加热炉设计说明书

1、 内蒙古科技大学80t/h推钢式连续加热炉课程设计说明书 学号姓名班级指导老师：目录一、设计内容3 二、设计资料和参数 3三、加热炉炉型选择 3四、设计计算 4（一）燃料燃烧计算 4（二）钢坯加热时间的计算 52.1预热段加热时间的计算52.2加热段加热时间计算82.3均热段加热时间计算 10（三）炉子尺寸的决定与有关的几个指标10（四）炉子热平衡与燃料消耗量 124.1均热段的热平衡124.2加热段的热平衡164.3预热段的热平衡18 (五)燃烧系统的设计235、 设计心得23六、参考文献24一、设计内容1.选择合理的炉型结构；2.燃料燃烧计算，包括理论空气需要量、实际空气需要量、燃烧产物量

2、，理论燃烧温度的温度等；3.钢坯加热时间计算，分为三个计算段，分别进行计算；4.炉子基本尺寸的确定，包括炉膛宽度、炉膛高度、炉体长度、各段长度的确定等；5.热平衡计算及燃料消耗量的确定；6.撰写设计说明说；7.画加热炉的构造图。二、设计资料和参数1.加热炉为推钢式连续加热炉；2.炉子生产率：80t/h；3.进出料方式：端进端出4.空气预热温度：T4005.被加热金属： 1）钢坯尺寸：1801803300mm；2）钢坯种类：普通碳钢 3）钢坯入炉表面温度：=203） 钢坯出炉表面温度：=1200 4）经过预热段以后钢坯表面温度：=6505）进入均热段时钢坯表面温度：=12506.燃料： 1）燃料

3、种类：高焦炉混合煤气，Q1600千卡/标米 2）烟气出炉温度：t800 3）烟气进入预热段温度：t1400 4）烟气在预热段平均温度：12755）高焦炉混合煤气（湿成分）：煤气种类COCO2H2CH4CmHnO2N2H2O合计 体积分数/%22.39.813.85.50.40.245.72.3100三、加热炉炉型选择 轧钢生产连续性较大，加热钢坯的品种也比较稳定，并且数量也比较大，故决定采用连续加热炉，钢坯断面尺寸为180mm180mm3300mm，故决定采用上下两面加热，并且采用三段的炉温制度以保证钢坯加热质量和较高的生产率。由于料坯很长，故采用单排装料。四、设计计算（一）燃料燃烧计算1.1

4、换算燃料成分已知的高焦炉混合煤气成分见下表煤气种类COCO2H2CH4CmHnO2N2H2O合计 体积分数/%22.39.813.85.50.40.245.72.31001.2空气需要量和燃烧产物量及其成分的计算计算理论空气需要量L0计算实际燃烧产物需要量Ln（无焰燃烧，选取n=1.05） 计算燃烧产物生成量及成分(每100m3燃料) 则生成物含量见下表产物成分C02N2O2H2O总和含量（%）16.2169.710.6413.44100.01.3燃烧产物密度计算1.4计算燃料理论燃烧温度400时，设燃烧温度为1870，则因此，可满足连续加热炉加热工艺。将总的计算结果列下表计算结果序号名称数据

5、单位序号名称数据单位1234高炉煤气发热量空气需要量理论量 实际量燃烧产物量6699.21.4401.5122.368516.21kj/ m3m3/ m3m3/ m3m3/ m3 %45燃烧产物密度理论燃烧温度13.4469.710.641.30691870%kg3/m3（二）钢坯加热时间的计算钢坯出炉的表面温度 = 1200；钢坯入炉的表面温度 =20 ；经过预热段以后的表面温度 =650；进入均热段时的表面温度 =1250；烟气出炉的温度 =800 ； 烟气进入预热段的温度 =1400 ；烟气在均热段的平均温度 =1275；2.1预热段加热时间的计算2.1.1 传热系数的计算(1)求平均温

6、度 = 预热段完了处理金属的平均温度设表面温度与中心温度差15； =650-15=635(2)炉气黑度 有效平均射线长度 预热段： S = =m PCO2 S=0.16212.205= 0.357mPH2O S =0.13442.205=0.296m当= =0.142 =1.050.176=0.185所以预热段的黑度为 =0.1850.142=0.327（3）辐射传热系数 查的 =11.66辐射传热系数=582.17（4）对流传热系数 取 =0.05 , 0=1.6m/ s ct=1.589 =57.20（5）总传热系数=639.372.1.2确加热时间预热段(1) 钢的成份取=0.64% =

7、0.6% =0.2%(2) 钢的热导率 =(70-10-16.7-33.6)4.18 =169.416 =0.83=140.615(3) 钢的比热容当碳含量%=0.64% =440 C=0.532(4) 钢的厚度 钢坯的厚度180mm，但在炉中是两面加热，故在计算中应用的坯胎厚度为 90mm(5)各无量纲的特征束的数值 Bi=639.370.09140.615=0.409 = Fo=2.03(6)故预热时间=2.03S0.0382=0.430(h)2.1.3确定钢坯经过预热段之后表面与中心的温差 Fo=2.03 Bi=0.409 查的 =0.296 故 =-0.4296(-)=1100-0.4

8、296(1100-20)=636.03 由此知预热终了表面与中心的温差 t1=650-636.03=13.972.2加热段加热时间计算2.2.1传热系数的计算(1) 炉子的平均气温 =+=1870 =1400 =(1250+650)/2=950带入式中 得：=1608(2) 炉气的黑度 S = = 2.976mPCO2S =0.16212.976= 0.482Pa.mPH2OS =0.13442.976=0.400Pa.m当=1608 =0.112 =0.144所以预热段的黑度为 =0.112+0.144=0.256(3) 辐射传热系数 = 查的 =10.54辐射传热系数=1645.4(4)

9、对流传热系数=42.84(5) 总传热系数=1688.272.2.2 确加热时间加热段(1) 钢的热导率 =o0.68=169.4160.68=115.202(2) 钢的比热容 =0.6808(3) 各无量纲的特征数的数值Bi=1.319 =0.3737=0.0226mh 查得 Fo=0.786(4) 加热时间=0.786S=0.282(h)2.2.3确定钢坯经过加热段之后表面与中心的温差Fo=0.786 Bi=1.319 查的 =0.516（1） 加热段终了时钢坯的中心温度=-0.516(-) =1608-0.516(1608-650)=1114 由此知预热终了表面与中心的温差t2=1250

10、-1114=1362.3确定均热时间 钢坯出炉时表面与中心温差最大允许为15t2=234 =0.11 查的 m=0.456=o0.73=123.674=0.1644.18=0.687 a=0.024mh代入得 =m.s2/a=0.154h 则：钢坯在炉内的总加热时间 0.43+0.28+0.15=0.86h现实中实取加热时间如下：预热时间：0.43h加热时间：0.28h均热时间：0.15h 总加热时间0.86h（三）炉子尺寸的决定与有关的几个指标3.1炉子宽度（有效宽度）单排放料B=l+20.25=3.3+0.5=3.8mB炉膛宽度，ml钢坯长度，m设计中实取炉宽为3.8m3.2炉膛高度(1)

11、 预热段炉膛高度H=2H效+0.18=20.8162+0.18=1.8124m(2) 加热段炉膛高度H效=H=2 H效+=21.3734+0.18=2.927 m(3) 均热段炉膛高度H效=H=2 H效+=20.9435+0.18=2.067 m3.3炉长计算 式中G-炉子小时产量 80t/hg-每块钢坯质量 g=7.80.180.183.3=0.8346t-加热时间 0.86hb-钢坯宽度 0.18 m根据加热时间算得的炉长为炉子应有长度的下限，为经常保证足够产量和留有一定余地，决定将计算炉长加大136%，故最终取有效炉长为35m参照加热时间计算结果，并根据经验确定各段的长度如下：预热段：=

12、17.5m加热段：=11.4m均热段：=6.1m总有效长度：L效=35m炉子总长度：L总=35+1=36m3.4炉底的有效面积与总炉底面积 =3.5炉底有效面积利用率 3.6炉底强度 3.7出钢间隔时间 3600m=36000.83480=37.53（s）式中m-每小时加热的钢坯块数3.8炉墙砌砖内表面温度的计算 (1) 预热段内炉墙表面温度 =1100 =440 =0.588查得： 代入得 ：918.7（2）加热段内炉墙表面温度 =1608 =950 =0.49查得： 代入得 ：1374（3）均热段内炉墙表面温度 =1275 =1200 =0.562查得： 代入得 ：1246决定炉内衬耐火层

13、用粘土砖，绝热层用硅藻土砖。（四） 炉子热平衡与燃料消耗量 4.1均热段的热平衡热量输入(1)炉料燃烧化学热 Q烧设炉膛燃料消耗量为B1（Nm3/h），则Q烧 = B1Q低= 16004.187B1=6699.2B kJ/h(2)预热空气进入炉膛物理热 Q空查表t空 =400时，c空= 1.327kJ/(Nm3.) Q空 = BLnc空t空 =1.512B1532.08=804.5B1kJ/h热量支出(1)金属吸收的热量 Q1 Q1=G(C金t终金-C金t始金) 查表 t=1190时c= 0.1654.187kJ/(kg.)； t=1159时c = 0.1644.187kJ/(kg.)；所以，

14、Q1=G(C金t终金-C金t始金) =80000(0.1654.1871190-0.1644.1871159)=kJ/(kg.)(2)通过炉墙和炉顶的散热损失 均热段炉顶的散热损失 砌砖体的平均温度 砌砖体的平均导热率： 经过加热段单位炉顶面积的热损失：经过均热段炉顶的总热损失：均热段炉底的热损失： 取上限均热段炉墙的热损失： 故经过整个均热段的侧墙热损失为：(3)均热段炉门的热损失： 出钢口的辐射热损失经常关闭的均热段炉门热损失 炉门尺寸mm 式中s=0.47m经常开启的均热段炉门的热损失 通过炉门均热段的总损失为(4)炉门溢气带出的热损失 炉门溢气量(5)流出均热段的烟气带走的热量 KJ/

15、h(6)机械不完全燃烧热损炉膛热收入炉膛热支出序号项目数据单位序号项目数据%1燃料燃烧化学热6699.2B1Kj/h1金属吸热量Kj/h2预热空气带入物理热804.5B1Kj/h2砌砖体热损失.69Kj/h3炉门热损失.48 Kj/h4炉门带走热损失.56Kj/h5烟气带走热损失4879.15B1Kj/h6机械不完全燃烧133.98B1Kj/h总计7503.7B1总计.96+5013.13B1均热段热平衡表热平衡方程式 7503.7B1=.96+5013.13B1 解得 B1=1287.846m3/h即均热段每小时燃烧1287.846m3高焦炉混合煤气，实取B1=1300m34.2加热段的热平

16、衡热量输入(1)炉料燃烧化学热 Q烧设炉膛燃料消耗量为B2（Nm3/h），则Q烧 = B2Q低= 16004.187B2=6699.2B kJ/h(2)预热空气进入炉膛物理热 Q空 Q空 = BLnc空t空 =1.512B2532.08=804.5B1kJ/h(3)金属氧化反应放出的热量、(4)均热段进入加热段的烟气带入的热量 热量支出(1)加热金属带出的物理热 (2)通过炉墙和炉顶的散热损失 加热段炉顶的散热损失 砌砖体的平均温度 带入式中 经过均热段炉顶的总热损失：加热段炉底的热损失： 加热段炉墙的热损失： (3)加热段炉门的热损失： 每个炉门的面积0.40.35=0.14数量 8+4=1

17、2(4)炉内冷却水管吸热造成的热损失 (5)流出加热段的烟气带走的热量 (6)机械不完全燃烧热损热平衡方程式 7503.7 B2+=5557.13 B2+.26 解得 B2=19456m3/h 实取19500 m3/h 加热段热平衡表炉膛热收入炉膛热支出序号项目数据单位序号项目数据%1燃料燃烧化学热6699.2BKj/h1金属吸热量Kj/h2预热空气带入物理热804.5BKj/h2砌砖体热损失.88Kj/h3金属氧化带入热量Kj/h3炉门热损失16764.42 Kj/h4均热段烟气带入热量Kj/h4冷却水带走热损失.94Kj/h5烟气带走热损失+5423.15BKj/h6机械不完全燃烧133.

18、98BKj/h总计7503.7B+总计.26+5557.13B4.3.预热段的热平衡热量输入(1)炉料燃烧化学热 Q烧设炉膛燃料消耗量为B3（Nm3/h），则Q烧 = B3Q低= 16004.187B3=6699.2 B3 kJ/h(2)预热空气进入炉膛物理热 Q空 Q空 = BLnc空t空 =1.512B3532.08=804.5B3kJ/h (3)金属氧化反应放出的热量、(4)均热段进入加热段的烟气带入的热量 热量支出(1)预热金属带出的物理热 (2)通过炉墙和炉顶的散热损失 预热段炉顶的散热损失 预热段炉底的热损失： 预热段炉墙的热损失： (3)预热段炉门的热损失： 炉门面积0.40.35=0.14 (4)炉内冷却水管吸热造成的热损失 (5)装料口的热损失装料口的辐射热损失 开口面积0.33.8=1.14, 装料口炉