【正文】 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。 選擇燃燒裝置的形式及其安裝位置的確定 燃燒裝置是用來實(shí)現(xiàn)燃料燃燒過程中以向爐內(nèi)提供熱源的設(shè)備。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。成對(duì)的燒嘴分設(shè)于爐膛的 A 側(cè)和 B 側(cè)，當(dāng) A 側(cè)燒嘴燃燒時(shí)，空氣流經(jīng)積聚了熱量的蓄熱體而被加熱，與此同時(shí)， B 側(cè)燒嘴排煙，煙氣熱量被蓄熱體吸收，換向工作后，B 側(cè)燒嘴燃燒，空氣同樣被蓄熱體加熱， A 側(cè)燒嘴排煙，煙氣熱量被蓄熱體吸收。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。 本設(shè)計(jì)采用空、煤氣雙預(yù)熱上下組合式燒嘴，采用蜂窩體做蓄熱體，空氣蓄熱室和煤氣蓄熱室隔開配置，空、煤氣流斜交混合。 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。 3) 容易分段供熱，各段熱負(fù)荷調(diào)節(jié)方便，可以按照加熱工藝的需要，靈活調(diào)節(jié)加熱爐溫度。從而減少鋼坯上、下表面溫差。 5) 燒嘴設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理，蓄熱體裝、卸和更換都很方便。 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(shí)間短 ，爐子降溫升溫速度快，可縮短檢修停爐時(shí)間。燃燒裝置在加熱爐上的布置位置根據(jù)爐溫的高低有所不同，高溫爐的燃燒器可直接安裝在爐膛的高溫段部或側(cè)墻上。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。利用加熱爐排出的高溫?zé)煔鈦眍A(yù)熱空氣和煤氣，對(duì)于改善燃燒過程、節(jié)約燃料、提高燃燒效率具有重要意義。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。與顆粒狀蓄熱體 (球形蓄熱體 )比較，蜂窩狀蓄熱體有如下優(yōu)點(diǎn)：單位體積換熱面積大， 100 孔 /平方英寸的蜂窩體是 Φ15mm 球比表面積的 倍， Φ20mm 球的 7 倍。蜂窩體壁很薄僅 ～ 1mm，透熱深度小，因而蓄熱、放熱速度快，溫度效率高，換向時(shí)間僅為 30～ 45s，這比球狀蓄熱體的換向時(shí)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(duì)加熱合金鋼、高碳鋼尤為有利。球形蓄熱體氣流阻力損失隨空氣流速增大而增大，其變化規(guī)律為冪函數(shù)關(guān)系，球徑大則阻力變小，但蓄熱室結(jié)構(gòu)也要相應(yīng)增大。對(duì)于爐膛較寬的爐子，相對(duì)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(shí)常常由于空間的限制使得蓄熱能力不足。采用陶瓷 小球不方便在線更換，而陶瓷蜂窩體則有利于蓄熱體的在線更換，這可以保證非常好的生產(chǎn)連續(xù)性。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)連河北 聯(lián)合 大學(xué) 輕工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 續(xù)性較差，加熱爐自動(dòng)化水平低等問題。從這種意義上講，集中換向比較適合于普碳鋼等對(duì)加熱質(zhì)量要求不高的棒、線材坯料加熱，但在加熱優(yōu)質(zhì)碳素鋼或合金鋼坯料時(shí)該種方式便顯得較為吃力，需 要有操作更加靈活、更加完善的蓄熱式燃燒系統(tǒng)配置。 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)。 排煙系統(tǒng)是由產(chǎn)生抽力的排煙裝置或排送煙氣的煙道所組成，用以將爐內(nèi)煙氣排出爐外，保證排煙通暢是加熱爐爐正常進(jìn)行的重要條件。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。本設(shè)計(jì)預(yù)采用機(jī)械排煙 爐底水管的確定 步進(jìn)梁式爐爐底水管和推鋼式爐爐底水管有類似的地方，都是由冷卻水管構(gòu)成。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(dòng)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。 1) 爐底水管結(jié)構(gòu) 河北 聯(lián)合 大學(xué) 輕工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 步進(jìn)梁式爐底水管結(jié)構(gòu)主要有三種形式 (1) 單管支撐的爐底梁結(jié)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)的步進(jìn)梁和固定梁是通長的，單管水管立柱支撐，這種結(jié)構(gòu)的立柱水管立柱數(shù)量最少，因而，可減少水冷熱損失， (水管受熱面小 )，耗水量和基建費(fèi) 用低，所以應(yīng)用較廣。 (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。這種結(jié)構(gòu)可 較大改善立柱的穩(wěn)定性，并可避免因熱膨脹造成整個(gè)爐底梁的變形。 (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。不必采用這種結(jié)構(gòu)。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)。 側(cè)立柱：由工字鋼，組合槽鋼和鋼板焊接而成，下端用地腳螺栓與爐子基礎(chǔ)固定，上部用槽鋼圈梁聯(lián)成的矩形框架。 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(duì)水冷或汽化冷卻系統(tǒng)的布置提出方案。冷卻方式有水冷和汽化冷卻兩種。 鑒于汽化冷卻的以上優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用汽化冷卻。氣包內(nèi)設(shè)有汽水分離裝置，汽水混合物中的蒸汽供給用戶。同時(shí)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(duì)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(dòng)控制系統(tǒng)。 河北 聯(lián)合 大學(xué) 輕工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 3 技術(shù)設(shè)計(jì) 燃料燃燒計(jì)算 計(jì)算單位燃料進(jìn)行完全燃燒的空氣需要量（ nL ）?？刂葡到y(tǒng)的重要依據(jù)。燃料燃燒產(chǎn)物的生成量及其密度是設(shè)計(jì)煙道，煙囪或選用排煙機(jī)等不可缺少的依據(jù)。 計(jì)算燃料理論燃燒溫度（ 理t ）。 計(jì)算燃料低發(fā)熱量（ 低Q ）。 低Q 同時(shí)也使計(jì)算 理t 的重要依據(jù)。 39。24COV CO CO CH? ? ? 1( 2 4 . 4 3 1 3 . 9 7 0 . 5 9 ) 100? ? ? ? = 3 m? 2339。 324( 2 ) 1 % 0 . 0 4 4HO mV H H C m? ? ? ? 2339。2 0 .3 9 23%1 .6 9 6COnVCO V? ? ? 239。2 1 .2 3 2 7 2 .6 4 2 %1 .6 9 6NnVN V? ? ? 239。 39。 39。 則分解熱分別為： 2 431 2 6 0 0 2 3 1 .6 9 6 9 .7 0 6 1 0 4 7 6 .7 6 /COQ k J Nm?? ? ? ? ? ?分 2 32 5 .4 8 /HOQ kJ Nm?分 34 7 6 .7 6 2 5 .4 8 5 0 2 .2 4 /fQ k J Nm? ? ? 3 6 3 7 1 2 1 8 1 5 9 7 5 0 2 . 2 4 20521 . 7 1 4 1 . 6 9 6Lt ? ? ????℃ ????? ..(11) 誤差為 %，小于 5%，故假設(shè)合理。 爐膛熱交換計(jì)算 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)。這些假設(shè)條件是： 爐氣充滿爐膛，且在整個(gè)爐膛內(nèi)部的溫度是均勻的，爐氣對(duì)于爐壁和爐料的輻射線和反射線在任何方向上的吸收率相等；爐壁和爐料表面的溫度都是均勻的； 在爐膛輻射熱交換中爐壁河北 聯(lián)合 大學(xué) 輕工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 只是輻射傳熱的中間體，既不獲得熱量也不失去熱量； 爐膛看作是一個(gè)封閉體系。 爐 膛尺寸的確定 1) 爐膛寬度的確定 排數(shù)排料 180000 0 .9 36 5 0 9 0 .1 5 2 2 0Gn P l E?? ? ?? ? ? ? ? ???? ?? ?? (12) n=1 取值 a =，則爐膛寬度 mmB 9 4 0 02 0 029 0 0 010 ????? 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 ?上 ?下 由于上下取值相差不大，可按上部取值進(jìn)行計(jì)算。 4) 為了安裝制作方便，爐頂結(jié)構(gòu)采用平頂結(jié)構(gòu)。 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(duì)于低碳鋼取較大值：斷面溫差為 ???? t ℃ 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 iii LBHF )2( ?? ???? ??????????? .(13) 得 F?預(yù) (2+ ) L預(yù) = F?加 (2+) L加 = L加 河北 聯(lián)合 大學(xué) 輕工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 ?均F (2+) 均L = 均L 2) 計(jì)算各段爐膛體積 據(jù)公式 iii BLHV ? ?? ??? ..???????????? ..(14) 00 14. 1V H B L L L? ? ? ?預(yù) 預(yù) 預(yù) 預(yù)上 1. 5 9. 40 0 14 .1V H B L L L? ? ? ?加 上 加 加 加 1. 5 9. 40 0 14 .1V H B L L L? ? ? ?均 上 均 均 均 3) 各段氣體平均有效射線行程 據(jù)公式 ????????? iii FVS ????????????????(15) 得： 4 1 4 .10 .9 41 2 .4 LS L???? ? ?????預(yù)預(yù) 預(yù) 4 1 4 .10 .9 41 2 .4 0 0 LS L???? ? ?????加加 加 4 1 4 .10 .9 41 2 .4 0 0 LS L???? ? ?????均均 均 4) 計(jì)算爐氣中 CO2和 H2O 分壓 由燃燒計(jì)算知燃燒產(chǎn)物中的 CO2和H2O 分壓分別為 10 5Pa ,10 5Pa 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(shí)其表面溫度高 50℃ 即?均qt 1230℃ 設(shè)二加熱段爐氣溫度比金屬加熱終了時(shí)其表面溫度高 140℃ 即qt ?加 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qt ?預(yù) 1100℃ 河北 聯(lián)合 大學(xué) 輕工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 計(jì)算各段爐氣黑度 二氧化碳的黑度： ? ? ? ? 22 ????? gCOCO TSP? 水蒸氣的黑度： ? ? 100/22 ????? gOHOH TSP? 據(jù)公式 OHCOq 22 ??? ?? ??? ??? ..??????????? .(16) 得 ? ? ? ?? ?1 / 3 1 3 4 12 30 27 3 / 10 0 264 12 30 27 3 / 10 0 38q???? ? ? ? ? ? ?? ? ?均 ? ? ? ?? ?1 / 3 1 3 4 13 20 27 3 / 10 0 264 13 20 27 3 / 10 0 25? ??? ? ? ? ? ? ?? ? ?加 ? ? ? ?? ?1 / 3 1 3 4 11 00 27 3 / 10 0 264 11 00 27 3 / 10 0 55? ??? ? ? ? ? ? ?? ? ?預(yù) 各段爐頂和爐墻對(duì)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 ? ? mm bnLBHc bnL 22 212 ????? ???????????? .(17) 得：均熱段 ? ?12 2 0 .8 1 9 0 .5 41 2 1 .5 9 .4 2 0 .8 1 9? ? ? ???? ? ? ? ? ? ?，加熱段 12 ? ? ，預(yù)熱段 12 ? ? 。這個(gè)時(shí)間是指金屬從入爐開始加熱到工藝要求的溫度出爐時(shí)所經(jīng)過的總時(shí)間。 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(hào)鋼，斷面尺寸為 mm800150? ，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(huì)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