【正文】 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）用紙115th燃焦?fàn)t煤氣推鋼式連續(xù)加熱爐的設(shè)計(jì)1．文 獻(xiàn) 綜 述 加熱爐的概述[1]加熱爐是將物料或工件加熱的設(shè)備。按熱源劃分有燃料加熱爐、電阻加熱爐、感應(yīng)加熱爐、微波加熱爐等。應(yīng)用遍及石油、化工、冶金、機(jī)械、熱處理、表面處理、建材、電子、材料、輕工、日化、制藥等諸多行業(yè)領(lǐng)域。在冶金工業(yè)中，加熱爐習(xí)慣上是指把金屬加熱到軋制成鍛造溫度的工業(yè)爐，包括有連續(xù)加熱爐和室式加熱爐等。金屬熱處理用的加熱爐另稱為熱處理爐。初軋前加熱鋼錠或使鋼錠內(nèi)部溫度均勻的爐子稱為均熱爐。廣義而言，加熱爐也包括均熱爐和熱處理爐。 加熱爐的一般組成部分[6]加熱爐是一個(gè)復(fù)雜的熱工設(shè)備，它一般由爐子熱工工藝系統(tǒng)、裝出料系統(tǒng)、熱工檢測及自動(dòng)控制系統(tǒng)等部分組成。三個(gè)系統(tǒng)相互配合，使?fàn)t子正常運(yùn)轉(zhuǎn)。其中爐子的工作室（爐膛）、供熱系統(tǒng)（風(fēng)機(jī)、油泵、管道、燃燒裝置等）、排煙系統(tǒng)（煙道、煙閘、換熱器、余熱鍋爐、煙囪、排煙機(jī)等）以及冷卻系統(tǒng)等構(gòu)成了爐子的熱工工藝系統(tǒng)，它是加熱爐最基本的組成部分。故以下僅對(duì)熱工工藝系統(tǒng)中的主要組成部分加以介紹。 爐膛（工作室）爐膛（工作室）是爐子的核心，主要的熱工及工藝過程都在工作室內(nèi)完成。爐膛一般是由爐墻、爐頂和爐底構(gòu)成的一個(gè)近乎六面體的空間，是對(duì)金屬工件進(jìn)行加熱的地方。因工藝和用途不同，爐膛形狀是各式各樣的。在加熱爐的運(yùn)行過程中，不僅要求爐膛能夠在高溫和荷載條件下保持足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，要求能夠耐受爐氣、爐塵和爐渣的侵蝕和沖刷，而且要求有足夠的絕熱保溫和氣密性能。因此，要求構(gòu)成爐墻、爐頂和爐底等所用的材料、結(jié)構(gòu)型式和尺寸等都必須具備以上性能，以保證爐子能夠正常工作。1) 爐墻爐子四周的圍墻稱為爐墻。加熱爐都采用直立的爐墻，分為側(cè)墻和端墻。沿爐子長度方向上的爐墻稱為側(cè)墻；爐子兩端的爐墻稱為端墻。為保證爐墻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，爐墻必須有一定的厚度，并應(yīng)爐子尺寸的增大和爐膛溫度的升高而增厚。為了減少散熱和蓄熱損失，爐墻應(yīng)設(shè)有絕熱層。側(cè)墻的厚度一般為2～（464～580mm），其中起穩(wěn)定作用的主墻用粘土磚砌筑，～2塊磚厚，其余部分為絕熱材料，構(gòu)成復(fù)合爐墻。用耐火澆注料或耐火可塑料等制作的爐墻，主墻厚度一般為250～300mm。端墻厚度應(yīng)視燒嘴孔道尺寸而定，～4塊磚厚。為了使?fàn)t子具有一定的強(qiáng)度和良好的氣密性，爐墻外面包以4～10mm厚的鋼板外殼做爐墻的防護(hù)層。爐墻最經(jīng)濟(jì)厚度，應(yīng)根據(jù)砌體的材料費(fèi)和蓄熱散熱損失引起的燃料費(fèi)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算確定。爐墻上設(shè)有爐門、窺視孔、燒嘴孔、以及熱工參數(shù)檢測孔等孔洞。為防止砌體受損，爐墻應(yīng)盡可能避免直接承受附加載荷，爐門、冷卻水管等構(gòu)件應(yīng)設(shè)置在鋼結(jié)構(gòu)上。2）爐頂爐頂事爐膛組成中的薄弱環(huán)節(jié)。爐頂是否牢固可靠，對(duì)爐子工作有重大影響。加熱爐的爐頂按其結(jié)構(gòu)分為拱頂和吊頂兩種。拱頂用楔形磚砌筑或不定形耐火材料搗制而成。拱頂?shù)墓敖枪绊數(shù)暮穸群筒馁|(zhì)與爐子跨度和爐內(nèi)溫度條件有關(guān)。一般爐子的跨度較大時(shí)，爐頂?shù)暮穸葎t應(yīng)相應(yīng)適當(dāng)加大。，拱頂?shù)哪突鸫u層為230～250mm，絕熱層為65～150mm。，耐火磚層為230～300mm，絕熱層為120～200mm。當(dāng)爐子跨度大于4m時(shí)，由于拱頂所承受的側(cè)壓力很大，一般耐火材料的高溫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度已很難滿足，因而大多數(shù)采用吊頂結(jié)構(gòu)。吊頂是由一些特制的異形磚組成的，異形磚用金屬吊桿單獨(dú)地或成組地吊在爐子鋼結(jié)構(gòu)上。加熱爐用吊頂材料，高溫部分通常采用一級(jí)粘土磚或高鋁磚，低溫部分可采用普通粘土磚。在連續(xù)式加熱爐上多采用吊頂（平頂）而不采用拱頂。這是應(yīng)為它不受爐子跨度限制，便于局部修理，便于安裝燒嘴，爐氣在爐膛寬度上鋪展均勻。3）爐底爐底的工作條件非常惡劣。它不僅要承受被處理物料的機(jī)械負(fù)荷、碰撞與摩擦等作用，有時(shí)還要受到被處理物料的化學(xué)侵蝕及熔體的滲透等。爐底結(jié)構(gòu)型式和所用材料，決定于工藝過程和爐內(nèi)的工作溫度及化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)。爐底有固定式爐底和移動(dòng)式爐底（機(jī)械化爐底）兩種形式。固定式爐底的爐子，被處理的爐料靠推鋼機(jī)推動(dòng)在陸地上移動(dòng)。為了避免物料與爐底耐火材料直接摩擦而損壞爐底與金屬表面，有些情況下，在爐底上裝有金屬滑軌或水冷管滑道。機(jī)械化的活動(dòng)爐底帶動(dòng)爐內(nèi)物料一道移動(dòng)，屬于這種類型的爐子很多，其中主要有步進(jìn)式加熱爐、轉(zhuǎn)底式加熱爐、分室式加熱爐和鏈?zhǔn)郊訜釥t等。爐底的厚度和材質(zhì)取決于爐子的尺寸和溫度。一般變化在200～700mm，爐底下部用絕熱材料隔熱。由于鎂磚具有良好的抗渣性，所以在軋鋼加熱爐的爐底上用鎂磚砌筑，并且為了便于氧化鐵皮的清除，在鎂磚上還要再鋪上一層40～50mm厚的鎂砂。在1000186。C左右的熱處理爐或無氧化加熱爐上，因?yàn)檠趸F皮的侵蝕問題較小，爐底也可采用粘土磚砌筑。 排煙系統(tǒng)為了使加熱爐能正常工作，需要不斷供給燃料所用的空氣，同時(shí)又要不斷地把燃燒后產(chǎn)生的廢煙氣排出爐外，因此，爐子設(shè)有排煙系統(tǒng)。工業(yè)爐的排煙方式分為自然排煙和機(jī)械排煙兩種。前者指煙囪排煙、直接排放和依靠自然抽力的排煙罩等；后者指排煙機(jī)排煙、噴射排煙等。1）煙道煙道是連接爐膛和煙囪的煙氣通道。設(shè)計(jì)煙道時(shí)，必須充分考慮其斷面尺寸和密封絕熱問題，因?yàn)榍罢叩拇笮∮绊憻煔饬鲃?dòng)阻力損失和造價(jià)，后者的好壞影響排煙系統(tǒng)的吸力和余熱回收率。對(duì)煙道布置的要求：(1)地下煙道不會(huì)妨礙交通和地面上的操作，因此一般煙道都盡量布置在地下。(2)要求煙道路程短，局部阻力損失小。(3)煙道較長時(shí)，其底部要有排水坡度，以便集中排出煙道積水。(4)當(dāng)煙道中有廢熱回收裝置時(shí)，一般要設(shè)置旁通煙道和相應(yīng)的閘板、人孔等，以便在廢熱回收裝置檢修時(shí)可不影響爐子的生產(chǎn)操作。煙道內(nèi)襯粘土磚的厚度與煙氣溫度有關(guān)。當(dāng)煙氣溫度為500186。C～800186。C，煙道內(nèi)寬度小于1m時(shí)，一般用113mm厚的粘土磚，大于1m時(shí)，用230mm厚粘土磚；煙氣溫度低于500186。C時(shí)可用100號(hào)機(jī)制紅磚砌筑內(nèi)襯。當(dāng)煙道沒有混凝土外框時(shí)，外層用紅磚砌筑，其厚度應(yīng)能保證煙道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。2）煙道閘板為了控制排煙量以調(diào)節(jié)爐膛壓力，煙道上必須設(shè)置煙道閘板。當(dāng)煙氣溫度低于400186。C～600186。C時(shí)，閘板可用灰口鑄鐵件或鑄鋼件制作；當(dāng)溫度高于600186。C～700℃時(shí)，應(yīng)采用水冷閘板、空冷閘板、襯磚閘板或耐熱合金鋼制造的閘板。對(duì)煙道閘板的要求如下：(1)閘板的位置應(yīng)便于操作和維修，有條件時(shí)，閘板要盡可能安裝在室內(nèi)不妨礙交通的地方。(2)裝在預(yù)熱器前后的閘板，其位置和結(jié)構(gòu)要盡量避免煙氣通過預(yù)熱器時(shí)產(chǎn)生偏流。(3)煙道閘板的斷面可以適當(dāng)小于主煙道斷面，以利于改善閘板的調(diào)節(jié)功能。3）煙囪加熱爐的排煙一般都用煙囪，應(yīng)為它不需要消耗動(dòng)力，維護(hù)簡單，只有當(dāng)煙囪抽力不足時(shí)，才采用引風(fēng)機(jī)或噴射管來幫助排煙。煙囪是最常用的一種排煙裝置。煙囪結(jié)構(gòu)有磚煙囪、鋼筋混凝土煙囪(內(nèi)襯磚)和金屬煙囪(有的襯磚有的不襯磚)。其中金屬煙囪壽命低，易受腐蝕，但它建造快，造價(jià)低。當(dāng)煙溫高于350186。C時(shí)，金屬煙囪要砌內(nèi)襯，襯磚厚度一般為半塊磚。煙溫達(dá)到350186。C～500186。C時(shí)用紅磚砌筑，高度為煙囪的1／3，煙溫為500186。C～700186。C時(shí)煙囪全高襯砌紅磚，700186。C以上時(shí)煙囪全高襯砌耐火磚。煙囪必須有獨(dú)立的基礎(chǔ)，不能與煙道基礎(chǔ)相連，以免煙囪下沉?xí)r煙道基礎(chǔ)斷裂。煙囪底部應(yīng)設(shè)人孔，以備烘烤煙囪、扒灰和修理內(nèi)襯之用。 爐子基礎(chǔ)與鋼結(jié)構(gòu)1）爐子基礎(chǔ)修建爐子時(shí)必須打好爐子基礎(chǔ)。爐子基礎(chǔ)一方面要承受整個(gè)爐子的質(zhì)量不致下沉或倒塌；另一方面還要防止?fàn)t底受潮或遭受地下水的侵襲，保證爐子正常工作。根據(jù)爐子的大小和土質(zhì)的好壞，爐子基礎(chǔ)可采用不同材料和結(jié)構(gòu)來砌筑。小爐子可用紅磚或石塊來砌筑；絕大多數(shù)大中型爐子都采用混凝土或鋼筋混凝土修建，因?yàn)樗冉Y(jié)實(shí)又抗壓。在設(shè)計(jì)和修筑爐子基礎(chǔ)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：(1)混凝土任何部分的溫度都不允許超過300186。C，否則混凝土就會(huì)變質(zhì)而壓壞。因此，當(dāng)爐底直接建筑在混凝土上時(shí)，要在爐底與混凝土之間用絕熱材料隔開；對(duì)于溫度較高的爐子，要把爐底架空起來，靠空氣冷卻基礎(chǔ)。(2)爐子基礎(chǔ)必須是整塊的，不允許有斷裂現(xiàn)象。爐子基礎(chǔ)要與其他基礎(chǔ)(如附助設(shè)備、廠房、煙囪等基礎(chǔ))分開，以避免由于基礎(chǔ)受力不同而引起不均勻下沉，使基礎(chǔ)開裂或設(shè)備傾斜。(3)基礎(chǔ)的底部應(yīng)在地基的凍土線以下，以免因天氣寒冷使基礎(chǔ)遭到破壞。(4)爐子基礎(chǔ)應(yīng)盡可能地建于地下水平面以上，以免由于地下水的侵入而損壞基礎(chǔ)的強(qiáng)度。爐子個(gè)別部分（如煙道、換熱器等）必須建在地下水平面以下時(shí)，一定要有防水溝或防水層等嚴(yán)密的防水措施。2）爐子的鋼結(jié)構(gòu)為使整個(gè)爐子成為一個(gè)牢固的整體，在長期高溫的工作條件下不致嚴(yán)重變形，爐子必須設(shè)置由鋼柱、橫梁、拉桿、拱角梁等組成的鋼架。其作用是： (1)加固爐子砌體，承受爐子拱頂?shù)乃椒至蛘郀t子吊頂?shù)娜恐亓浚阉鼈兊淖饔昧鞯綘t子基礎(chǔ)上。 (2)鋼結(jié)構(gòu)也是爐子的骨架，在其上可以安置爐門框、爐門、燒嘴和冷卻水管等各種爐子部件，并承受這些部件的重量。(3)可抵抗砌體的高溫膨脹，使?fàn)t子受熱后不發(fā)生變形。鋼結(jié)構(gòu)的型式與爐型和砌磚結(jié)構(gòu)有關(guān)，為使鋼架形成整體，一般都采用焊接結(jié)構(gòu)，但各部分砌體均需留有膨脹縫，以免受熱后鋼架變形。鋼結(jié)構(gòu)的計(jì)算很復(fù)雜，而且在冷態(tài)下算出的結(jié)果也不準(zhǔn)確，因?yàn)橛捎跍囟鹊纳咂龃u的膨脹應(yīng)力很難計(jì)算得出。所以鋼結(jié)構(gòu)的尺寸和規(guī)格常常是參照實(shí)際使用資料來確定。 加熱爐的熱工制度[6]連續(xù)式加熱爐的熱工制度，包括溫度制度、供熱制度和壓力制度。溫度制度是指爐內(nèi)的溫度分布，主要是沿爐長方向的溫度分布。供熱制度是指爐內(nèi)的供熱分配，它和爐溫分布是互為因果的。在設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)爐溫制度的要求，采取某種供熱分配（燃燒器布置）來予以保證；在操作中，一定的供熱分配將造成一定的爐溫制度。它們之間互相聯(lián)系又互相制約。因此，爐溫制度和供熱分配總是結(jié)合起來考慮的，把他們的總和叫做“溫?zé)嶂贫取?。壓力制度是指爐內(nèi)的壓力分配。爐子的溫度制度和壓力制度將影響到爐子的生產(chǎn)率、熱效率、加熱質(zhì)量、爐體壽命、操作條件等。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，爐子的段數(shù)、供熱和排煙位置、爐形輪廓等常常主要是保證合理的爐溫制度和壓力制度出發(fā)來考慮的；而其基本的供熱、供風(fēng)、排煙操作的目的就是調(diào)溫、調(diào)壓、調(diào)氣氛。所以，除特殊的氣氛之外，幾乎全部的熱工操作就在于控制爐子的溫度和壓力制度?，F(xiàn)代加熱爐的計(jì)算機(jī)控制也主要是控制爐溫和爐壓，所謂“燃燒控制”就是在良好的燃燒條件下實(shí)現(xiàn)爐溫制度的給定值的控制。其中，主要是溫度制度，它是實(shí)現(xiàn)加熱工藝要求的保證；是制定供熱制度與爐壓制度的依據(jù)，也是爐子進(jìn)行操作與控制最直觀的參數(shù)，爐型或爐膛形狀曲線是實(shí)現(xiàn)既定熱工制度的重要條件。三段式溫度制度分為預(yù)熱段、加熱段和均熱段，料坯由爐尾推入后，先進(jìn)入預(yù)熱段緩慢升溫，出爐廢氣溫度一般保持在850950℃，然后料坯被推入加熱段強(qiáng)化加熱，表面迅速升溫到出爐前要求的溫度，并允許物料內(nèi)外有較大的溫差,最后，料坯進(jìn)入溫度較低的均熱段進(jìn)行均熱，其表面溫度不再升高，而是使斷面上溫度逐漸趨于均勻。均熱段的溫度一般在125001300℃，即比料坯的出爐溫度約高50℃。 供熱制度指在加熱爐中的熱量的分配制度。熱量的分配既是設(shè)計(jì)中也是操作中的一個(gè)重要問題，目前三段式加熱爐一般采用的是三點(diǎn)供熱，即均熱段、加熱段的上下加熱；或四點(diǎn)供熱，即均熱段上下加熱，加熱段的上下加熱。合理的供熱制度應(yīng)該是強(qiáng)化下加熱。 連續(xù)加熱爐內(nèi)爐壓大小及其分布是組織火焰形狀調(diào)整溫度場及控制爐內(nèi)氣氛的主要手段之一。它影響鋼坯加熱速度和加熱質(zhì)量，也影響著燃料利用的好壞，特別是爐子出料處的爐膛壓力尤為重要。 爐壓沿爐長方向上的分布，隨爐型、燃料方式及操作制度不同而異，一般連續(xù)式加熱爐爐壓沿爐長的分布是由前向后遞增，總壓差一般為2040Pa。造成這種壓力遞增的原因，是由于燒嘴射入爐膛內(nèi)流股的動(dòng)壓頭轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓頭所致。 由于熱氣體的位差作用，爐內(nèi)還存在著垂直方向的壓差，如果爐膛內(nèi)保持正壓，爐氣又充滿爐膛，對(duì)傳熱有利，但爐氣將由裝料門和出料口等處逸出，不僅污染環(huán)境，并且造成熱量的損失。反之，如果爐膛內(nèi)為負(fù)壓，冷空氣將由爐門被吸入爐內(nèi)，降低爐溫，對(duì)傳熱不利，并增加了爐氣中氧含量，加劇了料坯的燒損。所以對(duì)爐壓制度的基本要求是保持爐子出料端鋼坯表面上的壓力為零或1020Pa微正壓（這樣爐氣外逸和冷風(fēng)吸入的危害可以減到最低限度），同時(shí)爐內(nèi)氣流通暢并力求爐尾處不冒火。 連續(xù)加熱爐廣義的連續(xù)式加熱爐包括所有的連續(xù)運(yùn)料的加熱爐，如推鋼式爐、步進(jìn)式爐、輸送帶式爐（鏈?zhǔn)綘t）、輥底式爐、分室式快速加熱爐、轉(zhuǎn)底式（環(huán)形）爐等。但一般習(xí)慣上通常稱呼的連續(xù)式加熱爐，則多指由推鋼機(jī)運(yùn)料的推鋼式連續(xù)加熱爐以及后來發(fā)展的由步進(jìn)梁或步進(jìn)底運(yùn)料的步進(jìn)式連續(xù)加熱爐。 連續(xù)加熱爐的分類連續(xù)加熱爐是多種多樣的。大致可按下列特征分類：(1)按運(yùn)料方式分類(推鋼式、步進(jìn)式、其他類型機(jī)械化爐底加熱爐)；(2)按燃料種類、燃燒方法和預(yù)熱情況分類(燃煤、燃油、燃煤氣的，使用各種類型燃燒器的，無預(yù)熱、換熱式的、蓄熱式的)；(3)按供熱制度和爐型分類(二段式、三段式、四段式、……順流式、反向供熱式)；(4)按有無下加熱分類(單面加熱和雙面加熱的)；(5)按爐內(nèi)料坯排數(shù)分類(單排的、雙排的、三排的)；(6)按出料方式分類(端出料、側(cè)出料)；(7)按燒嘴布置分類(端供熱(軸流式)、側(cè)供熱、頂供熱)；(8)按加熱金屬品種分類(如加熱矩形或圓形斷面的料坯或鋼錠的，加熱普碳鋼或合金鋼的)。上述是按爐子的基本特征分類的。爐子的設(shè)計(jì)方案的確定，首先是對(duì)上述的分類特征加以選擇。 推鋼式連續(xù)加熱爐[1]推鋼式連續(xù)加熱爐是傳統(tǒng)的、使用最廣泛的連續(xù)加熱爐，它是靠推鋼機(jī)完成爐內(nèi)運(yùn)料任務(wù)的連續(xù)加熱爐。具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、運(yùn)行可靠、造價(jià)低廉的特點(diǎn)，運(yùn)用于各種軋制前的加熱和某些鍛造前的加熱。自本世紀(jì)一十年代沿用至今。到1967年以前，所有的現(xiàn)代軋機(jī)都是采用的推送式的爐子。圖11 三段推鋼式連續(xù)加熱爐(=93m2)由于軋機(jī)產(chǎn)量的提高和某些料坯尺寸的加大，要求設(shè)計(jì)高生產(chǎn)能力（達(dá)400t/h以上）的