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加热炉工培训讲义

第一章 传热原理

1.1 传热及传热的方式

1.1.1 传热：不同温度的两个物体放在一起，不久便发现高温物体的温度降低了，低温物体的温度升高了。这说明有一部分热量从高温物体传到了低温物体。这种现象称为传热。

1.1.2 传热的方式：分对流传热、传导传热、辐射传热三种方式。

1.2 对流传热

1.2.1 定义：依靠流体（液体或气体）本身流动而实现的热传递叫做对流传热。

1.2.2 自然对流传热：由于流体受热后体积膨胀、比重减小而上升，或流体冷却后体积收缩、比重增加而下降所产生的对流传热叫自然对流传热。

1.2.3 强制对流传热：依靠外力强制流动来实现的热量传递叫强制对流传热。

1.3 传导传热

1.3.1 定义：物体通过接触，并没有发生物质的相互转移而传递热量的方式叫传导传热。

1.3.2 导热系数：单位厚度上存在1℃温差时所导热的热流值来衡量不同物质导热性能的差异，称为导热系数。千卡/米*时*摄氏度

1.3.3 传导热流的计算公式：()21t t s q −=λ

式中：q ——温降方向上的热流，千卡/平方米*时

λ——导热系数，千卡/米*时*摄氏度

s ——物体厚度，米

21t t −——物体厚度上的温差，摄氏度。

1.4 辐射传热

1.4.1 定义：物体间依靠电磁波互相辐射传导热量的方式叫辐射传热。辐射传热无需中间介质，热量传递不仅由高向低也由低向高的方式互相传递热量。

1.4.2 气体辐射传热：加热炉燃烧气体中CO 2、H 2O 、SO 2气体能够吸收和辐射能量。这种气体的辐射传热对钢料的加热很重要，特别是采用煤气无烟燃烧的加热炉，火焰的绝大部分是靠燃烧产物中CO 2和水蒸气辐射传热传给钢料的。

1.5 热量在炉内的传递

加热炉的烧嘴燃烧时，火焰中的热量靠对流和辐射方式传给炉壁和钢坯。对流传热主要取决于贴近炉壁或钢坯表面的炉气流速。为避免局部过热，火焰一般不宜冲着炉壁或钢坯，钢坯只与火焰的边缘接触，因此对流传热强度不大。

火焰对钢坯的辐射传热有两个途径，一个是钢坯直接接受火焰的辐射热；另一个是以炉壁为介质传递热量。炉壁的作用一方面是反射来自火焰的辐射热，另一方面是吸收辐射热提高自身温度，再将热量辐射给钢坯。因此炉内仍以辐射传热为主。

第二章燃料及其燃烧

2.1 燃料性质

工业生产用的燃料资源主要有煤、石油和天然气。这些燃料都可以直接作为加热炉的燃料。按形态分，煤为固体燃料，石油为液体燃料，天然气为气体燃料。

2.1.1 燃料的发热值：单位重量的固体燃料/液体燃料或单位体积的气体燃料完全燃烧后所放出的热量称之为该燃料的发热值。发热值是评价燃料质量好坏的一个重要指标，也是计算燃烧温度和燃料消耗量时不可缺少的依据。单位是：千卡/公斤——固体燃料和液体燃料（按重量计算）

千卡/立方米——气体燃料（按体积计算）

2.1.2 煤的成分和发热值

成分：可燃成分C、H，不可燃成分O、N、S、H2O、灰分。

发热值：5200~6500千卡/公斤

2.1.3 重油的成分和发热值（重油是石油经过加工提取出汽油、柴油、煤油和润滑油后所剩下的分子量较大的渣油。）

成分：可燃成分C、H，不可燃成分O、N、S、H2O、灰分。

发热值：9500~10000千卡/公斤

2.2 气体燃料及其燃烧

气体燃料是指除天然气外，在冶金企业还有大量属于二次能源的副产品煤气，如高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气，还有煤在发生炉内制造的发生炉煤气。

2.2.1 气体燃烧的特点：

①气体燃料的燃烧最容易控制，容易实现自动控制；

②气体燃料容易与空气混合，可达到完全燃烧的要求；

③气体燃料相对煤和重油属清洁能源，有利于生产环境的改善。

2.2.2 气体燃料的组成：

由一些单一的气体和气体混合物组成，其可燃成分有CO、H2、CH4、C2H4及其他重碳氢化合物，不可燃成分有CO2、N2、H2O。

2.2.3 天然气的性质：

天然气是一种发热值很高的优质燃料，它的主要可燃成分是CH4（甲烷），含量可达90%以上，还含有较多的C m H m（重碳氢化合物），其发热值约为7600~9500千卡/立方米。

2.2.4 焦炉煤气的性质：

焦炉煤气是炼焦产品的副产品，1吨煤在炼焦过程中得到730~780公斤焦炭和300~350标准立方米焦炉煤气。它的主要可燃成分是H2，其含量达55~60%，其次是CH4达24~28%。它的发热量约为4000千卡/立方米，是一种高发热量的优质燃料。

2.2.5 高炉煤气的性质：

高炉煤气是高炉炼铁过程中产生的一种副产品，每生产1吨生铁大约可得到3500~4000立方米高炉煤气。它的主要可燃成分是CO，含量为25~30%，其次是H2，只有2~3%。因高炉煤气含有大量的N2，约55~58%，所以发热值较低，只有800千卡/立方米左右。高炉煤气含有大量的CO，在使用时应特别注意，防止煤气中毒。

由于高炉煤气发热值低，一般在工业炉中不单独使用，常与高热值煤气混合使用，或者把空气和煤气预热到较高温度的情况下使用。

2.2.6 转炉煤气的性质：

转炉煤气是纯氧顶吹转炉炼钢过程中所产生的一种副产品，每生产1吨钢可产生60~70立方米转炉煤气。它的主要可燃成分是CO，含量60~90%。它的发热量为1600~2000千卡/立方米。

2.2.7 发生炉煤气的性质：

发生炉煤气是专门用煤制造的气体燃料。一般是在煤气发生炉内从上部加入块状煤，从下部加入空气和蒸汽，在炉内进行不完全燃烧的气体燃料。其可燃成分是CO，约26~30%，其次是H2约12~15%。它的发热量约1200~1500千卡/立方米。

发生炉煤气含有较多的水分、焦油和粉尘，必须进行净化后再使用，这包括冷却、除尘和干燥过程。

2.2.8 空气系数

在实际生产条件下，为了保证燃料的完全燃烧，一般都要供给比计算出的理论空气需要量多一些的空气。实际供给的空气量与理论需要的空气量的比值，称为空气过剩系数或空气系数，一般用n表示。n=Ln/Lo

在燃烧煤气时，因混合条件不同n值也应当不同，一般取n=1.05~1.10。2.2.9 燃烧煤气时煤气与空气的混合条件

燃烧煤气时，由于对火焰形状和结构的不同要求而采取不同的混合方式。影响煤气与空气很合的因素有：

①两种气流在炉内相交时气流直径的大小；

②两种气流相交的角度大小；

③两种气流的相对速度；

④气流旋转的强弱。

燃烧煤气用的多种烧嘴就是按不同混合条件而设计的，以便得到不同形状的火焰。

2.2.10 煤气的有焰燃烧

有焰燃烧的特点是煤气与空气在炉内边混合边燃烧，因此火焰的长度、宽度以及它的温度分布情况主要决定于煤气与空气的混合条件和混合规律。燃烧的火焰明亮可见，火焰较长。

2.2.11 煤气的无焰燃烧

煤气的无焰燃烧是煤气和空气在燃烧前预先混合均匀，在专用的烧嘴砖内就完成了燃烧过程，燃烧的速度快，火焰很短，甚至看不见火焰。

无焰燃烧与有焰燃烧的主要区别：

①燃烧速度快，单位空间的供热量大；

②由于预先混合，可用较低的空气系数，一般为 1.02~1.05，其燃烧温度高且高温区集中；

③因煤气来不及分解，火焰不明亮；

④因为煤气和空要预先混合，为防止混合过程中着火，空气煤气预热温度不能太高。

2.2.12 流体力学中常见的名称和单位

①压力：单位面积上所受的作用力叫压力。单位：公斤/平方厘米。现在习惯上简称压力为“公斤”，用于计量蒸汽、水、压缩空气等压力。国际单位制中规定压力单位为“帕斯卡”，简称“帕”，以符号Pa表示。压力单位的换算关系：

1公斤=98100帕