加热炉结构

三、加热原理
1、钢坯加热的目的： （1）提高钢坯的塑性，以降低钢坯在热加工 时的变形抗力，从而减少轧制中轧辊的磨损和断 辊等机械设备事故。 （2）使坯料内外温度均匀，以避免由于温度 应力过大造成成品的严重缺陷或废品。 （3）改善金属的结晶组织或消除加工时所形 成的内应力。
Page 30
2、钢坯的加热工艺：
Page 28
(3) 完成炉温、炉压的自动控制功能：炉温控 制采用以炉温为设定值、空气煤气自动配比调节 相结合的自动控制；炉压控制是系统监视两段炉 压、炉膛压力，采用单回路自动控制。
(4)完成换向功能：使加热炉每侧的空气烧嘴 共用几个换向阀进行换向；每侧的煤气烧嘴共用 几个换向阀进行换向。
Page 29
Page 8
炉顶：按结构形式分为拱顶和吊顶两种。拱 顶可用楔形砖砌筑或不定形耐火材料捣制而成， 吊顶是由一些特制的异形砖组成，异形砖用金属 吊杆单独地或成组的吊在钢结构上。 在连续式加热炉上多采用吊顶而不采用拱顶， 这是因为它不受炉子跨度限制，便于局部修理， 便于安装烧嘴。炉气在炉膛宽度上铺展均匀。
加热炉多采用PLC系统实现对各点的温度、压 力、流量的调节控制。 PLC系统的功能： (1) PLC系统完成对生产过程中各种数据的采 集，输入/输出信号的变换、处理、显示、记录、 积累、运算、连锁报警等功能。 (2)操作人员能通过对流程画面、趋势记录、 报警等画面的观察，分析问题。可以在控制台上 对各个调节阀进行操作。
Page 32
（3）加热制度：通常用温度制度和供热制度 两种形式表示。温度制度：钢坯周围的温度随加 热时间的变化。供热制度：为保证温度制度，所 供给的热量随加热时间的变化。 加热制度从炉型分为：一段式、二段式、三 段式、多段式
Page 33
3、钢坯的加热缺陷：
（1）钢的氧化：
1）定义：钢坯在加热炉内加热时，钢坯表 面同炉气中的CO2、H2O、 O2、CO等发生反应，生 成氧化铁皮的过程叫钢的氧化。生成的氧化铁皮 即所说烧损，氧化铁皮结构示意图如下：
Page 25
6.余热回收系统
（1）换热器：换热器是余热回收装置的一种， 主要用于回收烟气余热，以提高炉子的热利用效 率。 换热器按材质可分为金属换热器和陶瓷换热 器，金属换热器导热系数高、体积小、气密性好 等；陶瓷换热器可以承受很高的烟气温度，可将 空气预热到800～1000℃，且寿命长。
Page 26
Page 17
（1）工作过程：烧嘴和蓄热体是成对出现的， 当空气和煤气通过烧嘴时，被加热供燃烧所用， 另一侧的烧嘴则充当排烟的角色，同时蓄热体被 烟气加热。当到达换向时刻时，换向阀动作使系 统反向运行，加热好的蓄热体被用来预热空气和 煤气，冷却的蓄热体又被排出的高温烟气加热， 最后排出的烟气只有150～200℃，空气和煤气预 热温度800～1000 ℃左右。
（3）炉子钢结构一般是由钢柱、横梁、拉杆、 拱角梁等组成的钢架。
Page 11
2.冷却系统
加热炉炉底水梁的冷却方式分为水冷却和汽 化冷却。
（1）汽化冷却系统主要设备： ①汽包②除氧水箱③电动循环泵④柴油循环泵 ⑤电动给水泵⑥柴油给水泵⑦定期排污扩容⑧ 连续排污扩容器 （2）汽化冷却工艺原理： 加热炉汽化冷却是一个封闭系统。汽化冷却系 统由软水除氧给水系统、汽包、水梁冷却水回 路三部分组成。
Page 20
（4）换向阀：换向可采用定时换向和定温换向,换向周 期30～60秒左右，由PLC系统进行控制。
五 通 换 向 阀 旋 转 换 向 阀
空气入口
直 通 四 通 阀
接烧嘴A 烟气出口 接烧嘴B
两 位 三 通 阀
Page 21
4.排烟系统
主要由烟道闸板，烟道、引风机和烟囱组成。 （1）排烟系统作用： ①克服烟道阻力，顺利地将烟气排空。②精确 控制炉膛压力。③采用热交换器，最大程度地回 收烟气热量。
（2）加热炉余热回收的途径: ①利用排出炉外的烟气来预热空气和煤气， 提高炉子的热效率；②排出炉外的烟气来生产蒸 汽，以供生产和生活使用。
（3）利用烟气来预热空气和煤气的意义: ①可回收热量，节约燃料；②可提高燃烧温度， 有利于利用低热值燃料；③可改善燃烧过程，改 善燃烧效果。
Page 27
7.自动控制系统
（2）烟道：烟道是连接炉膛和烟囱的通道，要充 分考虑其断面尺寸和密封绝热问题。断面尺寸影 响烟气流动阻力损失，密封性影响排烟系统的吸 力和余热回收率。
Page 22
烟道布置时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。为 了控制排烟量以调节炉膛压力，烟道上必须设置 烟道闸板。 （3）烟囱：烟囱是通常用的一种排烟装置。烟囱 结构有砖烟囱、钢筋混凝土烟囱和金属烟囱。绝 大多数的烟囱采用钢筋混凝土烟囱修建。
Page 5
(5)通过调整步进周期时间，可改变钢料在炉 内的周期时间，以适应不同钢种加热的需要。 (6)轧钢机有故障时，能将钢料从进料口退出， 防止钢料在炉内长期停留而造成氧化烧损和脱碳。 (7)加热时间容易控制，便于实现过程自动化， 适合于计算机操作。
Page 6
二、加热炉的结构
加热炉本体
Page 9
炉底：加热炉的炉底结构基本分为两种： ①固定式炉底—钢坯靠推钢机推动在炉底上运动 如推钢式加热炉。②移动式炉底—机械化的炉底 带动钢坯一起移动，如步进式加热炉。
Page 10
（2）炉子基础一方面要承受整个炉子的质量 不致下沉或倒塌；另一反面还要防止炉底受潮或 遭受地下水的侵袭，保证炉子正常工作。绝大多 数大中型炉子都采用钢筋混凝土修建。
Page 23
5.装出料系统
推钢式加热炉一般有装钢辊道、上料台架， 出钢是斜坡直接滑下；步进式加热炉有装钢机、 出钢机，装、出钢机的水平运动由电动齿轮传动， 升降运动由液压驱动。
Page 24
步进梁的工作原理：
当钢坯放在固定梁上时，低于固定梁平面的 活动梁托起钢坯上升到高于固定梁平面，然后活 动梁与钢坯向前水平运动，到达水平运动距离后， 活动梁下降将钢坯放在固定梁上后继续下降到下 限位置，再作后退运动，回到起始位置，整个过 程为一个矩形轨迹。
加热炉结构
火焰炉 ——火焰或燃烧产物占据炉膛一部分空间，物 料占据另一部分空间。 竖 燃料炉 炉——炉身直立，大部分空间堆满块状物料，炉 气通过料层的孔隙向上流动。 流态化炉——炉内是细颗粒物料的流态化床，气体由下 部通 入。
工
业 炉
浴
炉 ——炉内盛液体介质（熔盐或熔融金属），工
件浸入此介质中进行加热。
（4）按出料方式：端出料、侧出料
Page 3
2.推钢式加热炉：靠推钢机完成炉内运料任务的 连续加热炉。为了避免钢坯与炉底直接摩擦而损 坏炉底与金属表面，在炉底上装有金属滑轨或水 冷管滑道。具有结构简单、操作方便、运行可靠、 造价低廉等特点。 3.步进式加热炉：靠炉底步进梁的往复运动，把 钢坯从进料端送到出料端的连续加热炉。由于推 钢式加热炉的长度受到推钢比的限制，以及钢坯 种类和加热质量的要求，步进式加热炉才发展起 来的。
Page 16
3.燃烧系统
主要包括烧嘴、供风系统、煤气系统、换向系统 等部分组成。 蓄热式燃烧技术： 它是将高温空气和煤气喷射入炉膛，维持低 氧状态下燃烧。空气和煤气温度预热到8000C～ 10000C以上。与传统燃烧过程相比，蓄热式燃烧 的最大特点是节省燃料，减少CO2和NOX的排放及 降低燃烧噪音。 。
Page 12
软水进入除氧器及除氧水箱除氧，除氧后的 软水由电动给水泵（柴油给水泵）送入汽包；汽 包中的水通过电动循环泵（柴油循环泵）强制性 地依次流入下降管、分配水箱、水梁（活动梁、 固定梁、支撑管）、上升管，再回流入汽包进行 汽水分离，组成一个封闭系统。
Page 13
炉底水梁吸收了加热炉的热量后被封闭系统 中不断流动的热水带走，这样系统中带有一定压 力的热水带走了炉膛内炉底水梁的热量，冷却了 处于高温中的炉底水梁并使自身转变成汽水混合 物。系统产生的蒸汽可供外部用户使用，并不断 向系统中补充消耗掉的水。周而复始，这样一个 过程和系统即称为汽化冷却（系统）。
Page 31
Leabharlann Baidu
（2）加热速度：加热时表面温度升高的速度， 单位为ºC∕ h。加热速度越快，炉子单位生产率 越高，钢坯的氧化越少，单位燃耗也越低。但加 热速度除了受到炉子的传热条件和燃耗指标的限 制之外，主要是受到钢坯本身所允许的加热速度 的限制，可归结为两点：①钢坯加热初期，由于 断面温差而产生热应力。加热速度越快，温度差 越大，热应力也越大。这种应力可能超过金属的 强度极限，造成钢坯的破裂。②加热终了时，断 面上的温度差可能超过所要求的最终断面温差， 造成压力加工上的困难。
Page 4
步进式与推钢式加热炉相比有何优点？
(1)适合加热各种形状和尺寸的钢坯，特别适 合推钢式加热炉不便加热的大型板和异型坯。
(2)炉子长度不受推钢比的限制，不会产生拱 钢现象。 (3)料坯之间有一定的距离，不会产生粘钢现 象，而且可根据需要改变钢料之间的距离； (4)钢料靠步进梁运送，因此没有划痕。
Page 18
（2）主要设备：燃烧器、蓄热体、换向阀、控制系统
（3）蓄热体的选择：
1）形状要求：堆体积稳定性、清灰难易程度、加工难 易程度。 2）材质要求：耐高温、良好传热性能、抗热震性好、 强度高 。 3）尺寸要求：尺寸过大，会使蓄热室体积庞大，换 向时间长；尺寸过小，会使换向时间很短，电气和机械设 备都不能适应，换向的损失也随之增大。
Page 14
（3）汽化冷却的优点： 1）汽化冷却的耗水量比直接用水冷却少得多。 仅相当于水冷却的1／30左右。
2）用工业水冷却时，由冷却水带走的热量全 部损失，而汽化冷却所产生的蒸汽则可供生产使 用，可以用来发电。
Page 15
3）炉底水梁采用汽化冷却时，其表面温度比 采用水冷却时要高一些，可以减轻坯料加热时形 成的黑印、改善坯料加热温度的均匀性。 4）采用水冷却时，用工业水，其硬度较高 易结垢，传热效果变差，使炉底水梁发生过热或 烧坏。采用汽化冷却时，采用软水可以避免结垢， 从而可延长炉底水梁的寿命。
冷却系统
燃烧系统
加热炉 排烟系统
装出料系统
余热回收系统 自动控制系统
Page 7
1.加热炉本体
主要由炉膛、炉子基础和钢结构等组成。
（1）炉膛一般是由炉墙、炉顶和炉底构成的 近乎六面体的空间。
炉墙：加热炉都采用直立的炉墙，用粘土砖 砌筑的炉墙，主墙厚度为1.5～2块砖厚（464～ 580mm)。用耐火浇注料砌筑的炉墙，主墙厚度一 般为250～300mm。其余部分为绝热耐火材料，构 成复合炉墙。为提高炉子强度和气密性，炉墙外 面包上4～10mm厚的钢板。
Page 19
蜂窝状蓄热体与小球状蓄热体比较有如下优点:
1）蜂窝体换热面积大，传热能力强。同样换热能力 时，蜂窝状蓄热体的体积只需小球蓄热体1/3～1/4。
2）蜂窝体壁很薄，透热深度小，因而蓄热、放热速 度快，温度效率高，换向时间仅为60秒左右，有利于保证 钢坯均匀加热。 3）蜂窝体内气流通道规则，阻力损失仅为球状的 1/3～1/4，不易产生灰尘沉积堵塞。 4）因小球具有流动性，安装时较为困难，其次蓄热 式烧嘴采用小球方式，由于摆放不下更多的蓄热球，有蓄 热能力不足的现象，会造成炉子严重正压，加热炉升温困 难等问题。
电
炉——以电为热源，可划分为电阻炉、感应炉、电
弧炉三类。
自热炉——炉料自身产生的热量维持炉子的正常工作
如氧气转炉等。
Page 2
一、加热炉的分类
1.连续式加热炉是多种多样的，大致可按下列特 征分类：
（1）按运料方式：推钢式炉、步进式炉、链式炉、 辊底式炉、环形炉等
（2）按供热制度：一段式、二段式、三段式、多 段式 （3）按预热情况：无预热、换热式、蓄热式
（1）加热温度：加热终了时钢坯出炉前的表 面温度。一般来说，加热温度越高，对热加工过 程越有利。因为钢坯温度较高时，塑性较好，加 工时的变形阻力小，能耗消耗量少。同时，轧机 可以增加压下量，提高轧制速度，提高产量，减 轻设备的磨损。但是加热温度受到钢坯过热、过 烧、氧化和脱碳的限制。因此，每一种钢坯的加 热温度都有一个上限，即最高加热温度。