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1、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）按供热制度：一段式、二段式、三段式
2、、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表面，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
3、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
4、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1.52块砖厚（464580mm)。用耐火浇注料砌筑的炉墙，主墙厚度一般为250300mm。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410mm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： 固定式炉底钢坯靠推钢机推
5、动在炉底上运动如推钢式加热炉。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： 汽包除氧水箱电动循环泵柴油循环泵 电动给水泵柴油给水泵定期排污扩容 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
6、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。
7、仅相当于水冷却的130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8000C10000C以上。与传统燃
8、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150200，空气和煤气预热温度8001000 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 。
9、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1/31/4。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1/31/4，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
10、热炉升温困难等问题。,（4）换向阀：换向可采用定时换向和定温换向,换向周期3060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： 克服烟道阻力，顺利地将烟气排空。精确控制炉膛压力。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
11、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
12、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8001000，且寿命长。,（2）加热炉余热回收的途径: 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；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: 可回收热量，节约燃料；可提高燃烧温度，有利于利用低热值燃料；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。
13、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
14、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C h。加热速
15、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：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。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
16、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。,Fe2O3Fe3O4FeOFe,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。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。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。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
17、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： 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。 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。 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： 快速加热，减少钢在高温段的停留时间。 正确选择加
18、热温度，避开易脱碳的峰值范围。 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： 掌握好加热温度。 减少钢在高温段的停留时间。 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： 避免加热温度过高。 减少钢在高温段的停留时间。 减少过剩空气量。,谢 谢 ！,