热炉；（5）均热炉；2、按照供热制度分类

一段式、二段式、三段式、多段式；3、按照预热方式分类无预热、换热式（金属换热器、陶质换热器）、蓄热式；4、按照进出料方式分类

端进端出、端进侧出、侧进侧出等；5、按照所用燃料种类分类固体燃料（块煤、粉煤），液体燃料（重油），气体燃料（煤气：焦炉煤气、高炉煤气、混合煤气、发生炉煤气，天然气），混合燃料；6、按照被加热金属的形状分类加热方坯的、加热板坯的、加热圆管坯的、加热异型坯的等；一、推送式加热炉钢坯炉门推钢机钢坯入口钢坯出口特点：由预热段、加热段、均热段组成。一般有三个供热点：上加热(20~40％)、下加热(40~60％)、均热(20~30％)。可加热断面尺寸较大的物料。进出料方式一般为端进端出。运动机理：钢坯由炉尾被推钢机推入，先进入预热段（烟气温度约850℃~950℃）缓慢升温，达到500℃以后再进入加热段（烟气温度约1400℃~1500℃）快速升温加热，表面温度达到工艺温度后进入均热段（烟气温度约1250℃~1300℃）进行均热（心部升温），减小断面温差，达到工艺要求后出炉轧制。优点：结构简单、操作方便、运行可靠、投资少。缺点：钢料入炉后不能返回、需连续工作；受推钢比限制炉膛不能过长(拱钢和粘钢)；钢料在炉底水管上滑动时易划伤，氧化烧损量大；只能加热方坯或板坯且平直度要好；换钢种易混钢、传热条件不好。推送式加热炉工作过程示意图加热炉的基本尺寸炉宽：取决于钢坯长度和加热钢坯排数。钢坯与炉墙之间间距约为c=0.2~0.25m，故炉子的有效宽度为：单排料：B=l+2c双排料：B=l+3cccc加热炉的基本尺寸炉长：全长和有效长度。有效长度是根据总加热能力计算出来的：G－炉子生产能力kg/hb－钢坯宽度mτ－加热时间hn－料的排数g－每根坯的重量kg有效长度除了根据炉子产量确定外，还受允许推钢比的限制，推钢比过大容易拱钢。一般加热方坯推钢比取200~250,板坯推钢比取250~300,各段长度大致为：预热段25~40%L效，加热段25~40%L效，均热段15~25%L效。允许推钢比＝允许推钢推钢长度钢坯厚度拱钢二、步进式加热炉

加热炉简介：线材厂加热炉的结构形式是步进梁底组合式加热炉，加热炉有效尺寸13400×24940mm，分三段供热、五段控制，其中一、二（预热段）

、三段（上加热段）为炉膛温度闭环控制，四段（下加热段）、五（均热段）、炉膛温度为人工手动流量控制。三线轧制，小时产量150t/h。

运动机理：炉底支撑结构比较复杂，由固定梁和运动梁组成。

依靠炉底可动的步进梁作矩形轨迹的往复运动，将放置在固定梁上的坯料逐步地从进料端送到出料端，经过炉膛内不同的温度段后使坯料达到工艺要求的温度。上升前进复位下降上升前进复位下降上升前进复位下降炉底步进机构（活动梁的提升和平移）（a）油缸直接顶起式（b）杠杆式（c）斜块滑轮式（d）偏心轮式我国目前多采用斜块滑轮式。平移液压缸升降液压缸（c）斜块滑轮式（1）耐火材料覆盖步进梁（单面加热）常用耐热钢：Cr30Ni20、Cr25Ni20、Cr26Ni14、3Cr18Ni13Si2（2）固定梁和步进梁均由耐热钢铸件组成单面加热（3）水冷步进梁和固定梁，双面加热步进梁固定梁步进式加热炉的优缺点：与推钢式加热炉相比，步进式炉具有以下优点：1）可以加热各种形状的坯料，特别适合推钢式加热炉不便加热的大板坯和异型坯；2）生产能力大，炉底强度可以达到800~1000kgּm-2ּh-1，与推送式炉相比，加热等量的坯料炉子长度可以缩短10%~15%；3）炉子灵活性好，通过改变坯料间距就可以改变炉内料块数量，以适应产量变化的需要，而且步进周期也是可调的，如果加大每一周期前进的步距，就意味着坯料在炉内的时间缩短，从而可以适应不同金属加热的要求；4）炉子长度不受推送比的限制，不会产生拱料、粘连现象；5）单面加热的步进式炉没有水管黑印，不需要均热床，双面加热的情况比较复杂，对黑印的影响视水管绝热情况而定。6）由于坯料不在炉底滑道上滑动，坯料下面没有划痕。推送式炉由于推力震动，使滑道及绝热材料经常损坏，而步进式炉不需要这些维修费用；7）轧机故障或停轧时，能原地踏步或将物料退出炉膛，避免坯料长期停留炉内造成氧化和脱碳；8）可以准确计算和控制加热时间，便于实现过程自动化。步进式加热炉存在的缺点是：与同样生产能力的推送式炉相比，造价高15%~20%，甚至更高；双面加热的步进式炉炉底支承水管较多，水耗量和热耗量超过同样生产能力的推送式炉。经验数据表明，在同样小时产量下，步进式炉的热耗量比推送式炉高160kJ/kg。

三、环形加热炉进料出料环形炉是由可转动的炉底和固定的炉墙及炉顶构成的环形隧道所组成。运动机理：借助炉底的旋转，使放在炉底上的坯料由装料口移到出料口。炉子采用侧进料侧出料的方式，采用侧烧嘴加热。沿炉长也分预热段、加热段、均热段，内部设置吊挂式隔墙，通过隔墙和燃料供给量来调解各段温度。环形炉的炉底结构可转动的炉底环形炉支撑辊及定心辊装置1—定心辊；2—支撑辊定心辊支撑辊优点：1）转速（加热时间）及各段温度均可精确控制，炉子产量及热工制度可灵活控制。2）料坯放射状布置，受热面积大，加热质量好，断面温差低。3）炉内无水冷构件，密封好，热耗低。4）适合加热圆、方、异型、饼坯等单重较小的坯料。缺点：1）机械设备复杂，占地面积大，投资费用高。2）炉底面积利用率低，单位生产率较低。3）炉底温度高，加热塑性低的合金钢和高碳钢时应注意防止应力开裂。四、其它加热炉1、均热炉（钢锭均热）2、锻造加热炉（锻造件加热）（双室式）

单室式加热炉（退火用）3、辊底式加热炉（中厚板热处理）辊底式加热炉简图4、台车式热处理炉（大型钢件热处理）台车式热处理炉5、链式热处理炉（钢件热处理）6、分室式快速热处理炉（钢管热处理）7、罩式热处理炉（冷轧带钢热处理）8、不锈钢热处理用悬索式炉（冷轧不锈钢带热处理）9、塔式连续退火炉（冷轧带钢热处理）10、钢丝热处理马弗炉（钢丝热处理）（实验机、热模拟机等用）（钢件局部加热进行热处理时使用）（钢件进行热处理时使用）耐火材料梁炉底步进式加热炉带耐热钢枕的耐火材料梁炉底宝钢高速线材加热炉file:///C:/Documents%20and%20Settings/Administrator/Local%20Settings/Temporary%20Internet%20Files/Content.IE5/OD6V8XQZ/fusheguan%5B1%5D.gif一种连续还原退火炉卷取机导向辊炉体控制柜1342355657a897c242122b252422d272829303118346107b1112A7d1314A2422c1226B1617191822a132321208B15开卷机1、焊接机2、入口夹送辊3、入口气封嘴4、外炉壳5、保温层6、加热还原段炉门7a、7b、7c、7d、连接螺栓8、内炉壳9、加热还原段导向辊道10、还原气体进口11、测温仪表12、测压仪表13、还原气体出口14、防爆盖板32、加热器33

一种连续还原退火炉-发明专利5.3加热炉的燃耗及热效率

一、加热炉的生产率二、加热炉的燃耗及热效率

一、加热炉的生产率

生产率定义：单位时间内加热出来的温度达到工艺要求的金属锭坯的产量。t/h、t/d、kg/h。单位生产率：每平方米炉底布料面积上每小时的产量，kg/(m2h)（亦称钢压炉底强度、炉底强度）对连续加热炉有:A=nlLG