【正文】 構(gòu)來看，盡管以煤為主體的能源結(jié)構(gòu)在很長時間內(nèi)難以改變但總的發(fā)展趨勢表明，煤所占的比例在逐年下降而氣體燃料所占比例在不斷上升到2050年，煤炭在一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中所占比重可望下降到50%以下、同時，固體燃料在終端能源結(jié)構(gòu)中的比重將從1990年的66%降至16%，這為開發(fā)與應(yīng)用高溫空氣燃燒技術(shù)提供了基礎(chǔ)條件，從我國工業(yè)爐的能耗現(xiàn)狀來看， 我國工業(yè)爐的能源利用總體水平不高，僅相當(dāng)于國外發(fā)達(dá)國家50～60年代的水平工業(yè)爐的熱效率平均不到30%(世紀(jì)90年代已達(dá)到42%)，而國際上工業(yè)爐的熱效率平均為50%以上。由此可見，我國工業(yè)爐節(jié)能潛力還很大。目前，治理污染主要關(guān)注的還只停留在粉塵排放上，至于CO、SO2和NOx等一類污染物的治理還未提到議事日程上來。在爐子的初步設(shè)計(jì)中，根據(jù)設(shè)計(jì)條件的要求，選擇爐子的型式，燃料和各種重要輔助裝置的型式及其在爐子上的布置等。爐子的技術(shù)設(shè)計(jì)中，主要做全面的計(jì)算（包括熱工計(jì)算，爐體結(jié)構(gòu)計(jì)算等），并繪制爐體結(jié)構(gòu)總圖。因此，燃料的合理選用不單純是技術(shù)和經(jīng)濟(jì)問題，而且要符合國家方針政策和做到資源的充分合理利用。2）液體燃料目前，在爐子上用的液體燃料主要是重油或渣油。其缺點(diǎn)是：(1) 長距離輸送和貯存困難，使用范圍受限制；(2) 除鋼鐵廠有高爐、焦?fàn)t煤氣或附近有天然氣之外，采用人造氣體燃料（如發(fā)生爐煤氣、水煤氣、城市煤氣等），價格較高；(3) 某些煤氣成分波動較大，對自動控制不利；(4) 一般在同樣預(yù)熱空氣的條件下，熱效率比油低；(5) 按一定比例與空氣混合后有爆炸危險，因此應(yīng)注意操作安全，并要防止煤氣中毒。十幾年來，在這一理論的指導(dǎo)下，加熱爐結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方案有了許多革新，但是我們應(yīng)該清醒的認(rèn)識到，在“三高一低”理論指導(dǎo)下設(shè)計(jì)的加熱爐，是在實(shí)現(xiàn)一種接近加熱能力極限的加熱工藝，爐溫設(shè)置到加熱工藝允許的最高限，加熱速度也設(shè)置到最快，爐長設(shè)計(jì)到最短。由于鋼坯在900℃以下時的氧化速度較低，因而在這一階段由于慢速加熱而使加熱時間的延長，帶來的氧化量增加并不明顯。用爐內(nèi)擋火墻將爐膛從裝料端到出料端依次分為預(yù)熱段、加熱段和均熱段共三個段。它對爐膛內(nèi)的傳熱有很大影響，直接影響著工業(yè)爐的加熱能力和燃料利用。當(dāng)加熱料坯的規(guī)格、材質(zhì)較多時，原則上應(yīng)按各規(guī)格、各材質(zhì)進(jìn)行多次計(jì)算，求得不同的加熱時間τ而總長L相同。爐膛高度是指爐底滑道頂面(或爐底磚砌表面)至爐頂中心之間的距離，在爐膛寬度已定，各段長度比例相對穩(wěn)定的條件下，它是決定爐膛空間大小、爐型曲線是否合適的關(guān)鍵尺寸。它隨燃料種類、燃燒方式、燃燒器的布置及熱負(fù)荷的不同而有所差異。另一方面，從爐氣流動方面來考慮，要使?fàn)t氣充滿爐膛或貼附金屬表面。第三，從傳熱方面考慮有利于增加爐襯對金屬的輻射傳熱，在爐氣充滿爐膛的條件下，爐襯面積相對越大。步進(jìn)式連續(xù)加熱爐是推鋼式連續(xù)加熱爐的發(fā)展，它區(qū)別于推鋼式連續(xù)加熱爐的主要特點(diǎn)是用專用的步進(jìn)機(jī)構(gòu)使料坯在爐內(nèi)運(yùn)動以代替推鋼機(jī)推動料坯在爐內(nèi)運(yùn)動。和推鋼式爐相比，步進(jìn)式爐具有下列主要特點(diǎn)：(1) 用料靈活。因此本設(shè)計(jì)料坯運(yùn)動采用步進(jìn)式 料坯布置方式及加熱方式的選擇1) 料坯布置方式。采用架空爐底雙面加熱的方式。因此，必須留出加熱爐或爐群的裝出料機(jī)的工作空間，同時也應(yīng)考慮加熱爐本身的適應(yīng)性。前者需專門的出料裝置，且只能在輥道端點(diǎn)布置一座加熱爐，供較大斷面尺寸的物料加熱時選用，側(cè)出料時需要專門的出料裝置，且只能在輥道端點(diǎn)布置一座加熱爐，但爐門位于爐壓線以上，從工業(yè)爐熱工角度看，性能優(yōu)于端出料，以減少因爐門吸冷風(fēng)而造成的氧化。燃燒裝置處應(yīng)保證在規(guī)定的熱負(fù)荷條件下實(shí)現(xiàn)完全燃燒，或根據(jù)特殊的加熱要求實(shí)現(xiàn)不完全燃燒以取得實(shí)現(xiàn)規(guī)定的燃燒氣體成分外，還應(yīng)保證燃燒過程穩(wěn)定，火焰的方向形狀，剛度和鋪展性要符合爐型及加熱工藝要求。通過蓄熱式燒嘴，煙氣排出溫度可降到150℃以下，空氣可預(yù)熱到1000℃以上，熱回收率達(dá)到85%以上，溫度效率達(dá)到90%以上。蓄熱式燒嘴用在加熱爐上，有如下特點(diǎn)：1) 其結(jié)構(gòu)形式類似普通燒嘴，能直接安裝在爐子側(cè)墻上，并保持通常的爐墻厚度，而不象墻內(nèi)通道式蓄熱式爐那樣要將爐墻加厚至多。從而減少鋼坯上、下表面溫差。7) 爐墻不加厚，耐火材料用量少，爐墻既可以砌磚，也可以澆注，爐墻施工簡單方便，烘爐時間短，爐子降溫升溫速度快，可縮短檢修停爐時間。在爐溫更低的情況下，可采取爐氣再循環(huán)的方法，把一部分即將出爐的廢氣回收摻入剛?cè)霠t的爐氣中，使?fàn)t溫更低更均勻。蜂窩體的高溫段材質(zhì)為高純鋁質(zhì)材料，有較高的耐火度和良好的抗渣性；中部采用莫來石材料；低溫段材質(zhì)為堇青石，其特點(diǎn)是在低于1000℃的工況下具有較好的抗腐蝕和耐急冷急熱性。～1mm，透熱深度小，因而蓄熱、放熱速度快，溫度效率高，換向時間僅為30～45s，這比球狀蓄熱體的換向時間3min 大大縮短，更利于均勻爐內(nèi)溫度場，保證鋼坯均勻加熱，這一點(diǎn)對加熱合金鋼、高碳鋼尤為有利。對于爐膛較寬的爐子，相對應(yīng)爐長較短，爐兩側(cè)可供布置燒嘴的空間較小，采用比表面積小的小球時常常由于空間的限制使得蓄熱能力不足。但這種方式存在操作不夠靈活，爐子熱惰性較大，爐膛壓力不穩(wěn)定，生產(chǎn)連續(xù)性較差，加熱爐自動化水平低等問題。 爐子供風(fēng)和排煙系統(tǒng)加熱爐上供燃燒用的一般都是選用離心式風(fēng)機(jī)，供通風(fēng)用的都采用軸流式風(fēng)機(jī)。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)排煙等。推鋼式爐內(nèi)鋼坯是在滑道水管上滑行，滑道水管由橫水管固定和支撐，而橫水管則由爐側(cè)鋼柱固定和支撐，所以它們既能承受縱向力，又能承受橫向力，步進(jìn)梁式爐內(nèi)鋼坯運(yùn)動則是由步進(jìn)梁和固定梁支撐，而步進(jìn)梁和固定梁都不可能用橫水管固定在爐側(cè)鋼柱上。(2) 框架支撐的爐底梁結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是較能經(jīng)受爐底梁的橫向作用的外力和熱應(yīng)力。(3) “門型”支柱梁結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)也稱為“馬蹄形”或“倒Ｕ形”結(jié)構(gòu)，當(dāng)加熱鋼坯的厚度較小，步進(jìn)梁和固定梁中心距也較小，又要采用下端供熱方式，那么這種結(jié)構(gòu)的步進(jìn)梁和固定梁的立柱布置在同一條直線上，增加了燃燒通道的寬度，使縱向燃燒火焰在“門”中通過，實(shí)現(xiàn)了下端燒嘴供熱。因此采用第一種結(jié)構(gòu)形式，了提高立柱水管內(nèi)的冷卻水的流速以免產(chǎn)生水垢和其它雜物造成堵塞，而不增加水量，采用了套管結(jié)構(gòu)。2) 冷卻系統(tǒng)根據(jù)爐子溫度，壓力等條件和盡量減少熱損失的原則來確定冷卻裝置的部位及其結(jié)構(gòu)形式，并對水冷或汽化冷卻系統(tǒng)的布置提出方案。鑒于汽化冷卻的以上優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用汽化冷卻。同時目前工業(yè)爐加熱物料的品種比以往大大增加，而加熱要求又大為提高，為了使工業(yè)爐對不同物料的加熱都能處于最佳工作狀態(tài)，使加熱質(zhì)量最優(yōu)，能耗最低，必須配備計(jì)算機(jī)自動控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)的重要依據(jù)。計(jì)算燃料理論燃燒溫度（）。同時也使計(jì)算的重要依據(jù)。爐膛熱交換計(jì)算的主要目的是確定爐氣經(jīng)爐壁到爐料的總導(dǎo)來輻射系數(shù)C值，為金屬加熱計(jì)算提供必要的數(shù)據(jù)。 爐膛尺寸的確定1) 爐膛寬度的確定排數(shù)排料…………………(12) n=1取值=，則爐膛寬度2) 爐膛高度蓄熱式加熱爐中，各段傳熱方式都以輻射傳熱為主，為了簡化加熱爐砌筑工藝，在爐溫水平較高的情況下盡量提高爐襯使用壽命，各段爐頂高度采用相同值，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取 由于上下取值相差不大，可按上部取值進(jìn)行計(jì)算。 金屬出爐參數(shù)的確定斷面溫差的允許范圍透熱深度S=100～300℃/m對于低碳鋼取較大值：斷面溫差為℃ 算各段爐氣平均有效射線行程1) 計(jì)算各段爐壁面積據(jù)公式 ……………………………………….(13)得 (2+ ) =(2+) = (2+) = 2) 計(jì)算各段爐膛體積據(jù)公式……………..………………………………..(14) 3) 各段氣體平均有效射線行程據(jù)公式…………………………………………(15) 得： 4) 105Pa ,105Pa 預(yù)定各段爐氣溫度設(shè)均熱段爐氣溫度比金屬加熱終了時其表面溫度高50℃即1230℃設(shè)二加熱段爐氣溫度比金屬加熱終了時其表面溫度高140℃即1320℃為了控制加熱一段爐溫不至過大，加熱一段爐溫取為1100即1100℃ 計(jì)算各段爐氣黑度二氧化碳的黑度： 水蒸氣的黑度： 據(jù)公式………………..…………………………….(16) 得 各段爐頂和爐墻對金屬的輻射角度系數(shù)1) 相鄰鋼坯中心距c取1鋼坯表面黑度為2) 輻射角度系數(shù)據(jù)公式 ……………………………….(17) 得：均熱段，加熱段，預(yù)熱段。 溫度制度的確定及邊界條件1) 溫度制度的確定本設(shè)計(jì)中加熱鋼坯的材質(zhì)為40號鋼，斷面尺寸為 ，由于金屬在低溫下具有較高塑性，導(dǎo)熱系數(shù)較大，金屬在彈性壓力內(nèi)溫度應(yīng)力不會太大，因此，從提高加熱爐單位生產(chǎn)率的角度上來講，應(yīng)將金屬在爐內(nèi)的升溫分成兩段：第一段，金屬表面以盡可能快的速度加熱到鋼坯出爐溫度水平。則0～1為一加熱段；1～2為二加熱段；2～3為均熱段。三段式加熱爐一般設(shè)在均熱段和加熱段，每側(cè)開23個操作爐門，其結(jié)構(gòu)一般為60176。本設(shè)計(jì)采用8個操作爐門，兩側(cè)各4個。本設(shè)計(jì)綜合考慮爐子結(jié)構(gòu)和清渣方便設(shè)置了16個清渣門，每側(cè)8個。人孔與其他爐門不同，當(dāng)爐子正常工作時，用耐火磚砌筑封嚴(yán)，只有停爐檢修時才拆開。則爐子共有4個窺視孔。步進(jìn)梁和固定梁最大中心距可大于推鋼式連續(xù)加熱爐縱水管，這是因?yàn)椴竭M(jìn)梁式連續(xù)加熱爐的鋼坯是由固定梁和步進(jìn)梁交替支撐，對彎曲的鋼坯有較直的功能，另外步進(jìn)梁的中心距可大于固定梁的中心距，這是由于鋼坯在步進(jìn)梁上停留時間段短，產(chǎn)生彎曲量小。7) 水管立柱規(guī)格的確定 立柱水管規(guī)格大小不但要考慮其強(qiáng)度，還要考慮其剛度，所以其規(guī)格要大于步進(jìn)梁和固定梁，具體確定可通過理論計(jì)算也可按經(jīng)驗(yàn)確定，～。但是鋼坯放在墊塊上，在加熱段和均熱段，由于鋼坯溫度高，其塑性變形而產(chǎn)生壓痕，這種壓痕在軋制工程中有時很難消除，影響鋼材質(zhì)量。墊塊材質(zhì)根據(jù)使用溫度不同選用。計(jì)算步驟是選用某種規(guī)格(φδ)鋼管組成要求的結(jié)構(gòu)，其斷面系數(shù)，%(1/500)，那么所選用的鋼管可用。鋼管材料的許用應(yīng)力通常按爐底水管冷卻方式選取采用水冷卻方式時一般?。徊捎闷鋮s時，可??；，許用應(yīng)力選用值還需適當(dāng)降低，一般可取。1) 固定梁和步進(jìn)梁安裝根數(shù)有下列三種情況：(1) 固定梁和步進(jìn)梁安裝根數(shù)相同(2) 固定梁比步進(jìn)梁安裝根數(shù)多一根(有的多2根)(3) 固定梁比步進(jìn)梁安裝根數(shù)少一根2) 固定梁和步進(jìn)梁安裝布置中心距有下列二種情況：(1) 固定梁和步進(jìn)梁布置中心距相(2) 固定梁和步進(jìn)梁布置中心距不相等3) 固定梁和步進(jìn)梁水管立柱中心距有下列三種情況：(1) 固定梁和步進(jìn)梁水管立柱中心距相等(2) 固定梁和步進(jìn)梁水管立柱中心距不相等(3) 同一根固定梁或步進(jìn)梁水管立柱中心距也有可能相等或不等 爐底水管強(qiáng)度計(jì)算原則1) 一般情況下，固定梁和步進(jìn)梁應(yīng)分別進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算2) 固定梁和步進(jìn)梁強(qiáng)度計(jì)算，在工程設(shè)計(jì)計(jì)算中，均可按受均布負(fù)荷的簡支梁計(jì)算3) 固定梁或步進(jìn)梁布置中心距不相等時，應(yīng)以中心距最大，即支撐最重的一根梁計(jì)算4) 固定梁或步進(jìn)梁布置中心距不相等時，應(yīng)以水管立柱中心距最大的一段梁計(jì)算5) 固定梁或步進(jìn)梁布置中心距相等，若料坯端頭距邊緣固定梁或步進(jìn)梁中心線的長度小于 其中心距的一半時，則每根梁支撐料坯重量按平均值計(jì)算；若大于其中心距的一半時，則按邊緣固定梁或步進(jìn)梁支撐料坯重量計(jì)算。L圖2 固定梁受力簡圖2) 固定梁強(qiáng)度計(jì)算中各參數(shù)數(shù)值計(jì)算(1) 固定梁承受鋼坯重量………..(35)式中：——跨度(水管立柱最大中心距) mm；——裝爐鋼坯的最大寬度，mm；——裝爐鋼坯的最大單重，kg ； ——固定梁根數(shù)?！?.…………..(38)(5) 滑軌重量采用間斷鋪設(shè)焊接滑軌(半熱滑軌)和連續(xù)式焊接滑軌組合式滑軌結(jié)構(gòu)。(9) 選用鋼管斷面系數(shù)圓形鋼管……………..…………….(41) 顯然 (10) 選用鋼管慣性矩…………………………….(42)(11) 選用鋼管最大撓度………………………………..(43)(12) 選用鋼管最大撓度與其跨度比…………………………………………(44)顯然，所以，所選水管滿足要求。(2) 步進(jìn)梁自重……………….(46)式中785——常數(shù)，=1000π/4；——步進(jìn)梁材質(zhì)密度，；——步進(jìn)梁水管外徑，mm；——步進(jìn)梁水管壁厚，mm?！?.…………………….(48)(5) 滑軌重量…………………………………..……..(49)式中：——滑軌高度，mm ；——滑軌寬度，mm ；——滑軌密度。滿足要求。在已知和情況下，可以算出助燃空氣消耗量、廢氣生成量，可以依據(jù)此數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算供風(fēng)系統(tǒng)和排煙系統(tǒng)。 爐膛熱收入項(xiàng)1) 燃料燃燒化學(xué)熱(完全燃燒)式中：——燃料消耗量，2) 預(yù)熱燃料帶入的物理熱已知：℃時，； 已知：℃時，；℃時，3) 鋼坯氧化放熱量本設(shè)計(jì)取式中：5588——1千克鐵氧化時的放熱量，；　——鐵在爐子中的氧化燒損率，一般取。則各層交界處溫度為： ℃，℃② 加熱段爐頂已知：， ，假設(shè)各界面溫度℃，℃，℃則各層的平均溫度℃，℃，各層的導(dǎo)熱系數(shù)， ………………………….……….(61)驗(yàn)證： =837℃ =415℃ %，故不必重新假設(shè)計(jì)算。則各層交界處溫度為： ℃，℃端墻已知：， 假設(shè)各界面溫度℃，℃，℃則各層的平均溫度℃，℃各層的導(dǎo)熱系數(shù)，…………………….………………..(65)驗(yàn)證： =490℃=200℃%，故不必重新