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1、共 100 页 第 1 页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 =204)金属加热终了(出炉)表面温度：t 终 =12005)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 m33)煤气不预热：t 煤气 =20表 1-1 焦炉煤气干成分(%)成分 2CO42HCO24H2N焦炉煤气 3.1 0.4 2.9 9 57.9 25.4 1.3(4
2、)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 燃烧计算 2.2.3 计算理论空气需要量 L0 )32220 /(103)4(176.4 mOSHCmnHCOLn 把表 2-1 中焦炉煤气湿成分代入共 100 页 第 2 页20 1039.86.2314.2574.621793.86.4 L= 3/5.m2.2.4 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 m371.4305.10nL实际湿空气消耗量 0)0124.nLgn（湿= 731.98.(=6.0999 标 m3/标 m32.2.5 计算燃烧产物成分及生成量标
3、m3/标 m310)(22 COHnCVmO10)29.86.793.814.( =0.4231 标 m3/标 m3标 m3/标 m3 nnOHgLOHSCV0124.)2( 22 731.498012. )89.36.56(= 1.2526 标 m3/标 m3标 m3/标 m3nNLV107922共 100 页 第 3 页731.409127.=3.7507 标 m3/标 m3标 m3/标 m3)(1020LVnO45.73.4=0.0897 标 m3/标 m3 燃烧产物生成总量 2222 ONHCOnVV0897.5.36.143.0标 m3/标 m35.燃烧产物成分%145.6051.4
4、2322 nCOV32.96.22nOH%7.105.732 nNV46.16.892nO10将燃烧产物生成量及成分列于下表共 100 页 第 4 页表 2-2 焦炉煤气燃烧产物生成量（标 m3/标 m3）及成分（% ）2OCH22N2O合计生成量（标m3）0.4231 1.2526 3.7507 0.0897 5.5161体积含量（%） 7.6703 22.7081 67.9955 1.6261 1002.2.6 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/m34.210328642ONHSOC烟.61.9567.873. =1.2063Kg/m32.
5、2.7 计算燃料理论燃烧温度 产 燃燃空空低产 分燃空低理 分CVQttLQCVQt nn 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%22COP.成 分名 称共 100 页 第 5 页.所以 ,%67032COP81.2H由燃料与燃烧附表 8, 附表 9,得,%81.92COf 938.42OHf所以 未未分 )(10)(6022 OHCVfVfQ198.0%763.078.93.418 KgJ/27.0所以 Ct7
6、413.2967.15.248.0932.理0误差%538.2125%在误差范围内，故不必再假设。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：共 100 页 第 6 页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 ，P8
7、9） ，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 12210193.3gtt C表在此温度下，钢的导热系数 .760.4/kJmh求热流密度 2tqS式中：S钢材厚度（m） ，对于双面加热，厚度取 ，12S)/(64.172.04121 hmKJtq 表均热段炉气温度=1201.462731004 411 ）（ 表 均均表 tCtgKMg前面假设温度为 1250，误差为 5% %8.3125046.%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
8、/kg2.4.2 加热段设加热段加热终了时，金属断面温差 =50t（1） 钢坯平均温度共 100 页 第 7 页2210516733gtt C表（2） 加热段末端钢坯表面热流查设计手册，在 1167时， 29.430.8/CkJmh)/(8615.06222 hKJStq 表（3） 加热段炉气温度CtqtgKMg64.1227310280144 422 ）（ ）（ 表 终加表与前面假设炉气温度 1300仅相差 20 误差 5%95.213064.%故不必再假设。（4） 均热度 tzk式中： 均热度金属均热开始时的表面与中心温度差tk金属均热终了时的表面与中心温度差z10.25zkt因为 2tS
9、zk查钢铁厂工业炉设计参考资料P288，图 825，对于大平板： =0.2 时，20.6aS所以 haS5.1./5.68021（5） 加热段内钢坯热焓共 100 页 第 8 页加热段内钢坯平均温度 1167，查表 Cp=0.6894 kJ/(kg)1670.894.7KJ/gi2.4.3 燃料利用系数及钢坯热焓分配(1) 加热段燃料利用系数4 nnQLCTVQ烧 预 废 加 低 空 空 废 加 废 加加 烧 预 低 空 空式中： ， ， ，3/49.170mKJ低 3/71.4mn 50tC空， ， ， 3.26/ck空 3/56.Vnt废 31.6/ckJmA废代入得 ： 4nLCT低 空
10、 空 废 加 废 加加 低 空 空350296.17.493.170.9=0.42（2）炉膛燃料利用系数 4Q烧 预 废 膛烧 预本设计中 只预热助燃空气，所以上式可以写为预4nnLCTV低 空 空 废 膛 废 膛低 空 空350296.17.493.1708.9。=0.6606(3) 金属在炉膛中的总热焓增量 kgJCtiip /019.8267.01931 均始终(4) 金属在预热段的热焓增量4QiP加 辐预式中： ，加热段向预热段辐射热量；FqQ辐q辐射热流，一般 q=100000130000 千卡/m，这里取 q=110000 千卡共 100 页 第 9 页/m；F界面面积；F= 30
11、75.62.1.82( mSHB）（）预kgJi/39.014)60.(5) 求金属平均温度设 t 均 3=550，查火焰炉设计计算参考资料表 3-3 得，cP=0.5736 kJ/(kg)则 Cit 4358.2576.0913预均5%7.%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 ）（ ）（）（ ）（）（ 表废 膛预 hmkJttCqgkM24403/78.12417306592（2）预热段末端热流 434323 771010ggkMqSttqC表均表 加式中： 加热段导来辐射系数， =10.20加gk 加gkMC42/khmJ加热段炉气温
12、度， =1261.642t 2tt 均 3加热段始端钢坯加热温度，t 均 3=525.4358S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，共 100 页 第 10 页)/(6.1385.6ChmkJ 4343 106.825758.2)07.2(.10 表表 qq对上式采用顺序渐进法求解:首先令 ，代入上式得0267.1833表q，）（表 hmkJq23/.54962.157.38表q反复迭代，得， ）（表 hkJq213/8.405 46.1.38250表q）（表 m223/9. .2表）（表 hkJq23/8.465 7.1456.3
13、8.0表q这里取 ）（表 m23/.（3） 计算金属表面温度t 表 3CSq 14.67.13825046358.13表均（4）预热段内平均热流）（表均 预 hmkJq 23 /951.246.4657.2（5）预热段内加热时间 均 预预预 qKSi1式中： 金属形状系数；平板 ，圆柱 ，球体1 121K31kgJCii /79.4563.0740预预共 100 页 第 11 页hqKSi 18.95.248673103.1 均 预预预 2.4.5 加热段内热流及加热时间(1)加热段热流32qln均 加平均热流的计算,通常预热段采用几何平均值,加热段采用对数平均值,)/(86.29450846
14、.5lnln 223 hmKJq 表表 表表均 加(2)加热时间KgJii /42.50673.5.297.0预加加 hqKS19.86.4151均 加加加 综上所述:h8.预 h9.2加506.均总加热时间:85.3预加均总注: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21()a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=0.4 250mm=100mm共 100 页 第 12 页所以: 1926.0)(12a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无间隙的加热时间比; 21()t ab式中:t相对加热时间,即有间隙和无间隙的加热时间之
