轧钢加热炉设计论文.docx

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1、目录1.文献综述21.l概要21.2国内外发展趋势31.3步进梁式加热炉步进的原理051.4步进式加热炉工艺介绍571.5现代步进梁式加热炉特点.81.6加热炉的节能途径91.6.1汽化冷却101.6.2余热回收利用111.6.3改进工业炉的炉体结构US121.6.4改进步进式加热炉的控制U141.7天然气的特性151.7,1天然气加热炉的优势151.7.2天然气特征和性质161.7.3天然气的燃烧特性161.7.4天然气加热炉应用实例171.8本章总结172设计方案182.1设计原始数据182.2设计方案182.2.1炉型的选择182.2.2装出料方式182.2,3供热方式192.2.4烧嘴

2、的布置和选型192.2.5排烟方式192.2.6换热器结构192.2.7炉子主要部位砌筑材料和厚度202.2.8步进机械202.2.9炉体的钢结构202,2,10水梁绝热212.2.11热风管道的绝热包扎213.热工计算213.1原始技术数据213.L1天然气干成分213.1.2空气预热温度t空=450223.2热工计算223.2.1燃料燃烧计算223.2.2炉膛热交换计算233.2.3炉长及加热时间的确定253.2.4炉膛热平衡和燃料消耗计算273.2.5天然气烧嘴的选用353.2,6空气换热器设计计算363.2.7空气管路阻力损失计算及鼓风机选择413.2.8天然气管路阻力损失计算453.

3、2.9烟道阻力损失及烟囱计算45结论48致谢49参考资料49翻译及原文错误!未定义书签.汉语翻译错误味定义书签.步进式加热炉前置控制错误!未定义书签。英语原文错误味定义书签.1文献综述1概要加热炉是工业窑的一大类别，是指被加热的物料在炉内基本不发生物态变化和化学反应的炉子。对于冶金行业来说，加热炉是指金属压力加工前的加热和金属制品及半成品的热处理等用炉。加热炉是一个复杂的热工设备，它由以下几个基本部分构成：炉膛、燃料系统、供风系统、排烟系统、冷却系统、余热利用系统、装出料设备、检测及调节装置、电子计算机控制系统等。5广义的连续式加热炉包括所有的连续运料的加热炉，如推钢式炉、步进式炉、输送带式炉

4、（链式炉）、帽底式炉、分室式快速加热炉、转底式（环行）炉等。但一般习惯上通常称呼的连续式加热炉，则多指由推钢机运料的推钢式连续加热炉以及后来发展的由步进梁或步进底运料的步进式连续加热炉。步进式炉大体可以分为两类：一类是单面加热的步进炉，称步进底式炉”（WH炉）；另一类是由水冷的步进梁和固定梁组成的双面加热步进式炉，称步进梁式炉（WH炉）。前者主要用来加热质量要求高的特殊钢、普通钢的中小型坯以及不便于推钢的料坯，后者主要用于小时产量大的大板坯和方坯的加热。加热炉是冶金行业生产环节中重要的热工设备。它在轧钢生产中占有十分重要的地位，它的生产任务是按轧机的轧制节奏将钢材加热到工艺要求的温度水平和加热

5、质量，并且在优质高产的前提下，尽可能地降低燃料的消耗，减少氧化烧损。为满足加热炉高产、优质、低消耗和少污染的要求，三高一低理论应运而生：高炉温：就是提高炉子的温度水平,这可以用增加供热负荷来实现。如果不能奏效时,可以从提高燃料的发热值,提高助燃剂的含氧量和提高助燃剂和燃料的预热温度着手,从而提高燃烧温度和炉温,增加传给被加热物的热量，由此可以提高炉子的产量,并为高温慢加热创造条件。高烟温：就是提高烟气的出炉温度,这也可以用增加供热负荷来实现。特别是对连续式加热炉,可以在预热段内多布置供热点来加强供热，甚至在预热段内都供热,取消整个预热段,实施低温快加热的原则。由此提高整个炉子的温度水平,保证提

6、高炉子的产量。高余热回收：就是充分利用烟气的余热来预热助燃用空气和煤气时,提高燃烧用空气和煤气的预热温度,进一步降低烟气的排放温度,将烟气余热的热量返回至炉内，从而提高余热回收率,又提高炉子的热效率,节约燃料消耗。低炉子惰性：就是要降低炉衬的蓄热量,使炉子升温快降温也快,保证炉子在高炉温情况下的加热质量和适应工况变化的能力,有助于生产过程的自动化和计算机控制,保证提高加热质量。并且还可以降低炉衬的蓄热和散热热损失,进一步提高炉子的热效率和降低燃料消耗,使炉子具有更高的科技水平。三高一低”加热理论突破了传统加热工艺的局限性，它必将为提高我国加热炉生产水平发挥更大作用。1.2国内外发展趋势当今世界

7、能源危机在不断加剧。从1973年世界上生第一次石油危机以来，促使人类向开发新能源和节方面展开了大量研究。冶金行业的能耗约占整个行业能耗的10%,而轧钢生产能耗约占钢铁联合企业生产总耗的十分之一,其中75%80%消耗于各种加热炉.合理的炉型结构，对加热炉的产量、质量和能量消耗都具有积极的影响。随着轧机设备的大型化和自动化，加热炉的发展是很快的。现代炉子的特点是优质、高产、低耗、长寿和操作简便。最近几年来，用于冶金轧钢的加热炉工艺上不断得到改进，绝大多数的加热炉都是应用平顶式三段连续加热炉，如图1.1所示。随着国际钢铁需求量的增加，轧机向着高效率和大能力方向发展，相应地要求板坯加热炉提高其炉床负荷

8、，在有限的空间增加加热能力。因此，连续式加热炉由一段式向多段式发展，进而出现了步进式。这也是最近应用最为广泛的加热炉，它和以前经常使用的推送式加热炉相比有如下一些优点：(1)用以加热各种形状的钢坯，并且特别适合加热推送式连续加热炉不便加热的大型板坯和异型板坯；(2)生产能力大，炉底强度可以达到800IOookg/(r112h),和推送式连续加热炉相比，加热等量的钢坯，步进式加热炉的炉长可以缩短10-15%；(3)炉子长度不受推钢比的限制，不会产生拱料、粘连等现象；(4)炉子的灵活性很大，在加热炉炉长不变的情况下，通过改变钢坯之间的距离就可以调整炉内钢坯的数量，因而可以适应不同产量的要求，同时由

9、于步进周期是可调的，故可以根据不同钢坯的不同加热要求,调整钢坯在炉内的加热时间，因而步进式加热炉的适应性很强，可以适应不同产量和不同加热速度的要求；(5)当轧机出现故障而停车时，步进式加热炉可以保持踏步或者将钢坯从炉内退出，以免钢坯长期在炉内造成氧化烧损和脱碳；(6)由于步进速度可以调整并可测量，因此可以准确计算和控制钢坯的加热时间，便于实现钢坯加热过程的自动化控制。此外，步进式炉不需要像辎底式炉、链式炉和分室快速加热炉那样须解决辎子或链子的材质问题，可节约昂贵的耐热钢，这对某些钢材的热处理是合适的。因此，尽管步进式加热炉步进机构比较复杂、一次性投资高，但是自1968年步进式加热炉在日本问世、

10、投入使用以来，步进式加热炉得到了飞速的发展。尤其是近十多年，随着轧钢技术向着大型化、连续化、自动化、多品种和高精度的方向发展，步进式加热炉为适应工艺的要求,也朝着大型化、多功能、优质、高产、低消耗、无公害和操作自动化的方向迈进，由步进式加热炉代替推钢式加热炉已是大势所趋。据不完全统计,到90年代中期,世界上有大型步进梁式加热炉约300座，其中日本中外炉(CHUGAIROCO.LTD.)和法国斯太因霍特(STElNHEURTEY)炉子公司分别设计制造了百余座大型步进梁式加热炉,意大利皮昂特(ITALIMPlANTI)工程公司设计制造了50余座，日本新日铁(NIPPONSteelCORP.)设计制

11、造30余座。当前，日本中外炉”公司及法国“斯太因”公司，这两家炉子公司所设计的步进梁式炉均属世界第一流的。这两家炉子公司，技术成熟，先进可靠，经验丰富。无论是炉型结构、设备的装备水平、控制水平，还是产品的加热质量和能耗指标，均属世界上最先进的水平。1990年国外报道的由意大利Fr公司为加拿大道菲斯克公司设计的二座步进梁式炉，加热冷坯时产量为400t/h,加热热装坯时产量为550t/h,该炉内长47396mm、炉内宽12000mm,装有快速装出料机，能使每座炉子产量达100Ot/h,步进周期为30s,该炉采用了很多先进技术，如热滑道水管汽化冷却、分离的二段式步进梁、二级计算机控制、高效换热器、火

12、焰长度可调烧嘴、换热器后安装余热锅炉，炉子热效率为70.6%,考虑余热锅炉后炉子系统热效率可达75.5%,炉子单耗为327X4.18kJKg钢。笔者认为，该炉是目前世界上装备水平最高，最先进的步进炉，如图1.2。图L2400t/h步进梁式加热炉炉型曲线我国步进式加热炉起步相对较晚。随着改革开放政策的实施，70年代，我国武钢从日本引进的3座1700mm热轧带钢步进梁式加热炉于1978年投产，引起国内钢铁企业及机械制造行业的高度重视，在新厂及老厂技术改造中广为应用。80年代宝钢2050热轧带钢厂从“斯太因公司引进了3座现代化的步进炉于1989年投产。我国1984年有24个企业建有步进式加热炉40座

13、，到1995年5月全国已有63个企业建有91座步进式加热炉，其中底式炉53座，梁式炉32座，梁底组合式炉6座，比1984年增加一倍多。原来步进式加热炉只是中小产量，现在小时的产量已达100-300t/ho而且从过去单一的步进式加热炉发展到包括步进底式、步进梁式、梁底组合式和分段步进梁等多种形式，基本能够满足薄板、中板、厚板、热连轧、线材、棒材、中小型材、钢管等的生产要求。我国步进式加热炉的发展过程，可分三个阶段。第一阶段：整套引进武钢“一米七工程中整套引进三台日本的步进式加热炉,用于170Omln热连轧板材的板坯加热用，于1978年投产。第二阶段：合作制造即引进国外软件和关键硬件，其余由国内制

14、造，技术由国外负责。1979年开始，国内有关设计、制造单位在宝钢工程中和日本中外炉公司、前联邦德国的尔芬(OUF)公司、法国的斯坦因一霍特(SH)公司就步进式加热炉进行技术交流，寻找合作伙伴。1984年，国内首次和尔芬公司合作，制造了宝钢D140mm无缝钢管厂中的步进式再加热炉、心棒淬火炉、回火炉。1985年，国内和意大利皮扬特(Fr)公司合作制造了马钢高速线材厂的步进式加热炉。1987年，国内和法国斯坦因一霍特公司合作制造了宝钢热轧厂三台板坯步进式加热炉。1990年，国内和斯坦因一霍特公司再次合作制造了武钢热轧厂四号步进式加热炉。第三阶段:移植开发在合作制造阶段中，设计研究院和制造厂着手研究

15、，并消化国外先进技术，移植开发国内迫切需要的步进式加热炉。1987年，国内首次自行设计、制造了酒钢线材厂的步进式加热炉，以后又陆续地设计、制造了攀钢热轧厂、韶钢热轧厂、涟源钢厂等厂的步进式加热炉。我国在步进梁加热炉的设计开发方面，经过近十年探索和实践，除最佳化控制技术外，其余技术均已掌握，并已应用于实际工程中。现在我国已能独立设计和制造大型步进梁式加热炉。1.3步进梁式加热炉步进的原理步进式加热炉的步进机构由驱动系统、步进框架和控制系统组成。步进系统一般可分为电动式和液压式两种，行进部分的驱动一般靠液压系统实现，升降部分有的采用电动偏心轮式，也有的采用液压曲柄杆式或液压斜轨式。三类传动系统的相比较，由于液压传动具有明显优点以及液压技术的的日益进步和完善，因而越来越广泛采用。包钢两个高线厂,以及国内其它多家高线选用液压斜轨式。图1.3运动机构1.炉壳2.钢坯3.固定梁4.活动梁5.驱动机构在步进式加热炉里，钢坯的移动是通过固定梁和载有钢坯的移动梁进行的。步进梁的运动轨迹（如图l4a）为矩形，由升降机构的垂直运动和平移机构的水平运动组合而成，步进梁相对于固定梁上升、前进、下降、后退4个动作，其动作顺序根据起始点位置的不同而不同，一般将起始点位置设在步进