加熱爐結構學習第1頁/共42頁

火焰爐——火焰或燃燒產(chǎn)物占據(jù)爐膛一部分空間，物料占據(jù)另一部分空間。

豎爐——爐身直立，大部分空間堆滿塊狀物料，爐

燃料爐氣通過料層的孔隙向上流動。

流態(tài)化爐——爐內(nèi)是細顆粒物料的流態(tài)化床，氣體由下部通入。

工

浴爐——爐內(nèi)盛液體介質(zhì)（熔鹽或熔融金屬），工

業(yè)件浸入此介質(zhì)中進行加熱。

爐

電爐——以電為熱源，可劃分為電阻爐、感應爐、電弧爐三類。

自熱爐——爐料自身產(chǎn)生的熱量維持爐子的正常工作如氧氣轉爐等。第2頁/共42頁一、加熱爐的分類

1.連續(xù)式加熱爐是多種多樣的，大致可按下列特征分類：（1）按運料方式：推鋼式爐、步進式爐、鏈式爐、輥底式爐、環(huán)形爐等（2）按供熱制度：一段式、二段式、三段式、多段式（3）按預熱情況：無預熱、換熱式、蓄熱式（4）按出料方式：端出料、側出料第3頁/共42頁2.推鋼式加熱爐：靠推鋼機完成爐內(nèi)運料任務的連續(xù)加熱爐。為了避免鋼坯與爐底直接摩擦而損壞爐底與金屬表面，在爐底上裝有金屬滑軌或水冷管滑道。具有結構簡單、操作方便、運行可靠、造價低廉等特點。3.步進式加熱爐：靠爐底步進梁的往復運動，把鋼坯從進料端送到出料端的連續(xù)加熱爐。由于推鋼式加熱爐的長度受到推鋼比的限制，以及鋼坯種類和加熱質(zhì)量的要求，步進式加熱爐才發(fā)展起來的。

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步進式與推鋼式加熱爐相比有何優(yōu)點？(1)適合加熱各種形狀和尺寸的鋼坯，特別適合推鋼式加熱爐不便加熱的大型板和異型坯。(2)爐子長度不受推鋼比的限制，不會產(chǎn)生拱鋼現(xiàn)象。(3)料坯之間有一定的距離，不會產(chǎn)生粘鋼現(xiàn)象，而且可根據(jù)需要改變鋼料之間的距離；(4)鋼料靠步進梁運送，因此沒有劃痕。第5頁/共42頁(5)通過調(diào)整步進周期時間，可改變鋼料在爐內(nèi)的周期時間，以適應不同鋼種加熱的需要。(6)軋鋼機有故障時，能將鋼料從進料口退出，防止鋼料在爐內(nèi)長期停留而造成氧化燒損和脫碳。(7)加熱時間容易控制，便于實現(xiàn)過程自動化，適合于計算機操作。第6頁/共42頁二、加熱爐的結構

加熱爐本體冷卻系統(tǒng)燃燒系統(tǒng)

加熱爐排煙系統(tǒng)裝出料系統(tǒng)余熱回收系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)第7頁/共42頁1.加熱爐本體

主要由爐膛、爐子基礎和鋼結構等組成。

（1）爐膛一般是由爐墻、爐頂和爐底構成的近乎六面體的空間。爐墻：加熱爐都采用直立的爐墻，用粘土磚砌筑的爐墻，主墻厚度為1.5～2塊磚厚（464～580mm)。用耐火澆注料砌筑的爐墻，主墻厚度一般為250～300mm。其余部分為絕熱耐火材料，構成復合爐墻。為提高爐子強度和氣密性，爐墻外面包上4～10mm厚的鋼板。第8頁/共42頁

爐頂：按結構形式分為拱頂和吊頂兩種。拱頂可用楔形磚砌筑或不定形耐火材料搗制而成，吊頂是由一些特制的異形磚組成，異形磚用金屬吊桿單獨地或成組的吊在鋼結構上。

在連續(xù)式加熱爐上多采用吊頂而不采用拱頂，這是因為它不受爐子跨度限制，便于局部修理，便于安裝燒嘴。爐氣在爐膛寬度上鋪展均勻。第9頁/共42頁爐底：加熱爐的爐底結構基本分為兩種：①固定式爐底—鋼坯靠推鋼機推動在爐底上運動如推鋼式加熱爐。②移動式爐底—機械化的爐底帶動鋼坯一起移動，如步進式加熱爐。第10頁/共42頁（2）爐子基礎一方面要承受整個爐子的質(zhì)量不致下沉或倒塌；另一反面還要防止爐底受潮或遭受地下水的侵襲，保證爐子正常工作。絕大多數(shù)大中型爐子都采用鋼筋混凝土修建。（3）爐子鋼結構一般是由鋼柱、橫梁、拉桿、拱角梁等組成的鋼架。第11頁/共42頁2.冷卻系統(tǒng)加熱爐爐底水梁的冷卻方式分為水冷卻和汽化冷卻。

（1）汽化冷卻系統(tǒng)主要設備：①汽包②除氧水箱③電動循環(huán)泵④柴油循環(huán)泵⑤電動給水泵⑥柴油給水泵⑦定期排污擴容⑧連續(xù)排污擴容器（2）汽化冷卻工藝原理：

加熱爐汽化冷卻是一個封閉系統(tǒng)。汽化冷卻系統(tǒng)由軟水除氧給水系統(tǒng)、汽包、水梁冷卻水回路三部分組成。

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軟水進入除氧器及除氧水箱除氧，除氧后的軟水由電動給水泵（柴油給水泵）送入汽包；汽包中的水通過電動循環(huán)泵（柴油循環(huán)泵）強制性地依次流入下降管、分配水箱、水梁（活動梁、固定梁、支撐管）、上升管，再回流入汽包進行汽水分離，組成一個封閉系統(tǒng)。第13頁/共42頁

爐底水梁吸收了加熱爐的熱量后被封閉系統(tǒng)中不斷流動的熱水帶走，這樣系統(tǒng)中帶有一定壓力的熱水帶走了爐膛內(nèi)爐底水梁的熱量，冷卻了處于高溫中的爐底水梁并使自身轉變成汽水混合物。系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽可供外部用戶使用，并不斷向系統(tǒng)中補充消耗掉的水。周而復始，這樣一個過程和系統(tǒng)即稱為汽化冷卻（系統(tǒng)）。第14頁/共42頁（3）汽化冷卻的優(yōu)點：1）汽化冷卻的耗水量比直接用水冷卻少得多。僅相當于水冷卻的1／30左右。

2）用工業(yè)水冷卻時，由冷卻水帶走的熱量全部損失，而汽化冷卻所產(chǎn)生的蒸汽則可供生產(chǎn)使用，可以用來發(fā)電。第15頁/共42頁

3）爐底水梁采用汽化冷卻時，其表面溫度比采用水冷卻時要高一些，可以減輕坯料加熱時形成的黑印、改善坯料加熱溫度的均勻性。

4）采用水冷卻時，用工業(yè)水，其硬度較高易結垢，傳熱效果變差，使爐底水梁發(fā)生過熱或燒壞。采用汽化冷卻時，采用軟水可以避免結垢，從而可延長爐底水梁的壽命。第16頁/共42頁3.燃燒系統(tǒng)主要包括燒嘴、供風系統(tǒng)、煤氣系統(tǒng)、換向系統(tǒng)等部分組成。蓄熱式燃燒技術：

它是將高溫空氣和煤氣噴射入爐膛，維持低氧狀態(tài)下燃燒。空氣和煤氣溫度預熱到8000C～10000C以上。與傳統(tǒng)燃燒過程相比，蓄熱式燃燒的最大特點是節(jié)省燃料，減少CO2和NOX的排放及降低燃燒噪音。。第17頁/共42頁（1）工作過程：燒嘴和蓄熱體是成對出現(xiàn)的，當空氣和煤氣通過燒嘴時，被加熱供燃燒所用，另一側的燒嘴則充當排煙的角色，同時蓄熱體被煙氣加熱。當?shù)竭_換向時刻時，換向閥動作使系統(tǒng)反向運行，加熱好的蓄熱體被用來預熱空氣和煤氣，冷卻的蓄熱體又被排出的高溫煙氣加熱，最后排出的煙氣只有150～200℃，空氣和煤氣預熱溫度800～1000℃左右。第18頁/共42頁（2）主要設備：燃燒器、蓄熱體、換向閥、控制系統(tǒng)（3）蓄熱體的選擇：

1）形狀要求：堆體積穩(wěn)定性、清灰難易程度、加工難易程度。2）材質(zhì)要求：耐高溫、良好傳熱性能、抗熱震性好、強度高。3）尺寸要求：尺寸過大，會使蓄熱室體積龐大，換向時間長；尺寸過小，會使換向時間很短，電氣和機械設備都不能適應，換向的損失也隨之增大。第19頁/共42頁

蜂窩狀蓄熱體與小球狀蓄熱體比較有如下優(yōu)點:1）蜂窩體換熱面積大，傳熱能力強。同樣換熱能力時，蜂窩狀蓄熱體的體積只需小球蓄熱體1/3～1/4。2）蜂窩體壁很薄，透熱深度小，因而蓄熱、放熱速度快，溫度效率高，換向時間僅為60秒左右，有利于保證鋼坯均勻加熱。3）蜂窩體內(nèi)氣流通道規(guī)則，阻力損失僅為球狀的1/3～1/4，不易產(chǎn)生灰塵沉積堵塞。4）因小球具有流動性，安裝時較為困難，其次蓄熱式燒嘴采用小球方式，由于擺放不下更多的蓄熱球，有蓄熱能力不足的現(xiàn)象，會造成爐子嚴重正壓，加熱爐升溫困難等問題。第20頁/共42頁（4）換向閥：換向可采用定時換向和定溫換向,換向周期30～60秒左右，由PLC系統(tǒng)進行控制。五通換向閥直通四通閥旋轉換向閥兩位三通閥第21頁/共42頁4.排煙系統(tǒng)

主要由煙道閘板，煙道、引風機和煙囪組成。（1）排煙系統(tǒng)作用：①克服煙道阻力，順利地將煙氣排空。②精確控制爐膛壓力。③采用熱交換器，最大程度地回收煙氣熱量。（2）煙道：煙道是連接爐膛和煙囪的通道，要充分考慮其斷面尺寸和密封絕熱問題。斷面尺寸影響煙氣流動阻力損失，密封性影響排煙系統(tǒng)的吸力和余熱回收率。第22頁/共42頁

煙道布置時要盡量縮短長度和減少煙氣流動阻力損失，要與廠房柱基、設備基礎和電纜等保持一定的距離，以免它們受煙道溫度的影響。為了控制排煙量以調(diào)節(jié)爐膛壓力，煙道上必須設置煙道閘板。（3）煙囪：煙囪是通常用的一種排煙裝置。煙囪結構有磚煙囪、鋼筋混凝土煙囪和金屬煙囪。絕大多數(shù)的煙囪采用鋼筋混凝土煙囪修建。第23頁/共42頁5.裝出料系統(tǒng)

推鋼式加熱爐一般有裝鋼輥道、上料臺架，出鋼是斜坡直接滑下；步進式加熱爐有裝鋼機、出鋼機，裝、出鋼機的水平運動由電動齒輪傳動，升降運動由液壓驅(qū)動。

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步進梁的工作原理：當鋼坯放在固定梁上時，低于固定梁平面的活動梁托起鋼坯上升到高于固定梁平面，然后活動梁與鋼坯向前水平運動，到達水平運動距離后，活動梁下降將鋼坯放在固定梁上后繼續(xù)下降到下限位置，再作后退運動，回到起始位置，整個過程為一個矩形軌跡。第25頁/共42頁6.余熱回收系統(tǒng)（1）換熱器：換熱器是余熱回收裝置的一種，主要用于回收煙氣余熱，以提高爐子的熱利用效率。換熱器按材質(zhì)可分為金屬換熱器和陶瓷換熱器，金屬換熱器導熱系數(shù)高、體積小、氣密性好等；陶瓷換熱器可以承受很高的煙氣溫度，可將空氣預熱到800～1000℃，且壽命長。第26頁/共42頁（2）加熱爐余熱回收的途徑:①利用排出爐外的煙氣來預熱空氣和煤氣，提高爐子的熱效率；②排出爐外的煙氣來生產(chǎn)蒸汽，以供生產(chǎn)和生活使用。（3）利用煙氣來預熱空氣和煤氣的意義:①可回收熱量，節(jié)約燃料；②可提高燃燒溫度，有利于利用低熱值燃料；③可改善燃燒過程，改善燃燒效果。第27頁/共42頁7.自動控制系統(tǒng)

加熱爐多采用PLC系統(tǒng)實現(xiàn)對各點的溫度、壓力、流量的調(diào)節(jié)控制。

PLC系統(tǒng)的功能：(1)PLC系統(tǒng)完成對生產(chǎn)過程中各種數(shù)據(jù)的采集，輸入/輸出信號的變換、處理、顯示、記錄、積累、運算、連鎖報警等功能。(2)操作人員能通過對流程畫面、趨勢記錄、報警等畫面的觀察，分析問題?？梢栽诳刂婆_上對各個調(diào)節(jié)閥進行操作。

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(3)完成爐溫、爐壓的自動控制功能：爐溫控制采用以爐溫為設定值、空氣煤氣自動配比調(diào)節(jié)相結合的自動控制；爐壓控制是系統(tǒng)監(jiān)視兩段爐壓、爐膛壓力，采用單回路自動控制。(4)完成換向功能：使加熱爐每側的空氣燒嘴共用幾個換向閥進行換向；每側的煤氣燒嘴共用幾個換向閥進行換向。第29頁/共42頁三、加熱原理

1、鋼坯加熱的目的：（1）提高鋼坯的塑性，以降低鋼坯在熱加工時的變形抗力，從而減少軋制中軋輥的磨損和斷輥等機械設備事故。（2）使坯料內(nèi)外溫度均勻，以避免由于溫度應力過大造成成品的嚴重缺陷或廢品。（3）改善金屬的結晶組織或消除加工時所形成的內(nèi)應力。

第30頁/共42頁2、鋼坯的加熱工藝：（1）加熱溫度：加熱終了時鋼坯出爐前的表面溫度。一般來說，加熱溫度越高，對熱加工過程越有利。因為鋼坯溫度較高時，塑性較好，加工時的變形阻力小，能耗消耗量少。同時，軋機可以增加壓下量，提高軋制速度，提高產(chǎn)量，減輕設備的磨損。但是加熱溫度受到鋼坯過熱、過燒、氧化和脫碳的限制。因此，每一種鋼坯的加熱溫度都有一個上限，即最高加熱溫度。第31頁/共42頁

（2）加熱速度：加熱時表面溫度升高的速度，單位為oC∕h。加熱速度越快，爐子單位生產(chǎn)率越高，鋼坯的氧化越少，單位燃耗也越低。但加熱速度除了受到爐子的傳熱條件和燃耗指標的限制之外，主要是受到鋼坯本身所允許的加熱速度的限制，可歸結為兩點：①鋼坯加熱初期，由于斷面溫差而產(chǎn)生熱應力。加熱速度越快，溫度差越大，熱應力也越大。這種應力可能超過金屬的強度極限，造成鋼坯的破裂。②加熱終了時，斷面上的溫度差可能超過所要求的最終斷面溫差，造成壓力加工上的困難。

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（3）加熱制度：通常用溫度制度和供熱制度兩種形式表示。溫度制度：鋼坯周圍的溫度隨加熱時間的變化。供熱制度：為保證溫度制度，所供給的熱量隨加熱時間的變化。

加熱制度從爐型分為：一段式、二段式、三段式、多段式第33頁/共42頁3、鋼坯的加熱缺陷：（1）鋼的氧化：1）定義：鋼坯在加熱爐內(nèi)加熱時，鋼坯表面同爐氣中的CO2、H2O、O2、CO等發(fā)生反應，生成氧化鐵皮的過程叫鋼的氧化。生成的氧化鐵皮即所說燒損，氧化鐵皮結構示意圖如下：2）影響氧化的因素：加熱溫度、加熱時間、爐氣成分、鋼坯的成分等。Fe2O3Fe3O4FeOFe第34頁/共42頁①加熱溫度的影響：在900℃以下時，鋼的氧化速度很小；當達1000℃以上時，鋼的氧化速度急劇增加。②加熱時間的影響：在相同條件下，加熱時間愈長則鋼的氧化層愈厚。③爐氣成分的影響：爐氣中一般含有O2、H2O、CO2、CO等，它們都能與鋼坯發(fā)生化學發(fā)應。④鋼的成分的影響：對于碳鋼來說，增加含碳量，鋼的燒損量有所下降。合金元素如Cr、Si、Mn、Al等可提高鋼的抗氧化。第35頁/共42頁

3）減少氧化的措施：①快速加熱，減少鋼在高溫取得停留時間，加熱能力與軋鋼能力相匹配。②控制爐內(nèi)氣氛：保證煤氣完全燃燒的前提下，減少過?？諝饬?/p>