冶金熱工基礎推鋼式加熱爐課程設計

1、目錄、/. 前言設計任務書 4內(nèi)容摘要 5第一部分 : 推鋼式加熱爐的概述一、加熱爐的應用及其優(yōu)越性二、推鋼式加熱爐的分類三、推鋼式加熱爐的工作原理及工藝1011四、推鋼式加熱爐的主要結(jié)構(gòu)五、聯(lián)想近幾年我國軋制技術的發(fā)展 12第二部分 : 推鋼式加熱爐的相關計算一、爐膛內(nèi)的輻射的計算二、爐子的基本尺寸的設計及相關計算 三、金屬加熱的計算四、燃料燃燒的相關計算五、爐子熱平衡的計算第三部分：換熱器設計一、換熱器的介紹二、換熱器設計計算第四部分：主要參考文獻及附表 第五部分:總結(jié)本學期我們進行了冶金本專業(yè)的一些設計，特別是在我們的冶金熱工基 礎，也有一門設計，這無疑讓我們學習了一些在我們的課堂上學不

2、到的知識， 這讓我們很高興。時間雖不是那么長，只有兩個星期的時間，但是這兩個星期 卻對我們的學習有了很大的幫助，讓我們認識到學習是從一步一步開始的，沒 有一個很好的基礎，是不可能把我們想要的東西得到的。以下是我的個人學習 和設計的全部內(nèi)容。加熱爐是我們冶金行業(yè)里的一個不能少的機械設備，所以我們這次的主要 設計就是設計加熱爐。通過設計可以使我們初步掌握爐子設計的步驟、原則與 方法，并進而了解一般工業(yè)爐設計的基本規(guī)律，可以使我們將各專業(yè)知識進行 綜合應用的能力，理論聯(lián)系實際、解決實際問題的能力，讀圖、制圖及查閱資 料的能力得到鍛煉并加以提高。在國民經(jīng)濟的很多生產(chǎn)部門中，工業(yè)爐作為一 個重要設備而存

3、在，要使爐子達到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、低耗的要求，有一個合理的爐體 結(jié)構(gòu)是必不可少的條件之一；工業(yè)爐是工業(yè)原材料的冶煉、加工或成員的精制 過程中，為實現(xiàn)預期的物理變化或化學變化所需要的加熱裝置。因此，對于我 們這些將來有可能成為一個熱工工作者的學生來說，應具備有設計先進、結(jié)構(gòu) 完善的工業(yè)爐的能力。工業(yè)爐設計的一般程序是：初步設計；技術設計；施工設計。爐子的初 步設計是按提出的任務，初步選定爐子的結(jié)構(gòu)，熱源和各種重要輔助裝置及其 在爐子上的布置等。在綜合考慮爐子的技術經(jīng)濟指標和生產(chǎn)規(guī)模及特點的基礎 上，確定爐子應采用的機械化和自動化程度。爐子的技 術設計是在初步設計的基 礎上，作全面的熱工計算和爐體總圖的繪

4、制，以及某些重要輔助裝置圖。爐子 的施工設計是要求詳細繪制爐體各部砌磚圖以及各種裝置的零件分圖，并要完 成土建基礎，各種機械附屬裝置及安裝、熱工和自動自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)及其安裝的 設計。在此，由于時間關系只完成爐子的技術設計內(nèi)容和換熱器的設計。所以我們在設計加熱爐時一定的遵守以下設計原則：1. 加熱爐設計必須符合國家有關的技術政策，爐子的技術性能應滿足生產(chǎn) 工藝的要求，保證機器在工作之中有一定的安全性。2. 運用不斷發(fā)展的熱工及機械理論（如燃料燃燒、流體力學、傳熱學、機 械原理等）指導爐子的設計工作；弓I進并吸收國外爐子的先進技術，不斷完善 和提高爐子的技術性能及機械化程度。3. 設計新的爐型結(jié)構(gòu)時

5、，應注意提高爐子生產(chǎn)率，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低燃 料消耗，改善操作條件和提高爐子的使用壽命。4. 設計爐子時，對材料選用、設備選型、通用構(gòu)件的規(guī)格尺寸等，應盡可 能全廠或全車間通用，以使維修方便。5. 在設計爐子時，應盡量改善工人的操作環(huán)境，減輕工人的勞動強度，要 采取保護環(huán)境和防止污染的必要措施。設計任務書題 目：推鋼式加熱爐的設計爐子用途：用于加熱扁鋼坯被加熱的鋼坯尺寸（m ：厚度S = 0.12;寬度b =0.12 ;長度L = 2.6金屬材質(zhì)：20#碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼材入爐溫度：20 C生鋼溫度：1210 C生鋼斷面誤差：25 C煙氣與爐膛溫度：780 C爐子生產(chǎn)能力：P = 50 t/h燃料：

6、混合燃氣成分(%) :CO(9.65)、H(9.92)、CH(12.77)、CO(21.56)、02(0.13)、C2H6(0.59)、N2(45.30)、GH8(0.13)空氣預熱溫度：ta = 250 C采用二段式加熱制度：高溫段1300 C；預熱段溫度1000 C上升到1300 C摘 要近幾年隨著節(jié)能降耗意識的提高，節(jié)能挖潛越來越引起人們的重視。在軋鋼生產(chǎn)過程中，加熱爐作為最大的耗能設備，同時也是整個工藝流程中最關 鍵的設備之一。運行的穩(wěn)定與否將影響后面軋鋼生產(chǎn)質(zhì)量。如何解決加熱爐合 理燃燒的問題，如何保證加熱爐的最佳狀況，是當今一直在研究的課題。推鋼式加熱爐由于可以很好的處理上述問題而

7、適時推出。但大多數(shù)冶金廠的軋鋼機都沒有推鋼式加熱爐，因而有必要設計推鋼式加熱爐。其設計過程基 于冶金爐熱工理論。包括：燃料燃燒計算鋼的加熱制度的確定爐子基本尺寸的確定爐膛內(nèi)輻射的計算金屬的加熱計算爐子熱平衡的計算以及換熱器的設計計算?！娟P鍵詞】節(jié)能降耗、推鋼式加熱爐、冶金廠、軋鋼機、燃料燃燒、鋼的加熱制度、爐子基本尺寸、爐膛內(nèi)輻射、金屬加熱、爐子熱平衡、換熱器AbstractIn the rensent years, more and more people become aware of the important of saving sources. So as a intending e

8、ngineer, we must creat a equipment which will live up to the situation of our country and the require of whole world.Today there is not a push the steel type heating furnace in the most of roll mills in the metallurgic plan. Therefore, designing a push the type heating furnace is imperative under th

9、e situation. The procedures and cor-relative calculation is list as follows:The calculation of radiation in the burner hearth.The caculation of basic size of the stove.The caculation of burning fuel.The caculation of thermal balance.The caculation of heated metal.Key wordsEnergy saving、Push the stee

10、l type heatin、g furnaceMetal-lurgical factory、Rolling mill 、Radiation in the burner hearth、 Basic size of the stove、 The metal is heated、The burning fuel、Sectional view.第一部分 推鋼式加熱爐概述 工業(yè)爐在冶金、建材、機械、石化、輕工、電子工業(yè)等生產(chǎn)部門被用于 各種加熱目的 ,成為不可缺少的重要熱工設備。加熱爐是用來把初軋坯或連儔 坯等熱軋到熱到所需溫度的熱工設備。一、加熱爐的應用及其優(yōu)越性加熱爐是將物料或工件加熱的設備。按熱源

11、劃分有燃料加熱爐、電阻加熱 爐、感應加熱爐、微波加熱爐等。應用遍及石油、化工、冶金、機械、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)領域。 ? ? 以下便是加熱爐在冶金行業(yè)中幾種常見的應用。? ? 在冶金工業(yè)中，加熱爐習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。連續(xù)加熱爐廣義來說，包括推鋼式爐、步進式爐、轉(zhuǎn)底式爐、分室式爐等 連續(xù)加熱爐 , 但習慣上常指推鋼式爐。連續(xù)加熱爐多數(shù)用于軋制前加熱金屬料 坯，少數(shù)

12、用于鍛造和熱處理。主要特點是：料坯在爐內(nèi)依軋制的節(jié)奏連續(xù)運動，爐氣在爐內(nèi)也連續(xù)流 動；一般情況，在爐料的斷面尺寸、品種和產(chǎn)量不變的情況下，爐子各部分的 溫度和爐中金屬料的溫度基本上不隨時間變化而僅沿爐子長度變化。按爐溫分布，爐膛沿長度方向分為預熱段、加熱段和均熱段；進料端爐溫 較低為預熱段，其作用在于利用爐氣熱量，以提高爐子的熱效率。加熱段為主 要供熱段，爐氣溫度較高，以利于實現(xiàn)快速加熱。均熱段位于出料端，爐氣溫 度與金屬料溫度差別很小，保證出爐料坯的斷面溫度均勻。用于加熱小斷面料 坯的爐子只有預熱段和加熱段。習慣上還按爐內(nèi)安裝燒嘴的供熱帶劃分爐段， 依供熱帶的數(shù)目把爐子稱為一段式、二段式，以

13、至五段式、六段式等。 50 年代，由于軋機能力加大，而推鋼式爐的長度受到推鋼長度的限制不能太長， 所以開始在進料端增加供熱帶，取消不供熱的預熱段，以提高單位爐底面積的60生產(chǎn)率。用這種爐子加熱板坯，爐底的單位面積產(chǎn)量達9001000公斤/（米2 時），熱耗約為（0.50.65） X 106千卡/噸。70年代以來，由于節(jié)能需要， 又由于新興的步進式爐允許增加爐子長度，所以又增設不供熱的預熱段 , 最佳 的爐底單位面積產(chǎn)量在600650公斤/（米2 時）,熱耗約為（0.30.5） X 106千 卡/噸。連續(xù)加熱爐是軋制車間應用最普遍的爐子。通常使用氣體燃料、重油或粉煤，有的燒塊煤。為了有效地利用廢

14、氣熱 量，在煙道內(nèi)安裝預熱空氣和煤氣的換熱器，或安裝余熱鍋爐。在鍛造和軋制生產(chǎn)中，鋼坯一般在完全燃燒火焰的氧化氣氛中加熱。采用 不完全燃燒的還原性火焰 （即“自身保護氣氛”）來直接加熱金屬，可以達到無 氧化或少氧化的目的。這種加熱方式稱為明火式或敞焰式無氧化加熱，成功地 應用于轉(zhuǎn)底式加熱爐和室式加熱爐。推鋼式連續(xù)加熱爐：靠推鋼機完成爐內(nèi)運料任務的連續(xù)加熱爐。料坯在爐 底或在用水冷管支撐的滑軌上滑動，在后一種情況下可對料坯實行上下兩面加 熱。爐底水管通常用隔熱材料包覆，以減少熱損失。為減小水冷滑軌造成的料 坯下部的“黑印”，近年來采用了使料坯與水管之間具有隔熱作用的“熱滑 軌”。有的小型連續(xù)加熱

15、爐采用了由特殊陶質(zhì)材料制成的無水冷滑軌，支撐在 由耐火材料砌筑的基墻上，這種爐子叫“無水冷爐”。步進式連續(xù)加熱爐 靠爐底或水冷金屬梁的上升、前進、下降、后退的動 作把料坯一步一步地移送前進的連續(xù)加熱爐。爐子有固定爐底和步進爐底，或 者有固定梁和步進梁。前者叫做步進底式爐，后者叫做步進梁式爐。軋鋼用加 熱爐的步進梁通常由水冷管組成。步進梁式爐可對料坯實現(xiàn)上下雙面加熱。 70年代以來，由于軋機的大型化，步進梁式爐得到了廣泛應用。同推鋼式爐相 比，它的優(yōu)點是：運料靈活，必要時可將爐料全部排出爐外；料坯在爐底或梁 上有間隔地擺開，可較快地均勻加熱；完全消除了推鋼式爐的拱鋼和粘鋼故 障，因而使爐的長度不

16、受這些因素的限制。中國 1979年投產(chǎn)的步進梁式爐長為 32.5 米，生產(chǎn)能力為每小時 270噸。加熱爐操作是通過在一定溫度下加熱工件來完成其工藝過程的。節(jié)能的本 質(zhì)就是提高能源利用率，提高熱效率，達到消耗最少能源的目的。 二、推鋼式加熱爐的分類推鋼式加熱爐根據(jù)爐溫制度可分為兩段式加熱爐、三段式加熱爐、多點供 熱式加熱爐。兩段式連續(xù)加熱爐按爐溫制度又可分為加熱期和預熱期，爐膛也相應的分 為加熱段和預熱段。三段式連續(xù)加熱爐采取預熱期、加熱期、均熱期的三段溫 度制度。在爐子的結(jié)構(gòu)上也相應的分為預熱段、加熱段和均熱段。一般有三個 供熱點，即上加熱、下加熱與均熱段供熱。多點供熱的連續(xù)加熱爐有多個供熱

17、點。按加熱爐供熱方式可分為頂不加熱、底部加熱、側(cè)部加熱。 金屬加熱時，在二段式加熱制度下，高溫段的爐溫應當這樣選擇：金屬表 面只要達到給定的最終溫度的那一瞬間，沿金屬表面的溫差就不會超過允許 值。因此在二段式溫度制度下，金屬的加熱強度受到限制。金屬在三段式加熱狀態(tài)下，沿金屬的進行方向在預熱段和高溫段之外補充 第三工程 恒溫均熱段。由于在均熱段中金屬接近與燃燒產(chǎn)物的溫度，因而當金屬在爐內(nèi)保溫時，使金屬表面過熱的愈厚，要求沿斷面的溫度越小，使用 三段式制度也就越合理。爐內(nèi)的供熱段與其它工藝區(qū)有所不同，因為高溫段通 常是由幾個供熱段組成的。爐內(nèi)的這些區(qū)段按金屬移動的方向分為：第一高溫 段，第二高溫段

18、等。但是，首先在金屬沿高溫段行進方向上，還有預熱段，當 供熱段的尺寸受爐子結(jié)構(gòu)的限制不能不改變時，在爐子工作制度變化的情況 下，爐子的邊界區(qū)移動，使工藝段變化，可能由一個區(qū)段轉(zhuǎn)移到另一個區(qū)段， 比如，由均熱段和預熱段轉(zhuǎn)移到高溫段等。三、推鋼式加熱爐的工作原理及工藝推鋼式加熱爐，其鋼坯在爐內(nèi)是靠推鋼機的推力沿爐底滑道不斷向前移 運。燃燒產(chǎn)生的爐氣一般是對著被加熱的料坯向爐尾流動，料坯移到出料端 時，被加入到所需要的溫度，經(jīng)過出料口出爐，再沿輥道送往軋機。推鋼式加熱爐的任務是把熱量傳給被加熱的物體或按照金屬加熱或熱處理 的工藝要求，從被加熱的金屬上出去熱量。由于金屬具有到熱性，可以通過導熱中熱傳導

19、的基本計算，可以求出爐子 的生產(chǎn)率和必要爐膛尺寸，以及加熱或冷卻性質(zhì)的熱工性能。一種新型推鋼式加熱爐滑軌，其特征是：滑軌水平方向的形體結(jié)構(gòu)為折線 形。從而可以變更鋼料在滑軌頂面上滑動行進接觸點 （ 區(qū)域）的位置，縮短定點 接觸的時間，即變更、縮短遮蔽影響接觸點 （ 區(qū)域） 鋼料吸熱、帶走接觸點 （區(qū) 域）鋼料熱量的區(qū)域的位置與時問，從而改變鋼料的加熱工藝，減小鋼料的加 熱黑印溫差，提高鋼料的加熱質(zhì)量、鋼材產(chǎn)品質(zhì)量，提高企業(yè)經(jīng)濟效益。加熱的基本工藝要求是保證被加熱的金屬加熱到給定的溫度和保證給定的 溫差范圍，加熱過程可能有某些限制，比如：給定的加熱速度，金屬在加熱時 的最大溫差，金屬表面的最高溫

20、度下最短的停留時間等。為了實現(xiàn)規(guī)定的工藝，采用各種不同的加熱和冷卻方式，主要采用什么方 法則要取決于加熱和冷卻的氣氛。四、推鋼式加熱爐的結(jié)構(gòu)推鋼式加熱爐一般呈長條形、爐溫是固定的、爐氣沿長方向流動、爐子的 生產(chǎn)操作的整個過程是連續(xù)的。推鋼式連續(xù)加熱爐在同一平面加熱具有一定垂距的上下兩個加熱段，以坯 料為界每個加熱段又分成上下加熱區(qū)，上下段分別由作支撐滑道用的冷卻水管 及爐墻圍成的空間作煙道，并通往排煙口，上下段噴嘴分別朝爐頭及爐尾方向 傾斜，在上段橫水管底部裝有下推臂，頂鋼機裝有上推臂，上下推臂之間裝有 傳動臂，來傳動下推臂將坯料推出爐頭鋼坯是用推鋼機推進爐內(nèi)的，并沿爐底 滑道移動，經(jīng)過I、H

21、、皿加熱段加熱后從爐底滑出。推鋼式加熱爐的主要結(jié)構(gòu)有：水冷系統(tǒng)：爐膛四周水冷壁管全部采用直徑為60*6(mm)的鰭片制成的密閉的模式水冷壁。水冷系統(tǒng)主要是由大直徑下降管、分配集箱及其支管水冷 壁、上升管、汽水引出管、上下集箱、氣包組成的循環(huán)回路。整個水冷壁以及 敷設其上的爐墻，均通過集箱上的吊桿懸吊在爐頂鋼架上，受熱面作向下自由 膨脹。水冷壁上設有入孔、看火孔、大焦孔、防爆門孔、點火孔、測量孔等。 燃燒時為防止由于爐膛負壓波動所引起的水冷壁及爐墻壁結(jié)構(gòu)振動引起水冷壁 結(jié)構(gòu)振動而造成的損壞，在水冷壁外面布置了剛性梁。燃燒器：燃燒器為正四角大小切圓布置。為適應煤種變化和調(diào)整燃料燃燒 工況，煤粉噴燃

22、器各噴嘴出口截面做成可調(diào)節(jié)的。過熱器：采用輻射、半輻射和對流形式。蒸汽在過熱器中的流程為在氣包 中經(jīng)分離后的干燥蒸汽，經(jīng)爐頂及尾后包覆過熱器，繼而進入低再懸吊管過熱 器及尾部包覆管過熱器。再熱器：再熱器分為高溫再熱器和低溫再熱器兩部分。高溫再熱器布置在 對流過熱器的水平煙道中，低溫再熱器和旁路省煤器作并聯(lián)布置在尾部豎井 中。在低溫再熱器進口管道上設有事故噴水裝置，為緊急事故時作降溫用。 省煤器：省煤器由主省煤器、閣墻省煤器和旁路省煤器三部分組成。五、聯(lián)想近幾年我國軋制技術的發(fā)展上世紀 60年代以前，傳統(tǒng)生產(chǎn)鋼材方法是先將鋼水模鑄成大型鋼錠，經(jīng)加 熱、軋制成坯，鋼坯經(jīng)冷卻、清整后再加熱，軋成用戶

23、所需斷面的成品鋼材。 近40多年來經(jīng)歷了三次飛躍式發(fā)展：一是將模鑄改為連鑄，取消開坯機；二是 由一般連鑄改為近終形連鑄，減少加熱、軋制次數(shù)；無頭軋制技術是鋼鐵加工 流程的第三次飛躍，即鋼材生產(chǎn)不再是單塊的、間隙性的，而是連續(xù)進行軋 制，然后根據(jù)用戶需求剪切成所需長度或卷重。無頭軋制的好處是：1. 鋼材全長以恒定速度進行軋制，生產(chǎn)率有較大提高；2. 因?qū)︿摬娜L施加恒定張力，使鋼材斷面形狀波動減少，鋼材質(zhì)量改 善，這點對熱軋扁平材生產(chǎn)特別重要；3. 由于成品長度不受限制，根據(jù)交貨狀態(tài)要求剪切，成品率顯著提高；4. 由于軋材運行穩(wěn)定性提高，對熱軋帶鋼來說，有利于生產(chǎn)薄規(guī)格帶鋼；5. 和單塊軋制不同

24、，鋼品嚙入次數(shù)減少，減小對軋輥沖擊，有利于提高軋 輥壽命。在施行無頭軋制技術中分扁平材和長材兩類，其中又有無頭軋制和半無頭 軋制的區(qū)別；就技術類型來說分為焊接型和鑄軋型兩種。近年來，軋制技術學科所取得的新進展也在社會經(jīng)濟發(fā)展中取得了巨大成 就。例如：先進的軋制技術過程為經(jīng)濟建設提供性能優(yōu)良的材料；為社會提供 與環(huán)境友好、易于循環(huán)使用的EC材料；其本身在向著節(jié)省能源和資源方向發(fā) 展（如上所述的無頭軋制等）第二部分 推鋼式加熱爐的相關計算一、爐膛內(nèi)輻射計算1、燃燒產(chǎn)物溫度(C)爐子熱制度的確定，是進行物料加熱計算的前提，也是爐子投產(chǎn)后熱工操 作制度的依據(jù)。采用二段加熱制度，燃燒產(chǎn)物溫度：高溫段13

25、00C,預熱段溫度 1000 C，上升到 1300c。故每段溫度為：I區(qū)非加熱區(qū)，燃燒產(chǎn)物溫度由1000c 上升到 1100 cH區(qū)第加熱區(qū)，燃燒產(chǎn)物溫度由1100C 上升到 1300C皿區(qū)第二加熱區(qū)，燃燒產(chǎn)物溫度為1300cv區(qū)單層爐底單面加熱區(qū)，燃燒產(chǎn)物溫度為1210C2、爐膛寬度的計算B( cm)其中幾區(qū)的寬度B均相等，且B = nL (n 1)aB爐膛寬度L加熱坯料長度n爐內(nèi)坯料排數(shù)a扁鋼同爐壁間間隙取 n = 1 時，a = 0.25故 Bi = B 口 = B皿=Biv = nL (n 1)a =1 x 2.6 +(l + l)x 0.25=3.13、爐膛平均高度計算(經(jīng)驗值)H

26、(cm )比值（%）尺寸（m）22-2827-3224-262.6-3.02.2-2.61.5-1.70.7-0.81.0-1.21.0-1.4取i區(qū)hB - 0.8m出-1.2mH = 1.0mn區(qū)Hcb 二 3.0mHCH = 26m二 2.8m皿區(qū)Hch 二 2.6mHcb 二 2.6mh = 2 . mv區(qū)H T 1.5 mH1.5m4、爐襯對金屬輻射的角度系數(shù)(每米長度上)L 其中L表示被加熱鋼坯長度 (Bi + 2Hi)5、燃燒產(chǎn)物的最終容積計算(m3)(每米長度)6、限定燃燒產(chǎn)物容積的表面積(m2)(每米長度)F=2(B+H)Fi =2(B+Hi)=2 X (10.8+1.0)=

27、23.6Fn =2(B+Hn)=2 X (10.8+2.8)=27.2Fm =2(B+Hm)=2 X (10.8+2.6)=26.8Fiv =2(B+Hiv)=2 X (10.8+1.5)=24.67、平均射線長度(m)S=3.6 X V/FSi =3.6 X Vi /F i =3.6 X 10.8/23.6=1.65Sn =3.6 X Vn/F n =3.6 X 28.08/27.2=4.00Sm =3.6 X V/F 皿=3.6 X 30.24/26.8=3.77Siv=3.6 X VIF 亶=3.6 X 16.2/24.6=2.378燃燒產(chǎn)物中空氣過剩系數(shù)（把吸入空氣考慮進去后選用）9、

28、修正系數(shù)110、燃燒產(chǎn)物層換算厚度（m）由公式：=SX B（X I =Si X B i =1.65 X 0.81=1.34a n =Sn X B n =4.00 X 0.81=3.24x 皿=Sin X B 皿=3.77 X 0.84=3.17a v=Sv X B v =2.37 X 0.84=1.9911、燃燒產(chǎn)物的黑度查圖可得各區(qū)段黑度分別為序號名稱測量單位符號計算段In出v1燃燒產(chǎn)物溫度初始Tr ,Haq1000110013001250最終Tr ,Hcm1100130013001250平均tr10501200130012502爐膛寬度（m）B10.810.810.810.83爐膛平均高度

29、H1.02.82.61.54爐襯對金屬輻射的角度系數(shù)0.780.610.6250.725燃燒產(chǎn)物的最終容積(m3)V10.830.2428.0816.26限定燃燒產(chǎn)物容積的表面積(m3)F23.627.226.824.67平均射線長度(m)S1.653.774.002.378燃燒產(chǎn)物中空氣過剩系數(shù)a1.251.251.201.209修正系數(shù)0.810.810.840.8410燃燒產(chǎn)物層的換算厚度(m)a1.343.243.171.9911燃燒產(chǎn)物的黑度0.3050.3050.280.283、爐子的基本尺寸計算1. 爐子計算生產(chǎn)能力P=1125(t/h)2. 爐子裝載量GG=pt=pzS/0.6

30、=(1125X 7.1 X 0.15 ) /0.6=1996.86其中z為單位加熱時間(min/cm) ； s為被加熱金屬厚度(cm)；3. 有效爐底總長度pLn=G/nSI k3=1996.86/(0.15 X 1 X 10.0 X 7.85 X 0.98)=173其中S為坯料厚度；l為坯料長度；k3為爐底有效長度內(nèi)的填充系數(shù)；為 金屬的密度；軋制鋼材密度為 7.85 ； n=1。4. 爐子的臺數(shù)N=P/P1=1125/225=5 （臺）5. 一臺爐子的有效爐底長度（mLn仁Ln/N=173/5= 34.6 （m）6. 推進的最大長度（mLT=250S=250X 0.15= 37.5（ m）

31、7. 臺爐子的最大有效長度（mLn1max=LT Le查圖可得Le=2.5m（由裝料琨道軸線到裝料口外緣的距離），故 Ln1max=LT Le=37.5 2.5=35（m）8. 爐底砌筑長度（mLr=Ln1+Lk查圖可得Lk=1.4（m）（扁鋼極限位置與短部出料口之間的距離）故 Lr=Ln1+Lk=34.6+1.4=36（ m）9. 爐子區(qū)段長度Li=Lni x ti/tnLn (m)tn/tL0I34.615%5.19n34.630%10.3834.630%10.38IV34.625%8.6510.爐膛寬度由公式得：B=nL+ ( n+1)a=10 x 1+(1+1) x 0.4=1 0.8

32、(m)11. 爐子區(qū)段平均高度（m）可知 Hi = 1.0(m) H n =2.8(m) H 皿=2.6(m) H =1.5(m)12. 爐底有效面積(m2)Fa=K3Ln1L=0.98 X 34.6 X 10= 339.113. 爐底砌筑面積(m2)Fp=LrB=36X 10.8=388.814. 爐底有效強度kg/(m2h)Ha=1000P/Fa=100(X 225/339.仁 663.515. 按爐底砌筑面積爐底強度kg/ ( m2h Hp=1000P1/FF=100X 225/388.8=578. 7三、爐子的基本尺寸計算值如下序號名稱（測量單位）符號計算段In皿r1爐子區(qū)長度（mL5

33、.2010.510.59002爐子區(qū)段平均高度（mH1.02.82.615序號名稱（測量單位）符號計算值1爐子計算生產(chǎn)能力（t/h）P11252爐子裝載量（t)G1996.863有效爐底長度（m）Ln1734爐子臺數(shù)N55一臺爐子有效長度（m）Lm34.66推進最大長度（m）LT37.57口爐了取大有效長度（m）Ln 1max358爐底砌筑長度（m）Lr369臺爐子的計算生產(chǎn)能力（t/h ）P122510爐膛寬度（m）B10.811爐底有效面積（吊）Fa339.112爐底砌筑面積（m金屬加熱計算I、H、區(qū)是在溫度線性上升的介質(zhì)中雙面加熱I、區(qū)初始溫度均勻分布H、區(qū)初始溫度拋物線分布皿、W、區(qū)是

34、在恒溫介質(zhì)中初始溫度拋物線分布皿、雙面加熱W、區(qū)單面加熱 加熱時間（1）總加熱時間的計算t二zS/0.6）Fp388.813爐底有效強度kg/（m 2h）Ha546.9714按砌筑面積爐底強度kg/（m 2h）Hp578.7三、金屬加熱計算z為單位加熱時間，據(jù)附表1選擇(min/cm) ;S為被加熱金屬的厚度(m)故 t=7.1 X 0.15/0.6=1.78(h)(2) 各計算段加熱時間計算(按照所采用的加熱區(qū)相對長度選取，見爐膛平均高度經(jīng)驗表)I 區(qū):t i=t X 15%=.78 X 15%=027(h)H 區(qū):t 2=t X 30%=.78 X 30%=0.53(h)皿區(qū):t 3=t

35、X 30%=.78 X 30%=053(h)IV 區(qū):t 4=t X 25%=.78 X 25%=045(h)(3) 各計算段加熱時間的選頂(據(jù)前面計算選定)t=0.27ht2=0.53ht3=0.53ht4=045h3假設的金屬表面溫度In皿V初始204309501220終止43095012201230平均225690108512254.表面平均溫度時金屬導熱率w/mk入二入q+ a t (t 表示平均溫度)查圖得到不同的溫度下鋼的導熱系數(shù)=51.3千卡/米時C=34.7千卡/米時C m-27.9千卡/米時C V =29.8千卡/米時C. . 25. 表面平均溫度時金屬熱擴散系列(m/h)查

36、表得：碳素鋼的平均熱容量 CP值為：0=0.170千卡/公斤* CC =0.190千卡/公斤* C由公式得：a= X/CX p (c 為比熱)ai =0.045 ( m2/ )an =0.018 ( m% )am =0.021 ( m h )aiv =0.02( m J6. 金屬厚度計算Si= S2=S3=0.125m S 4=0.25m7. 傅立葉準數(shù)由公式F=a/s 2得：F0i = ai t i/Si2=0.045 X 0.50/(0.125) 2=1.44F0n = an t n/Sn2=0.018 X 1.15/(0.125) 2 = 1.325F0m = amt m/Sm2=0.0

37、21 X 1.10/(0.125) 2 = 1.478F0v = avt v/Sv2=0.02 X 0. 80/(0.25)2=0.256序號名稱（單位）符號計算值inmv1計算各計算段（h）t0.270.530.530.452選定各計算段加熱時間（h）t0.501.151.100.803金屬表面平均溫度（C）t225690108512254表面平均溫度的金 屬導熱率kg/m2hCX51.334.727.929.85表面平均溫度的金屬熱導擴散率m/ha0.0450.0180.0210.026金屬計算厚度（m）S0.1250.1250.1250.257傅立葉準數(shù)F01.441.3251.4780

38、.256圖1推鋼式加熱爐中的溫度分布1 燃燒產(chǎn)物的溫度2、3金屬心部和表面溫度4已考慮爐底管冷卻影響的金屬截面平均溫度四、燃料燃燒及計算給定氣組成成分（濕成分）組成成 分CH4C2H6C3H8CO2H2N2H2SH2O體積含量（%）89.04.02.50.50.81.20.71.31、 氣體需要量:4762 -COw 丄 H； 2CH： (n m)CnH： 理論燃燒產(chǎn)物 H ?Sw - O；=0.04762 X=0.04762 X 205.9100 IL2242%=丄 |COT+HW + 3CHW + 1 n+miCnHm + 2H2Sw + CQ+ N,+100I 2)一168=0 0.8

39、3 890 (2 ) 4.0 (3 -) 2.5 2 0.7 12 0.5 13 +0.79 9.8=10022=3.097+7.742= 10.839 (標米3標米3)/標米4、實際燃燒產(chǎn)物%=%+(n-1)L 0=10.839+(1.2-1)X 9.8=12 799 (標米3/3)99 ( 標米3)5、燃燒產(chǎn)物成分1(0 89.0 2 4.0 3 2.5 0.5)= 100 100%12.799=8.20%31(0.8 2 89.0 4.0 2.5 0.7 1.3)2100 100%12.799= 14.73%(0.70)1100100%100%。2、=12.799=0.0547%10.7

40、9 LnN2=100100%Vn0.21(n - 1)L0Vn0.21(1.2-1) 9.812.799100%=3.22%6、燃燒產(chǎn)物重度:(44 82 18 1473 64 547 28 7268 32 322 224 100=1.397、 燃燒計算值如下:序號名稱測量單位符號計算值1理論空氣需要量Nmm39.802實際空氣需要量Nmm311.763理論燃燒產(chǎn)物量Nm/| 3/ Nm10.8394實際燃燒產(chǎn)物量Nmi 3/ Nm12.7995燃燒產(chǎn)物重度N吵Nm3P 01.39燃燒產(chǎn)物成分體積百分率8.20%14.73%0.0547%3.22%87.10%五、關于爐子熱平衡計算:（一）熱量

41、收入項1. 燃料燃燒的化學熱Q1=AQDWA- 每噸如爐物料消耗的燃料量取 A=250m3/t故 Q二AQw=250X 35=8750 ( KJ/T)2 物料放熱反應放出的熱Q放熱=6料q放(kJ/h)式中g料-每小時處理的物料量，(kg/h)Q 放- 單位物料反應放出熱，( KJ/kg)3. 預熱空氣帶入的熱量Q2=AnL0(CkTk-CKet e)其中 n- 空氣消耗系數(shù)Ck- 空氣在 tk 時的比熱Te-環(huán)境溫度CKe- 空氣在 te 時的比熱取 n=1.2因為 tk=400C查表得 C k=1.068KJ/kg Cte=20C查表得 C ke=1.005kJ/kg CL0=9.80故

42、Q2=AnL ( Ckt k-CkeTe)=250X 1.2 x 9.80 x (1.068 x 400-1.005 x 20) =1196874kJ/t4. 物料帶入的物理量。5. 物料化學反應放出的熱量。6. 預熱燃料帶入的熱(二)、熱量支出項1. 出爐鋼坯帶的熱量Q1=1000(C2T2-C1T1)其中t2-鋼坯出爐溫度(11001225C)。C2- 鋼坯在 t 2溫度下的比值Ti-鋼坯入爐溫度Ci-鋼坯在ti溫度的比熱取 ti=20C查表得 G=0.486(KJ/Kg C)t2=1200C 查表得C2=0.7071(KJ/Kg C)故 Q =1000X(0.7071 x 1200-0.

43、486 x20)=838795(kJ/t)2. 出爐煙氣帶走的熱量Q2 =AVn(CyTy-Cyete) Vn=12.669(1) 取 ty =900C查得各種氣體在900C的熱容量C (KJ/MfC)分別為CC02=2.18CH2o=1.70 C SO2=2.18 C O2=1.47 C N2=1.39換算成kJ/kg C為CC02=0.072 C H2o=0.056 C SO2=0.072 C O2=0.0485 C N2=0.046 故900 C時Cy=CC02 x CO2+C H2 o x H2O+ CSO2x SO2+CO2x O2+C N2x N2=0.072x8.20%+0.05

44、6x14.73%+0.072x0.0547%+0.0485x3. 22%+0.046x87.10%=0.05578kJ/kg C3. 煙塵帶走的熱G塵=6塵C塵t塵(KJ/h)式中g塵-每小時生產(chǎn)的煙塵量，Kg/hC塵-煙塵的平均熱容KJ/kg Ct塵-煙塵出爐時的溫度t塵 查得各氣體在0C和100C時的熱容量 C (kJ/mC)溫度/比熱CC02CH2oCSO2CO2CN20C1.611.501.731.311.30100C1.801.511.891.341.31用插入法可計算出各種氣體在20 C時的熱容為:Cco2=1.62 C h2O=1.50 C S02 =1.874Co2 = 1.3

45、37換算成KJ/kg C為Cn2=0.043CCo2=O.O54Ch2O=0.05Cso2 =0.062 C 2=0.044Cye=Go2 x CO+CH20X H2O+ CSO2x SQ+C O2x Q+C n2x N2=0.054 x 8.20 %+0.05X 14.73%+0.062X 0.0 547%+0.044X 3.2 2%+0.043X87.10%=0.050697(KJ/kg C)故 Q2=AVn(qTy - C yet J=250 x 12.799x (0.0 55775x 900 - 0.050697 x 20)= 157375.096kJ/t3. 物料吸收，帶走的熱量4.

46、 物料吸熱反應帶走的熱量5. 爐渣帶走的熱量6. 煙塵，飛灰?guī)ё邿崃?. 燃料化學不完全燃燒的熱損失8. 燃料機械不完全燃燒熱損失9冷卻介質(zhì)帶走的熱量10開啟爐門或爐墻孔洞輻射熱損失11. 爐體表面散熱損失12. 爐門和爐墻孔洞逸氣損失爐子的熱平衡計算數(shù)值如下：熱量吸收項熱量支出項燃料燃燒化學熱預熱空氣帶入熱量出爐鋼坯帶走熱量出爐煙氣帶走熱量Q1=8750kJ/tQ2=1196874kJ/tQ；=838795kJ/tQ2 = 157375.096kJ/t第三部分換熱器設計一、換熱器的介紹換熱器作為一種熱交換設備廣泛用于動力，交通，石油化工，冶金等工業(yè) 領域。根據(jù)不同的用途，其種類及機構(gòu)繁多。按

47、參與熱交換兩流體的形態(tài)可分為氣-氣，氣-液，液-液三種類型。按 一種介質(zhì)向另一種介質(zhì)傳遞熱量的過程分為直接式，半直接式和間接式三類。 直接式是冷熱兩流體直接接觸或混合進行熱交換，如熱水風冷冷卻塔；半直接 式是熱流體先將熱量傳給某中間介質(zhì)，一定時間后截斷熱流體而流過冷流體， 中間介質(zhì)再把積蓄的熱量傳給冷流體，如再生器，蓄熱器等；間接式是兩流體 之間有一固體壁面隔開彼此進行熱交換，如表面式換熱器等。按熱流體對冷流 體傳熱主要方式分為對流式，輻射式，對流-輻射式。按換熱器材質(zhì)分為金屬 和非金屬（陶瓷）兩類。冶金行業(yè)長按換熱過程分為換熱式和蓄熱式。換熱式 是指參與換熱的兩流體同時流過間壁各自流到熱交換

48、的表面式換熱器；蓄熱式是按周期切換操作的蓄熱器，如蓄熱式熱風爐等。金屬表面式換熱器的種類很多。如列管式 （平滑鋼管式，套管式，針 /翅片管 式，組管輻射式），整體式，環(huán)縫輻射式，管狀噴流式，箱式噴流式，旋流式 等。換熱器選型是主要參考下列因素：1、被預熱介質(zhì)的種類。 2、預熱溫度的高低。 3、煙氣溫度。 4、煙氣成分及 含沙量。 5、流體壓降。 6、換熱效率。 7、流體壓力及兩流體壓力差。 8、換熱 器的造價及使用壽命。 9、便于制造，安裝及檢修。二、換熱器的設計計算 （一）、原始數(shù)據(jù)及要求1、煙氣溫度：t煙=960C32、煙氣量 ： V 煙=4550 0Nm3/h3、空氣溫度：空氣進換熱器溫

49、度ti=20C,空氣出換熱器溫度12=400C4、預熱空氣量：V空=34600Nmh（二）、設計方案選擇“V”型管狀金屬換熱器。管子規(guī)格 =60x 40mn按直通式布置管子間距離 x1/d=x 2/d=21.求煙氣與空氣的對數(shù)平均溫（1）通過換熱器的實際煙量V 煙二mV因（1 +）Nm/h3V 煙=0.8 X 45500X （1+0.1）= 40040Nrrih（2）換熱器前煙氣的實際溫度 t 煙I 煙=CP煙 t 煙=310X9 60=297.6KJ/Nm3則在按換熱器前煙氣的熱含量 I 煙為：I 煙=I 煙 / (1+)=297.6心+0.1)=270.545KJ/Nm 3 由此查得：t

50、煙=910C(3) 換熱器的煙氣溫度 按換熱器后煙氣的熱含量 I 煙I煙=1煙-V空(I空-I空 ) / V 煙=270.545-45500 X (127-6)/45500 X 0.9= 136.10 K 卡/N卅由此差得：t煙=493C(4) 煙氣與空氣的對數(shù)平均溫度 tm=( t煙- t空)-(t煙-t空)/ln( t煙-t 空)/(t煙-t 空)=(910-400)-(493-20) /In (910-400)/(493 -20)=491.27 C說明：V煙=45500Nm/h取換熱器煙氣損失系數(shù)m=0.8。吸入冷氣使煙氣增加系數(shù)=0.1G煙=310KJNm3在t煙=960C時的煙氣比熱

51、I為空氣進換熱器前的熱含量當t 空=20C，查得t空=6KJ/Nm, t空為進換熱器后的熱含量。當 t 空 =400C查得1空= 127K卡/Nm3, 為換熱器的換熱系數(shù) =0.9。2、換熱器的總傳熱系數(shù)K=1/(1/ a1+1/a2) KJ/Nm2hC(1) a i的計算在煙氣側(cè)有輻射傳熱和對流傳熱兩個部分故：a 1= a i 輻 + a 1 對 KJ/Nh C由煙氣管道內(nèi)有效氣層的厚度計算公式S二1.87 x (Xi+X)/d-4.1 x d二1.87 x (4d/d)-4.1x d=3.4d(m) d=S/3.4=0.2/3.4=0.059(m)在換熱器內(nèi)煙氣的平均溫度為t 煙=1/2

52、(t 煙 +t 煙)=1/2 (910+493) =701.5 C由 S=0.2 t 煙=701.5 C查圖 7 得 a 1 輻二 7.6KJ/m 2hC由 a 1 對二(4.22+0.0056t ) Cx (wT 煙/d 0.35 外)又由 C=1+0.1xx1/d=1+0.1 x2=1.2說明：印一煙氣側(cè)的換熱系數(shù)，a2 空氣側(cè)的換熱系數(shù)，d_管子外徑(m)，X1X2管子中心線的距離(m)，X1+X2=2d的(設計方案)，d=0.057(m)W煙一一煙道內(nèi)的氣流速度(標準態(tài))在此取W煙=2m/s,d 外=0.057(m)(管外徑)a 1對=(4.22+0.00565 x701.5)x 1.2x(20.65 /0.057 0.35)=41.99 由此：Q= a 1 輻 + a 1 對=7.6+41.99=49.59 KJ/Nm2hC(1) a 2的計算在空氣側(cè)只有對流傳熱由 a 2= (3.02+0.016/t 空)Cx (WT 空/d 0.2 內(nèi))/ t 空=1/2 (t 空 +t 空)=1/2 (20+400) =210C所以 a 2