第7章加热炉的基本结构

热到700℃以上。陶质换热器体积很大，气密性差，不能用 来预热煤气。
一、金属换热器
空气预热温度小于350℃-------碳素钢 高于350℃--------铸铁
一、金属换热器
1.管状换热器 2.针状换热器和片状换热器 3.辐射换热器 4.喷流换热器
1、管状换热器
安装在烟 道内
吊挂式
管状换热器
2、针状换热器---不能预热煤气
废气
1-4m／s
空气3-8m／s
2、片状散热器
3、辐射换热器
辐射对流式
辐射
对流
4、喷流换热器
内管 20-30m/s
换
热 壁 面
高 温 烟
气
二、陶制换热器
• 陶质换热器可以把空气顶热到800-1100℃。寿命一般比金属换 热器长。缺点是体积大，气密性差，新砌的漏气量在10％-12％， 操作过程中增加到30％-40％。由于漏风，换热器内废气与空气 的流速不能太大，废气0.3-2m／s，空气1-2m／s。
• 为了避免钢锭与炉底耐火材料的直接接触， 减少推钢的阻力和耐火材料的磨损，在单 面加热的连续式加热炉或双面加热炉子的 实底部分装有金属滑轨，双面加热的炉子 采用水冷管滑轨(图7-3d)。
• 机械化的炉子上，炉底结构都是和装料、 出料、炉料的传送机构连在一起的，例如 步进式炉、环形加热炉(图7-3e)、链式加热 炉、辊底式炉、车底式炉、转底式炉等。
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• 拱顶是用楔形砖砌成的，有环砌与错砌两种。 拱顶参数包括：内弧半径R, 拱顶跨度B, 拱顶中
心角a，弓形高度h。
• 中心角a为60度的拱顶，此时半径R等于跨度量或略小 一些, B=2Rsin（a/2）=2Rsin（30度）=R
• 弓形高度h为跨度的12％-18％B。
• 拱顶两边支承在拱脚砖上，拱脚砖所受的力可分解为垂 直与水平方向的两个力：
• 炉壳钢板厚4-10mm。
• 炉衬材料的选择一般由炉膛使用温度和炉墙的承载 负荷确定。
• 炉门：
炉墙
– 炉门洞口截面尺寸需保证装、出料方便．炉门洞口尺寸通常 稍大于装料尺寸，而小于炉膛截面尺寸，这可以减少炉门开
启式的热损失炉门洞口砌体常受工件摩擦碰撞，应采用重质 或其他较坚固的耐火砖砌筑。
• 窥视孔--观察孔 尽量少
7.1.5炉子的钢结构
炉底采用8—10 mm，护炉壳其他部分多用3—5mm钢板
钢结构有哪些形式？
• 主体是竖钢架，可以用槽钢、工字钢等， 下端用地脚螺丝固定在混凝土基础内，上 端用连接梁连接起来(图7—5a)。
• 也可以采用活动连接的方式，即竖钢架的 上下端用可调整的拉杆连接起来，开炉时 可以根据炉子膨胀情况，调整螺丝放松拉 杆，正常生产后很少再去调整拉杆的松紧 (图7—5b)。
7.1.3炉底结构--抗压
• 实炉底-并非直接砌筑 在炉子的基础上，而 是架空通风的．
• 即在支承炉底的钢板 下面用槽钢或工字钢 架空，避免因炉底温 度过高，混凝土基础 受损．这是因为普通 混凝土温度超过300度 时，其机械强度显著 下降。
• 单面加热的炉子，炉底都是实心炉底。
• 双向加热的炉子，炉内的炉底通常分实底段 (均热段)和架空段两部分，也有的炉子的炉底 全部是架空的。
– 可随时观察炉内工件受热情况，发现加热炉膛内的各种问题。
– 设计观察窗时应力求结构简单，观察高度适宜，其尺寸的大 小，在满足观察视野的前提下，应尽量的小。
• 烧嘴孔
• 测温孔：可用光学、光电高温计、红外测温仪从孔口进行温度
测量。
7.1.2炉顶
• 分类：拱顶（炉子跨度小于3-4m时采用拱 顶）、吊顶。
如果跨度较大，一般均用吊顶。
• 吊顶是由一些异型砖组成的，吊顶砖用金属吊杆 单独或成组地吊在炉子的钢结构上。
• 图7-2是吊顶结构。 •
吊顶
• 吊顶砖的材料：用黏土砖、高铝砖、镁铝砖，外 面一般不铺绝热材料，否则炉顶砖的上表面温度 可升得很高，吊挂炉顶的金属构件会因此而被拉 长或拉坏。
• 应用：和拱顶相比，吊顶不受炉子跨度的限制， 但它的结构复杂，造价较高，只在大炉子上采用。
通常为1.5- 2砖厚 • 炉子两端的炉墙称为端墙，端墙的厚度视
烧嘴、孔道的尺寸而定，一般为2- 4砖厚。 • 炉墙通常用标准直型砖平砌而成，炉门的
拱顶和炉顶拱脚处用异型砖砌筑。 • 炉墙上设炉门、窥视孔、测温孔等。
7.1.1炉墙
• 冷壁式炉墙：管子排 列越密对炉墙保护效 果越好.
• 热壁式炉墙：一般炉墙
国内试验成功
• 棕刚玉-碳化硅滑轨：棕刚玉(即电熔刚玉），以 85%的棕刚玉加入15％碳化硅，再加5％磷酸铝作 高温胶结剂，可以得到达到滑轨要求的材料。
• 800℃以上高温区：用棕刚玉-碳化硅滑轨砖及高 铝碳化硅座砖。
• 800℃以下：金属滑轨和黏土座砖
7.2.2汽化冷却
• 汽化冷却的基本原理是：水在冷却管内被加热到沸点，呈汽 水混合物进入汽包，在汽包中使蒸汽和水分离。分离出来的 水又重新回到冷却系统中循环使用，而蒸汽从汽包中引出可 供利用。
7.1.3炉底结构
• 炉底厚度：200-700mm • 炉底的下部可以用绝热材料隔热，最上部要接触
1200-1250度的高温，还有氧化铁皮的作用，故 多采用镁砖。 • 为了便于清除氧化铁皮，还可以在镁砖上再铺层 40-50mm厚的镁砂或焦屑。 • 1000℃左右的热处理炉或无氧化加热炉，因为没 有氧化铁皮的侵蚀问题，炉底也可以用黏土砖。 • 一些现代的炉子、实炉底也采用一些高级耐火材 料。如电熔锆莫来石砖或刚玉砖。
7.2.1炉底水冷结构
纵水管 炉底水管
炉墙 耐火砖柱
横
水
滑轨
炉底水管管
回 线 型 横 水 管
炉底水管的绝热：
• • 水冷表面达到炉底面积的40-45% 黑印 • 措施：绝热包扎 • 现多采用耐火浇注料或可塑料包扎炉底水
管。 • 用耐火浇注料或可塑料包扎水管时，在管
壁上焊上锚固钉或加耐热钢纤维，能将包 扎层牢固地粘附在水管上。
耐热钢纤维
复合(双层)绝热包扎： 内层：采用一层10-12mm 的石棉或耐火纤维。
外面：再加40-50mm的耐 火可塑料，10mm的耐火纤 维相当于50-60mm可塑料 的绝热效果。
这样的双层包扎绝热比单 层绝热可减少热损失20％30％。
无水冷滑轨，最早的是用铸钢条直接砌在炉底耐火 砖轨．只能用于单面加热的小型加热炉上(图7-10)。
换热器根据材质不同，可以分为哪 两类？各有哪些优缺点？
• 金属换热器：导热系数大，体积小。一般焊接，气密性
好。可以利用温度较低的废气(500-700℃)，使用范围较大， 承受的温度有限，一般钢质换热器只能把空气预热到400500℃，耐热钢也只能把空气预热到600-700℃。
• 陶制换热器：可以承受1000℃以上的废气，能把空气预
•
2、滑轨
•
为避免坯料在水冷管上直接滑动时将钢管壁磨损，在
和坯料直接接触的纵水管上焊有圆钢或方钢，称为滑轨，
磨损以后可以更换，而不必更换水管。
•
3、炉底水管支撑结构
•
横水管：高温段 间隔1-3.5m 跨度不大
•
双水管，回型横水管：跨度大
•
4、纵水管间距：0.6-2m 钢锭两端应比水管宽出100
一150mm。
•
注意事项
• （1）应避免将炉子和其他设备放在同一基础 上，以免由于负荷不同而使基础开裂或设备倾斜。
• （2）基础应尽可能建在地下水面以上，如果 地下水位太高，则炉子基础(及烟道基础)应建成 混凝土的坑式基础(图7—4e)。
• （3）如果炉底不是架空通风的，则要适当考 虑热膨胀的问题。
7.1.4炉子基础
7.3.1换热器
换热器分为三种形式： 顺流、逆流、交叉流，
三种形式的组合： 正交逆流式、 正交顺流式等。
顺流式、逆流式的比较
• 逆流式热效率高，结构紧凑-----应用多。 • 顺流式，换热器器壁温度均匀。
逆流式比 顺流式将 空气预热 到更高的 温度
换热器的传导方式
废气：对流、辐射 空气：对流---提高空气流速
7.1.3炉底结构
7.1.4炉子基础
• 1、基础作用：是炉子的支座，它将炉膛、 钢结构和被加热金屈的重量所构成的全部 载荷传到地面上。
• 基础的大小不仅与炉子有关，还和不同 的土壤承重有关。
2、炉子基础的材料：
•
可以采用混凝土、钢筋混凝土、红砖、毛石。
• 大中型炉子都用混凝土基础，只有小型加热炉 才用砖砌基础。
• 陶质换热器是用耐火黏土制的异型砖构成，它的热阻比金属换 热器大得多，所以综合给热系数只有3.5-12w／(m2．℃)，而金 属换热器要高几倍至十几倍。
• 为了降低热阻，换热器元件的壁厚应设法减薄，一般为1218mm，但必须的保证有足够的强度。采用碳化硅质的换热器 元件是改进材质的一大进展，碳化硅导热性好，耐火度、抗渣 性、耐急冷急热性都很好，是比较理想的换热器壁材料，但是 价格太高因而限制了它的广泛应用。
• 7.1.1炉墙 • 7.1.2炉顶 炉衬 • 7.1.3炉底 • 7.1.4基础 • 7.1.5炉子的钢结构
炉墙、炉顶和炉底通称为炉衬。
• 炉衬：耐火层、保温层、防护层和钢结构。 • 耐火层：直接承受护高温气流冲刷和炉渣侵蚀，通常采用各
种耐火材料经砌筑、捣打或浇注形成； • 保温层：其功能在于减少炉衬的散热损失，改善现场操作条
• 汽化冷却系统包括软水装置、供水设施(水箱、水 泵)、冷却构件、上升管、下降管、汽包等。
7.2.2汽化冷却
• 优点：降低耗水量；减少热损失 • 水汽化冷却时吸收的总热量大大超过水冷却
时所吸收的热量。因此，汽化冷却时水的消 耗量降到水冷却时的1／25—1／30。 • 一般连续加热炉水冷却造成的热损失占热总 支出项的13％一20％，而同样炉子改为汽化 冷却时，热损失可降到10％以下。
第7章 加热炉的基本机构
7.1炉膛和钢结构 7.2加热炉的冷却系统
7.3余热利用设备
加热炉的组成
• 加热炉—般由以下各部分组成： • 炉膛，燃料系统，供风系统，排烟系统，
冷却系统，余热利用装置等。
• 炉膛是由炉墙、炉顶、炉底(包括基础)组成的一 个空间，是金属进行加热的地方。
7.1炉膛和钢结构
温度系数K
炉子跨度小于3-4m时采用拱顶，
• 拱顶的材料可直接用耐火砖修砌，也可用耐 火混凝土浇注或用预制块。
• 高温炉(1250-1300度)的拱顶采用硅砖或高铝 砖。
• 耐火砖上面可以用硅藻土砖绝热，也可以用 矿渣棉等散料作绝热层。
• 为了砖的膨胀，拱顶砌砖要留膨胀缝，
– 每1m炉顶膨胀缝为：黏土砖5-6mm，硅砖1012mm，镁砖8-10mm。
7.3余热利用设备
• 为什么要有余热利用设备？
余热利用有那两个途径？
• 1、废气预热空气、煤气----换热器、蓄热器 • 2、废气生产蒸汽、热水----余热锅炉
烟煤：23MJ/kg 重油40-42MJ/kg 发生炉煤气：10-11MJ/kg
• 都有哪些余热利用设备？
7.3余热利用设备
• 7.3.1换热器 • 7.3.2蓄热室 • 7.3.3余热锅炉
7.1.5炉子的钢结构
• 为什么要有钢结构？钢结构有什么作用？
• 为了使整个炉子成为一个牢固的整体，在长期高温 的工作条件下不致严重变形，炉子必须设置由竖钢 架、水平拉杆(或连接梁)组成的钢结构。
• 钢结构要能承受炉子拱顶的水平分力或吊顶的全部 重量，并把作用力传给炉子基础。
• 此外，炉子的钢结构还起一个框架的作用，炉门、 炉门提升机构、燃烧装置、冷却水管和其他一些零 件都固定在钢结构上。
由耐火层、保温层和保温 板组成。
炉墙
• 耐火层：直接承受炉内高温的作用和炉内气氛或炉 内加热介质的侵蚀，炉衬的结构强度主要决定于耐 火层。
• 保温层：主要起到保温绝热作用，使炉衬热损失减 火，炉壳温度不致过高，而对炉衬结构强度只起辅 助作用。
• 保温板：起均温、平整、吸潮等作用，一般选用510 mm厚的水泥石棉板，对炉外壳钢板起到了保护 作用。
件； • 防护层：通常采用建筑砖或钢板，其功能在于保持炉衬的气
密性，保护多孔保温材料形成的保温层免于损坏。 • 钢结构：是位子炉衬最外层的承载框架，其功能在于承担炉
衬、燃烧设施、检测仪器、炉门、炉前管道以及检修、操作 人员所形成的载荷，提供有关设施的安装框架。
7.1.1炉墙
• 炉墙分为侧墙和端墙。 • 沿炉子长度方向上的炉墙称为侧墙，厚度
计算
7.2加热炉的冷却系统
• 1、组成：加热炉的冷却系统是由加热 炉炉底的冷却水管和其他冷却构件组成。
• 2、冷却方式：冷却方式分为水冷却和 汽化冷却两种。
• 7.2.1炉底水冷结构 • 7.2.2汽化冷却
7.2.1炉底水冷结构
•
1、炉底水管：纵水管 是用厚壁无缝钢管组成，内径
50-80mm，壁厚l0—20mm。