加热炉结构PPT课件

加热炉结构火焰炉——火焰或燃烧产物占据炉膛一部分空间，物料占据另一部分空间。竖炉——炉身直立，大部分空间堆满块状物料，炉燃料炉气通过料层的孔隙向上流动。流态化炉——炉内是细颗粒物料的流态化床，气体由下部通入。工浴炉——炉内盛液体介质（熔盐或熔融金属），工业件浸入此介质中进行加热。炉电炉——以电为热源，可划分为电阻炉、感应炉、电弧炉三类。自热炉——炉料自身产生的热量维持炉子的正常工作如氧气转炉等。一、加热炉的分类1.连续式加热炉是多种多样的，大致可按下列特征分类：（1）按运料方式：推钢式炉、步进式炉、链式炉、辊底式炉、环形炉等（2）按供热：一段式、二段式、三段式、多段式（3）按预热情况：无预热、换热式、蓄热式（4）按出料方式：端出料、侧出料2.推钢式加热炉：靠推钢机完成炉内运料任务的连续加热炉。为了避免钢坯与炉底直接摩擦而损坏炉底与金属面，在炉底上装有金属滑轨或水冷管滑道。具有结构简单、操作方便、运行可靠、造价低廉等特点。3.步进式加热炉：靠炉底步进梁的往复运动，把钢坯从进料端送到出料端的连续加热炉。由于推钢式加热炉的长度受到推钢比的限制，以及钢坯种类和加热质量的要求，步进式加热炉才发展起来的。步进式与推钢式加热炉相比有何优点？(1)适合加热各种形状和尺寸的钢坯，特别适合推钢式加热炉不便加热的大型板和异型坯。(2)炉子长度不受推钢比的限制，不会产生拱钢现象。(3)料坯之间有一定的距离，不会产生粘钢现象，而且可根据需要改变钢料之间的距离；(4)钢料靠步进梁运送，因此没有划痕。(5)通过调整步进周期时间，可改变钢料在炉内的周期时间，以适应不同钢种加热的需要。(6)轧钢机有故障时，能将钢料从进料口退出，防止钢料在炉内长期停留而造成氧化烧损和脱碳。(7)加热时间容易控制，便于实现过程自动化，适合于计算机操作。二、加热炉的结构加热炉本体冷却系统燃烧系统加热炉排烟系统装出料系统余热回收系统自动控制系统1.加热炉本体主要由炉膛、炉子基础和钢结构等组成。（1）炉膛一般是由炉墙、炉顶和炉底构成的近乎六面体的空间。炉墙：加热炉都采用直立的炉墙，用粘土砖砌筑的炉墙，主墙厚度为1.5～2块砖厚（464～580mm)。用耐火浇注料砌筑的炉墙，主墙厚度一般为250～300mm。其余部分为绝热耐火材料，构成复合炉墙。为提高炉子强度和气密性，炉墙外面包上4～10mm厚的钢板。炉顶：按结构形式分为拱顶和吊顶两种。拱顶可用楔形砖砌筑或不定形耐火材料捣制而成，吊顶是由一些特制的异形砖组成，异形砖用金属吊杆单独地或成组的吊在钢结构上。在连续式加热炉上多采用吊顶而不采用拱顶，这是因为它不受炉子跨度限制，便于局部修理，便于安装烧嘴。炉气在炉膛宽度上铺展均匀。炉底：加热炉的炉底结构基本分为两种：①固定式炉底—钢坯靠推钢机推动在炉底上运动如推钢式加热炉。②移动式炉底—机械化的炉底带动钢坯一起移动，如步进式加热炉。（2）炉子基础一方面要承受整个炉子的质量不致下沉或倒塌；另一反面还要防止炉底受潮或遭受地下水的侵袭，保证炉子正常工作。绝大多数大中型炉子都采用钢筋混凝土修建。（3）炉子钢结构一般是由钢柱、横梁、拉杆、拱角梁等组成的钢架。2.冷却系统加热炉炉底水梁的冷却方式分为水冷却和汽化冷却。（1）汽化冷却系统主要设备：①汽包②除氧水箱③电动循环泵④柴油循环泵⑤电动给水泵⑥柴油给水泵⑦定期排污扩容⑧连续排污扩容器（2）汽化冷却工艺原理：加热炉汽化冷却是一个封闭系统。汽化冷却系统由软水除氧给水系统、汽包、水梁冷却水回路三部分组成。　　　软水进入除氧器及除氧水箱除氧，除氧后的软水由电动给水泵（柴油给水泵）送入汽包；汽包中的水通过电动循环泵（柴油循环泵）强制性地依次流入下降管、分配水箱、水梁（活动梁、固定梁、支撑管）、上升管，再回流入汽包进行汽水分离，组成一个封闭系统。炉底水梁吸收了加热炉的热量后被封闭系统中不断流动的热水带走，这样系统中带有一定压力的热水带走了炉膛内炉底水梁的热量，冷却了处于高温中的炉底水梁并使自身转变成汽水混合物。系统产生的蒸汽可供外部用户使用，并不断向系统中补充消耗掉的水。周而复始，这样一个过程和系统即称为汽化冷却（系统）。（3）汽化冷却的优点：1）汽化冷却的耗水量比直接用水冷却少得多。仅相当于水冷却的1／30左右。2）用工业水冷却时，由冷却水带走的热量全部损失，而汽化冷却所产生的蒸汽则可供生产使用，可以用来发电。3）炉底水梁采用汽化冷却时，其表面温度比采用水冷却时要高一些，可以减轻坯料加热时形成的黑印、改善坯料加热温度的均匀性。4）采用水冷却时，用工业水，其硬度较高易结垢，传热效果变差，使炉底水梁发生过热或烧坏。采用汽化冷却时，采用软水可以避免结垢，从而可延长炉底水梁的寿命。3.燃烧系统主要包括烧嘴、供风系统、煤气系统、换向系统等部分组成。蓄热式燃烧技术：它是将高温空气和煤气喷射入炉膛，维持低氧状态下燃烧。空气和煤气温度预热到8000C～10000C以上。与传统燃烧过程相比，蓄热式燃烧的最大特点是节省燃料，减少CO2和NOX的排放及降低燃烧噪音。。（1）工作过程：烧嘴和蓄热体是成对出现的，当空气和煤气通过烧嘴时，被加热供燃烧所用，另一侧的烧嘴则充当排烟的角色，同时蓄热体被烟气加热。当到达换向时刻时，换向阀动作使系统反向运行，加热好的蓄热体被用来预热空气和煤气，冷却的蓄热体又被排出的高温烟气加热，最后排出的烟气只有150～200℃，空气和煤气预热温度800～1000℃左右。（2）主要设备：燃烧器、蓄热体、换向阀、控制系统（3）蓄热体的选择：1）形状要求：堆体积稳定性、清灰难易程度、加工难易程度。2）材质要求：耐高温、良好传热性能、抗热震性好、强度高。3）尺寸要求：尺寸过大，会使蓄热室体积庞大，换向时间长；尺寸过小，会使换向时间很短，电气和机械设备都不能适应，换向的损失也随之增大。　蜂窝状蓄热体与小球状蓄热体比较有如下优点:　　　1）蜂窝体换热面积大，传热能力强。同样换热能力时，蜂窝状蓄热体的体积只需小球蓄热体1/3～1/4。　　　2）蜂窝体壁很薄，透热深度小，因而蓄热、放热速度快，温度效率高，换向时间仅为60秒左右，有利于保证钢坯均匀加热。　　　3）蜂窝体内气流通道规则，阻力损失仅为球状的1/3～1/4，不易产生灰尘沉积堵塞。　　　4）因小球具有流动性，安装时较为困难，其次蓄热式烧嘴采用小球方式，由于摆放不下更多的蓄热球，有蓄热能力不足的现象，会造成炉子严重正压，加热炉升温困难等问。（4）换向阀：换向可采用定时换向和定温换向,换向周期30～60秒左右，由PLC系统进行控制。五通换向阀直通四通阀旋转换向阀两位三通阀4.排烟系统主要由烟道闸板，烟道、引风机和烟囱组成。（1）排烟系统作用：①克服烟道阻力，顺利地将烟气排空。②精确控制炉膛压力。③采用热交换器，最大程度地回收烟气热量。（2）烟道：烟道是连接炉膛和烟囱的通道，要充分考虑其断面尺寸和密封绝热问题。断面尺寸影响烟气流动阻力损失，密封性影响排烟系统的吸力和余热回收率。烟道布置时要尽量缩短长度和减少烟气流动阻力损失，要与厂房柱基、设备基础和电缆等保持一定的距离，以免它们受烟道温度的影响。为了控制排烟量以调节炉膛压力，烟道上必须设置烟道闸板。（3）烟囱：烟囱是通常用的一种排烟装置。烟囱结构有砖烟囱、钢筋混凝土烟囱和金属烟囱。绝大多数的烟囱采用钢筋混凝土烟囱修建。5.装出料系统推钢式加热炉一般有装钢辊道、上料台架，出钢是斜坡直接滑下；步进式加热炉有装钢机、出钢机，装、出钢机的水平运动由电动齿轮传动，升降运动由液压驱动。步进梁的工作原理：当钢坯放在固定梁上时，低于固定梁平面的活动梁托起钢坯上升到高于固定梁平面，然后活动梁与钢坯向前水平运动，到达水平运动距离后，活动梁下降将钢坯放在固定梁上后继续下降到下限位置，再作后退运动，回到起始位置，整个过程为一个矩形轨迹。6.余热回收系统（1）换热器：换热器是余热回收装置的一种，主要用于回收烟气余热，以提高炉子的热利用效率。换热器按材质可分为金属换热器和陶瓷换热器，金属换热器导热系数高、体积小、气密性好等；陶瓷换热器可以承受很高的烟气温度，可将空气预热到800～1000℃，且寿命长。（2）加热炉余热回收的途径:①利用排出炉外的烟气来预热空气和煤气，提高炉子的热效率；②排出炉外的烟气来生产蒸汽，以供生产和生活使用。（3）利用烟气来预热空气和煤气的意义:①可回收热量，节约燃料；②可提高燃烧温度，有利于利用低热值燃料；③可改善燃烧过程，改善燃烧效果。7.自动控制系统加热炉多采用PLC系统实现对各点的温度、压力、流量的调节控制。PLC系统的功能：(1)PLC系统完成对生产过程中各种数据的采集，输入/输出信号的变换、处理、显示、记录、积累、运算、连锁报警等功能。　(2)操作人员能通过对流程画面、趋势记录、报警等画面的观察，分析问题。可以在控制台上对各个调节阀进行操作。　　(3)完成炉温、炉压的自动控制功能：炉温控制采用以炉温为设定值、空气煤气自动配比调节相结合的自动控制；炉压控制是系统监视两段炉压、炉膛压力，采用单回路自动控制。(4)完成换向功能：使加热炉每侧的空气烧嘴共用几个换向阀进行换向；每侧的煤气烧嘴共用几个换向阀进行换向。三、加热原理1、钢坯加热的目的：（1）提高钢坯的塑性，以降低钢坯在热加工时的变形抗力，从而减少轧制中轧辊的磨损和断辊等机械设备事故。（2）使坯料内外温度均匀，以避免由于温度应力过大造成成品的严重缺陷或废品。（3）改善金属的结晶组织或消除加工时所形成的内应力。　　2、钢坯的加热工艺：（1）加热温度：加热终了时钢坯出炉前的表面温度。一般来说，加热温度越高，对热加工过程越有利。因为钢坯温度较高时，塑性较好，加工时的变形阻力小，能耗消耗量少。同时，轧机可以增加压下量，提高轧制速度，提高产量，减轻设备的磨损。但是加热温度受到钢坯过热、过烧、氧化和脱碳的限制。因此，每一种钢坯的加热温度都有一个上限，即最高加热温度。（2）加热速度：加热时表面温度升高的速度，单位为ºC∕h。加热速度越快，炉子单位生产率越高，钢坯的氧化越少，单位燃耗也越低。但加热速度除了受到炉子的传热条件和燃耗指标的限制之外，主要是受到钢坯本身所允许的加热速度的限制，可归结为两点：①钢坯加热初期，由于断面温差而产生热应力。加热速度越快，温度差越大，热应力也越大。这种应力可能超过金属的强度极限，造成钢坯的破裂。②加热终了时，断面上的温度差可能超过所要求的最终断面温差，造成压力加工上的困难。（3）加热制度：通常用温度制度和供热制度两种形式表示。温度制度：钢坯周围的温度随加热时间的变化。供热制度：为保证温度制度，所供给的热量随加热时间的变化。加热制度从炉型分为：一段式、二段式、三段式、多段式3、钢坯的加热缺陷：（1）钢的氧化：1）定义：钢坯在加热炉内加热时，钢坯表面同炉气中的CO2、H2O、O2、CO等发生反应，生成氧化铁皮的过程叫钢的氧化。生成的氧化铁皮即所说烧损，氧化铁皮结构示意图如下：2）影响氧化的因素：加热温度、加热时间、炉气成分、钢坯的成分等。Fe2O3Fe3O4FeOFe①加热温度的影响：在900℃以下时，钢的氧化速度很小；当达1000℃以上时，钢的氧化速度急剧增加。②加热时间的影响：在相同条件下，加热时间愈长则钢的氧化层愈厚。③炉气成分的影响：炉气中一般含有O2、H2O、CO2、CO等，它们都能与钢坯发生化学发应。④钢的成分的影响：对于碳钢来说，增加含碳量，钢的烧损量有所下降。合金元素如Cr、Si、Mn、Al等可提高钢的抗氧化。3）减少氧化的措施：①快速加热，减少钢在高温取得停留时间，加热能力与轧钢能力相匹配。②控制炉内气氛：保证煤气完全燃烧的前提下，减少过剩空气量。③保持微正压操作。（3）钢的脱碳：1）定义：钢在加热时除表面部分氧化烧损外，炉气中的氧化性气体还要和钢中的碳（即Fe3C）发生反应而使钢中的碳含量降低，这种现象称为钢的脱碳。2）脱碳的危害：脱碳后钢的机械强度（尤其是硬度）大为降低，严重时其疲劳强度也降低（如弹簧钢）。3）影响脱碳的因素：加热温度、加热时间、炉气成分、钢的成分等。4）预防措施：①快速加热，减少钢在高温段的停留时间。②正确选择加热温度，避开易脱碳的峰值范围。③适当调节和控制炉内气氛。（4）钢的过热、过烧：　1）钢的过热：当钢的加热温度超过临界点后，钢的晶粒开始长大，温度愈高，加热时间愈长，晶粒长大越明显。晶粒长大后会使其机械性能变差，这种现象叫钢的过热。2）防止钢过热的措施：①掌握好加热温度。②减少钢在高温段的停留时间。③适当缩短加热时间。3）钢的过烧：当钢的加热温度比过热更高，时间更长，不仅钢的晶粒长大，而且晶粒之间的边界开始融化，氧进入晶粒间隙，使钢发生氧化并促使融化，导致晶粒间的结合力被破坏，使钢失去本身的强度和塑性，这种现象叫钢的过烧。4）防止钢过烧的措施：①避免加热温度过高。②减少钢在高温段的停留时间。③减少过剩空气量。谢谢！