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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1C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：q t1 t2

s

式中：q——温降方向上的热流，千卡/平方米*时

导热系数，千卡/米*时*摄氏度

s 物体厚度，米

匕t2――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C02、H20、SO2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C02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/公斤一一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0、N、S、H20、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0、N、S、H20、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C02、N2、H20。

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C0,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C0,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。

226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

1公斤=10000毫米水柱

1毫米水柱=9.81Pa

②流量：单位时间流体通过某截面的量。单位：公斤/小时、立方米/小时

③流速：单位时间内流体流动的速度。单位：米/秒、米/分、米/小时。

第三章炉子热工制度的控制与调节

3.1炉子的热工制度

3.1.1定义：根据被加热工件及加热目的所制订的加热炉操作必须遵循的热工作状况称为热工制度。

3.1.2热工制度中的基本系数：是指燃料消耗量、燃料的发热量、空气消耗量、空气温度、供热分配比例、钢在炉内的加热时间或产量、坯料规格、钢种、钢的物理参数或加热特性、坯料装炉温度、钢的加热温度、炉气温度和炉膛压力等。

3.1.3热工制度基本参数之间的关系

3.1.3.1基本参数包括：坯料参数、温度制度、供热制度、炉膛压力。

①坯料参数包括：钢种、坯料规格、钢的物理参数或加热特性、坯料装炉温度。

②温度制度包括：钢的加热时间或产量、加热温度、炉膛温度分布。

③供热制度包括：燃料消耗量、供热分配比例、燃料发热量、空气消耗量和空气温度等。

3.1.3.2参数之间的相互关系：坯料参数是制订温度制度的依据，温度制度是保证坯料获得良好加热的条件，温度制度是制订供热制度的依据，供热制度是保证实现温度制度的条件。此外，还有炉膛压力参数，它对保证实现供热制度和温度制度都起着作用。

3.2钢的加热工艺

3.2.1钢的加热要求：

①加热温度应该达到规定的温度，不产生过热、过烧或脱碳；

②坯料的加热温度应沿长度、上下、表面和内部均匀一致；

③钢在加热过程中产生的氧化烧损应最少。

3.2.2钢的加热温度

定义：规定的钢锭或钢坯出炉时应达到的温度称为加热温度。

选定钢的加热温度与钢的成分有关，特别与钢的含碳量有密切关系。钢加热温度的最高极限是根据铁碳合金平衡图的固相线确定的，允许的最高加热温度应

在固相线以下100~150C。钢加热温度的最低极限取决于轧、锻终了时的允许温度，通常为800~850C。

3.2.3钢的加热制度

定义：在钢的加热过程中，炉子操作必须遵守的各种规定，总称为加热制度。加热制度的内容包括钢料的加热温度、断面允许温度差、各阶段允许的加热速度、炉温制度和加热时间等。

3.2.4钢的加热时间

定义：在规定的温度制度下，钢料在炉内达到规定的加热温度所需要的最短时间称为钢的加热时间。

加热时间是加热速度的一种表征，是预热、加热和均热各阶段所需时间的总和。正确制订钢的加热时间对炉子产量、烧钢质量、成材率和能耗都有重要意义。

325钢的预热阶段及操作要点

定义：钢料在开始加热时为了避免产生过大的热应力而控制加热速度，进行缓慢加热的阶段称为预热阶段。

预热阶段的操作特点是炉温低，加热速度慢。控制预热阶段加热速度的手段就是控

制坯料装炉时的炉温或炉尾温度及升温速度。

326钢的加热阶段及操作特点

定义：钢料在加热过程中，用较高的炉温进行加热的阶段称为加热阶段。

加热阶段的操作特点是尽量提高炉子温度，加强炉膛的辐射传热，较快地提

高钢料的温度。因此加热阶段是提高炉子产量的关键环节。

327钢的均热阶段及操作特点

定义：减少或消除坯料断面温差，使温度均匀化的阶段称为均热阶段。均热阶段是整个加热过程中的终了阶段。

均热阶段的操作特点是这时钢料表面的温度不需要再提高，而是使其保持在这个温度水平上，并靠传到传热的作用使表面的热量向中心传递，提高中心的温度，最终使断面温度趋于均匀化。因此均热阶段要减小热负荷，降低炉温。炉温要比加热阶段低，但要比规定的坯料加热温度稍高。炉气控制为弱还原性气氛，以避免过热和过烧。

328钢的加热缺陷

328.1过热及其预防：

钢在高温长时间加热时，钢的晶粒过分长大变成粗晶组织，晶粒间的结合力减弱，减低了钢的可塑性，这种现象称为过热。这种钢经过轧制后，在钢材上产生裂纹或拉裂，特别是在钢锭和钢坯的边角部位更为严重。

预防方法是必须对加热温度和加热时间进行严格控制，当因故停产时，应降

低炉温，避免钢在高温下产生过热。

328.2过烧及其预防

钢在高温长时间加热会变成粗大的结晶组织，同时晶粒边界上的低熔点非金属化合物氧化而使结晶组织遭到破坏，使钢失去应有的强度和韧性，这种现象叫过烧。

过烧是比过热更为严重的一种加热缺陷，使钢的组织遭受破坏。在轧制或锻造时会产生严重的破裂，甚至出炉受到震动时即可断为数段或碎裂，出重新熔炼外无法挽救。

预防的方法是严格控制加热温度和加热时间，尤其是对高碳钢和合金含量较高的钢更要严格执行正确的加热制度，另外要调整好炉内氧化气氛不要太强。

3.2.8.3脱碳及其预防

钢在加热时，表面层含碳量减少的现象叫脱碳。钢在高温加热时，钢中的碳化铁（F?C）与炉气中的水蒸气、CO2等氧化性气体接触，碳被氧化成CO进入炉气中跑掉，从而使钢的表面层含碳量减少。脱碳的反应时如下：

FG3C+H2O——3Fe+CO+H2 F63C+CO2 3Fe+2CO

预防的方法是对易脱碳钢控制好加热温度，不允许超过规定的加热温度，要

尽量减少在高温段的停留时间，进行快速加热。有必要是把炉内气氛控制成强氧化性，对易脱碳钢减少脱碳层是有利的。

3.2.8.4碳化物液析及其预防

某些高合金钢如含铬滚动轴承钢，由液态向固态转变时，最后凝固部分的碳

及合金元素富集而产生亚稳定共晶莱氏体，这种碳化物偏析称为碳化物液析，也

就是一次碳化物。

一次碳化物具有很高的硬度和脆性，热轧由破碎成小块，沿轧制方向分布，使轴承零件零件的耐磨性和疲劳强度显著降低，并容易产生淬火裂纹。

预防方法是钢锭或钢坯经过充分的高温扩散退火，可以改善或消除碳化物液析，因

此轧前加热应增加高温段停留时间。

328.5带状碳化物及其预防

含铬滚珠轴承钢钢锭冷却时形成的结晶偏析，在热轧变形时延伸而成的碳化物富集带，叫带状碳化物。它呈颗粒状，经热轧后沿流线分布，严重的带状碳化物会造成轴承等零件在淬火、回火后硬度和组织不均匀等缺陷。

预防方法是热轧前钢锭经过长时间的高温扩散退火（1150C以上较长时间的加热），带状碳化物可以得到改善，但不能完全消除。

3.2.9炉子待轧降温制度及需注意的问题

炉子待轧时，要根据不同的钢种组距，制订出调整炉子热负荷和降低炉温的制度，这可以最大限度地节约燃料，减少烧损，保证坯料加热质量，又能及时回复生产。炉子待轧降温制度的主要内容是根据待轧时间的长短调整炉子温度。待轧时间越长，炉子温度降低的越多。

需要注意的问题：

①经常与轧钢机组或设备维修人员取得联系，尽可能准确掌握开机时间；

②待轧时必须减少燃料和助燃空气的供给量，使炉温降到规定的温度；

③适当调节燃料和空气配比，使炉子具有弱还原性气氛。

④调节炉膛压力，要比正常生产时稍高些，还要关闭装出料口的炉门及所有测炉门。

3.2.10炉膛压力的调整

3.2.10.1炉压的产生

对于任何炉窑来说，烟囱与大气是相通的，由于高温炉气与大气之间的密度差而产生浮力，这个浮力在排烟系统中就是排烟的动力，在炉膛内就产生了炉气压力。

3.2.10.2炉压过大或过小对炉子产生的影响

炉压过大使装料口、出料口、侧炉门及炉顶炉墙裂缝处大量冒火，不仅热量大量散失，增加燃料消耗，而且也易烧坏炉子的钢结构和炉墙钢板，缩短炉子寿命，同时冒火也引起工作环境的恶化。

炉压过低更为不好，会大量吸入冷风，降低炉温，增加燃料消耗也增加钢的氧化烧损。在加热高碳、高合金钢时，也易发生过热过烧的质量事故。

3.2.10.3炉膛压力的调整

调节烟道闸板是调整炉压的手段，烟道闸板实质上是烟道阻力调节器。当炉膛压力过大时，就应把烟道闸板开大些，减少烟道阻力，增加炉气排除量，从而降低炉压；当炉膛压力过低时就应把烟道闸板关小些，从而使炉膛压力增加。

正常情况下，均热段的炉压应控制在微正压状态，稳定在10~15P范围。

第四章加热炉结构及附属设备

4.1加热炉炉型

4.1.1加热炉常用炉型:

①实底加热炉：适用于钢坯小、产量低的炉型，炉子一般比较短，如锻钢室状炉、小无缝加热炉等。

②二段式和三段式加热炉：这种炉型广泛应用于中小型轧钢厂。二段式加热炉沿炉长方向分预热段和加热段。三段式加热炉则在加热段后还有一个均热段。

③多短式加热炉：这种炉型是在三段式加热炉炉型上预热段和加热段之间增

设1?4个供热点，实际上它是加热段的延长。这种炉型的改变可以增加40~70%的产量。

④步进式加热炉：这种炉型与推钢式加热炉相比，改善了加热条件，提高了加热质量，一般炉子大，产量高。

⑤环形加热炉：这种炉型被广泛应用于管坯穿孔前加热，也用于车轮轮毂轧

制前的加热。

4.1.2三段式加热炉的特点和用途

三段式加热炉的炉温分布与二段式不同。加热段温度最高，钢坯在这一段内加热速度较快，断面上的温差也较大，必须在均热段进行均热后才能出炉。钢坯在均热段进行慢速加热，或维持钢坯表面温度不变，以提高钢坯内部温度，使出炉时钢坯的温度内外均匀。三段式的加热能力和加热质量比二段式都有较大的提高，并适合加热较厚的钢坯。

4.1.3三段式加热炉各段燃料的分配

影响炉子各供热段燃料分配的因素主要有炉型、炉温制度、燃料种类等。通常三段式加热炉热量分配是均热段占20~30%，加热段占70~80%。加热段上加热占40%左右，下加热占60%左右。由此可见大部分热量有加热段供给，因此加热段是炉子的主要供给段。加热段的供热能力实际上决定了炉子的能力。

如何提高加热段的加热能力，方法有两个：一个是延长加热时间，延长加热段长度；另一个是提高加热段炉温，在炉子已经定型的情况下，提高加热段炉温是提高加热能力最简单的方法。

4.2炉体主要结构

4.2.1炉膛：是钢坯的加热区间，由炉底、炉墙、炉顶组成。沿长度方向分预热段、加热段和均热段。炉顶设置有炉压孔、测温孔和烧嘴。炉墙上设置烧嘴、测温孔、观察孔和进出料炉门。

4.2.2燃烧装置：煤气烧嘴分有焰烧嘴、无焰烧嘴、低压煤气烧嘴、高压煤气烧嘴和一些特殊类型的烧嘴，如高速烧嘴、自身预热烧嘴和蓄热式烧嘴等。

有焰燃烧的烧嘴类型有：低压煤气烧嘴、平焰烧嘴、自身预热烧嘴蓄热式烧嘴等。

无焰燃烧的烧嘴类型有高压喷射式烧嘴。

4.2.3炉底水管：由纵水管和横水管组成，支撑钢坯在炉内空间加热。炉底水管必须进行包扎，这不仅节约能源消耗，而且可以改善钢坯下面的温度。

4.2.4管路及附属设备：包括煤气管道、空气管道、风机、推钢机、出钢机、烟道闸板等。

4.2.5烟道及烟囱：烟囱的作用是利用烟囱产生的吸力，把炉内燃烧产生的烟气通过烟道排放到大气中去。

其原理是烟囱底部热的烟气比重比周围冷空气小得多，从而产生浮力。浮力的大小还与烟囱的高度有关，烟囱越高，其浮力越大（侧位压头越大）。当浮力超过烟气通过烟道和烟囱内壁的摩擦阻力时烟气就可顺利的从炉内排出。

4.2.6预热器：分空气预热器和煤气预热器，一般空气预热器用得较多。从材质