连续式加热炉毕业设计开题报告

城市建设与安全工程学院

毕业设计(论文)开题报告

题目： 普碳钢连续式加热炉设计

专 业 热能与动力工程

班 级 12106501

学 号 1210650119

姓 名 王方正

指 导 教 师 徐兆康

2016 年 1 月 5 日

1 本课题的目的和意义、国外研究现状、水平和发展趋势

1.1 课题的目的和意义

在冶金工业中，加热炉是将物料或工件(一般是金属)加热到轧制成锻造温度的设备。加热炉应用遍及石油、化工、冶金、机械、热处理、表面处理、建材、电子、材料、轻工、日化、制药等诸多行业领域。

加热炉包括有连续加热炉和室式加热炉等。金属热处理用的加热炉另称为热处理炉。初轧前加热钢锭或使钢锭部温度均匀的炉子称为均热炉。广义而言，加热炉也包括均热炉和热处理炉。

在锻造和轧制生产中，钢坯一般在完全燃烧火焰的氧化气氛中加热。采用不完全燃烧的还原性火焰(即“自身保护气氛”)来直接加热金属，可以达到无氧化或少氧化的目的。这种加热方式称为明火式或敞焰式无氧化加热，成功地应用于转底式加热炉和室式加热炉。

连续加热炉

连续加热炉包括推钢式加热炉、步进式炉、转底式炉、分室式炉等连续加热炉，但习惯上常指推钢式炉。

连续加热炉多数用于轧制前加热金属料坯，少数用于锻造和热处理。

主要特点是：料坯在炉依轧制的节奏连续运动，炉气在炉也连续流动；一般情况，在炉料的断面尺寸、品种和产量不变的情况下，炉子各部分的温度和炉中金属料的温度基本上不随时间变化而仅沿炉子长度变化。

推钢式连续加热炉

靠推钢机完成炉运料任务的连续加热炉。料坯在炉底或在用水冷管支撑的滑轨上滑动，在后一种情况下可对料坯实行上下两面加热。炉底水管通常用隔热材料包覆，以减少热损失。为减小水冷滑轨造成的料坯下部的“黑印”，支撑在由耐火材料砌筑的基墙上，这种炉子叫“无水冷炉”。

步进式连续加热炉

靠炉底或水冷金属梁的上升、前进、下降、后退的动作把料坯一步一步地移送前进的连续加热炉。炉子有固定炉底和步进炉底，或者有固定梁和步进梁。前者叫做步进底式炉，后者叫做步进梁式炉。轧钢用加热炉的步进梁通常由水冷管组成。步进梁式炉可对料坯实现上下双面加热。

转底式加热炉

炉身固定，炉底转动，放置在炉底上的料坯随炉底转动由进料口移送到出料口。根据炉底的形状，转底式加热炉可分为环形炉和盘形炉两种，冶金厂轧钢车间多用环形炉。图是一座生产能力为每小时75吨的转底环形加热炉剖面图。这种炉子适于加热不能用推钢和步进方式运送的物料，如圆坯、车轮和轮箍坯、模锻前的异形坯以及品种多和长短

不一的料坯等。缺点是炉底面积利用率低，炉底单位面积产量通常约为350～400公斤/(平米·时)。

分室式快速加热炉

由若干个摆在一条线上的加热室所组成。加热室和加热室之间设间室，传送料坯的辊子设在间室，料坯单根(或双根)地通过各加热室和间室而被加热。每个加热室与相邻的间室构成一个“炉节”，所以又称节式炉。这种加热炉能快速加热，氧化和脱碳少，适用于加热圆形料坯和钢管。与行星轧机相配合，可用来加热连铸板坯；也可对某些钢材进行局部加热。缺点是单位炉长的生产能力低，炉子热效率较低。

室式加热炉

用于金属坯或锭锻压前的加热。物料加热时不移动；炉不分段，要求各处炉温均匀，对于大钢锭加热采用周期性的温度制度(即炉温按时间分为预热期、加热期、均热期等)。

室式加热炉有两种：固定炉底室式炉和车底式炉。

固定炉底室式炉

炉底面积一般1～10平米。装出料多靠人工或简单机械；加热较大工件的室式炉，也有用专门装出料机的。燃料为煤、重油或煤气。有的炉在炉墙上开一缝隙，料坯由缝隙送入炉加热，叫“缝式炉”，常用于小件加热或长料坯的端头或局部加热。这类炉的炉底单位面积产量通常为300～400公斤/(平米·时)，单位热耗每吨钢约为(1.0～1.5)×106千卡。

车底式炉

用于重量为十几吨至几百吨的大钢锭在锻压前的加热，炉型为室式或隧道式。加热物件放置在台车上，炉外进行装卸料，由车间吊车或其他牵引装置把台车拽入或拖出炉膛，大钢锭加热要求炉温分布均匀，所以车底式炉常采用分散供热和分散排烟(烧嘴和烟道口分散地布置在炉子侧墙上)。

按通风方式分类

分为自然通风加热炉：利用烟囱的抽力吸入燃烧空气，并将烟气排出的加热炉。

强制通风加热炉：燃料气燃烧所需要的空气是用鼓风机送入，而烟气则通过引风机(或烟囱抽力)排出的加热炉。

按热源划分

有燃料加热炉、电阻加热炉、感应加热炉、微波加热炉等。

1.2 国外研究现状与水平

推钢式炉是连续加热炉中历史最长的一种炉型，自上世纪初沿用至今。在1967年以前，所有的现代轧机都是采用推钢式炉。步进式炉是在上世纪三十年代才出现的炉型，有一些优点超过了推钢式炉。这两类炉型经过七十年以上的时间的发展，其性能指标的相互比较也发生了很大的饿变化。推钢式选用合理的温度制度和供热制度，降低炉的最高温度和废气排放温度，提高炉燃烧产物的热量利用率，提高废热回收率，减少其他热

损失，进行现代化管理，采用计算机控制，推钢式炉和步进式炉有同等的效果，并且推钢式加热炉一次性投资少，维护运行费用低。

国外轧钢连续加热炉的主要进展：

(1)采用新型燃烧器。近年来世界工业发达国家为了节约能源，改善炉传热条件和减少公害等，成功研制多种燃烧器。

(2)采取综合措施，降低单位燃耗。如采取最佳炉底强度，正确掌握热工操作。

(3)注意热装和余热利用。国外大型加热炉，一般都安装换热器，既预热空气又预热煤气，如不预热燃料，至少要预热空气。近年来由于能源危机，要求出炉烟气温度低于800℃，故美国趋向用金属管状换热器，日本喜用片状换热器，寿命长达五年。英国正在研究能将空气预热到1100℃ 的装置；一种高效率的用镁铝硅微孔泡沫玻璃瓷制回转蓄热室，可以将废气热量回收90%。

近代国外连续加热炉的发展方向是 ：

(1)提高炉子生产率，例如一座现代化大型连续加热炉的产量能达350～420吨/时；

(2)降低单位燃耗或热耗 (千卡/ 公斤)。日本轧钢生产的单位热耗是世界上最先的；

(3)减少氧化铁皮烧损，一般不超过2%；

(4)减少噪音和公害。对于车间风机和烧嘴等产生的噪音，不允许超过70～80分贝；

(5)从轧机到加热炉，实行最佳程序自动控制。

我国加热炉的现状不是很好，主要表现在以下几个方面:

(1)加热炉生产效率和占地面积的比例依然很低，导致了土地资源的浪费；

(2)现如今的加热炉燃料主要还是以焦炉煤气、高炉煤气等含磷硫等元素比较高的燃料为主，这些燃料燃烧时产生大量污染气体，且没有较好的废气回收装置，造成了环境污染；

(3)现在耐火材料虽然种类很多，但或多或少都存在一定的缺点，对加热质量和炉子寿命有很大的影响。

(4)加热炉的自动化程度仍然很低，未能实现真正的自动化。

1.3 发展趋势

在实际生产中，合理地设计炉型、炉衬、加热元件(或装置)等，同时通过综合管理控制，建立节能的管理体制，最有效地利用设备，使能源和原材料得到最充分的利用，从而可获得性能优良的产品。目前加热炉生产中所用的能源有电力和燃料。电力是无污染的能源。各类燃料燃烧对大气均造成污染。加热炉的控制方法，已从单纯的燃料量控制向多种控制的方向发展，向节能和环保的方向发展。现在加热炉的发展趋势有以下几方面：

(1) 新型耐火材料的不断开发；

(2) 机械化、自动化程度越来越高；

(3) 高产、高质、低能耗、低污染新炉型的设计；

(4) 连续加热炉的使用日渐广泛。

国外热处理炉的发展趋势：

(1) 以电能为热源的炉子增多，油和煤气为热源的热处理炉比例逐渐减少。

(2) 对产品表面质量的要求更为严格，可控气氛热处理炉仍占重要地位。

(3) 炉衬趋向使用轻质材料，在电阻炉上应用非金属炉用耐热构件和发热元件的比例逐渐增加。

(4) 微机和可编程序控制器的发展加速了热处理自动化，并有与其它工序组成全自动热处理线的趋势。

2 文献查阅、调研情况

2.1 文献综述

加热炉是轧钢车间的主要工艺设备之一，其作用是将钢坯加热后送往轧机进行轧制。加热炉的主要技术经济指标为加热温度和能耗两项。轧钢加热炉控制质量的好坏直接关系到经济效益，特别是炉温控制对杜绝粘钢现象，提高加热炉寿命，降低钢坯烧损、提高成材率、节能降耗、减少环境污染等有重要意义。洁[1]以多年来在钢铁企业从事的科研项目为背景，从控制的角度对轧钢加热炉温度控制的相关问题作了进一步讨论。

吕以清，玮[3]介绍了济钢中板厂采用新技术对轧钢用连续式加热炉进行改造设计所取得的延长炉体寿命、提高加热能力、改善加热质量、降低能源消耗的成功经验。

连续式加热炉是个典型具有大惯性、纯滞后、多变量、时变并且相互藕合的复杂被控对象，而且有许多不确定因素。，吕剑虹，程明，源，晓雷，红梅[4]在炉温设定、空燃比控制、燃烧控制、炉压控制、待轧策略和空气预热器保护6个方面对现有文献进行综述研究，为加热炉控制系统设计、运行和改造提供参考依据。

渭国，杜涛[6]根据连续加热炉炉压分布的特点，针对常规炉压控制方法应用中的不足，提出了以热负荷信号直接控制炉压的新方法。

先棹，高仲龙，高家锐[7]简要介绍了目前工业加热炉存在的一些矛盾，提出“高炉温，高烟温，高余热回收和低炉子惰性”(三高一低)是工业加热炉的发展方向，并提出一些为实现理论所需的技术基础和实施的围。

2.2 调研情况

在课题开始前的调研过程中，我在图书馆和电子数据库中查阅了大量的关于炉窑热工和施工的相关书籍和文献，并根据毕业设计的要求，对一些制图软件进行了了解和学习。同时，我还对之前在《机械设计基础》等书中学过的知识进行了复习和回顾，为以后的设计尽可能多的做积累。

3 本课题的基本容、重点、难点

3.1 本课题的基本容

一、课题的任务容：

根据某企业普碳钢连续加热炉进行改造设计，要求进行炉子热工计算和整个系统热平衡的设计计算，并进行炉子图的设计。要求设计图纸4以上。

二、原始条件及数据：

发生炉煤气： CO H2 CH4 C2H4 CO2 N2 O2 H2O

28.40 11.83 1.63 0.30 3.66 49.79 0.19 4.20

钢种：45#钢，入炉温度：常温，加热温度：1150℃，加热终了允许断面温差：＜200℃/m，产量：40t/h，坯料尺寸：180×180×2000mm。

三、设计的技术要求(论文的研究要求)：

进行炉子系统热工计算，热平衡计算，管道系统计算并制图。

3.2 本课题的重点

炉窑热平衡是热力学第一定律在炉窑热工上的应用。通过炉子热平衡的测定与计算，可以具体了解炉子热量利用情况并可以确定燃料消耗量的大小。因此，热平衡是评价炉窑设计和工作、研究炉窑时必不可少，特别是在分析炉窑燃料消耗，寻求节能途径时更是需要的容和方法，也是炉子热工工作者必须掌握的基本知识。