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熔融。为此选用材料荷重软化温度应高于加热炉工作温度100 -150℃为宜。
(2)热强性:耐火一保温内衬在高温条件下工作必须要有足够的强度，才能适应高温烟气，工件的冲刷磨损和机械震动的冲击，并有承受一定载荷的能力。衡量耐材热强性的主要指标不是常温强度，而是高温(工作温度)下抗折强度，对不同部位或部件的耐火内衬应有相应的高温抗折强度要求。可惜不论国家或行业标准，尚无这方面规定。应在实践的基础上制订这方面的标准。实践证明，为了改善耐火内衬的热强性，提高其高温抗折强度，宜选用超微粉结合的超低水泥硅酸铝质耐火浇注料做加热炉炉墙、炉顶耐火内衬。这是因这种材料中Ca0含量很低，玻璃相形成的数量受到严格控制。超微粉所具有的高分散性.高表面活性和低温成相性，促进了二次莫来石化的进行:
（莫来石)
从而实现浇注体的高温陶瓷结合，这也是第三代高技术浇注料在加热炉上应用后，炉衬寿命大幅度提高的主要原因。
(3)热稳定性:耐火内衬在交变温度条件下保持其体积(尺寸)、强度稳定的性能，称为热稳定性。表示耐火内衬热稳定性的主要指标是重烧线收缩和抗热震次数。这些指标国家行业标准中均有明确规定。
加热炉的蓄热体，烧咀砖、吊挂砖和水冷炉筋管包扎等所用耐火材料，其内部温度梯度大或承受频繁温度变化。按断裂力学理论，前者会产生各部位胀缩不均，后者会出现体积膨胀或收缩交替变化，都可能在制品内部产生热应力，这种应力如果得不到及时吸收或释放，必然引起制品内部裂纹源的扩展，当其扩展到临界尺寸时，使制品整体或局部发生脆性断裂，出现掉片或破坏，这是各类耐火制品，尤其是经整体烧结耐火砖衬损坏的重要原因之一。
为了改善耐火内衬的热稳定性，设计选材时可从以下几个方面着手:首先:选用新型高技术耐火浇注料替代经整体烧结的耐火砖。未经整体烧结的耐火浇注内衬，不仅重烧线变化小，而且易于吸收热应力，阻止裂纹源的扩展。
其次:在耐火内衬中引人ZrO2,，对浇注体实现强韧化处理。这是因为Zr02:在加热炉工作温度下会发生如下晶形转变。
这是一个快速切变的马氏体相变，使ZrO2,晶粒产生8.8-9.7%的体积胀缩效应，在晶粒边界出现显微裂纹，它可吸收耐火内衬热胀冷缩时的应力，并阻止裂纹源的扩展，达到强韧化的目的。
应当指出，用从AL203到 SiO2:系耐火浇注料及其预制品制作加热炉耐火内衬，除控制CaO, Fe2O3, MgO,K20, Na20等杂质外，还应适当控制其A1203含量。实践证明，过高的Al203,含量，不仅增高材料成本，而且还会恶化内衬的热稳定性。我们认为，加热段，均热段选用Al203，含量一60%，吊挂砖，炉筋管包扎选用A1203, +ZrO2:含量一50%，烧咀砖、蓄热体选用A1203+ZrO2:含量60一70%左右即可。
此外，在某些部位如炉筋管包扎的耐火内衬引人适量耐热钢纤维，可以使其热震性提高20-25%.
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(4)隔热性:耐火保温内衬必须具备足够的隔 热性，以降低内衬外表面温度，减少炉子的散热损 失，改善工作环境。隔热性用热阻R表示:
这里: R— 热阻, ;
S - 耐火、保温层的厚度,M;
k- 耐火、保温层的导热系数，W/M·K 而选择合适的材质并设计适当的厚度，核定各层的热阻及介面温度，是加热炉热工设计计算不可缺少的环节之一。
近来出现的利用高强度轻质浇注料(如轻质莫来石浇注料)和耐高温纤维制品制作耐火内衬，使内衬材质实现轻质化，是一个很值得注意的新动向，应在实践的基础上认真总结，并进行必要的技术经济评价。
(5)传热性:强化炉内传热，尤其是炉衬与工件之间的辐射传热，对于提高加热质量，节约能源有重要意义。在炉衬热面预制或装置具有工业标准黑体性质的“多功能强辐射元件”，组成“自带黑体窑炉内衬”是十分有效的途径。通过实验研究和在工业炉上应用测试表明:“自带黑体窑炉内衬”不仅能够显著提高并长期稳定炉衬热面的黑度，增大辐射热面积，还能有效调控炉膛内的热射线，从而大幅度提高辐射传热的效率.可节约能源20-25%。
1.7.1.2 其它特殊性能要求
加热某些部位，如炉底，出钢槽的工作条件较一般内衬有所不同。前者承受FeO的浸蚀，应选用镁质或MgO一Al2O3,一SiC浇注料制作。后者不仅要承受FeO的浸蚀，还要承受钢坯运动所造成的强烈机械磨损，一般选用铬钢玉制品或电熔莫来石大砖较为合适。
1.7.2 工艺性能
耐火内衬，尤其是浇注的耐火内衬或预制品，设计选材时应十分注意它的工艺性能。良好的工艺性能是影响耐火内衬施工是否顺行和使用寿命长短的重要因素之一。耐火浇注料的工艺性能，包括以下三个方面: 施工工艺性
主要指流动性和凝固性能，对确保施工是否顺行，减轻劳动强度，确保浇注体质量有直接的影响。这两种性能主要取决于微粉，添加剂的种类、用量及加水量，一般由耐火材料生产和施工企业合理控制。自流浇注料的开发应用对改善浇注料的施工作业性能，尤其适于那些薄壁和形状复杂的部位和制品的浇注施工有重要意义。然而其浇注体理化的性能指标一般较普通振动成形微低，因而除特殊需要外，还是选用普通振动成形的浇注料为宜。
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结构工艺性
设计耐火内衬，尤其是预制品的结构、形状、尺寸时应充分考虑其适应浇注成形施工的要求，尽量避免锐角、直角相交，避免过渡壁厚相差太大，避免壁厚过薄，避免复杂的内腔结构，合理布置浇注位置，使工作面和装配面朝下或向侧，才能确保浇注成形顺行和浇注体的使用质量及装配质量。然而这方面的要求，往往被设计者所忽视，造成成形施工中出现难以克服的困难。 烘烤烧结性能
浇注体或预制件是要经过适当烘烧才能使用的。耐火内衬设计选材时应充分注意产品在烘烧过程中的物理化学变化，确保烘烤，烧结顺行并达到希望的组织结构和性能。选用超微粉结合的超低水泥高铝浇注料和铝错质浇注料，配合适量的添加剂、防爆剂，可以大幅度减小浇注用水量，使烘烤顺行，并获以二次莫来石结合相为主的组织结构，确保内衬有优良的使用性能。
1.7.3 加热炉内衬选材方案的评价
加热炉耐火一保温内衬的设计选材，不仅要确保其使用性能可靠，工艺性能良好，还应确保技术经济合理，这是选材的最终目标。所说技术经济合理，是指选材方案在技术上是否先进、适用，在经济上单位产品产量或一定运行周期内其建造、维修、运行成本是否低廉。一切技术之所以先进、适用，都必须保证加热炉高产、优质、长寿、低耗这一目标的实现。在此，引人价性比作为对不同选材方案技术经济合理性进行综合评价的指标。所谓价性比是指在一个炉役期内加热炉耐火-保温内衬的建设、维修费用和维修停产损失与其寿命之比，可以表示为:
这里: Ai— 价性比，万元/年;
Ci— 加热炉内衬的总耗费，包括耐火保温内 衬采购施工费用和维修停工损失费用，万元; Wi— 加热炉一个炉役的寿命，年。
显然，A值小，表明选材方案技术经济合理。我们曾对一个三段式连续加热炉耐火内衬的不同选材方案进行综合评价，结果表明:用新型高技术耐火浇注料及制品替代传统耐火砖和浇注料，制作加热炉耐火内衬，虽然前者产品的单价高于后者，但前者的使用寿命远高于后者，其价性比仅为后者的1/2-1/3，说明选用新型高技术耐火浇注料作加热炉内衬，其技术先进适用，经济合理，是显而易见的。
1.7.4 结论
加热炉耐火一保温内衬选材应遵循耐火内衬使用性能可靠、工艺性能良好、技术经济合理等基本原则，并用价性比这一指标对其进行综合评价，从而确保选材方案技术上先进适用，经济上更为合理。
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1.8 工业炉的发展方向
对工业加热炉总的要求是：高产、优质、低消耗和少污染，阻碍工业加热炉发展的原因是目前工业加热炉对上述要求存在着下列一些矛盾，新理论的产生和建立，就是要解决这些矛盾，工业加热炉才能快速地发展。
加热产量与质量的矛盾： 要提高工业加热炉的产量，就必须提高整个工业炉的温度水平，重点是炉子的加热段（对连续式炉为加热段，对间歇式炉为加热期）的温度水平，这就很容易产生质量问题，如氧化烧损增加、形成过热和过烧，甚至烧化和烧毁而造成废品等，这就与加热质量产生了矛盾。从另一方面来说，为了提高加热质量，减小表面和中心的温 差和提高整体的温度均匀性，必需延长连续式均热段的长度（对间歇炉为均热期的时间），也就减少了炉子的产量，造成与产量的矛盾。
加热产量与低消耗的矛盾： 在提高整个工业炉的温度水平，增加产量的同时，必然要增大热负荷，导至提高烟气的排出温度，增加烟气带走的热损失。提高整个工业炉的温度水平后，也会使炉衬的蓄热和散热热损失的增加，这些结果都会使燃耗增加，这就与低消耗产生了矛盾。
加热质量与低消耗的矛盾： 要提高工业加热炉产品的质量，减小加热材料的断面温差和提高整体温度的均匀性，就必须延长连续式的均热段的长度（对间歇炉为均热期的时间），这必然会增加工业加热炉的燃料消耗量和降低工业加热炉的生产量，也就使加热质量和低消耗产生了矛盾。
加热产量与污染的矛盾： 提高工业加热炉的产量后，必然会过多地增加燃料供给量，导至燃烧器的超负荷运行，燃烧更加不完全，排出的烟气量也随之增加，使温室气体二氧化碳、有毒气体一氧化碳、腐蚀性气体氧化氮、有害微粒碳黑和灰尘等的排放量都增加了，造成产量提高对环境污染增加的矛盾。
这些矛盾都产生于目前工业加热炉采用的是：连续式加热炉的低温预热段（对间歇炉为低温预热期）实行慢速加热，或者用烟气的余热来慢速加热（连续式加热炉），或者用炉内蓄热来慢速加热（间歇式加热炉）；而在连续式加热炉的高温加热段（对间歇炉为高温加热期）则实行快速加热，或者提高加热段的炉温和延长加
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热段长度来快速加热（连续式加热炉）或者用仅提高炉温来快速加热（间歇式加热炉）。这是不合理的，因为低碳钢等材料，在低温时吸热的能力很强，加热的温差可以很大，不会导致产生裂纹和变形等缺陷，所以可以快速加热。而在高温时，吸热的能力很弱，加热的温差只能很小，如果采用过高的炉温很容易产生过热、过烧和烧毁等次品，所以只能慢速加热。
而合理的是：在连续式加热炉低温预热段（对间歇炉为低温预热期）实行快速加热，或者将预热段也变成加热段（连续式加热炉），或者用提高炉温来快速加热（间歇式加热炉）；在连续式加热炉的均热段（对间歇炉为均热期）实行慢速加热，或者延长均热段长度来慢速加热（连续式加热炉），或者用降低热负荷来慢速加热（间歇式加热炉）。这些原则就是“高炉温、高烟温、高余热回收和低炉子惰性”（三高一低理论）提出的根据，可以使工业加热炉实现：高产、优质、低消耗和少污染的要求。
1.8.1“三高一低”理论
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。
1.8.2 “三高一低”理论的技术基础
随着工业水平的发展，出现了许多新技术和新产品，为实现“三高一低”理论创造了有利条件。这些新技术和新产品有： (1)蓄热室式高回收热交换设备.
最近几年来，国内外研究制造了一种新型的蓄热式热交换装置，这一改过去蓄热室的结构庞大，换向时间长，排烟温度高，热回收率低和预热温度低而波动大等
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毕业设计(论文)任务书
课题名称
学 院 专业班级 姓 名 学 号
049014196
毕业设计（论文）的工作内容: （1） 文献调研
（2） 炉子热工计算，用计算机进行
（3） 绘图：用autocad绘出加热炉的三视图 （4） 设计说明书
（5） 翻译与课题有关的外文文献一篇
起止时间：
产量120t/h（混合煤气） 推钢式连续加热炉设计
热能与动力工程042班
2008 年 3 月 20 日至 2008 年 6 月 20 日共
指 导 教 师 签 字
周
系 主 任 签 字
院 长 签 字
加热能力为120吨/小时加热炉设书
摘要
论文开始就工业炉的历史，现在的状况和其发展方向做了陈述，着重对工业炉的结构以及工业炉的操作制度，节能技术改进和“三高一低”理论的介绍，接着对
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工业炉的配套设备及烧嘴，换热器，烟囱等的相关结构和选用进行分析陈述。然后对120吨/小时的推钢式加热炉的设计计算。
本文设计的加热炉是三段式推钢加热炉，在设计的参数选择上体现了“三高一低”的理论，并对该加热炉一些技术和经济指标进行评述。
关键字：工业炉 节能 “三高一低”
Abstract
The paper started on the industry stove's history, present's condition and its development direction has made the statement, emphatically to industry stove's structure as well as industry stove's operating duty, energy conservation technical change and “three high one low” theory introduction, then to the industry stove's
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supplementary equipment and the burner nozzle, the heat interchanger, the chimney and so on related structure and selected carries on the analysis statement. Then pushes the steel type heating furnace's design calculation to 120 tons/ hour.
this article designs the heating furnace is the triad pushes the steel heating furnace, has manifested “three high one low” the theory in the design parameter choice, and carries on the narration to this heating furnace some technologies and the economic indicator.
Key words: Industry stove Energy conservation
“three high one low”
目录
文献综述 ............................................... 5 1.1.工业炉的发展史 ..................................... 5 1.2.工业炉的基本类型 ................................... 6
1.2.1 火焰炉结构 ......................................................... 6 1.2.1.1 火焰炉的组成 ......................................................................................................... 7 1.2.1.2现代推钢式连续加热炉 .......................................................................................... 11
1.3.燃烧系统及其控制 .................................. 13
1.3.1 烧嘴及其分布 ...................................................... 13
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1.3.2 燃烧控制技术 ...................................................... 13
1.4.排烟系统 .......................................... 14
1.4.1烟道 ............................................................... 14 1.4.2 烟囱 .............................................................. 15 1.4.2.1 排烟方式 ................................................................................................................. 15 1.4.3 换热器及其保护 ......................................................................................................... 15 1.4.4 炉膛压力控制 ............................................................................................................. 16
1.5.工业炉的节能 ...................................... 16
1.5.1 工业炉节能的几个措施 .............................................. 16 1.5.2 燃料炉的节能 ...................................................... 17 1.5.3 加热工艺设计节能 .................................................. 18 1.5.3.1 常规加热工艺规程节能 ......................................................................................... 18 1.5.4结论 ............................................................... 19
1.6 推钢机的结构特点及应用 ............................ 19
1.6.1 推钢机种类 ........................................................ 19 1.6.2 双机架齿轮齿条式推钢机结构及特点 .................................. 20
1.7加热炉耐火材料的选用 .............................. 20
1.7.1 使用性能 .......................................................... 20 1.7.1.1 热性能 ..................................................................................................................... 20 1.7.1.2 其它特殊性能要求 ................................................................................................. 22 1.7.2 工艺性能 .......................................................... 22 1.7.3 加热炉内衬选材方案的评价 .......................................... 23 1.7.4 结论 .............................................................. 23
1.8 工业炉的发展方向 .................................. 24
1.8.1“三高一低”理论 ................................................... 25 1.8.2 “三高一低”理论的技术基础 ........................................ 25
2.1设计任务： ........................................ 26 2.2热工计算 .......................................... 27
2.2.1燃料燃烧计算 ....................................................... 27
2.2.2炉膛热交换计算 ..................................................... 29 2.2.3 金属加热计算 ..................................................... 31 2.2.3.1 钢坯的均热时间及温度参数 ............................................................................... 31 2.2.3.2 加热段炉气温度 ................................................................................................... 32 2.2.3.3 燃料利用系数及预热段加热时间 ....................................................................... 33 2.2.3.4 各段金属加热时间 ............................................................................................... 36 2.2.4 炉子主要尺寸计算 .................................................. 37 2.2.4.1 炉子长度计算 ....................................................................................................... 37 2.2.4.2 炉门数量和尺寸的确定 ......................................................................................... 37 2.2.5炉膛热平衡与燃料消耗量计算 ......................................... 39 2.2.5.1炉膛热收入Q入 ....................................................................................................... 39 2.2.5.2炉膛热支出Q出 ....................................................................................................... 40 2.2.5.3炉膛热平衡与燃料消耗量 ...................................................................................... 44
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2.2.5.4炉子工作指标 .......................................................................................................... 44 2.2.6 烧嘴的选用 ........................................................ 45 2.2.7空气换热器设计计算 ................................................. 46 2.2.8.空气管路阻力损失计算及鼓风机选择 .................................. 54 2.2.9烟道阻力损失及烟囱计算（引风机选择） ............................... 60 结论 .................................................................................................................................................... 65 附录：英文翻译及原文 .................................................................................................................... 66
文献综述 前言
高产、优质、低耗、低成本、低污染反映了轧钢加热炉的综合技术经济指标，
用少投入实现产能的最大化，是企业和热工工作者的追求目标，亦是轧钢加热炉的发展趋向。目前，国内的连续式加热炉正在经历从推钢式到步进式的转变过程，虽然步进式加热炉有其优点，但是推钢式加热炉也有很多可取之处，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。本文对加热炉的结构，附件的技术概况进行分析，借此找到改进的方案。
1.1.工业炉的发展史
工业炉是在工业生产中，利用燃料燃烧或电能转化的热量，将物料或工件加热的热工设备。
中国在商代出现了较为完善的炼铜炉，在春秋战国时期，人们在熔铜炉的基础上进一步掌握了提高炉温的技术，从而生产出了铸铁。1794年，世界上出现了熔炼
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铸铁的直筒形冲天炉。后到1864年，法国人马丁运用英国人西门子的蓄热式炉原理，建造了用气体燃料加热的第一台炼钢平炉。他利用蓄热室对空气和煤气进行高温预热，从而保证了炼钢所需的1600℃以上的温度。1900年前后，电能供应逐渐充足，开始使用各种电阻炉、电弧炉和有芯感应炉。20世纪20年代后又出现了能够提高炉子生产率和改善劳动条件的各种机械化、自动化炉型。工业炉的燃料也随着燃料资源的开发和燃料转换技术的进步，而由采用块煤、焦炭、煤粉等固体燃料逐步改用发生炉煤气、城市煤气、天然气、柴油、燃料油等气体和液体燃料，并且研制出了与所用燃料相适应的各种燃烧装置。二十世纪50年代，无芯感应炉得到迅速发展。后来又出现了电子束炉，利用电子束来冲击固态燃料，能强化表面加热和熔化高熔点的材料。为便于加热大型工件，又出现了适于加热钢锭和大钢坯的台车式炉，为了加热长形杆件还出现了井式炉。随着现代化管理水平的提高,计算机控制系统的不断完善,现代连续加热炉也应运而生. 现代连续加热炉炉型可以归入两大类：推钢式炉和步进式炉。两类炉型的根本区别，仅在于炉内的输料方式。
1.2.工业炉的基本类型
工业炉按供热方式分为两类：一类是火焰炉(或称燃料炉)，用固体、液体或气体燃料在炉内的燃烧热量对工件进行加热；第二类是电炉，在炉内将电能转化为热量进行加热。大型台车式炉火焰炉的燃料来源广，价格低，便于因地制宜采取不同的结构，有利于降低生产费用，但火焰炉难于实现精确控制，对环境污染严重，热效率较低。电炉的特点是炉温均匀和便于实现自动控制，加热质量好。按能量转换方式，电炉又可分为电阻炉、感应炉和电弧炉。
工业炉按热工制度又可分为两类：一类是间断式炉又称周期式炉，其特点是炉子间断生产，在每一加热周期内炉温是变化的，如室式炉、台车式炉、井式炉等；第二类是连续式炉，其特点是炉子连续生产，炉膛内划分温度区段。在加热过程中每一区段的温度是不变的，工件由低温的预热区逐步进入高温的加热区，如连续式加热炉和热处理炉、环形炉、步进式炉、振底式炉等。
1.2.1 火焰炉结构
在冶金.化工.机械制造等工业部门中，以燃料燃烧的火焰为热源的各种工业炉统称为火焰炉。
火焰炉广泛应用于物料（工件）的焙烧.干燥.熔化，熔炼加热和热处理等生产环节。火焰炉得到广泛应用的原因有以下几点：1：火焰炉所采用的燃料有较大的灵活性，可以根据燃料的种类和规格建造各种不同型式和构造的炉子、，以满足生产的需求。2：燃料的供应一般比较充足，价格也比较低。3：火焰炉对于被处理物料（工件）的形状大小。规格等的限制较少，大到几百吨的金属锭，小到细颗粒，都可以在火焰炉中进行热工处理。4：火焰炉工作温度的范围比较大，可以满足不同工作温度的需求。5：火焰炉通常是直接加热式，但如果有特殊要求，也可以进行间接加热。正是以上的几点，使的火焰炉的到广泛的应用。
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火焰炉一般由炉子热工工艺系统、装出料系统、热工检测及自动控制系统等 三个系统互相配合，使炉子正常运转。
炉子的热工工艺系统是火焰炉最基本的组成部分。包括炉子的工作室(炉膛)、供热系统（油泵、管道、燃烧装置等)、排烟系统(烟道、烟闸、换热器、余热锅炉、烟囱、排烟机等)及冷却系统等。参见图1—1。工作室是炉子的核心。主要的热工及工艺过程都在工作室内完成。炉子其他各部分的任务是为工作室内所进行的热工工艺过程提供有利条件。
装出科系统和热工检测及自动控制系统，是现代化火焰炉不可缺少的两个工作系统。前者包括炉前炉后的装出料机械和炉内的运料机械，后者包括热工参数的检测仪表、显示仪表记录仪表、自动控制仪表或计算机以及执行机构等。在炉子上配备这两个系统，可以实现产的自动化操作，从而提高炉子的生产指标。
下面仅对热工工艺系统中的主要组成部分加以介绍。
1.2.1.1 火焰炉的组成
炉膛(工作室)：
炉膛一般是由炉墙、炉顶和炉底构成的一个近乎六面体的空间。因工艺和用途的不同，炉膛形状是各式各样的。大多数炉膛是在高温下工作，经受炉气、炉尘和炉渣的侵蚀和冲刷。因此，要求构成炉墙、炉顶和炉底等所用的材料、结构型式的尺寸等，都必须适应这一特点，以保证炉子的正常工作。 炉墙：
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炉子四周的围墙称为炉墙。加热炉都采用直立的炉墙，分为侧墙和端墙。为保证炉墙结构的稳定性，炉墙必须有一定的厚度，并应随炉子尺寸增大和炉膛温度的升高而增厚。为减少散热和蓄热损失，炉墙应设有绝热层。侧墙的厚度一般为2—2．5块砖厚(464。580mm)，其中起稳定作用的主墙用粘土砖砌筑，厚度为1．5—2块砖厚，其余部分为绝热材料，构成复合炉墙。用耐火浇注料或耐火可塑料等制作
的炉墙．主墙厚度一般为250一300mm。端墙厚度应视烧嘴孔道尺寸而定，一般为2．5—4块砖厚。为提高炉子强度和气密性，炉培外面包以4—10mm厚的钢板。
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炉墙的经济厚度，应根据砌休的材料费和蓄热散热损失引起的燃料费进行优化计算确定。
炉墙上常设有炉门、窥视孔、烧嘴孔以及热工参数检测孔等孔洞。为防止砌体破坏，炉墙应尽量避免直接承受附加负荷，炉门、冷却水管等构件应设置在钢结构
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上。加热炉炉门尺寸已标准化，尺寸可由有关手册中查得。侧墙上还必须设有供检修用人孔假门。 炉顶：
炉顶是炉膛组成中的薄弱环节。炉顶是否牢固可靠，对炉子工作有重大影响。尤其在熔炼炉（如平炉.玻璃炉）中，往往因受炉顶温度的限制而妨碍炉子生产率的提高，由于炉顶的损坏而降低炉子的作业效率。固在炉子设计时对炉顶的可靠性必须给予足够的重视。
炉项按其结构型式分为拱顶和吊项两种。
拱顶可用楔形砖砌筑或不定形耐火材料捣制而成，结构参见图1—3。拱顶的拱角可变化在60度到180度之间，通常采用的有60度、90度、120度和180度拱顶。60度拱顶的R等于炉子跨度B，拱顶矢高A＝o．1345，称为标准拱顶。拱顶的质量W作用于拱角砖上，承受在两侧护路上，水平分力F通过拱角梁由钢结构承受。
吊顶是由一些特制的异形砖组成的，异形砖用金属吊杆单独地或成组地吊在护子钢结构上。吊顶的结构型式很多，图1—4是常见的几种吊顶结构。图中(6)是槽砖吊挂结构，这种吊砖结构和砌筑都比较简单，更换也方便。为避免挂砖的工字钢温度过高，砖的上表面不允许敷设绝热层，因此萨顶散热量较大。图中(6)；(f)是颈吊式吊挂结构，这种结构的每一块吊砖都有一个夹钩和一个吊杆。由于金属夹钩在砌体外面，故可以在砖的部分表面敷设绝热层，炉顶散热损失较小。但这种结构只适用于吊挂水平的及倾斜度不大的炉顶，较大倾斜度及转弯处须做特殊处理。图中(墨)是齿槽式吊挂结构，它的优点是砖与砖之间互相咬合，气密性好，个别砖块即使断裂也不致掉落，缺点是砖形复杂，公差要求严格，砌筑难度大。这种结构的炉顶砖上面也不宜敷设绝热层。 炉底：
炉底的工作条件是非常恶劣的。它不仅要承受被处理物料的机械负荷、碰撞与摩擦等作用，有时还要受到被处理物料的化学侵蚀及熔体的渗透等。炉底结构型式和所用材料，决定于工艺过程和炉内的工作温度及化学反应的性质。
加热炉的炉底结构型式基本有两种：①固定式炉底一—被处理的炉料推钢机推动在炉底上移动。为了避免物料与炉底耐火材料直按摩擦而损坏炉底与金属表面．有些情况下用砂封的移动式炉底，在炉底上装有金属滑轨或水冷管滑道。②移动式炉底——机械化的活动炉底带动炉内物料一道移动，属于这种类型的炉子很多，其中主要有步进式加热炉、转底式加热炉、分室式加热炉、辊底式加热炉和链式加热炉等。这种炉底因为需要设置复杂的炉底机械装置，构造比固定式炉底复杂。
炉子基础和钢结构：
修建炉子时必须打好炉子基础。炉子基础一方面要承受整个炉子的质量不致下沉或倒场；另一方面还要防止炉底受潮或遭受地下水的侵袭，保证炉于正常工作。
根据炉子的大小和土质的好坏，炉子基础可采用不同材料和结构来砌筑。小炉子可用红砖或块石砌筑，绝大多数大中型炉子都采用混凝土或钢筋混凝土修建，
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因为它既结实又抗潮。
在设计和修筑炉子基础时应注意以下几点： (1)混凝土任何部分的温度都不允许超过300℃，否则混凝土就会变质而压坏。因此当炉底直接建筑在混凝土上时，要在炉底与混凝土之间用绝热材料隔开，对于温度较高的炉子，要把炉底架空起来，靠空气冷却基础。
(2)炉子基础必须是整块的，不允许有断裂现象。炉子基础要与其他基础(如辅助设备、二房、烟囱等基础)分开，以避免由于基础受力不同而引起不均匀下沉，使基础开裂或设备倾
(3)基础的底部应在地基的冻土线以下，以免因天气寒冷使基础遭道到破坏。 (4)炉子基础应尽可能地建于地下水面以上，以免由于地下水的侵入而损坏基础的强度。炉子个别部分（如烟道。换热器等）必须建在地下水面以下时，一定要有防水沟或防水层等严密的防水措施。
炉子钢结构一般是由钢柱、横梁、拉杆、拱角梁等组成的钢架。其作用是： (1)加固炉子砌体，承受炉子拱顶的水平分力或者炉子吊顶的全部重量，并把它们的作用力传到炉子基础上。
(2)钢结构也是炉子的骨架，在其上可以安置炉门框、炉门、烧嘴和冷却水管等各种炉子部件，井承受这些部件的重量。
(3)可抵抗砌体的高温膨胀，使炉子受热后不发生变形。
为使钢架形成整体而把炉子夹固起来，各个独立的钢件之间必须互相连接起来，除有特殊要求采用活动连接外．一般都采用焊接结构。钢铁下端大都固定在炉子基础上。由于钢架是固定死的，故各部分砌体均需留有膨胀缝，以免受热后钢架变形。钢结构所用材料通常有槽钢、工字钢、角钢、圆钢、钢轨和钢板等。为使钢结构工作可靠，又能节约钢材，各种钢件的尺寸和规格的选用都应通过计算，并参照实际使用资料来确定。
此外，炉子的平台、栏杆及扶梯等，也都用于钢结构的范围，应根据炉子的具体情况来设置。
1.2.1.2现代推钢式连续加热炉
现代连续加热炉型可以归为两大类：推钢式炉和步进式炉。两类炉型的根本区别，仅在于炉内的输料方式。
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，降低炉内的最高温度和废气排放温度，提高炉内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，所以
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在这里只讨论推钢式连续加热炉。
炉子的热工制度和炉型
推钢式连续加热炉的炉问制度分为两段式.三段式及强化加热三种。
两段式连续加热炉
按炉温制度分为加热期和预热期，炉膛也相应的分为加热段和预热段。加热薄料坯的小炉子也有单面加热的，一般多为两面加热。烧煤时设有端部的燃烧室，。称为炉头，下加热的燃烧室设在两侧，成为腰炉。
具有两面加热的两段式连续加热炉，其燃料的分配比例上加热大约是30%到40%，下加热大约是60%到70%。以为下面的炉气要上浮，部分气体有两侧的空隙上来，使下部的热量供应不足；其次钢坯下面的冷却水要带走大量的热量，这部分热几乎都要有下面加热来供给；此外，钢坯与水管接触的地方要产生黑印，若下加热能力不足，则黑印回更加严重，而到了实体段时，只有上表面能够加热。因而需要给下加热燃料多供给些。
三段式连续加热炉
三段式连续加热炉在加热制度上采用预热期.加热期.和均热期的三段温度制度。在炉子的结构上也相应的分为预热段.加热段和均热段。一般有三个供热点，及上加热.下加热和均热段供热。断面尺寸较大的钢料和合金钢料的加热，多采用三段式炉温制度的三段式连续加热炉。
三段式加热炉炉型的变化很多，但在结构上仍有一些共同的基本点。炉顶轮廓曲线变化是很大的，它大致与炉温曲线相一致，及炉温高的区域炉顶也高，炉温低的区域，其炉顶也相应的压低。在加热段与预热段之间，有一个比较明显的过渡，炉顶向预热段压下。这是为了避免加热段高温区域有许多热量向预热段的低温区域辐射，加热段是主要燃烧区域，空间比较大，有利于辐射传热：预热段是余热利用的区域，压低炉顶缩小空间，有利于强对流换热。但是也有的炉子着眼于强化加热，使加热段相对的延长，加热段与预热段的界限也不在十分的明显。
下面是二段式和三段式加热炉炉温---时间表比较，图（a）是二段式 ，图（b） 为三段式。
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1.3.燃烧系统及其控制 1.3.1 烧嘴及其分布
加热钢锭用推钢式加热炉多采用平焰烧嘴，其火焰呈圆盘形，辐射能力强，加热速度快，火焰直径800-1 000 mm,厚度50150 mm，对降低炉膛高度有利。烧嘴分布有矩形排列(a)和交错排列(b)两种形式，如图4所示。
图4中，在炉膛尺寸和烧嘴总功率一致的前提下，由于烧嘴火焰呈圆盘形，(b)种排列烧嘴间的死角较(a)小，且两排烧嘴在钢锭运行方向上的位置互补，有利于避免因烧嘴间隔过大而造成钢锭表面黑线的产生。炉子加热段烧嘴配置的功率要大，数量要多，炉膛温度相对较高，使钢锭快速加热到设定温度。而均热段烧嘴配置的功率应相对较小，炉膛温度相对较低，使钢锭由表及里温度趋于均匀。
1.3.2 燃烧控制技术
烧嘴及其燃烧控制是步进炉的核心技术之一，手动控制已被自动控制方式所取代。目前大规格钢锭推钢式加热炉可选用的燃烧自控方式通常有:
(1)空燃比例连续控制系统，该系统主要由烧嘴、燃烧控制器、空气/燃气比例阀、空气/燃气电动蝶阀、空气/燃气流量计、热电偶、气体分析装置、PLC等组成。工作原理是由热电偶或气体分析装置检测出来的数据传送到PLC与其设定值进行比较，偏差值按比例积分、微分运算输出4-20 mA的电信号分别对空气/燃气比例阀和空气/燃气电动蝶阀的开度进行调节，从而达到控制空气/燃气比例和炉内温度之目的。
(2)双交叉限幅控制系统，该系统主要由烧嘴、燃烧控制器、空气/燃气流量阀、空气/燃气流量计、热电偶等组成。工作原理是:通过一个温度传感器热电偶把测量的温度变成一个电信号，该信号表示测量点的实际温度，该测量点的温度期望给定值是由预存贮在上位机中的工艺曲线自动给定的。根据这两个温度值偏差的大小，PLC自动校准燃气/空气流量阀的开度。该阀通过电动执行机构定位。空气/燃料比控制，借助于孔板和差压变送器来测量空气流量，燃气的流量是借助于一台安装在燃气支管上的质量流量计来测量，使精确的温度控制得以实现。
(3)数字化脉冲控制系统，该设计的前提思路是:某种形式分布的烧嘴，在额定的燃气压力、热值条件下，单位时间内喷出热气流的总热烙是一个定值，根据锭坯在炉内的具体分布情况和加热要求(已输PLC)，对各烧嘴的燃烧工况进行合理组合，就会获得满意的炉内温度场的分布，从而保证了锭坯的加热质量。数字化脉冲控制
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的工作原理(图5)是在一段时间内燃气总量不变的情况下，根据预调好的空气/燃气比，按时序分配的结果，对各烧嘴的燃烧功率进行大小火控制，实现炉内各区的供热量与负荷的合理配置。
(4)其他控制技术①助燃空气温度一流量控制。推钢炉开炉或炉内工况变化时，由热交换器加热的助燃空气温度是不稳定的。当炉压不变时，温度升高，导致相同流量时空气质量的减少，使得烧嘴前的实际空气/燃气比下降;反之亦然。为确保烧嘴能合理燃烧，PLC应输人助燃空气量随温度变化的逻辑程序，用实测的热空气温度信号对其进行流量补偿。②烧嘴燃烧安全控制系统。高水平的烧嘴燃烧安全控制系统是炉子安全生产的重要保证，包括点火前的安全吹扫、点火程序控制、燃烧火焰的自动检测和燃气快速切断阀，不仅要求系统设计可靠，而且要求构成系统的每个部件的质量要极为可靠。燃烧设备的爆炸事故大多为烧嘴点火时引起的。每次烧嘴点火前应启动氮气(也有用空气的)吹扫系统，对燃气管道吹扫一定时间，耗气量约为管道容积的3-5倍，以清除烧嘴前燃气管道内残留的可燃性混合气体，然后再将空气管道至烧嘴间阀门开启至最大位置，启动炉膛空气吹扫系统，用助燃风机对炉膛进行吹扫。③自动点火安全控制。工作原理是:吹扫结束时，阀门回到最小开度，燃气电磁阀打开，同时点火变压器通过烧嘴上的点火电极高压放电，将燃气点燃，然后进人火焰检测程序。火焰稳定后，经烧嘴上的监测电极反馈给自动点火控制器一个5-30 mA 的信号，自动点火控制器接受到信号后，各阀门逐渐进人工作开度。若烧嘴没有形成稳定火焰或熄火时，自动点火控制器不能接受到监测信号，此时进人故障状态，输出一个故障信号，自动点火控制器自动切断燃气电磁阀。自动点火控制器可按设定程序或在手动复位后才能进行第二次点火程序。火焰监测器分为离子式、紫外线式和光敏元件等
1.4.排烟系统
排烟系统要求一是能克服烟道阻力，顺利地将烟气排空;二是精确控制炉膛压力;三是采用热交换器，最大程度地回收烟气热量以预热助燃空气。排烟系统主要由保温烟道、换热器、烟道闸门、排烟风机(强制排烟时)和烟囱等组成。
1.4.1烟道
一般烟道常常埋在地下，这样对车间布置方便，但如地下水位较高时也可把烟道放在地上。埋设在地下的烟道结构如图l—9所不，埋设深度一般都布置离地面至少300mm以下。对于穿过有动载荷(如车辆通过)的地段，穿过料场或成品库以及汽锤等振动较大的操作区域的烟道，应该用混凝土框把烟
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道包起来。处于地下水位以下的烟道应设有可靠的防水措施．通常是包以混凝土框，并在混凝土外面包以钢板。必要时须在烟道附近设置深水井，并用水泵抽水。
烟道布置要尽量缩短长度和减少烟气流动阻力损失，要与厂房柱基、设备基础和电缆等保持一定的距离，以免它们受烟道温度的影响。当烟道内设有余热回收装置时，一般要设置分烟道和相应的烟道闸板。为了控制排烟量以调节沪膛压力，烟道上必须设置烟道闸板。当烟气温度低于400一600℃时，闸板可用灰口铸铁件或铸钢件制作；当温度高于600一700℃时，应采用水冷闸板、空冷闸板、衬砖闸板或耐热合金钢制造的闸板。
1.4.2 烟囱
烟囱是通常用的一种排烟装置。烟囱结构有砖烟囱、钢筋混凝土烟囱(内衬
砖)和金属烟囱(有的衬砖省的不衬砖)。烟囱高度低于60一70m时，砖烟囱比钢筋混凝土烟囱造价低，但砖烟囱砌筑比较因难(不便于机械化施工)，而且寿命也不如钢筋混凝土烟囱。所以，小烟囱常用砖烟囱，45m高以上的烟囱一般采用钢筋混凝土烟囱。烟囱必须有独立的基础，不能与烟道基础相连，以免烟囱下沉时烟道基础断裂。烟囱底部应设人孔烈备烘烤烟囱、扒灰和修理内衬之用。金属烟囱一般用5—10mm厚钢板焊成，其寿命低，但修建快，造价低，在小炉子上时常采用。当温度较高时，内部须衬以耐火材料。
1.4.2.1 排烟方式
分为自然排烟和强制排烟两种。当烟道阻力<500600Pa时，推荐自然排烟方式，该方式无动力消耗，运行成本低，但随烟囱高度的增加，建筑费用将激增。烟道阻力较大时，应采用强制排烟方式。又分为引风机排烟和引射风机排烟。前者采用的是高温风机，开炉时因烟气温度低风机负荷较大，炉子正常工作时又因为高温烟气的自身抽力使风机负荷下降，因此引风机应变频控制，此方案虽然有烟囱高度小的优点，但因排烟温度高，风机易损坏而会造成停炉事故;后者为普通风机，但排烟效率低，功率应相对较大，有能量转换损失也可用变频控制。
1.4.3 换热器及其保护
目前常用的换热器有热管式、带翅片管式、麻花管式和喷流幅射式等类型。其中热管式换热器的换热效率较贵;喷流幅射式换热器烟气人口温度要求》800℃;其他两种价格适中，但体积相对较大。换热器除了具有良好的换热性能外，使用寿命也是其重要的质量指标。换热器长期在高温状态下工作，其焊缝会产生热脆性而烧裂，在烟气人口处的材质可选1Crl8Ni9Ti, 1Crl8Ni9和1Crl3等，应装设膨胀节，防止因热胀冷缩而使换热器体开裂。换热器的工作环境也是换热器寿命的重要保证。若使用不当，再好的换热器短时期内就可能损坏，因此在系统中必须有保护措
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施:一是换热器烟气人口温度控制，即烟气稀释法，在换热器人口前烟道上增加一个冷却用空气阀门(冷空气可来自引风机);二是空气预热温度控制，即热风放散法，当助燃空气温度过高时，增大空气流量以降低空气温度，且打开热风管道的放散阀，将多余的热空气排人大气。
1.4.4 炉膛压力控制
炉膛压力不允许在负压状态下操作，以防冷空气进人炉内，破坏炉内气氛和影响加热质量，一般炉底处为1030 Pa微正压。当因炉门开启等原因造成炉压波动时，炉压的控制有两种方法可选:一是通过烟道闸门的开大或关小达到控制炉压之目的;二是对引风机进行变频控制，通过控制排烟量来达到控制炉压。
1.5.工业炉的节能
对一个节能的加热炉的基本要求是：有较高的炉底（或炉膛）有效利用率，在此面积（或炉膛）上有均匀的温度场，有较高的装载量；炉内加热元件（或装置）、炉气、炉膛对工件有良好的传热效果，可缩短工件加热时间；较好的保温能力和较少的热损失，有较高的热效率。以上各要求须通过合理地设计炉型、炉衬、加热元件（或装置）等来实现。
1.5.1 工业炉节能的几个措施
(1)炉衬
炉衬在保证炉子的结构强度和耐热度的前提下，应尽量提高保温能力和减少储蓄热。单纯依靠增加炉衬厚度来降低炉外壁温度是不合适的，因为这样做不仅会增加炉衬储蓄热和成本，还相应地减少了炉底面积（炉膛）的有效利用率。而实行炉衬纤维化和轻质化，则有很大的节能效果。
耐火纤维也称陶瓷纤维，它具有耐高温、热导率低、密度小、蓄热量少、抗热震性能好等特点，耐火纤维炉衬可以采用叠铺或用预制块安装，也可用耐火纤维喷涂。罩式退火炉在炉衬上采用硅酸铝针刺毯保温材料，取得了良好的节能效果，能耗比轻质砖炉衬降低40％，大大减轻了炉架的负荷。
(2)炉膛结构及强化热交换
使炉膛形成一个热交换的系统，在加热元件、炉衬和工件三者之间进行热交换。提高炉膛热交换常有如下措施：
首先采用合理的炉膛空间。由于集箱加热退火长度在9m以下，采用罩式炉，其加热元件均匀分布在炉膛内壁，确保炉膛均匀传热；若集箱长度在6m以下，则只采用两个边炉罩组合，灵活运用，有效利用炉膛空间，提高了热效率。 其次在不增大炉膛空间容积的前提下，加大炉内壁的面积，以增大热交换面积，如采用波纹形的炉顶。
第三，可采用圆形炉膛，替代箱形炉膛，可强化炉膛对工件均匀传热的效果，并减少炉壁散热量。
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第四，炉膛内安设风扇，以加强炉内对流传热。特别是小型加热炉，高速气流可破坏停滞在工件表面阻碍传热和界面反应的炉气边界底层，起到缩短加热时间和加快提高工件温度的作用。
第五，炉膛密封，包括炉膛内各引出构件、炉壳、炉门等处的密封。炉子密封影响气氛控制、工件品质和能耗。当炉内有96Pa负压时，通过3cm2的孔洞将会吸进10m3/h冷空气，炉门开启0.2mm2，热能消耗会增加15％。因此注意炉膛、炉壳、炉门等处的密封有利于节能。 (3)加热元件布置
对于电炉，加热元件的布置对节能有一定影响，在炉膛内均匀布置可形成温度均匀的有效加热空间。本公司在边炉罩与中炉罩的衔接处仍安装了加热元件，可改善炉体结合区温度偏低的现象。也可采用辐射管加热元件有利于炉温均匀和节能。
1.5.2 燃料炉的节能
燃料炉与电加热炉比较，主要不同点是其热源是依靠燃料燃烧和产生燃烧气体。因此，其节能除具备电加热炉节能的基本要点外，主要是燃料燃烧和炉内气流合理组织等。
(1)油燃烧装置（或称喷嘴、燃烧器）
油的燃烧程度主要取决于油的雾化程度，一般认为雾化颗粒小于50μ的占85％以上最为理想，油的雾化效果决定于喷嘴结构和油的粘度。
油雾化的机理有：压力雾化、气动雾化和发泡雾化。依此制造了各种类型的喷嘴。压力雾化的喷嘴是最常用的形式。压力喷射雾化式的油压比例调节喷嘴（F型喷嘴），以油压为调风的动力，调节时自动地随之调风，自动地实现油风比例的调节。本公司采用F型喷嘴替代R型喷嘴可显著节能。
气动雾化利用具有一定压力的雾化剂与燃油之间的相互作用把油雾化。用这种机理制造的ZBF型转杯式燃油器，利用高速度旋转的转杯的离心力，使燃油雾化。用它来代替压缩空气压力雾化的高压喷嘴，燃烧更为安全，可显著节油。发泡雾化燃烧器适用于粘度较大的重油和渣油燃烧，其节油率可达6％以上。
(2)燃气燃烧装置（或称喷嘴、燃烧器）
对于气体燃料燃烧，当燃料与空气混合比例合适时，着火后可瞬间燃尽。优良的气体烧嘴，能自动调节燃气与空气比比例，燃烧的火焰在炉内应能强化炉内热交换。
平焰烧嘴根据气流附壁效应产生盘形平展火焰，贴着炉壁流动的燃烧气体能够促进炉内气体的再循环，强化对流换热。炉壁形成高温，强化辐射传热。该烧嘴多数安装在炉顶，可保护炉膛压力，减少从炉门处吸入冷空气。生产应用表明，使用平焰烧嘴比使用普通火炬烧嘴要节能20%～30%。 高速烧嘴是煤气与空气在烧嘴内混合燃烧后，燃烧产物以高速喷出，极大地强化炉内对流换热，促进气流再循环，提高加热速度，可显著节能。
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(3)煤燃烧装置
一般通用燃烧形式是在炉栅上的块煤燃烧。这种燃烧形式不但漏煤严重，而且由于煤释放挥发分、冒黑烟和固定碳燃烧，致使燃烧不完全、不稳定，污染环境。本公司使用的小型煤加热炉一焦炭炉，主要用于合金钢管夹、防磨罩、耳板等小型工件加热，占地面积小，操作方便。对于大型燃煤燃烧装置的改进主要采用往复式炉排和链式燃烧装置，实现连续机械加煤和燃烧。 粉煤燃烧可改善煤与空气的混合和燃烧，与块煤相比有较好的节能效果和减少黑烟。
(4)空气消耗系数与节能
在燃料燃烧中，空气消耗系数的值对炉子的能耗有很大影响。当空气不足，则燃料不能完全燃烧。如果空气过剩，需额外加燃料以加热过剩空气，以免造成炉温下降。减少过剩空气量可减少多余的空气带走的热损失，减少送风量和送风机、引风机的动力费，可抑制炉内多余氧气与氮化合成NOx。因此，合适的空气消耗系数对节能有很大的帮助。
1.5.3 加热工艺设计节能
一个产品零部件应具有何种性能要求，实施何种工艺过程和加热规范，采用何种钢材，在何种设备中加热，这些都是加热工序设计的要求，它在很大程度上限定了加热过程中的能耗。
1.5.3.1 常规加热工艺规程节能
选用的加热设备应在满足加热工艺要求的基础上，具有较高的生产率、热效率和低能耗。通常当产品有足够批量时，选用专用设备有最好的节能效果。满载的加热炉热效率高于间隙式加热炉。
合理的加热工艺规程也能达到很好的节能效果.
(1)加热温度 钢材的加热温度是由其特性决定的，但常允许在一个温度范围内变动。适当降低加热温度有显著的节能效果。例如：把加热温度降低30℃，对It钢件在热效率为40％的炉内加热时，可节能14kW/h。
通常φ1000×14的封头加热温度允许在1050±50℃加热，在一般情况下可选用1050℃的下偏差值加热，即为1000℃，降低温度500℃。 为了节能也有把加热温度提高的情况。提高加热温度，加快碳在钢中的扩散速度，可显著缩短加热时间。当温度从900～930℃提高到980～1010℃时，可使封头加热压制时间缩短10%。由于缩短加热时间带来的节能远大于因温度升高的热损失，实施升温加热常受到炉罐耐热性和常规钢材晶粒粗大的限制。 (2)加热时间
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加热时间通常依经验公式计算，在生产中又常留有余量，取大数，导致加热时间过长，浪费热能。据统计，在加热生产中实施正确的加热时间，在总体上可节能10%。因此合理计算升温与保温时间，可有效节能。 (3)加热速度
加热速度影响加热时间和节能。除大型零件和高合金钢外，绝大多数的钢材允许快速加热，快速加热的基本途径是强化炉内热交换。具体措施有：实施热装炉。提高炉温进行快速加热，提高炉温可显著强化辐射加热，在高温下，即使很小的温差也能产生很大的传热速度。例如1℃的温差所引起的传热量在1200℃时约为540℃时的5倍。
1.5.4结论
在实际生产中，只要合理地设计炉型、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。 随着我国能源的变化，采用电加热炉的比例会逐渐扩大，成为加热炉的发展趋势。
1.6 推钢机的结构特点及应用
在中厚板生产中，加热炉担负着钢坯的加热任务，而推钢机是将钢坯推进或推出加热炉的附属设备，常见的加热炉有推钢式加热炉和步进式加热炉。各种加热炉的推钢机结构形式不尽相同，双机架齿式推钢机是一种新型结构。本文结合济钢中厚板厂加热炉用双机架齿式推钢机的结构，介绍其特点和使用情况。
1.6.1 推钢机种类
推钢机的种类很多，常见的有齿轮齿条式、丝杠螺母式、曲柄连杆式、液压式等，还有的推机把齿轮齿条传动和液压传动相结合，形成了液压齿条式，它们各有特点。
齿轮齿条式推钢机通过齿轮齿条的啮合传动把电动机的旋转运动转变为齿条的直线运动，带动推杆完成推钢。其工作可靠，传动效率高，推力和行程大，但设备自身较重。目前齿轮齿条推钢机应用比较广泛。
丝杠螺母式和曲柄连杆式推钢机结构工作效率低，行程和推力较小，一般用于小型加热炉，新加热炉一般很少采用。
液压式推钢机由液压缸直接推动推杆工作，结构简单，推力大，自重轻，速度、行程易控制，但行程不宜太大，且液压系统制做、维护较困难。
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1.6.2 双机架齿轮齿条式推钢机结构及特点
齿轮齿条式推钢机主要包括电动机、减速机、联轴器、齿轮轴、齿条、推杆、机架、压轮、托轮等。机架一般为多层箱体，箱体间用螺栓联 的称为下置式，齿轮轴位于箱体上层的称为上置式。无论采用下置式还是上置式，都存在维修时更换零、部件困难的问题，尤其是更换下部零件时，需要把箱体层层拆分开。况且该结构不易观察齿轮齿条的啮合情况。
1.7加热炉耐火材料的选用 1.7.1 使用性能
确保使用性能可靠，是加热炉耐火一保温内衬设计选材基本的要求，也是设计选材应遵循的基本原则。所说的使用性能应包括如下几个方面:
1.7.1.1 热性能
耐火一保温内衬在高温下工作，应具备优良的热性能，是设计选材中应优先考虑的问题。
(1)耐热性:耐火一保温内衬应能承受炉子额定加热温度，在此温度下不软化、
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缺点。创新成为结构紧凑（单位体积的传热面积可达数百甚至上千），换向时间短（由0.5到1小时缩短为几分钟甚至几十秒钟），排烟温度低（由500至600度降低到150到180度），预热温度高（由烟气出炉温度的50%不到提高到80%以上）,使用寿命长(8年不漏气和不烧毁）和热回收率高（一般大于90%）的热交换装置。其关键在于新型蓄热式热交换装置大大缩小了蓄热体的尺寸，由厚度为几十毫米的耐火材料砖体变成几毫米的球体甚至为珠体或片体。
(2)自身预热式燃烧装置.
自身预热式燃烧装置是近几十年发展起来的一种新型燃烧器，它本身带有一个热交换装置，回收烟气的余热来预热助燃用空气，是一种节能效果明显、使用和安装均方便的一种燃烧装置。把蓄热式热交换装置移植到自身预热式燃烧器上，使其得到一个飞跃的进步。节能效果大为提高，燃烧性能大为改进，不仅可用于高温的钢材加热炉，同样可用于低温的钢材热处理炉，均能取得良好的效果。
(3)耐火纤维
近几十年来，我国研究、制造和全面推广使用一种新型的耐火材料-耐火纤维，应用于1000度以下炉温的硅酸铝全耐火纤维炉衬的使用已相当成功和广泛，取得良好的效果。应用于1400度左右高炉温的多晶莫来石纤维、高铝质纤维和含铬纤维，也已走出实验阶段而进入实用阶段，可长期在1400度炉温下使用，短期最高使用温度还可达!1600度
耐火纤维由于空隙度高，因而其导热系数、重度和比热容均极低，这可大幅度地减小蓄热损失和散热损失（在900度炉温时单层150毫米厚的散热损失约
370kJ/m2?h，蓄热损失10000kJ/m2?h），它有显著的节能效果。同时大大地降低炉子的热惰性，可适应工业炉自动控制快速升温和降温的要求。根据工业炉的炉温进行分层铺设较为合理，它是将耐温最高的耐火纤维放在炉膛的内侧，将耐温最低的放在外侧，发挥各自的优点，既可耐炉内的高温，还可降低工业炉的造价。通常分成2~3层即可，根据不同的炉温，其总厚度为150~250mm，然后用耐热金属或陶瓷锚固件固定。因为耐火纤维为不定形材料，施工和烘烤比较方便，得到了广泛的采用。
(4)工业控制用高性能的计算机
目前国内已有数以百计的工业加热炉实现了计算控制，取得了高产、优质、低耗和少污染的效果。工业加热炉进行计算控制的第一步：是实现给定炉温和给定空气系数的燃烧控制，其核心是燃料流量的控制和空燃比例的控制，其手段是在给定炉温的要求下，自动控制燃料的流量的多少和燃料流量与空气流量的比例的大小，其方法有：燃料和空气流量测量法、烟气残氧分析反馈法、自寻优控制法和专家系统。进一步提高是：用数学模型进行优化控制，优化工业炉的温热制度，即找到最佳的炉温制度和供热制度。数学模型可以用理论方法确立，也可以根据实验数据或生产数据经过数学处理得到。工业加热炉是工厂中的一个局部环节，其中涉及到各设备间的协调、调度和管理，这就需要更高层次的管理优化控制，这是难度更高和因素更复杂的计算机数学模型，因而其水平更高，而实现起来也更困难。
2.1设计任务：
（1） 炉子生产率：120t/h； （2） 被加热金属：
1）钢坯尺寸：150×150×3000mm；
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2）钢种：20＃钢；
3）金属开始加热（入炉）温度： T 始=20℃
4）金属加热终了（出炉）温度：T 表终=1250℃ 5)金属加热终了（出炉）断面温差：? T 终?50℃
（3） 燃料： 1）焦炉煤气和高炉煤气的混合煤气，Q低 ＝10050KJ/标m3 2）煤气不预热：T 混气＝10℃ 3）出炉膛烟气温度：T废膛＝800℃ 4）空气预热温度：T空＝400℃
（4） 两种煤气成份（干成分）：参见下表
成分 焦炉煤气 高炉煤气
CO 13.4 27.4
CO2 2.6 10.0
CH4 18.4 0.9
C2H6 1.65 －
C3H8 0.45 －
H2 41.9 3.3
N2 20.5 58.4
O2 1.2 －
合计 100 100
2.2热工计算
2.2.1燃料燃烧计算
1）焦炉煤气和高炉煤气干湿成分转换
a）根据混合煤气温度T 混气＝10℃得g干＝9.8g/标m3(干气体)，带入下式得：
k＝
100100＝＝0.988
100?0.124?g100?0.124?9.8b）吧k＝0.988带入式（1－3）计算得焦炉煤气和高炉煤气湿成分，计算结果列于表1
表1 焦炉煤气和高炉煤气湿成分（％）
成分 焦炉煤气 高炉煤气
CO 13.24 27.07
CO2 2.56 9.88
CH4 18.18 0.89
C2H6 1.64 －
C3H8 0.52 －
H2 41.4 3.26
N2 20.1 57.7
O2 1.16 －
H2O 1.2 1.2
合计 100 100
2）计算混合煤气湿成分
a）计算焦炉煤气和高炉煤气低发热值
把1中焦炉煤气和高炉煤气的湿成分分别带入燃料与燃烧式1－8：
Q低= 4.187?(3046CO+2580H2+8550CH4+15230C2H6+21800 C3H8+223.45H2S )KJ/标m3Ss式中：COs、 H2、 CH4、C2H6、C3H8、 H2Ss－每100标m3湿气体燃料中，各
燃料可燃成分的体积含量（标m3） 注：如湿气体燃料中尚未含有上述公式中未包括的其他可燃成分，可参照文献一表1－3中相应数据进行补充
焦炉煤气低发热值 Q低＝4.187×(3046×13.24＋2580×41.40＋8550×
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18.18+15230?1.64+21800?0.52)=14190 KJ/标m3
高炉煤气低发热值 Q低＝4.187?(3046×27.07＋2580×3.26＋8550?0.89)＝4123KJ/标m3 b）计算配比系数
10050?4123?0.63
14190?4123c）带入配比系数X'求得混合煤气湿成分列于下表2
设焦炉煤气在混合煤气中的配比系数为X'=
表2 混合煤气湿成分
成分 混合煤气
CO
CO2 CH4
11.78
C2H
6
C3H
8
H2 27.29
N2 34.4
O2 0.73
H2O 1.2
合计 100
18.36 5.27 1.03 0.33
校核混合煤气的的发热值：将表2中的混合煤气成分带入文献一式（1－8）得： Q低＝4.187×(3046×18.36＋2580×27.29＋8550×11.78＋15230×1.03+21800×0.33＝10075KJ/标m3
3）计算理论空气需要量L0
把表2中混合煤气湿成分带入文献一式1-15）得：
L0=4076×[0.5×18.36+0.5×27.29+2×11.78+3.5×1.03+5×0.33-0.73=2.42标m3/标m3
4）计算实际空气需求量Ln，取空气过量系数n＝1.1（有焰燃烧）带入文献一式（1－16）得：
Ln=n L0=2.42×1.1=2.67标m3/标m3
Ln湿=(1+0.00124×9.8)×2.67=2.70标m3/标m3
5）计算燃烧产物生成量及成分
把表2中混合煤气湿成分带入文献一式（1－18）的燃烧产物生成量及成分列于下表3
表3 混合煤气燃烧产物生成量（标m3）及成分（%）
生成量（标m） 体积含量（%）
3CO'2 0.38 10.93
N'2 2.45 70.46
O'2 0.05 1.44
H2O 0.597 17.17
'合计 3.48 100
6)计算混合煤气燃烧产物重度
把表3中燃烧产物体积百分含量带入式(1-21)得:
''''44CO2?18H2O`?28N2?32O2?64SO2?烟=
22.4?10044?10.93?18?17.17?28?70.46?32?1.44 ＝＝1.296kg/标m3
22.4?1007）计算燃料理论燃烧温度
由T空＝400℃,查文献一中表1－5得c空=1.330 KJ/标m3；设T产=1800～2100℃，
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查表1－5得c产＝1.672×0.19＋1.714×0.81＝1.706 KJ/标m3 设Q分=0,按文献一式（1－22）得：
10050?2.42?1.302?400T理＝＝1947?1800℃
3.48?1.875因此，课满足连续加热炉加热工艺要求。
2.2.2炉膛热交换计算
计算的目的是确定炉气经过炉壁对金属的导来辐射系数CgKM 1) 预确定炉膛主要尺寸
a）炉膛宽度根据文献一中表3－16，对大型加热炉，取H＝600kg/(m2·h)；取推钢比E=220代入文献一式
p120000 n＝=＝2.2
H?l?2S?E600?3?0.15?220式中：n－炉内料坯摆放排数； 综合考虑厂房布置以及节能利用，取n＝2带入式（8－4）得炉膛内宽（取a＝0.2）： B＝2×3＋3×0.2＝6.6m
为方便施工，路体宽度应为耐火砖宽度（0.116m）的整数倍。经计算6612/116=57，所以取：
B=6612mm b）炉膛高度：
根据文献一中表2－2，燃气大型加热炉，取H加上＝1600mm，H预上＝1100mm，H均上＝1400mm, H均下=H加下=1750mm，H预下=1160mm。
c）炉膛长度：设均热段长度为L均，加热段长度为L加，预热段长度为L预。 d）炉顶结构：确定为平顶浇注结构。 e）出料方式：侧出料。 2）计算炉膛相关尺寸 a) 各段炉底面积
加热段炉底面积 F加底=B L加=6.612 L加
预热段炉底面积 F预底=B L预=6.612 L预 均热段炉底面积 F均底=B L均=6.612 L均
b） 加热段 F加内=(2 H加+B) L加=(2×1.6+6.612) L加=9.812 L加
预热段 F预内=(2 H预+B) L预=(2×1.1+6.612) L预=8.812 L预 均热段 F均内=(2 H均+B) L均=(2×1.4+6.612)L均=9.412L均 c）各段包围炉气内表面积
加热段 F加= F加底+ F加内=6.612L加＋9.812L加＝16.424L加
预热段 F预= F预底+ F预内=6.612L预+8.812L预=15.424 L预 均热段 F均= F均底+ F均内=6.612L均+9.412 L均=16.024 L均
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d）各段充满炉气的空腔体积
加热段 V加=BH加L加=6.612×1.6×L加＝10.58 L加
预热段 V预=BH预L预=6.612×1.1×L预=7.27 L预 均热段 V均=BH均L均=6.612×1.4×L均=9.26 L均 3）计算各段平均有效射程数
加热段 S加=0.9×4×10.58 L加/16.424L加＝2.32m
预热段 S预=0.9×4×7.27 L预/15.424 L预＝1.70m 均热段 S均=0.9×4×9.26 L均/16.024 L均＝2.08m 4）计算炉气中CO2和H2O汽分压 由燃料燃烧计算（见表3）得：
PCO 2＝13.84/100=0.1093大气压
PH 2O＝11.87/100=0.1717大气压
5）计算各段炉气温度
加热段炉气温度比金属加热终了时的表面温度高150～200℃，则 Tg加＝T表终+150＝1250+150＝1400℃
设均热段炉气温度比金属加热终了时的表面温度高30～50℃，则 Tg均＝T表终+50＝1250+50＝1300℃
而预热段炉气温度变化规律近似为线型，则
Tg预均＝（Tg加＋T废膛）/2＝（1400+800）/2＝1100℃
6）计算各段炉气黑度 加热段
T?0.5T?1)?7.1?P0.8H2O?S0.6?() 100100其中PCO2=0.1096大气压 PH2O=0.1717大气压
?g??CO2??H2O?0.71?(PCO2?S)?(13S=2.32m T=1400℃ 带入得： ?g＝0.32 预热段
T?0.5T?1)?7.1?P0.8H2O?S0.6?() ?g??CO2??H2O?0.71?(PCO2?S)?(100100其中PCO2=0.1093大气压 PH2O=0.1717大气压 S=1.70m T=1100℃ 带入得： ?g＝0.34
13均热段
T?0.5T?1)?7.1?P0.8H2O?S0.6?() 100100其中PCO2=0.1093大气压 PH2O=0.1717大气压 S=2.08m T=1300℃ 带入得： ?g＝0.32
?g??CO2??H2O?0.71?(PCO2?S)?(13 共 页 第 30 页
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7)计算各段炉墙和炉壁对金属的角度系数 对于平定结构，按文献一中式（2－4）、（2－6）、（2－8）得：
2?3nl＝＝0.61 ?KM加＝
2H加上＋B2?1.6＋6.6122?3nl＝＝0.68 2?1.1＋6.6122H预上＋B2?3nl＝＝0.64 ?KM均＝
2H均上＋B2?1.4＋6.612?KM预＝
8）计算各段导来辐射系数
导来辐射系数 CgKM?其中?g—炉气的黑度
?g??KM?1??g???M??g?1??M??20.43 ?g?M1??KM?1??g???
?M—炉料的黑度
?KM—炉壁对金属的角度系数
根据文献一中表（2－1）可得，炉料的黑度?M＝0.8
20.43?0.32?0.8?[1?0.61?(1?0.34)]＝10.91 KJ/(m2·h·K4) CgKM加＝
0.32?0.61?(1?0.32)?[0.8?0.32?(1?0.8)20.43?0.34?0.8?[1?0.68?(1?0.34)]＝10.80 KJ/(m2·h·K4) CgKM预＝
0.34?0.68?(1?0.34)?[0.8?0.34?(1?0.8)20.43?0.32?0.8?[1?0.64?(1?0.32)]＝10.78 KJ/(m2·h·K4) CgKM均＝
0.34?0.64?(1?0.34)?[0.8?0.34?(1?0.8)平均导来系数：CgKM?CgKM均?CgKM加?CgKM预/3?10.83 KJ/(m2·h·K4)
??2.2.3 金属加热计算
金属加热计算是连续加热炉全部热工计算的核心，其主要目的是确定金属在炉内的加热时间，指金属从入炉开始加热到工艺所要求的温度出炉时所需要的时间。目前常用的计算方法是将炉子分为三段：加热段，预热段和均热段。预热段和加热段采用热流等于常数的边界条件求解，均热段计算方法有两种：一种是根据经验直接确
定均热段实底段长度，另一种方法是选定均热度求均热时间。后一种方法多用于均
热床架空的时候。
本设计炉型采用的是均热段全架空结构，故采用第二种计算方法。 2.2.3.1 钢坯的均热时间及温度参数 1)金属断面温度均热度
?t??????始???2?
?t终?S?其中?t始—金属均热开始时的表面与中心温度差
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?t终—金属均热终了时的表面与中心温度差
????=0.6，即??0.24 2??S?2????S2)加热时间 ????2?
?S??一般情况下，取??其中S—金属透热深度
?—金属导温系数
m2/h 查文献一中表（3-7）得，1200～1250℃时，20#钢的导温系数??0.0210.082?1?0.6??0.18h
0.021由金属加热工艺要求可知，出炉时钢坯的断面温差是20℃，则加热终了时钢坯的平均温度
2 t均1?1250??20?1234℃
33) 加热终了时钢坯表面上的热流
查文献一中表（3-1）得，
此时钢的导热系数，??107.28kJ/m?h??C
??加热终了时钢坯表面上的热流
2??t2?107.28?20q表1???53640kJ/(m?h??C)
S0.0754)均热段炉气温度
tg1?100?4q表1t?2734?(表终)?273
CgKM均100tg1?100?4536401250?2734?()?273=1284?C 10.78100假设温度为1280℃，误差为
1284?1280?100%?0.3%?5%，故误差可以忽略
12842.2.3.2 加热段炉气温度
1)钢坯的平均温度
加热终了时钢坯的温差，根据均热度可知 20?84?C 0.24此时钢坯的平均温度
2t均2?1250??84?1194?C
3此时钢坯的导热系数 ??106.09kJ/m?h??C
?? 共 页 第 32 页
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2)加热段末端处钢的表面热流
2??t2?106.09?20??222789kJ/(m?h??C) q表2?S0.0753)加热段炉气温度
qt?2734tg2?100?4表2?(表终)?273
CgKM加1002227891250?2734?()?273=1378?C
10.911001378?1400|?100%?1.6% 假设温度为1400℃，误差为|1400tg2?100?4误差较小，可以忽略
2.2.3.3 燃料利用系数及预热段加热时间
(1)炉膛燃料利用系数
Q?Q预?Q废膛 ?4?烧Q烧?Q预本设计中Q预只预热助燃空气，所以上式可以写为 ?4?Q低?LnC空T空?VnC废膛T废膛Q低?LnC空T空
查《火焰炉设计计算参考资料》表1-5得，当t空=450℃时，C空=1.338kJ/(标m3﹒℃);当t.废膛=800℃时，混合煤气燃烧产物比热
C废膛=1.505×0.21+1.588×0.79=1.571 kJ/(标m3﹒℃) Q低?10465kJ/标m3,Ln?2.67标m3/标m3,Vn?3.48标m3/标m3 则
，
Q低?LnC空T空10075?2.67?1.296?400?3.48?1.57?800?0.62
10075?2.67?1.296?400
(2)加热段燃料利用系数
Q烧?Q预?Q废加Q低?LnC空T空?VnC废加T废加 ?4加??Q烧?Q预Q低?LnC空T空?4?Q低?LnC空T空?VnC废膛T废膛=
其中，加热段流入预热段的废气温度t废加=1400℃，查文献一中表（1-5）
得C废加=1.588×0.21+1.63×0.78 =1.621 kJ/(标m3﹒℃)
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?4加?Q烧?Q预?Q废加Q烧?Q预?
10075?2.067?1.296?400?3.48?1.621?1400?0.3310075?2.067?1.296?4001)金属在预热段的热焓增量
??4加?Q辐?i预??i??1?????P
4??其中，金属在炉膛中的总热焓增量 ?i?i终?i始?t均1cp?t0cp
由文献一中表（3-3）得，20#钢1220℃时Cp=0.6866kJ/(kg﹒℃);20℃时
Cp=0.4724kJ/(kg﹒℃)
?i?i终?i始?t均1cp?t0cp?1220?0.6866?20?0.4724?830.28kJ/kg
加热段向预热段的辐射热量 Q辐?q辐F 取q辐=50×104kJ/m2?h
F?B?H预上?2S??6.612??1.1?2?0.08??6.22m2
??Q辐?q辐F?50?104?6.22?311?104kJ/h
?0.33?3110000所以?i预?830.28??1??425.8kJ/kg ???0.63?1200002)金属平均温度
设t均3=700℃，查《火焰炉设计计算参考资料》表3-3得，cp=0.6280kJ/(kg﹒℃)
?i425.8则t均3?预??675?C
cp0.62803)金属表面热流
4?q表3S????t均3?273????4??t?273?3?3????g2??q表3?CgkM加???? ?100??100?????????????其中，CgkM加—加热段导来辐射系数，CgkM加=10.91kJ/m2?h?k4
??tg2—加热段炉气温度，tg2=1378℃
t均3—加热段始端钢坯加热温度，t均3=675℃ S—热透深度，S=0.08m
由文献一中表（3-1）得，t均3=675℃时，得??117kJ/(m.h.?C)
4?q表3?0.08????1378?2734??675?273????????3?117?10.91??????? ?100100??????????????q表3 共 页 第 34 页
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q表3?0.08首先令=0，则
3?11744??675?273??????1378?273??2q表3?10.91???????722495kJ/(m.h) ??100100????????q?0.08722495?0.075??164.7，回代得， 则表33?1173?11744???1378?273???675?273??164.7???2q表3?10.91???????649372.7kJ/(m.h) ??100100????????不断重复上述步骤，得到如下结果 q表3?0.08649372.7?0.075??148.6
3?1173?11744??675?273?148.6????1378?273????2q表3?10.91?????654000kJ/(m.h) ????100100????????654000?649372.7?100%?0.7%，误差已经很小，不必再重新计算 由于
654000所以取q表3=654000kJ/m2?h
??4) 金属表面温度
q?S654000?0.075t表3?t均3?表3?675??825.16?C
3?33?1175)断面温差及金属中心温度
q?S654000?0.075?t3?表3??225.6?C
2?32?117t中3?t表3??t3?825.16?225.26?600?C 6)金属热焓
由文献以中表（3-3）得，当t均3?675?C时，
Cp=0.6071?0.6280?0.6071?25?0.6175kJ/(kg﹒℃)
50则，i预?0.6175?675?417.84kJ/kg
7)炉尾处金属表面热流
已知t废膛=800 ℃，t表0?20?C；
44??t???t?273?273????g废膛?表0q表0?CgKM预????????100100??????????44???800?273??20?273????10.80???? ????100100?????????143956kJ/(m2.h) 共 页 第 35 页
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2.2.3.4 各段金属加热时间
1)预热段 平均热流
q均预?q表0?q表3?143956?654000?306834kJ/(m2.h) 由文献一中表（3-5）得，20℃时，20#钢 ??7857.57kg/m3，Cp=0.4724 kJ/(kg﹒℃) ?i预?i预?i0?417.8?(20?0.4724)
?408.41kJ/kg预热段金属加热时间
?iS??预?预
K1q均预其中K1—金属的形状系数，对于平板K1=1
?iS?408.41?0.075?7857.57?预?预?则 K1q均预306834?0.81h2)加热段 平均热流
q表3?q表2654000?222789q均加??q表3654000lnln 222789q表2?400419kJ/(m2.h)金属在加热段的热焓增量
?i加?i加?i预1234?0.6866?417.84?429.43kJ/kg?i加S?429.43?0.075?7496???则 加K1q均加 400419?0.64h3)均热段
金属在均热段加热时间?均?0.18h 4)总加热时间
?总??加??预??均?0.84?0.64?0.18?1.66h
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2.2.4 炉子主要尺寸计算
2.2.4.1 炉子长度计算 1)有效长度
P?b L效?
ng其中，P—炉子生产率，P=120000t/h ?—加热时间，?总=1.66h
b—料坯宽度，b=150mm
n—炉内料坯摆放排数，n=2 g—料坯平均单重
P?b120000?1.66?150L效???28150mm
ng2?(0.15?0.15?3?7857.57)2)预热段长度
L预?L效?预0.84?28150??14254mm ?总1.663)加热段长度
L加?L效?加0.64?28150??10860mm ?总1.66?均0.18?28168??3054mm ?总1.664)均热段长度
L均?L效5)炉子总长
因为本设计炉型采用的是均热段全架空结构，但是为了便于结构处理，留一米长的一段实底。
炉子出料端端墙外缘到下滑坡与炉内滑道交点的距离A，为了施工方便，取A=1900mm
则， L=28150+1100+1600=30850mm 2.2.4.2 炉门数量和尺寸的确定
1)进、出料炉门
本设计炉型采用端进，端出料结构，对于该结构，端出炉门基本同进料炉门。 炉门高度H进：根据经验炉门高度取加热料坯厚度的2.5倍，则
H进=150×2.5=375mm
炉门宽度B进：根据经验取炉门宽度等于炉膛宽度，则
B进=B=6.612m
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进料炉门数量：1个 出料炉门数量：2个 2)操作炉门
用做操作之用，如进出返回钢坯，清除氧化铁皮等。本设计炉型共设置6个操作炉门，加热段每侧2个，均热段每侧1个。采用60。拱顶结构，炉门具体尺寸为：464(宽)×450(高)mm 3)人孔
供操作人员检修炉内设备时进出之用。因为本设计炉型采用均热段全架空结开设位置通常在加热段。人孔下沿为车间地平面以上100～150mm，采用180。拱顶结构，具体尺寸为580(宽)×900(高)mm
4)炉膛各部分用耐火材料及尺寸
采用砌砖结构
炉顶 平顶结构 耐火材料浇注料120＋轻质浇注料250 炉墙 耐火材料浇注料116mm+轻质浇注料240mm
5）炉底划道及其支撑结构的选择与强度计算
a）纵水管
参考文献三中经验公式（21－21）得 amax＝5?min
amax－纵滑道最大间距，m
?min－料坯最小厚度，m
当采用双排料时，?min＝0.16m，算得amax＝2m，这里选取a＝1800mm，那么
纵水管外侧钢坯端头尺寸l1＝（3000-1800）/2＝600mm，为了满足钢坯不“掉道”的要求，一般l1＝150～a/2（mm）＝150～900mm，这里l1＝600mm，合乎要求。
根数：n＝l/a＝3000/1800＝1.667，这里取n＝2，又因为是双排料，所以总的纵水管根数为4根。每排料采用两根纵向水管作为滑道，间距为1800mm。滑道全用横水管支撑，滑道及支承结构按汽化冷去设计。 b）纵水管管径选择及强度计算
为了减少水冷热损失及加强下加热作用，横水管的间距选用2320mm
料坯单重查文献三表3-2得
20℃时20#钢的密度??7857.57kg/m3 则G?0.15?0.15?3?7857.57kg＝531.61kg
531.61?2320p??4111.19kg
150?2pl4111.19?232Mmax???119224.51公斤力·厘米
88Mmax－两支点间纵水管最大弯矩，公斤力·厘米
L－两支点间最大距离，厘米
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q－每根纵水管所承受的均部载荷，公斤力/厘米
M119224.51?99.35cm3(根据经验，则，截面系数W?max?取炉底水管许用应
?1200力??120MPa)
127J??148?939.8cm42?10取?127?18mm,W=148cm3, 钢管的惯性矩 由文献三公式（21－23）得两支点间的最大挠度fmax
4qL34?4111.19?2322fmax???0.433
354EJ354?1.7?106?939.8f0.4331?0.0018?则?
l232500符合要求，故纵水管的尺寸为?127?18mm
c）横水管选择与强度的计算 为减小热损失，间距取2320mm
根数n＝（L加＋L预）/2320+1＝（10860+3054）/2320+1＝6.99 所以横水管取7根，预热段采用基墙支撑。尺寸选为?133?20mm。 6）绘制炉体结构轮廓图 7）炉子结果及其操作参数
a）有效炉底面积：F效＝L效·B=28150×6612＝186.1m2 b）钢压炉底面积：F钢＝L效·LM=28150×6000＝168.9 m2
168.9＝＝0.91 F效186.1P120000d）有效炉底强度：H效＝＝h） ＝664.8kg/（m2·F效186.1P120000e)钢压炉底强度：H钢＝＝h） ＝710.5 kg/（m2·F钢168.9c)炉底利用系数：??F钢2.2.5炉膛热平衡与燃料消耗量计算
基准温度为环境温度 20℃ 2.2.5.1炉膛热收入Q入 a）燃料燃烧化学热Q烧
按文献一式(4-1),设炉膛燃料消耗量为B 标m3/h,则
Q烧?BQ低?10050BkJ/h b）预热空气带入进入炉膛的物理热Q空
查文献一表1-5得， C空=C环=1.296 kJ/(标m3﹒℃)
Q空?BLn?C空t空?C环t环??2.7×1.296×（400-20）＝1315BKJ/h
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c）金属氧化放热Q放
按文献一式（4-4），取??0.015kg/kg
Q放?5588P??5588?120000?0.015?1.058?107kJ/h
所以Q入＝Q烧＋Q空＋Q放＝10050B+1315B+1.058?107＝11365B+1.058?107KJ/h 2.2.5.2炉膛热支出Q出 1）加热金属带出热Q产
按文献一式（4-5）得; Q产?P(Cp产t产?Cp料t料)
查文献一中表（3-3）得，20#钢1230℃时Cp=0.6866kJ/(kg﹒℃);20℃时Cp=0.4724kJ/(kg﹒℃)
Q产?P(Cp产t产?Cp料t料)=122000×(1230×0.6866＋20×0.4724) ＝10.18×107 KJ/h
2）出炉膛废气带出的物理热Q废膛
按文献一式（4－6）得：Q废膛?BVn?.C废膛1t废膛?C废膛2t环?
式中，800℃，烟气的比热为C废膛1=1.505×0.21+1.547×0.79=1.538kJ/(kg﹒℃)
20℃，烟气的比热为C废膛2=1.379×0.21+1.421×0.79=1.412 kJ/(kg﹒℃) Vn=3.48m3/ m3
带入得：Q废膛＝4184B KJ/h 3）Q水=Q水纵+Q水横
'''tt?ss按理论法计算，设冷却水入口温度=40C，出口温度=60?C，管壁平均温
度tB=(40+60)/2 +50=100?C
a）纵水管热损失 Q水纵=kF纵?t 烟气平均温度
tg＝（800+1284+1378）/3＝1154?C
44?tg??t壁?1154?273100?273??????????????100100100100?????????10.83?
tg?t壁1154?10044k?CgKM＝424Kj/（m2·h·?C）
tg?t水出???t废膛?t水入??1378?60???800?40???t??tg?t水出1378?60ln ln800?40t废膛?t水入?1013.5?CF纵?0.127?3.14??2.983?7.457?16.405??4?42.82m2
则，Q水纵?424?42.82?1013.5?1.93?107KJ/h
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供热量 20906.6×0.48=10035.168标m3/h 烧嘴数量 10035.168÷960=10.45
为了便于结构布置，故选取下加热侧烧嘴10个，每侧布置5个 均热段供热
均热段上下加热分配根据经验结合本设计实际确定为，上下加热各为10% 供热量 20906.6×0.1=2090.6标m3/h 烧嘴数量 2090.6÷960=2.17
故每侧布置2个，每侧上下各布置1个
2.2.7空气换热器设计计算
2.2.7.1已知数据
?T?800c； 废膛1)出炉膛烟气温度（由工艺给出）：
2)出炉膛烟气流量：V废膛?3.48?20906.6?72754.968标m3/h； ?T?20C；空入3)进换热器空气温度：
4)烧嘴前要求空气预热温度：T空?400?c； 5)预热空气流量（按设计燃料消耗量B计算）：
V空?51316标m3/h
2.2.7.2设计数据
1)进换热器烟气温度（考虑烟道降温损失）：T烟入?750?C；
2)进换热器烟气流量：
换热器前烟气溢气损失系数m=0.15
则，V烟??1?m?V烟炉??1?0.15??72755?61842标m3/h；
?T?20C 3)进换热器空气温度（地区大气平均值）：空入4)出换热器空气温度（考虑热网管道降温损失）：T空出?420?C；
5)预热空气流量（考虑生产率提高10%的可能性）：
3V?1.1?51316?56448标m/h；
空2.2.6.3设计方案
1)换热器种类：金属管状换热器；
2)换热器结构：平滑直管金属换热器（带“十”字形扭带插入件）； 3)换热器规格：?57?3.5mm；
xx4)换热器布置：顺（直）排。换热管中心距1?2?2，x1?x2?0.114；
d外d外5)换热器气流方向及流速：逆叉流，管外流烟气，设W烟?3标m/s；管内流空气，设W空?8标m/s。 2.2.7.4设计计算
1)换热器温度T烟出
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T烟出?V烟C烟入T烟入??V空(C空出T空出?C空入T空入)V烟C烟出?
式中：?—换热器利用系数，根据经验取??0.9；假设换热器烟气出口温度为450度，C烟入,C烟出,C空入,C空出—分别为烟气和空气的平均比热，查《火焰炉设计计算参考资料》表1-5可得，分别为1.538 kJ/(标m3﹒℃) 、1.454kJ/(标m3﹒℃)、1.296 kJ/(标m3﹒℃)、1.338 kJ/(标m3﹒℃)
61842?1.538?750?0.9?51316?（420?1.338?20?1.296）则 T烟出?
61842?1.454?0.9=453.6?C
2)换热器换热面积
1预热空气在换热器中获得的热量Q ○空Q空?V空(C空出T空出?C空入T空入)
?51316?（420?1.338-20?1.296）7
=2.75?10kJ2换热器中烟气与空气的平均温压?t ○
?t??t终?t1?始?tln始?t终
?t???t??t1
(750?420)?(453.5?20)?t??1?379.4?C
750?420ln453.5?20
○3传热系数k
1k?
1?1???1??2其中，?1,?2分别为烟气侧和空气侧的给热系数 ??—换热器器壁热阻，对于金属换热器，?很小，?又很大，故?值可忽略
?不计。则
1 k?
11??1?2
1管外烟气侧给热系数? □1?1??1辐??1对
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辐射给热系数?1辐
?1辐?f(S,T烟均）其中 S?(1.87
x1?x2?4.1）d外 d外0.114?0.114（1.87??4.1）?0.057?0.193m =
0.057T烟出?T烟入453.5?750??602?C 22
T烟均?根据S=0.193m，查《火焰炉设计计算参考资料》表5-4得，T烟均=602oC，?1辐?26 kJ/(m2?h?oC)
算对流给热系数?1对
0.650.35 ?1对?（17.64?0.02362T烟）?C?W烟/d外其中，
T烟均?602?C,C?1?0.1?0.114?1.2,d外?0.057m，W烟?3标m/s 0.0572
?1对?（17.64?0.02362?602）?1.2?30.65/0.0570.35?219.6 kJ/(m?h?oC) 则，?1??1辐??1对?26?219.5?245.5 kJ/(m2?h?oC)
2管内空气侧给热系数?2 □
0.80.2 ?2对?（12.624?0.006688T空均）?W烟/d内420?20?20?C，W空?8标m/s，d内?0.05m 22
?2对?（12.624?0.006688?220）?80.8/0.050.2?136.1kJ/(m?h?oC)
其中，T空均?由文献一中表5-3可见，由于管内插入“十”字形板片扭带插入件，对流给热系数是光管的2.08倍。
则，?2?2.08??2对?2.08?136.1?283 kJ/(m2?h?oC)
245.5?283?132 kJ/(m2?h?oC)
245.5?283由于换热器使用中可能出现积灰等现象，导致换热系数降低，影响空气预热温度，所以实际传热系数用计算出的K值乘以降低系数?加以修正。根据经验选取
所以 传热系数K???0.85，则
K实??K?0.85?132?112.2 kJ/(m2?h?oC)
2
Q空?2.75?107kJ/h,?t?379.4?C,K实?112.2kJ/(m?h?oC)
则换热器换热面积
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120t/h推钢式连续加热炉设计说明书
2.75?107F??646m2
379.4?112.22.2.7.4结构设计
1)确定换热管长度
由于该连续加热炉采用下排烟方式，换热器必须安装在地下烟道中，所以对于平滑直管换热器，换热器的长度取决于烟道的高度。
首先确定烟道尺寸: ○1计算烟道流通面积
V烟 F烟?，m2
3600W烟其中，V烟—进入烟道烟气流量；
W烟—烟道中烟气流量，查文献一表6-1，取W烟?2标m3/s。
61842?8.59m2 则 F烟?3600?22确定烟道尺寸 ○
根据F烟?8.59m2，查文献一中表6-4（拱顶角180o）烟道尺寸：
2784（内宽）×3432（高）mm
3确定换热管长度 ○
根据换热管长度≈烟道高度，故换热管长度3432mm。
2)计算换热管根数
1单根换热管的换热面积 ○
由设计方案确定换热管采用φ57×3.5mm钢管，则单根换热管换热面积：
f??0.057?0.05?/2?3.14?3.432?0.577m2
2换热管根数 ○
n总?F实f?646?1120根 0.577取1120根
3)换热管布置
1垂直烟气流动方向断面上的换热管列数 ○
V烟 Z1?3600W烟（x1?d外）l管式中：V烟—烟气流量按V烟=61842标m3/h；
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120t/h推钢式连续加热炉设计说明书
W烟—流经换热器的烟气流速，取W烟?3标m/s；
x1—垂直烟气流动方向断面上的相邻换热管间距，x1?2d外； d外—换热管外径，d外?0.057m；
l管—换热管长度，l管?3.432m。
61842?26根，取26根。
3600?3?(0.114?0.057)?3.432故： Z1?2沿烟气流动方向上的换热管排数 ○
1空气流通截面上的换热管排数 □
V空n空?2?3600W空d空4
式中：V空—空气流量，按设计数据V空?51316标m3/h；
W空—流经换热器的空气流速，取W空?8标m3/h； d内—换热管内径，d内?0.05m；
51316?907.5根 23600?8?0.05?3.14/4故取908根
则， n空?2沿烟气流动方向上的换热器排数 □
n908 Z2?空??35根，取35根。
Z1263计算换热器行程数 □
n1120 m?总??1.234，取2
n空9082.2.7.5确定换热器材质
1)换热器最高壁温
t烟?t壁??2t空?1 ?21+?1本换热器内气流为逆叉式，烟气入口处和空气出口处管壁温度最高，烟气出口处和空气入口处管壁温度最低。则，可得
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