【正文】 爐時溫度（），工件出爐與入爐時的平均比熱容[kJ/kg]（2）對于連續(xù)式加熱爐： 式中鋼材最高加熱溫度時的平均比熱容[kJ/(kgK)]G爐子生產(chǎn)能力鋼材最高加熱溫度（K）（3）.對于熔化爐:(kJ/h)式中G爐子熔化率(kJ/h), 物料在固態(tài)和液態(tài)下的平均比熱容[kJ/(kgK)] ,物料進爐、熔化和出爐溫度。 為了提高爐子的熱工性能,除必須根據(jù)工藝要求、預熱器及爐用機械形式、燃燒及燃燒裝置類別、適宜的爐子排煙方式等設計優(yōu)良的爐型結(jié)構(gòu)外,還需對爐溫、爐壓等進行自動控制,對燃料與助燃空氣量進行自動比例調(diào)節(jié)。 工業(yè)爐基本分類 按供熱方式分類按供熱方式工業(yè)爐分為兩類[4]: 一是火焰爐,是用各種燃料的燃燒熱量在爐內(nèi)對工件或物料進行加熱。 按熱工制度工業(yè)爐也分為兩類：一是間斷式爐，有稱周期性爐，起特點是爐膛內(nèi)部不劃分溫度區(qū)段，爐子按一班或兩班生產(chǎn)，在每一加熱周期內(nèi)爐溫是變化的，如各種室式爐、臺車史爐、井式爐、罩式爐等；二是連續(xù)式爐，其特點是爐膛內(nèi)劃分溫度區(qū)段，一般由預熱、加熱（高溫）、均熱（保溫）三個區(qū)段組成，爐子為三班連續(xù)生產(chǎn)，在加熱過程中每一區(qū)段內(nèi)的溫度可認為是不變化的，如二段或三段連續(xù)式加熱爐、步進式爐、振底式爐等。根據(jù)設計要求，我計劃設計一個步進梁式加熱爐，它是連續(xù)加熱爐的一種，它是依靠步進梁有循序的運動使加熱的料坯在爐內(nèi)逐步地從爐尾移動到出料端，使鋼坯達到規(guī)定的溫度后出爐。而步進式爐在爐子小時產(chǎn)量變化的情況下可以通過改變料坯間距離來達到或保持加熱時間不變的目的。3 爐長不受限制對推鋼式連續(xù)加熱爐來說爐長受到最大推鋼長度的限制，而步進爐則不受限制。4 操作方便，改善了勞動條件如不容易混鋼號，在必要時可以將爐內(nèi)料坯全部或部分退出爐外，開爐時間可縮短，由于不會粘鋼，可以減輕繁重的體力勞動；和軋機配合比較方便、靈活。⒉運用不斷發(fā)展的熱工及機械理論，例如燃料燃燒、流體力學、傳熱學、機械原理、材料力學等，指導爐子的設計工作，引進并吸收國外工業(yè)爐先進技術，不斷完善和提高爐子的技術性能和機械化自動程度。⒋設計新的爐型結(jié)構(gòu)時，要選用新材料，新裝置以改進爐子結(jié)構(gòu)。⒌熟悉各種爐用機械傳動方案，熟悉爐子控制原理，不斷革新爐子構(gòu)件。⒎在一定時期內(nèi),有條件有步驟地進行工業(yè)爐的三化(典型化、系列化、完善化)設計工作,及時總結(jié)和推廣新技術。 本課題設計思路按實際工況要求，本課題要設計一臺步進式鍛造加熱爐,并在設計過程中采用一些節(jié)能措施和自動控制系統(tǒng),以提高熱量利用率、減少燃燒的消耗。而連續(xù)式爐又有如下這些優(yōu)點：⒈加熱靈活在爐長一定情況下，爐內(nèi)料坯數(shù)目是可變的，步進式爐在爐子小時產(chǎn)量變化的情況下可以通過改變料坯間距離來達到或保持加熱時間不變的目的。步進梁采用鋸齒型，在設計時我在步進長度與鋸齒尺寸有一定的尺寸間距，當步進梁托起工件時，工件并非直接落在鋸齒中心，而是落在前一個矩尺面上，進而滑落在矩尺中心，實現(xiàn)了剛件在加熱過程中的反轉(zhuǎn)。⒊爐長不受限制對推鋼式連續(xù)加熱爐來說爐長受到最大推鋼長度的限制，而步進爐則不受限制。⒋采用懸臂輥出料考慮到工件的截面積較小，當采用端出料時爐門較大，熱量損失較多，因此我采用側(cè)出料，由懸臂棍的滾動帶動工件出爐，但由于工件為600mm長，爐墻為232mm的耐火層，116mm的隔熱層，4mm的鋼板組成，600mm的鋼件不能獨立的又內(nèi)外兩個懸臂輥支撐出料，因此我在爐墻內(nèi)鑲嵌了2個特制的懸臂輥，與其他懸臂輥合作出料。圖1懸臂輥出料5 操作方便，改善了勞動條件如不容易混鋼號，在必要時可以將爐內(nèi)料坯全部或部分退出爐外，亦可根據(jù)需要原地踏步；開爐時間可縮短，由于不會粘鋼，可以減輕繁重的體力勞動；和鍛造設備的配合比較方便、靈活。通過預熱，用于提高爐溫，提高熱工性能。 設計時間規(guī)劃為保證在規(guī)定時間內(nèi)圓滿完成設計任務，對此次設計和研究途徑做如下規(guī)劃：⒈前期閱讀相關工業(yè)爐文獻資料，完成外文翻譯，通過設計手冊的翻閱，對步進式天然氣鍛造加熱爐工業(yè)爐的結(jié)構(gòu)、特性、工作原理及行業(yè)動態(tài)有一個較深入的了解。⒉明確設計任務、內(nèi)容，撰寫開題報告。⒊查閱《燃料與燃燒技術》、《鍋爐及鍋爐房技術》等，進行燃料燃燒空氣需要量和煙氣生成量的計算。⒋參閱《工業(yè)爐設計手冊》進行加熱爐基本結(jié)構(gòu)的初步設計，確定燃燒器的布置，確定排煙方式和煙道位置。⒌進行鋼材加熱的傳熱計算，爐膛的熱力計算，風煙系統(tǒng)的阻力計算。6 設計燃燒器，選擇傳送機構(gòu)、自動控制系統(tǒng)及輔助設備。7 繪制相關圖紙，CAD出圖。8 完成畢業(yè)設計說明書。4 加熱爐系統(tǒng)的具體設計 燃料燃燒的計算 燃料的選擇由于天然氣熱量高,容易控制燃燒,且是一種清潔能源,不會對環(huán)境造成很大污染,所以爐子燃料選擇天然氣。 此處省略不計，得（查文獻[9]表52）℃，得出實際燃燒溫度。加熱段 。 爐寬的確定物料為爐內(nèi)雙排布置，考慮爐墻的寬、長均應滿足116的整數(shù)倍，得爐膛寬B=21+++=。爐膛分為預熱段與加熱段兩段，入料溫度為20，預熱段末端坯料表面溫度為260℃，煙氣流過預熱段排出爐膛時溫度為760℃，加熱段溫度均勻為1000℃。2. 總加熱時間，因，此得出各段加熱時間為：預熱段，加熱段：。 加熱爐砌體材料與結(jié)構(gòu)加熱爐內(nèi)襯最里層耐熱層采用耐熱粘土磚：導熱率：+ t ；比熱容：+ 隔熱材料采用泡沫硅藻土磚，允許工作范圍900℃ ，λ=+ T 加熱爐側(cè)墻及端墻砌磚形式見圖2： 墻厚：1. 獨立直墻：耐火層（232mm）+隔熱層（116mm）+鋼板（4mm）=352mm2. 支撐拱腳的爐墻：取A型配置P322 表873耐火層（232mm）+隔熱層（116mm）+鋼板（4mm）=352mm圖2 加熱爐側(cè)墻及端墻砌磚形式爐底采用平爐底 上層工作面用轉(zhuǎn)為116mm高鋁磚立鋪；下面一層為136mm兩層耐火磚立鋪；最底層為68mm硅藻土磚。5 熱平衡計算 加熱段的熱平衡 熱量收入燃料燃燒放出的熱量空氣預熱器帶入的物理熱 熱量損失金屬吸收的熱量式中：, 代入中，通過砌磚體散失的熱量① 加熱段爐頂?shù)臒釗p失 代入公式中，通過加熱段爐頂?shù)臒釗p失②加熱段爐底的熱損失 ( 取經(jīng)驗數(shù)值)，③加熱段爐墻的熱損失 所以加熱段爐墻，爐頂及爐底的總熱損失加熱段爐門的熱損失每個爐門面積,爐門數(shù)量2個爐門開啟時間10S，則一小時內(nèi)爐門關閉的時間爐內(nèi)無內(nèi)襯金屬遮擋流出加熱段的廢氣帶走的熱量 加熱段熱平衡表熱收入千卡/時熱量支出千卡/時1燃料燃燒放熱⒈金屬吸收的熱量1390000⒉砌磚體熱損失40800⒉預熱空氣帶入物理熱⒊爐門的熱損失⒋廢氣帶出的熱量⒊預熱燃料所放出的熱量⒌機械不萬全燃燒的熱損失總計總計14398＋熱平衡方程式：＝14398＋實取本段的燃料消耗量為 預熱段的熱平衡 熱量收入由加熱段進入預熱段的廢氣帶入的熱量 熱量支出金屬吸收的熱量預熱段爐頂?shù)臒釗p失 代入公式中， 預熱段爐底的熱損失預熱段爐墻的熱損失 代入公式中， 所以預熱段爐墻，爐頂及爐底的總熱損失為預熱段爐門的熱損失（經(jīng)常關閉的）每個爐門面積 ，爐門數(shù)量2個爐門開啟時間10s，則一小時內(nèi)爐門關閉的時間，爐內(nèi)無內(nèi)襯金屬遮擋。由于爐內(nèi)排出的煙氣溫度高達6001200 ，約占供入爐內(nèi)熱量的，回收這部分熱量用以預熱空氣和氣體燃料。 預熱器的選用預熱器應具有的基本性能：,即在煙氣溫度一定的情況下使被預熱氣體獲得最高的預熱溫度。，以減少小風機的一次投資和經(jīng)濟性動力消耗。，維護簡單，正常條件下使用壽命要長。應選擇采用間壁式管狀空氣預熱器。為了保證空氣能夠預熱到設計溫度，換熱管用耐熱鋼制成，在行程上采用錯順流雙行程方案。 空氣預熱器的設計計算已知:煙氣量,進入預熱器煙氣溫,預熱空氣量,進入預熱器空氣溫度,空氣預熱溫度。 雷諾數(shù)Re進口處出口處查附錄中表C—3，時 ， 時 進口處 出口處 煙氣側(cè)對流換熱系數(shù) 假定進口壁溫，出口壁溫由圖713查得各參數(shù)入口處 出口處 對流換熱系數(shù) 則：進口處 出口處煙氣側(cè)輻射傳熱系數(shù)輻射厚度，由圖221，圖22分別查得煙氣溫度為和時，分別查得進口處，出口處，由圖221，圖222分別查得煙氣溫度為和時，黑度進口處出口處輻射傳熱系數(shù)設進口處管壁溫度為，由圖714查得輻射傳熱系數(shù)則進口處設出口處管壁溫度為，由圖714查得輻射傳熱系數(shù)℃則出口處此時煙氣側(cè)傳熱系數(shù)為：進口處出口處 空氣側(cè)傳熱系數(shù)取空氣流速 ，管子內(nèi)徑 ，查附錄