加热炉推料结构设计

加热炉推料结构设计
课题加热炉推料机构设计
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I
摘要:
在工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。

其中，温度控制也越来越重要。

在工业生产的很多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。

采用单片机对温度进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大的提高产品的质量和数量。

加热炉是工业炉窑的一大类别，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成品及半成品的热处理等用炉。

小型加热炉是科研院所及厂矿常用的热处理或加热设备。

随着科学技术的不断发展，加热炉的理论和实践在不断深化和日趋完善，加热炉的结构型式也在不断演进。

优质、高产、低消耗的新式炉型不断涌现，加热
炉的结构目前仍处在不断变革之中，以满足生产工艺对炉子的技术经济要求，即经济、高产、低消耗、炉子寿命长、劳动条件好。

I
目录
绪论:..................................................................... ........................................................................ .. 1
第1章加热炉推料机构设计思
路 ..................................................................... .......................... 2 第2章加热炉的分
类 ..................................................................... . (3)
2.1推钢式连续加热
炉 ..................................................................... (3)
2.2进式连续加热
炉 ..................................................................... . (3)
2.3底式加热
炉 ..................................................................... (3)
2.4分室式快速加热
炉 .....................................................................
....................................... 3 第3章加热炉的结
构 ..................................................................... (5)
3.1辐射室...................................................................... . (5)
3.2对流室...................................................................... . (5)
3.3余热回收系
统 ..................................................................... .. (5)
3.4通风系统...................................................................... (5)
3.5加热炉结构特
点 ..................................................................... ........................................... 5 第4章加热炉的工作原
理 ..................................................................... ........................................ 7 第5章加热炉控制技术的发展方向 ..................................................................... (8)
5.1国内外燃烧控制发展情
况 ..................................................................... (8)
5.2串级并联双交叉限幅控制燃
烧 ..................................................................... . (8)
5.3氧化锆残氧分析
法 ..................................................................... (9)
5.4用热值分析仪测煤气的热
值 ..................................................................... .. (9)
5.5利用高焦混合煤气成分理论推测空燃
比 ..................................................................... (9)
第6章我国蓄热式加热炉的发
展 ..................................................................... (11)
6.1概述...................................................................... (11)
6.2蓄热式燃烧技
术 ..................................................................... .. (11)
6.3烧嘴式蓄热式加热
炉 ..................................................................... ................................. 12 第7章推料机构离心机的概
述 ..................................................................... .............................. 15 第8章加热炉推料机构基本工作过
程 ..................................................................... .................. 16 第9章加热炉安全操作规
程 ..................................................................... . (17)
9.1总则...................................................................... (17)
9.2煤气着火事故处
理 ..................................................................... . (17)
9.3煤气爆炸事故的处
理 ..................................................................... (17)
9.4送高炉煤气的操作程
序 ..................................................................... .. (17)
9.5煤气泄露、中毒的处
理 ..................................................................... .. (18)
9.6汽化冷却系统故
障 ..................................................................... ..................................... 18 结束语:..................................................................... .. (22)
致谢:..................................................................... ........................................................................
23
参考文献...................................................................... . (24)
II
毕业论文设计加热炉推料机构设计绪论:
随着现代工业的逐步发展，在工业生产中，温度、压力、流量和液位是四种最常见的过程变量。

其中，温度是一个非常重要的过程变量。

例如:在冶金工业、化工工业、电力工业、机械加工和食品加工等许多领域，都需要对各种加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉的温度进行控制。

然而，用常规的控制方法，潜力是有限的，难以满足较高的性能要求。

采用单片机来对它们进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大的优点，而且可以大幅度提高被测温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。

因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的控制问题。

针对推料装置的具体结构，在前人的经验基础之上，利用平面设计方法建立直动型推料机构的数学模型，结合优化理论，确定四参数的优化目标。

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毕业论文设计加热炉推料机构设计
第1章加热炉推料机构设计思路
加热炉在工作时，在加热过程中炉门的密封可保证炉内温度的控制，能够防止能量的浪费，更可以防止有害气体的散失对操作者造成的伤害。

本设计力争以较少的运动部件，较小的布局空间，简单的运动方式，达到炉门灵活自动启闭，并满足加热炉对炉门的特殊功用要求。

电动机的选择:按工作条件和要求,选用一般用途的Y系列三相异步电动机，为卧式封闭结构。

炉门在开启和关闭时要求转速平稳，速度较低不超过18r/min以免引起过大的冲击力。

由于门要求转速较低，故电动机选取同步转速为1000r/min的Y90S-6型电动机,其满载转速为910r/min，速度较低且尺寸较小。

减速器的选择:由于小型加热
炉体积较小，且门转速较低，故需要结构紧凑，传动比大的减速器。

连轴器的选择:炉门在开启和关闭过程中轴的转向相反，其间有冲击，因此选用弹性柱销连轴器，这种连轴器传递转矩的能力很大，结构更为简单，安装制造方便，耐久性好，有一定的缓冲和吸振能力，允许被连接两轴有一定的轴向位移以及少量的径向位移和角位移，适用于轴向窜动较大、正反转变化较多和启动频繁的场合。

温烧结炉推料机构，利用可程序控制装置和油压装置构成的液压控制系统控制给料和横向油压将作物的台板推至送料轨，再由推料油压利用杆前端的推料板推入炉体内烧结，包括:细钢索，上端紧固于推料板上侧，随着推料板同步运动;重锤，系于细钢索下端，提供细钢索张力;译码器，译码器将推料板的实际运动转化成电信号传回控制装置，构成一回反馈装置。

推料离心机主要由泵组合，推料机构、机座、轴承组合、转鼓、筛网、机壳及电控箱等零部件组成。

推料机构、转鼓、筛网等零部件通过轴承组合支承在机座上。

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第2章加热炉的分类
2.1推钢式连续加热炉
推钢机完成炉内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”，近年来采用了使料坯与水管之间具有隔热作用的“热滑轨”。

有的小型连续加热炉采用了由特殊陶质材料制成的无水冷滑轨，支撑在由耐火材料砌筑的基墙上，这种炉子叫“无水冷炉”。

2.2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。

70年代以来，由于轧机的大型化，步进梁式炉得到了广泛应用。

同推钢式炉相比，它的优点是:运料灵活，必要时可将炉料全部排出炉外;料坯在炉底或梁上有间隔地摆开，可较快地均匀加热;完全消除了推钢式炉的拱钢和粘钢故障，因而使炉的长度不受这些因素的限制。

中国1979年投产的步进梁式炉长为32.5米，生产能力为每小时270吨。

2.3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/(米2?时)。

2.4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内，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
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毕业论文设计加热炉推料机构设计室构成一个“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;炉内不分段，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米2。

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,料坯由缝隙送入炉内加热,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/(米2?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。

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第3章加热炉的结构
3.1辐射室
辐射室是加热炉的主要热交换场所，作为加热炉的最重要部位，承担着全炉70 % , 80 ,的热负荷。

而且这部分直接受到高温烟气的冲刷且温度最高，因此辐射室的运行状况好坏直接关系到整个加热炉能否长周期高效运行。

3.2对流室
对流室是利用从辐射室出来的烟气进行对流换热的部分。

对流室内密布多排炉管，烟气以较大速度冲刷这些管子，进行有效的对流换热。

对流室一般担负着全炉20 ,, 30 ,的热负荷。

对流室一般布置在辐射室上方，与辐射室分开。

为了提高对流传热效果，大多数加热炉在对流室的炉管采用钉头管和翅片管。

3.3余热回收系统
余热回收系统是指从离开对流室的烟气中进一步回收余热的部分，目前常减压装置加热炉的余热回收系统多采用燃烧用空气预热的方式。

目前在常减压装置加热炉上应用最普遍的空气预热器为热管式空气预热器，安装方式有倾斜式和垂直式两种，前者一般位于对流室的上部，后者置于地面，需要有引烟机。

燃烧器:燃烧器是加热炉产生热量的重要组成部分，包括喷嘴、配风器和燃烧道三部分。

燃烧器按燃料的不同可分为燃料油燃烧器、燃料气燃烧器和油一气联合燃烧器三大类:按供风方式的不同，可分为自然通风燃烧器和强制通风燃烧器等。

目前常减压装置加热炉常用的燃烧器为强制通风、油一气联合燃烧器。

3.4通风系统
通风系统的任务是将燃烧用空气导人燃烧器，并将废烟气引出加热炉，它分为自然通风方式和强制通风方式。

大多数加热炉炉内烟气侧阻力不大，依靠自然通风的方式安装在炉顶的烟囱足以保证加热炉的正常运行。

近年来由于环境保护问题，石油化工厂已开始安设独立于炉群的超高型集合烟囱，这一烟囱通过烟道把若干台炉子的烟气收集起来，从loom 左右的高处排放，以降低地面污染气体的浓度。

3.5加热炉结构特点
管式加热炉根据结构形式的不同，通常有列管式加热炉、蛇管式加热炉、盘管式加热炉、
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毕业论文设计加热炉推料机构设计立管式加热炉等。

加热炉的燃烧器俗称火嘴。

在加热炉中，火嘴是主要的一种部件。

加热炉的火嘴种类很多，输油用加热炉的火嘴通常在辐射室的侧壁、底部或顶部，供给燃烧所用的燃料和空气。

烟囱的作用是提高抽力，将烟气排人大气中。

烟囱可以布置在炉顶或炉体旁，可以单独使用或共同使用一个烟囱。

一般，烟气离开对流室的温度300-400?。

可以用空气预热器来回收其中一部分热量，使烟气温度降低到200?左右，再进入烟囱排走，以提高炉效。

辐射室又称炉膛。

从燃烧器喷出的燃料在辐射室内燃烧，由于火焰温度很高(可达1500~1800?)，因此不能让火焰直接冲刷炉管，热量主要以辐射方式传送。

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第4章加热炉的工作原理
待加热的原油首先进入加热炉对流室炉管，原油温度一般为29度，炉管主要以对流方式从流过对流室的烟气中获得热量，这些热量又以传热方式由炉管外表面传导到炉管内表面，同时又以对流方式传递给管内流动的原油。

原油由对流室炉管进入辐射室炉管，在辐射室内，燃烧器喷出的火焰主要以辐射方式将热量的一部分辐射到炉管外表面，另一部分辐射到敷设炉管的炉墙上，炉墙再次以辐射方式将热辐射到背火面一侧的炉管外表面上。

这两部分辐射热共同作用，使炉管外表面升温并与管壁内表面形成了温差，热以传导方式流向管内壁，管内流动的原油又以对流方式不断从管内壁获得热量，实现了加热原油的工艺要求。

加热炉加热能力的大小取决于火焰的强弱程度(炉膛温度)、炉管表面积和总传热系数的大小。

火焰愈强，则炉膛温度愈高，炉膛与油流之间的温差越大，传热量越大;火焰与烟气接触的炉管面积越大，则传热量越多;炉管的导热性能越好，炉膛结构越合理，传热量也愈多。

但对一定结构的炉子来说，在正常操作条件下炉膛温度达到某一值后就不再上升。

炉管表面的总传热系数对一台炉子来说是一定的，所以每台炉子的加热能力有一定的范围。

在实际使用中，火焰燃烧不好和炉管结焦等都会影响加热炉的加热能力，所以要注意控制燃烧器使之完全燃烧，并要防止局部炉管温度过高而结焦。

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第5章加热炉控制技术的发展方向
5.1国内外燃烧控制发展情况
国内外冶金行业的燃料主要为焦炉、高炉混合煤气及各单一煤气，部分使用天然气，个别小型轧钢厂使用重油。

计算机控制燃烧过程，就是在各种燃烧工况条件下，找到合理的最佳空燃比，使燃烧处于较佳状态，从而提高炉温控制精度，保证钢锭以较快的速度达到出钢温度，节约能源，减少氧化烧损。

轧钢加热炉通常配备的是以模拟调节仪表为核心的控制系统。

当燃料的热值与压力稳定时，这种控制系统的控制效果还比较好，而对于燃料的热值与压力频繁波动的情况，常规模拟仪表系统就难以达到预期目标，操作者必须经常通过“看火孔”去观察火焰，调节空燃比以改善燃烧效果。

这不仅给操作者带来许多不便，而且人工随时调节空燃比，很难跟踪热值变化的速度，加之加热炉都需要按照加热工艺曲线进行周期性的加热，而炉子的特性是变化的，要使加热炉实现最有效的节能运行还应该考虑到进料状况(冷锭或热锭)以及轧机故障待轧的运行状态。

对这些要求，模拟控制系统是难以实现的。

我国从80年代开始对加热炉生产过程进行计算机控制技术的研究。

随着检测设备、仪表、计算机水平的提高，90年代我国轧钢企业配置计算机控制的连续加热炉逐渐增多，并进行了不同程度的控制，由于各自的控制内容和使用情况不同，所得到的效果也不尽相同。

目前国内在控制理论和关键技术方面的开发与国外先进国家相比差距不是很大，但在真正的应用上与欧美、日本、前苏联等冶金技术较先进国家相比差距较大。

从20世纪90年代末国内许多老企业，都对加热炉进行了计算机燃烧控制方面的改造，计算机几乎全是选用进口的，检测设备、仪表部分采用国产的，新上项目大部分是整套设备进口。

5.2串级并联双交叉限幅控制燃烧
双交叉限幅经历了燃料先行的比值或空气先行的比值调节系统、串级串联燃烧控制系统、串级并联燃烧控制系统、串级并联单交叉限幅燃烧控制系统四个发展阶段。

它是以炉温调节回路为主环，燃料流量和空气流量调节为副环，构成串级并联双交限幅控制系统。

双交限幅控制系统在负荷变化时，根据实测空气流量对燃料流量进行上、下限幅，而且还根据实测燃料流量对空气流量进行上、下限幅。

在负荷增加或减小时，燃料流量和空气流量相互限制交替增加或减小，即使在动态情况下，系统也能保持良好的空燃比。

串级并联双交叉限幅控制燃烧是仪表控制调节回路的基本方式，以前计算机水平较低、应用较少，比值调节、交限幅燃烧控制系统都是作为独立的控制单元。

现在大多是计算机
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毕业论文设计加热炉推料机构设计参与控制，与氧化锆残氧分析仪、热值分析仪、专家寻优、模糊控制等一起使用，控制效果比过去单独使用要理想。

5.3氧化锆残氧分析法
利用氧化锆固体电解质做成的检测器通过氧化锆测量烟气中氧含量的办法，判
断炉内煤气燃烧是否充分，它可以避免煤气热值和压力波动或管道漏气而影响配比控制。

残氧检测数据被送到计算机用来参与闭环控制，反馈速度快。

计算机算出空燃比实现串级并联燃烧自动控制。

但目前存在的主要问题是氧化锆探头价格昂贵，且使用寿命短。

1999年，中日合作济南钢铁集团总公司(简称济钢)绿援项目加热炉高效燃烧控制系统，即采用日本横河ZO21D型氧化锆残氧分析仪在济钢中厚板厂两座推钢式加热炉上使用，起到了节能降耗，减少有害气体排放量，保护环境的目的。

5.4用热值分析仪测煤气的热值
热值分析仪实际是一个小型燃烧炉，将经过预处理后的干净煤气引入，通过减
压阀减压，进入陶瓷过滤器进行过滤，并经恒压调节，至燃烧室与机柜内的小型助燃风机经恒压调节后的空气混合燃烧。

微机利用热电偶检测的燃烧装置温度场的废气温度，结合标定的系数和煤气、空气压差计算出热值及空燃比，将该信号输出至参与燃烧控制的计算机或其它显示仪。

热值分析仪测得的数据较准确，但是热值分析仪一次性投资费用大，煤气清洁
麻烦，维修量大。

但随着热值分析仪技术水平的提高和价格的降低，热值分析仪在国内外大型加热炉上将进一步广泛运用，成为空燃比的主流检测设备。

5.5利用高焦混合煤气成分理论推测空燃比
高焦比值即高炉煤气流量与焦炉煤气流量之比。

假设现测高焦比为7:3 (计算
时忽略空气中的水分)，根据煤气成分(主要含CO、H2、CH4)可计算出理论空燃比: L理论空气需要量:L混合煤气量,1.77(m3/m3)
取空气过剩系数为1.05，则:
L实际空气需要量:L混合煤气量,1.77×1.05=1.86(m3/m3)
当混合煤气高焦比为7:3时，空燃比为1.86。

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毕业论文设计加热炉推料机构设计
理论计算空燃比采用的是高炉、焦炉煤气混合前的数值，再考虑煤气压力变化、含水分、杂质等因素，所以理论计算的只是一个近似值。

实践证明通过高焦比计算空燃比与其它几种方法结合使用，反应快，省去了大量的寻优时间。

莱芜钢铁股份有限公司轧钢厂将高焦比混合煤气成分理论推测空燃比与多目标专家寻优算法两种办法相结合，应用在初轧均热炉上，取得良好的控制效果。

理论计算空燃比不需添置设备，计算简单，作为参考值来用经济合算。

高炉煤气、焦炉煤气流量可根据混合前的流量计实测。

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第6章我国蓄热式加热炉的发展
6.1概述
用蓄热室来预热空气和燃料是一项较早的技术, 早在19 世纪中期就开始应用于高炉、热风炉、焦炉等规模大且温度高的炉子, 但传统的蓄热室采用格子砖为蓄热体、传热效率低、蓄热室体积庞大, 其换向阀结构复杂、效率比较低, 换向周期长, 因此没有得到重视。

由于20 世纪70 年代的能源危机后, 节能工作得到各个国家的重视, 加之科学技术的不断进步出现了结构简单、控制方便、可靠性强的换向系统。

近10 年来蓄热式燃烧技术得到长足发展, 很多国家都在研究各种蓄热式烧嘴和高效蓄热式燃烧技术以及高风温燃烧技术。

6.2蓄热式燃烧技术1998 年大连北岛能源技术有限公司率先在萍钢棒材公司轧钢加热炉上采用蓄热式燃烧技术燃烧纯高炉煤气, 在国内首次实现了蓄热式技术燃烧高炉煤气在连续式轧钢加热炉上的应用。

此后, 国内有多家公司开展蓄热式燃烧技术的研究和在国
内的推广应用, 蓄热式燃烧技术逐渐成熟。

在蓄热式燃烧技术方面形成了一套较完善的设计思想和方法,蓄热式技术在工业炉上的应用实现了高产、低耗、少污染和高自动化水平, 达到了燃烧工业炉“三高一低”(高炉温、高烟温、高余热回收、低惰性) 的发展方向要求。

从20 世纪90 年代开始, 国内蓄热式燃烧技术发展到现在, 基本分为以下两大系列:(1) 以北京北岛为代表的内置通道式加热炉, 其特点是: ?把蓄热室和炉体有机结合为一体, 结构紧凑, 占地面积小, 炉子外观整洁。

?蓄热体采用陶瓷小球, 价格低廉, 集中换向, 换向时间约180 s , 运行费用低。

?炉体热损失小, 热效率高, 很容易做到空气、煤气双预热,燃烧喷口密布, 炉温均匀性好, 钢坯氧化烧损低。

?炉型结构较复杂, 炉墙厚达l m , 对耐火材料的理化指标性能要求高, 对设计、施工的技术水平和经验要求高。

(2) 以北京神雾为代表的蓄热式烧嘴式加热炉。

把蓄热室和烧嘴有机结合为一体, 并有可靠换向系统的高效蓄热式燃烧技术。

北京神雾热能技术有限公司于2000 年成功地研制开发出适应国内工业炉窑的蓄热式燃烧器系列, 形成了北京神雾蓄热式烧嘴技术体系, 取得了显着的经济效益和社会效益。

此后该公司又开发了多种蓄热式烧嘴, 分别应用不同的燃料及行业。

通过上述分析可以看出, 两种蓄热式加热炉虽然各有优、缺点, 且在国内冶金行业都有实际应用的实例, 但总的发展趋势是朝着烧嘴式蓄热式加热炉方向发展, 具体表现有以下几个方面:(1)蓄热式烧嘴加热炉和原普通加热炉相比,都是通过调整烧嘴热负荷来调节炉内温度, 对于操作人员易于接受。

(2)每个烧嘴都可单独调节, 上下加热烧嘴能力搭配合理, 各段上下加热温度的调节非常方便。

(3)炉墙两侧留有便于检修的人孔门和扒渣门, 这
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毕业论文设计加热炉推料机构设计是采用烧嘴结构形式的最大优点。

(4)对于高热值气体燃料, 可直接冷炉点火升温, 不需要单独的点火烧嘴。

(5)烧嘴式结。