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1、 步进式加热炉设计计算2.1 热工计算原始数据(1)炉子生产率：p=245t/h(2)被加热金属： 1)种类：优质碳素结构钢(20#钢) 2)尺寸：25022003600 (mm)(板坯) 3)金属开始加热(入炉)温度：t始=20 4)金属加热终了(出炉)表面温度：t终=1200 5)金属加热终了(出炉)断面温差：t15(3)燃料 1)种类：焦炉煤气 2)焦炉煤气低发热值：Q低温=17000kJ/标m3 3)煤气不预热：t煤气=20表1-1 焦炉煤气干成分(%)成分焦炉煤气3.10.42.9957.925.41.3(4)出炉膛烟气温度：t废膛=800(5)空气预热温度(烧嘴前)：t空=3502
2、.2 燃烧计算 2.2.3 计算理论空气需要量L0把表2-1中焦炉煤气湿成分代入 =2.2.4 计算实际空气需要量Ln查燃料及燃烧，取n=1.1代入 标m3/标m3实际湿空气消耗量 = =6.0999 标m3/标m32.2.5 计算燃烧产物成分及生成量 标m3/标m3 =0.4231 标m3/标m3 标m3/标m3 = 1.2526 标m3/标m3 标m3/标m3 =3.7507 标m3/标m3 标m3/标m3 =0.0897标m3/标m3 燃烧产物生成总量 标m3/标m3 燃烧产物成分 将燃烧产物生成量及成分列于下表 表2-2 焦炉煤气燃烧产物生成量（标m3/标m3）及成分（%）成分名称合计
3、生成量（标m3）0.42311.25263.75070.08975.5161体积含量（%）7.670322.708167.99551.62611002.2.6 计算煤气燃烧产物重度按燃烧产物质量计算把表2-2中燃烧产物体积百分含量代入 Kg/m3 =1.2063Kg/m32.2.7 计算燃料理论燃烧温度由t空=350，查燃料与燃烧表得C空=1.30kJ/标m3， 由燃料与燃烧P38,得燃烧室(或炉膛)内的气体平衡压力接近1个大气压(大多数工业炉如此),那么式中各组分的分压将在数值上与各组分的成分相等)即 . .所以,由燃料与燃烧附表8, 附表9,得 ,所以 所以 误差在误差范围内，故不必再假设
4、。因此，可满足步进式加热炉加热工艺要求2.3 炉膛热交换计算2.4 金属加热计算金属加热计算是连续加热炉全部热工计算的核心。按炉子有效长度分成三个区段(即预热段、加热段、均热段)分别进行计算。计算方法简述如下：预热段和加热段采用热流等于常数的边界条件求解。均热段计算有两种方法根据经验直接确定均热段实底段长度。选定均热度求均热时间。后一种方法用于均热床架空的时候，它与实际情况相差很大，应根据经验修正。2.4.1 均热段该金属加热开始时，断面温度呈抛物线分布（设计手册下，P89），取出炉时，钢的断面温差为10，采用抛物线的理想平均值求法。加热终了时，钢坯的平均温度在此温度下，钢的导热系数 求热流密
5、度 式中：S钢材厚度（m），对于双面加热，厚度取，均热段炉气温度 =1201.46前面假设温度为1250，误差为 5% 故不必再重新假设。求热焓在1193时，Cp=0.68716kJ/(kg)热焓 i= Cp*t=1193.33*0.68716=820.0109 kJ/kg2.4.2 加热段设加热段加热终了时，金属断面温差=50（1） 钢坯平均温度（2） 加热段末端钢坯表面热流查设计手册，在1167时， （3） 加热段炉气温度 与前面假设炉气温度1300仅相差20 误差 5%故不必再假设。（4） 均热度 式中：均热度金属均热开始时的表面与中心温度差金属均热终了时的表面与中心温度差 因为 查钢铁
6、厂工业炉设计参考资料P288，图825，对于大平板：=0.2时，所以 （5） 加热段内钢坯热焓加热段内钢坯平均温度1167，查表Cp=0.6894 kJ/(kg)2.4.3 燃料利用系数及钢坯热焓分配(1) 加热段燃料利用系数 式中：， 代入得 ： =0.42（2）炉膛燃料利用系数本设计中只预热助燃空气，所以上式可以写为 =0.6606(3) 金属在炉膛中的总热焓增量(4) 金属在预热段的热焓增量 式中：，加热段向预热段辐射热量； q辐射热流，一般q=100000130000千卡/m，这里取q=110000千卡/m； F界面面积； F= (5) 求金属平均温度设t均3=550，查火焰炉设计计算
7、参考资料表3-3得，cP=0.5736 kJ/(kg) 则5%设计值与计算值相差很小，因此不必重算。2.4.4 预热段热流及加热时间（1）预热段始端热流 （2）预热段末端热流式中： 加热段导来辐射系数，=10.20加热段炉气温度，=1261.64 t均3加热段始端钢坯加热温度，t均3=525.4358 S热透深度，S=0.125m 查火焰炉设计计算参考资料表3-1得，t均3=525.4358时，对上式采用顺序渐进法求解:首先令，代入上式得 ，反复迭代，得 ， 这里取（3） 计算金属表面温度 t表3（4）预热段内平均热流 （5）预热段内加热时间式中：金属形状系数；平板，圆柱，球体 2.4.5 加
8、热段内热流及加热时间(1)加热段热流 平均热流的计算,通常预热段采用几何平均值,加热段采用对数平均值, (2)加热时间 综上所述: 总加热时间: 注:由于步进梁式加热炉料坯之间有间隙,受热面增大,加热时间有所缩短,但单位面积上料坯数量减少了,故它对生产率的影响,应综合考虑,修正加热时间:炉膛(既间隙开口)对间隙内炉底的角度系数 式中:料坯厚度; a 间隙宽;取间隙a约为料坯厚度的0.40.5倍, a=0.4250mm=100mm 所以: 因为,在假定金属黑度=1的条件下,分析间隙内料坯侧面与炉膛及间隙内炉底之间的辐射热交换,可以导出有间隙和无间隙两种条件下的金属获得热量比,它的倒数即为有间隙和
9、无间隙的加热时间比;式中:t相对加热时间,即有间隙和无间隙的加热时间之比; a,b,分别为间隙宽,料坯宽度,料坯厚度; 各段加热时间为:所以: 2.5 炉子主要尺寸确定2.5.1 长度计算(1)有效长度 式中: P炉子生产率，P=245t/hb料坯宽度;b=2200mm g料坯平均单重(2) 预热段长度 (3) 加热段长度 (4)均热段长度2.5.2 炉门数量和尺寸及炉膛各部分用耐火材料的确定(1) 连续式加热炉炉门有进料炉门,出料炉门,操作炉门,窥视炉门,人孔等;这些炉门数量和尺寸的确定总的原则是:在满足操作要求的条件下,炉门数量越少,开门尺寸越小越好,这样可以减少炉门的散热损失,提高炉子的
10、热效率.主要炉门的确定如下:(a)装料门:炉门宽度B进：连续步进梁式加热炉通常都是采用端进料,其宽度等于炉膛内宽B,即B进=B=8.12m 炉门高度H进：是指步进炉固定梁上表面至炉门上沿下表面之间的距离,对于步进炉可取大于料坯(方坯或板坯)厚度与步进高度之和.这里取250mm+200mm=400mm;(b)出料门: 炉门宽度B:若采用侧出料时,则需很大炉门,且容易卡钢,结构和操作上都很困难.从尺寸上考虑,因板坯教宽,故多用端出料.其宽度等于炉膛内宽B=8.12m,由于出料端温度很高,所以出料门带有水冷管. 炉门高度H进：同装料门一样.(c)操作炉门: 用做操作之用，如进出返回钢坯，清除氧化铁皮
11、等。三段连续加热炉一般设在均热段和加热段,每侧23个操作炉门,炉门开孔尺寸以操作方便为准,通常为：464580mm(宽)400500mm(高),本题设6个操作炉门,两侧各3个,具体尺寸 580mm(宽) 464mm(高), 采用60。拱顶结构.(d)人孔结构一般为180。拱顶,尺寸一般为580mm(宽)(8001000)mm(高),人孔与其它炉门不同,当炉子正常工作时,用耐火砖砌堵封严,只有停炉检修时才拆开.(2)炉膛各部分耐火材料的确定 炉顶: 当B3.5m时,一般采用吊顶.吊顶根据温度条件多选用各种浇注料,与使用可塑料相比,可缩短修炉周期,提高炉子作业率,从而降低燃料消耗,P658页,本设计采用耐火混凝土浇注料,它强度高,材料易得,施工方便,适用与无酸碱侵蚀及一般炉子或热工设备内衬,本设计在加热段和均热段采用磷酸耐火混凝土,它的最高使用温度1450度;预热段采用矾土水泥耐火混凝土,它的最高使用温度1350度,厚450mm,其热导率可参考P25页,图19.炉墙:当炉墙不太高时,一般用232464mm粘土砖和116232mm绝热砖双层结构.上册P349页, 侧墙一般厚464580mm;故本设计选用348mm(3块)粘土砖和116mm(1块)绝热砖,其中绝热砖选用硅藻土砖。2.5.3 步进式加
