工业炉热工与构造总复习

工业炉热工与构造总复习
1.对炉子的基本要求：（1）能保证加工产品质量达到工艺要求；（2）炉子生产率要高；（3）热效率高，单体产品能耗低；（4）使用寿命长，砌筑和维护方便，筑炉材料消耗少；（5）机械化自动程度高；（6）基建投资少，占车间面积小而且便于布置；（7）对环境造成都污染少。

2.炉子的主要组成部分：（1）炉体及基础（2）热发生装置（3）进出料机构（4）钢结构以及测量和控制仪表（一般为热电偶）等。

另：对于燃料炉来说，还应包括燃料和空气供给系统，排烟系统和余热回收装置以及炉子冷却系统等部分。

3.炉子的附属设备有：炉门、窥洞、烟道闸板、烧嘴、余热器等
4.炉子的分类：（1）按工艺特点分有熔炼炉和加热炉两种。

（2）按能源种类分有燃料炉和电炉。

（3）按工作温度分有：搞温炉（1000摄氏度以上，以辐射传热为主，例如熔炼炉和加热炉）。

中温炉（1000-650摄氏度之间辐射和对流传热占一定比例，多用于钢铁热处理）。

低温炉（650摄氏度以下，换热方式以对流换热为主，多用于干燥以及有色金属及其合金加热，钢铁及有色金属的回火处理）。

（4）按热工操作特点分类：连续操作的炉子，推钢式连续加热炉、步进炉、环形炉、链式炉等；周期操作（或间歇操作）的炉子，均热炉、台车炉、罩式炉、井式炉、反射炉等。

（5）按工作制度分类：辐射式工作制度的炉子、对流式工作制度的炉子、层式工作制度的炉子。

5.火焰的基本特征包括：（1）火焰的几何特征；（2）火焰的析热规律；（3）火焰的辐射特性等。

6.火焰的几何特征包括张角、形状和长度；冷等温自由射流的出口张角一般在18-22度，而火焰由于燃烧反应的影响，气流受热胀冷缩后密度下降体积增加，张角也随之增加，能达到34度左右。

7.火焰的析热规律：对于一维流场来说，一般可以认为它服从指数规律，但具体的关系式则各不相同。

对于某个炉子上燃烧器的析热规律，由于影响因素太多，要比较准确地知道它的析热规律还需测定燃烧产物中可燃气体的含量并计算其蕴含的可释放热量后求得。

8.火焰的辐射特性：它包括火焰的辐射率和吸收率、火焰的温度以及热流密度。

它和燃料的种类、火焰长短、燃烧完全程度等有着密切的关系。

火焰在炉内辐射热流动大小还和火焰与被加热物体之间的相对位置有关。

9.按发射率来说火焰亮度很小的叫暗焰，亮度高达叫辉焰。

10.火焰增碳：往纯冷焦炉煤气中加入部分重油，提高了火焰中小碳粒的浓度，使火焰发射率和辐射能力增大的方法。

11.炉内传热分为炉内辐射传热和炉内对流传热。

12.热电偶所测的的温度既不代表炉气温度，也不代表炉衬温度或者金属温度，而是某种意义上的综合温度，是在该种情况下，测温热电偶所反应的温度，即所谓的“炉温”。

13.数学模型的用途有：（1）炉子热工理论的研究；（2）炉子优化设计；（3）炉子热工计算机控制及自动检测。

14.按炉内被加热工件外部传热参数空间特征，可将炉内传热模型分为零维模型、一维模型、二维模型和三维模型。

15.零维模型：这类模型用于模化炉温比较均匀的室内炉。

一般希望通过模型求出在已知条件下，炉气、炉墙、工件等等温度随时间的变化规律，并预测工件加热时间或燃料消耗量。

16.一维模型：对于炉长比炉宽大的多的炉子来说，炉气温度沿长方向有明显的变化，而在炉宽及炉高方向炉气温度变化比较小，可以认为是均匀的，这属于一维模型。

17.二维模型：炉长和炉宽方向炉气温度变化明显，而炉高方向可以认为炉气温度是均匀的。

18.三维模型：三个方向的炉气温度都不均匀都要考虑的模型。

19.热量有效利用系数：有效热与供给炉膛或炉子总热量之比。

20.降低炉子燃耗的主要措施：（1）采取增加供风量来提高空燃比，选用结构合理，能够保证空气和燃料充分混合、调节比较大的燃烧器，或是采用新的燃烧技术，实现空燃比的自动控制等。

（2）减少烟气带走的物理热量，利用换热器或蓄热装置将其充分回收利用，重新返回炉膛。

（3）减少炉膛的各项热损失。

（4）控制炉子小时产量，提高炉子作业率。

（5）调整生产结构，加强调度管理，采用新的工艺技术，加强节能意识，通过教育提高生产人员素质等。

21.热工因素主要是指影响金属加热外部传热和内部传热的诸因素。

外部传热的影响，主要是指影响炉膛热交换的各种因素。

内部传热的影响，主要是指和被加热物料有关的物理性质和料坯尺寸等因素。

22.影响炉子生产率G的因素有：（1）炉膛热平衡a.炉子热负荷；b.空气、煤气预热代人热量Qyu；c.钢加热所需单位焓增量ΔI；d.出炉废气带走的热量Qy；e.炉膛各项热损失ΣQsh。

（2）炉内热过程a.平均辐射温差 b.综合导来辐射系数 c.对流传热系数 d.料坯厚度 e.被加热金属的热物理性质。

23.金属加热工艺包括：金属的加热温度和加热的均匀性、加热速度和加热制度。

24.钢内部的传导传热一方面决定于沿断面的温差，另一方面和他本身的热物理性质有关，即和导热系数λ、热扩散率a有关。

25.钢的导热系数和其化学成分、温度、显微组织和夹杂物情况、热加工情况等有关。

26.随着合金化程度的增加，钢的导热系数是降低的。

27.钢的显微组织是和钢的化学成分密切相关的，珠光体钢的导热性最好，其次为铁素体或马氏体钢，最差的是奥氏体钢。

28.钢的比热容和化学成分、温度、组织结构等有关。

1）钢的化学成分对钢的比热容影响并不大；2)随着温度的增加，碳钢及合金钢的比热容稍有增加；3）在相变温度范围内比热容有较大的波动。

29.钢的加热温度是指加热完后钢的表面温度。

30.钢热加工最合适的温度主要由钢的塑性及变形抗力来决定。

31.过烧是指钢晶界发生熔化而后遭到氧化，因而晶粒间失去塑性，热加工后表面出现严重裂纹，严重时甚至会断裂成数块，过烧后的钢是无法挽救的，只能报废。

32.过热是指钢加热温度太高而时间又长结果晶粒过分长大，因而使塑性降低，热加工后表面出现裂纹。

33.钢的加热温度一般随钢中碳含量的增加而降低，这对碳钢及合金钢都是适用的。

34.加热速度通常指的是金属表面升温速度（摄氏度/小时），或者指加热单位厚度金属所需要的时间（分钟/厘米）以及单位时间加热金属的厚度（厘米/分钟）等。

35.对于薄材料来说，加热速度仅仅受到炉子给热能力的限制，但对厚材料来说加热速度受到两方面因素的限制：一是金属本身允许的内部温差，二是炉子的加热能力。

36.不同钢种的加热制度包括：钢的最终加热温度、断面允许温差、允许各阶段加热速度以及炉温制度和加热时间等。

37.氧化铁皮的分层：最外层为Fe2O3占10%，接着为Fe3O4占50%最里面和金属表面相邻接的一层为FeO占40%。

因此可以认为氧化铁皮的平均成分接近于Fe3O4，其含铁量为75%
38.FeO的熔点为1577摄氏度，Fe3O4的熔点为1538摄氏度，Fe2O3的熔点为1560摄氏度。

39.影响氧化的因素：（1）温度的影响。

钢在200摄氏度以前氧化是非常缓慢的，在200-500摄氏度时仅仅在钢表面上生成一层很薄的氧化层，当温度升到600-700摄氏度时，开始比较显著的氧化，并生成氧化铁皮，从900-1000摄氏度，氧化速度剧烈增长，当温度高于1300摄氏度时，氧化铁皮熔化，氧化进行的更为强烈。

（2）加热时间的影响。

钢的加热时间越长生成氧化铁皮量越多。

（3）炉气成分的影响。

炉气成分一般包括CO2、CO、H2O、
N2、O2、H2、CH4等。

（4）钢的化学成分的影响。

钢中含有Cr、Ni、Si、Mn、Al、等元素时，由于这些元素氧化后能生成很致密的氧化膜，这样就阻碍了金属原子或离子想外扩散，结果使氧化速度大为降低。

40.控制影响氧化的一些因素：1）要掌握好加热温度和时间这两个重要因素。

2）减少冷空气吸入，特别是减少炉子高温区吸入冷空气。

3）采取特殊措施，对减少氧化的收效较大。

41. H2O脱碳能力最强，其次为CO2，H2的脱碳能力最弱。

42.影响脱碳的主要因素：1）加热温度及时间的影响。

2）炉气成分的影响。

3）合金元素的影响。

4）其他因素的影响。

43.减少脱碳的措施：1）对于易脱碳钢种应该采取特殊的加热制度。

2）采用合理的加热方式及炉型结构。

3）改进加热操作。

44.连续式加热炉主要类型包括推钢式连续加热炉，环形炉和步进炉。

45.推钢式加热炉的优点：产量高、结果简单、投资省、建造快、维修方便。

46.“炉型”包括炉膛空间形状、尺寸、燃烧器种类、布置以及排烟口的布置等。

47.提高炉子小时产量的方法，一是将炉子加长，二是多增设供热点。

48.连续加热炉温度制度指的是在稳定生产状态下各热工参数都不随时间变时的情况，这时炉温仅是炉长的函数。

49.影响各段炉温（或炉气温）Ti的一些主要因素包括：燃料供入量B、燃料发热量Qar,net、析热系数φ、空气消耗系数n、推钢速度Vc（通过该段料坯质量Gm表现出来）、炉气再循环倍率R、料坯热物性λm、Cm、am以及加热厚度S（x=S）、受热面Fm等等。

50.最佳温度：指在满足炉子加热质量的前提下完成规定的炉子生产率，最低的单位燃料消耗量和金属烧损量。

51.炉内静压场是由三个分压场组合而成的、包括：1）有烟囱或排烟机一闸板等形成的压力场；2）由于炉内炽热气体存在受到周围环境（大气）作用产生的几何压头形成的压力场；3）由于炉内气体运动引起的压力场。

52.改善端出料炉头吸冷风度措施：1）增加均热段烧嘴的角度，一般和水平成15-18度。

2）出料口采用火封。

3）在出料口下面开支烟道，采用反向烧嘴。

53.减小或消除钢坯水管黑印度主要措施有：1）改进滑动水管结果，尽量减少横水管根数以改善下部热交换；2）滑动水管绝热；3）减少滑道和钢坯下表面的接触面积；4）采用无水冷滑轨。

54.环型炉的工作原理：将被加热的料坯由加料机送入装料门放在炉底上，料坯随着炉底一
起缓慢旋转。

在炉子外侧和内侧墙上装有一定数量的烧嘴或喷嘴，对料坯进行加热，均热及预热。

被加热好的金属料坯最后从出料门由出料机取出供轧制或锻造用。

55.步进炉：是依靠步进梁的有顺序的运动使加热的料坯在炉内逐步地从炉尾移动到出料端，使钢坯达到规定的温度后出炉。

56.步进炉炉底基本可以分成两大部分，活动部分和固定部分。

57.步进机构包括动梁（床）提升和平移运动机构以及驱动机构两部分，其中提升运动机构是最关重要的。

58.步进炉的优越性：1）加热灵活性。

2）加热质量好。

3）炉长不受限制。

4）操作方便。

5）便于实现自动化操作。

59.分室式快速加热炉适合于断面尺寸较小，断面形状一致，较长的钢管、方坯、板坯、棒材等的加热。

60.分室式炉整个炉子由数十个分室组成，主要是加热段，也可包括均热段。

61.实现快速加热的方法：1）提高炉温。

2）提高气流速度，强化对流传热。

3）金属表面充分受热。

4）在每个分室内炉温基本上是恒定的，为了控制加热制度，可以由几个分室（4-8个）组成一个温度区，整个炉子划分成几个温度区进行控制，甚至还可以实现每个分室单独温度控制，这样可以使整个炉温控制得更精确。

5）控制供给炉膛热强度（W/m3）。

6）分室式快速加热方坯时钢坯棱角处温度最高，故应注意防止局部烧坏。

62.分室式快速加热炉的缺点：1）加热金属料坯尺寸及形状有一定的局限性。

2）炉衬使用条件较恶劣（指以辐射传热为主要加热方式的炉子），如果没有高温使用性能良好的耐火制品做炉衬则不能保证炉子的正常运行。

3）氧化铁皮易熔结在炉衬上，清理困难。

4）由于出炉废气温度比较高，炉子分室数目又多，故对预热设备材质及安装要求都比较高，如果没有预热设备则燃耗又太大。

5）炉辊在高温下工作，寿命仍是个问题。

6）要求较高的操作和调节水平；要求炉温控制准确，负责容易过烧；要求轧机正常工作，否则给炉子操作带来困难，同时也影响炉体寿命。

7）要求使用高发热量燃料，燃料成本高。

8）产量高时整个炉子太长，会给车间布置带来困难。

63.热处理炉采用的燃料有固体燃料、液体燃料和气体燃料。

64.电加热的优点有：炉温便于控制、稳定、炉内气氛可自由选择，热效率高，设备简单紧凑，环境洁净、自动化程度高、劳动条件好等。

其主要缺点是热处理成本高。

65.间接加热的优点：a.工件周围气氛可以人为控制，工件表面质量能得到保证；b.可获得温度相对均匀的辐射面。

66.改善炉温度途径：1）加强炉气循环。

2）降低火焰温度。

3）避免局部过热。

67.热处理炉热工的特点：1）炉温均匀性好。

2）加热速度慢，生产率低。

3）热效率低，单位热耗高。

68.吸热式气氛：以可燃气体（天然气、液化石油气、城市煤气等）为原料气，将原料气与空气按一定比例混合，送人装有催化剂的、由外部供热的反应罐内进行反应，然后将反应产物迅速冷却，即制得吸热式气氛。

69.放热式气氛：将原料与空气按一定比例混合，送入燃烧室进行不完全燃烧，并使燃烧产物迅速冷却除水后得到的一种气氛。

70.常用可控气氛：吸热式气氛、放热式气氛、氮基保护气氛、滴注式气氛。

71.可控气氛检测法有气体分析法、露点测定法和直接定碳势法等。

72.可控气氛炉的构造特点：必须保证炉子密封性——炉壳采用连续焊缝，炉门和门框接触面进行机加工，所有孔洞都有密封装置，设有前室和加热室，火帘和防爆装置。

73.熔池搅拌方式；1）气体射流的作用，2）电磁力的作用，3）机械搅拌。

气体射流最常用，分为顶吹，底吹，侧吹射流。