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1、115t/h燃焦炉煤气推钢式连续加热炉的设计热能与动力工程专业 摘 要推钢式连续加热炉是传统的、使用最广泛的连续加热炉，它是靠推钢机完成炉内运料任务的连续加热炉。该加热炉具有结构简单、操作方便、运行可靠、造价低廉的特点，运用于各种轧制前的加热和某些锻造前的加热，自本世纪初沿用至今。该设计是在所学传热学工程热力学火焰炉等专业课的基础上，查阅大量加热炉设计资料，对加热炉进行整体设计。该设计为产量为115t/h（焦炉煤气）方坯推钢式连续加热炉。设计内容包括文献综述、热工计算、金属加热计算、炉子主要尺寸确定、炉膛热平衡与燃料消耗量计算、煤气烧嘴的选用、空气换热器设计计算、空气管路阻力损失计算及鼓风机选
2、择、烟道阻力损失及烟囱计算、英文文献翻译等几部分。最后运用CAD对加热炉本体进行总体绘图。关键词：推钢式 加热炉 热平衡 AbstractPusher-type furnace is a kind of traditional furnace that is the most widely used by pushing steel machine for material transport tasks completely. It has many advantages listed below: simple in structure, convenient operation, rel
3、iable working low cost. It is applied to a variety of pre-rolling heating and some pre-forging heating, since the beginning of this century is in use.This design is based on the Heat Transfer, Engineering Thermo dynamics, Flame Furnace and other course, and referred to a large number of furnace desi
4、gn information for the overall design of the furnace. The production of the continuous slab pusher-type furnace is designed as 115t/h.The design includes literature review, thermal calculation, metal heating calculation, the determine to the furnace main dimensions, furnace heat balance and fuel con
5、sumed, the choice of the gas burner, heat exchanger design and calculation, air lines pressure drop calculation and air blower choice, flue resistance loss and the chimney calculation, the English translation of the literature and others. Finally, the CAD software is used to draw the whole body of t
6、he furnace.Keyword: Pusher-type Furnace Heat balance1文 献 综 述1.1 加热炉的概述1加热炉是将物料或工件加热的设备。按热源划分有燃料加热炉、电阻加热炉、感应加热炉、微波加热炉等。应用遍及石油、化工、冶金、机械、热处理、表面处理、建材、电子、材料、轻工、日化、制药等诸多行业领域。在冶金工业中，加热炉习惯上是指把金属加热到轧制成锻造温度的工业炉，包括有连续加热炉和室式加热炉等。金属热处理用的加热炉另称为热处理炉。初轧前加热钢锭或使钢锭内部温度均匀的炉子称为均热炉。广义而言，加热炉也包括均热炉和热处理炉。1.2 加热炉的一般组成部分6加热炉是
7、一个复杂的热工设备，它一般由炉子热工工艺系统、装出料系统、热工检测及自动控制系统等部分组成。三个系统相互配合，使炉子正常运转。其中炉子的工作室（炉膛）、供热系统（风机、油泵、管道、燃烧装置等）、排烟系统（烟道、烟闸、换热器、余热锅炉、烟囱、排烟机等）以及冷却系统等构成了炉子的热工工艺系统，它是加热炉最基本的组成部分。故以下仅对热工工艺系统中的主要组成部分加以介绍。1.2.1 炉膛（工作室）炉膛（工作室）是炉子的核心，主要的热工及工艺过程都在工作室内完成。炉膛一般是由炉墙、炉顶和炉底构成的一个近乎六面体的空间，是对金属工件进行加热的地方。因工艺和用途不同，炉膛形状是各式各样的。在加热炉的运行过程
8、中，不仅要求炉膛能够在高温和荷载条件下保持足够的强度和稳定性，要求能够耐受炉气、炉尘和炉渣的侵蚀和冲刷，而且要求有足够的绝热保温和气密性能。因此，要求构成炉墙、炉顶和炉底等所用的材料、结构型式和尺寸等都必须具备以上性能，以保证炉子能够正常工作。1) 炉墙炉子四周的围墙称为炉墙。加热炉都采用直立的炉墙，分为侧墙和端墙。沿炉子长度方向上的炉墙称为侧墙；炉子两端的炉墙称为端墙。为保证炉墙结构的稳定性，炉墙必须有一定的厚度，并应炉子尺寸的增大和炉膛温度的升高而增厚。为了减少散热和蓄热损失，炉墙应设有绝热层。侧墙的厚度一般为22.5块砖厚（464580mm），其中起稳定作用的主墙用粘土砖砌筑，厚度为1.
9、52块砖厚，其余部分为绝热材料，构成复合炉墙。用耐火浇注料或耐火可塑料等制作的炉墙，主墙厚度一般为250300mm。端墙厚度应视烧嘴孔道尺寸而定，一般为2.54块砖厚。为了使炉子具有一定的强度和良好的气密性，炉墙外面包以410mm厚的钢板外壳做炉墙的防护层。炉墙最经济厚度，应根据砌体的材料费和蓄热散热损失引起的燃料费进行优化计算确定。炉墙上设有炉门、窥视孔、烧嘴孔、以及热工参数检测孔等孔洞。为防止砌体受损，炉墙应尽可能避免直接承受附加载荷，炉门、冷却水管等构件应设置在钢结构上。2）炉顶炉顶事炉膛组成中的薄弱环节。炉顶是否牢固可靠，对炉子工作有重大影响。加热炉的炉顶按其结构分为拱顶和吊顶两种。拱
10、顶用楔形砖砌筑或不定形耐火材料捣制而成。拱顶的拱角拱顶的厚度和材质与炉子跨度和炉内温度条件有关。一般炉子的跨度较大时，炉顶的厚度则应相应适当加大。当拱顶跨度在3.5m以下时，拱顶的耐火砖层为230250mm，绝热层为65150mm。当跨度在3.5mm以上时，耐火砖层为230300mm，绝热层为120200mm。当炉子跨度大于4m时，由于拱顶所承受的侧压力很大，一般耐火材料的高温结构强度已很难满足，因而大多数采用吊顶结构。吊顶是由一些特制的异形砖组成的，异形砖用金属吊杆单独地或成组地吊在炉子钢结构上。加热炉用吊顶材料，高温部分通常采用一级粘土砖或高铝砖，低温部分可采用普通粘土砖。在连续式加热炉上
11、多采用吊顶（平顶）而不采用拱顶。这是应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。3）炉底炉底的工作条件非常恶劣。它不仅要承受被处理物料的机械负荷、碰撞与摩擦等作用，有时还要受到被处理物料的化学侵蚀及熔体的渗透等。炉底结构型式和所用材料，决定于工艺过程和炉内的工作温度及化学反应的性质。炉底有固定式炉底和移动式炉底（机械化炉底）两种形式。固定式炉底的炉子，被处理的炉料靠推钢机推动在陆地上移动。为了避免物料与炉底耐火材料直接摩擦而损坏炉底与金属表面，有些情况下，在炉底上装有金属滑轨或水冷管滑道。机械化的活动炉底带动炉内物料一道移动，属于这种类型的炉子很多，其中主要有
12、步进式加热炉、转底式加热炉、分室式加热炉和链式加热炉等。炉底的厚度和材质取决于炉子的尺寸和温度。一般变化在200700mm，炉底下部用绝热材料隔热。由于镁砖具有良好的抗渣性，所以在轧钢加热炉的炉底上用镁砖砌筑，并且为了便于氧化铁皮的清除，在镁砖上还要再铺上一层4050mm厚的镁砂。在1000C左右的热处理炉或无氧化加热炉上，因为氧化铁皮的侵蚀问题较小，炉底也可采用粘土砖砌筑。1.2.2 排烟系统为了使加热炉能正常工作，需要不断供给燃料所用的空气，同时又要不断地把燃烧后产生的废烟气排出炉外，因此，炉子设有排烟系统。工业炉的排烟方式分为自然排烟和机械排烟两种。前者指烟囱排烟、直接排放和依靠自然抽力
13、的排烟罩等；后者指排烟机排烟、喷射排烟等。1）烟道烟道是连接炉膛和烟囱的烟气通道。设计烟道时，必须充分考虑其断面尺寸和密封绝热问题，因为前者的大小影响烟气流动阻力损失和造价，后者的好坏影响排烟系统的吸力和余热回收率。对烟道布置的要求：(1)地下烟道不会妨碍交通和地面上的操作，因此一般烟道都尽量布置在地下。(2)要求烟道路程短，局部阻力损失小。(3)烟道较长时，其底部要有排水坡度，以便集中排出烟道积水。(4)当烟道中有废热回收装置时，一般要设置旁通烟道和相应的闸板、人孔等，以便在废热回收装置检修时可不影响炉子的生产操作。烟道内衬粘土砖的厚度与烟气温度有关。当烟气温度为500C800C，烟道内宽度
14、小于1m时，一般用113mm厚的粘土砖，大于1m时，用230mm厚粘土砖；烟气温度低于500C时可用100号机制红砖砌筑内衬。当烟道没有混凝土外框时，外层用红砖砌筑，其厚度应能保证烟道结构稳定。2）烟道闸板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。当烟气温度低于400C600C时，闸板可用灰口铸铁件或铸钢件制作；当温度高于600C700时，应采用水冷闸板、空冷闸板、衬砖闸板或耐热合金钢制造的闸板。对烟道闸板的要求如下：(1)闸板的位置应便于操作和维修，有条件时，闸板要尽可能安装在室内不妨碍交通的地方。(2)装在预热器前后的闸板，其位置和结构要尽量避免烟气通过预热器时产生偏流。(3)
15、烟道闸板的断面可以适当小于主烟道断面，以利于改善闸板的调节功能。3）烟囱加热炉的排烟一般都用烟囱，应为它不需要消耗动力，维护简单，只有当烟囱抽力不足时，才采用引风机或喷射管来帮助排烟。烟囱是最常用的一种排烟装置。烟囱结构有砖烟囱、钢筋混凝土烟囱(内衬砖)和金属烟囱(有的衬砖有的不衬砖)。其中金属烟囱寿命低，易受腐蚀，但它建造快，造价低。当烟温高于350C时，金属烟囱要砌内衬，衬砖厚度一般为半块砖。烟温达到350C500C时用红砖砌筑，高度为烟囱的13，烟温为500C700C时烟囱全高衬砌红砖，700C以上时烟囱全高衬砌耐火砖。烟囱必须有独立的基础，不能与烟道基础相连，以免烟囱下沉时烟道基础断裂
16、。烟囱底部应设人孔，以备烘烤烟囱、扒灰和修理内衬之用。1.2.3 炉子基础与钢结构1）炉子基础修建炉子时必须打好炉子基础。炉子基础一方面要承受整个炉子的质量不致下沉或倒塌；另一方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。根据炉子的大小和土质的好坏，炉子基础可采用不同材料和结构来砌筑。小炉子可用红砖或石块来砌筑；绝大多数大中型炉子都采用混凝土或钢筋混凝土修建，因为它既结实又抗压。在设计和修筑炉子基础时应注意以下几点：(1)混凝土任何部分的温度都不允许超过300C，否则混凝土就会变质而压坏。因此，当炉底直接建筑在混凝土上时，要在炉底与混凝土之间用绝热材料隔开；对于温度较高的炉子，要把
17、炉底架空起来，靠空气冷却基础。(2)炉子基础必须是整块的，不允许有断裂现象。炉子基础要与其他基础(如附助设备、厂房、烟囱等基础)分开，以避免由于基础受力不同而引起不均匀下沉，使基础开裂或设备倾斜。(3)基础的底部应在地基的冻土线以下，以免因天气寒冷使基础遭到破坏。(4)炉子基础应尽可能地建于地下水平面以上，以免由于地下水的侵入而损坏基础的强度。炉子个别部分（如烟道、换热器等）必须建在地下水平面以下时，一定要有防水沟或防水层等严密的防水措施。2）炉子的钢结构为使整个炉子成为一个牢固的整体，在长期高温的工作条件下不致严重变形，炉子必须设置由钢柱、横梁、拉杆、拱角梁等组成的钢架。其作用是： (1)加
18、固炉子砌体，承受炉子拱顶的水平分力或者炉子吊顶的全部重量，并把它们的作用力传到炉子基础上。 (2)钢结构也是炉子的骨架，在其上可以安置炉门框、炉门、烧嘴和冷却水管等各种炉子部件，并承受这些部件的重量。(3)可抵抗砌体的高温膨胀，使炉子受热后不发生变形。钢结构的型式与炉型和砌砖结构有关，为使钢架形成整体，一般都采用焊接结构，但各部分砌体均需留有膨胀缝，以免受热后钢架变形。钢结构的计算很复杂，而且在冷态下算出的结果也不准确，因为由于温度的升高砌砖的膨胀应力很难计算得出。所以钢结构的尺寸和规格常常是参照实际使用资料来确定。1.3 加热炉的热工制度6连续式加热炉的热工制度，包括温度制度、供热制度和压力
19、制度。温度制度是指炉内的温度分布，主要是沿炉长方向的温度分布。供热制度是指炉内的供热分配，它和炉温分布是互为因果的。在设计时，根据炉温制度的要求，采取某种供热分配（燃烧器布置）来予以保证；在操作中，一定的供热分配将造成一定的炉温制度。它们之间互相联系又互相制约。因此，炉温制度和供热分配总是结合起来考虑的，把他们的总和叫做“温热制度”。压力制度是指炉内的压力分配。炉子的温度制度和压力制度将影响到炉子的生产率、热效率、加热质量、炉体寿命、操作条件等。因此，在设计时，炉子的段数、供热和排烟位置、炉形轮廓等常常主要是保证合理的炉温制度和压力制度出发来考虑的；而其基本的供热、供风、排烟操作的目的就是调温
20、、调压、调气氛。所以，除特殊的气氛之外，几乎全部的热工操作就在于控制炉子的温度和压力制度。现代加热炉的计算机控制也主要是控制炉温和炉压，所谓“燃烧控制”就是在良好的燃烧条件下实现炉温制度的给定值的控制。1.3.1温度制度其中，主要是温度制度，它是实现加热工艺要求的保证；是制定供热制度与炉压制度的依据，也是炉子进行操作与控制最直观的参数，炉型或炉膛形状曲线是实现既定热工制度的重要条件。三段式温度制度分为预热段、加热段和均热段，料坯由炉尾推入后，先进入预热段缓慢升温，出炉废气温度一般保持在850-950，然后料坯被推入加热段强化加热，表面迅速升温到出炉前要求的温度，并允许物料内外有较大的温差,最后
21、，料坯进入温度较低的均热段进行均热，其表面温度不再升高，而是使断面上温度逐渐趋于均匀。均热段的温度一般在12500-1300，即比料坯的出炉温度约高50。1.3.2供热制度 供热制度指在加热炉中的热量的分配制度。热量的分配既是设计中也是操作中的一个重要问题，目前三段式加热炉一般采用的是三点供热，即均热段、加热段的上下加热；或四点供热，即均热段上下加热，加热段的上下加热。合理的供热制度应该是强化下加热。1.3.3压力制度 连续加热炉内炉压大小及其分布是组织火焰形状调整温度场及控制炉内气氛的主要手段之一。它影响钢坯加热速度和加热质量，也影响着燃料利用的好坏，特别是炉子出料处的炉膛压力尤为重要。 炉
22、压沿炉长方向上的分布，随炉型、燃料方式及操作制度不同而异，一般连续式加热炉炉压沿炉长的分布是由前向后递增，总压差一般为20-40Pa。造成这种压力递增的原因，是由于烧嘴射入炉膛内流股的动压头转变为静压头所致。 由于热气体的位差作用，炉内还存在着垂直方向的压差，如果炉膛内保持正压，炉气又充满炉膛，对传热有利，但炉气将由装料门和出料口等处逸出，不仅污染环境，并且造成热量的损失。反之，如果炉膛内为负压，冷空气将由炉门被吸入炉内，降低炉温，对传热不利，并增加了炉气中氧含量，加剧了料坯的烧损。所以对炉压制度的基本要求是保持炉子出料端钢坯表面上的压力为零或10-20Pa微正压（这样炉气外逸和冷风吸入的危害
23、可以减到最低限度），同时炉内气流通畅并力求炉尾处不冒火。1.4 连续加热炉广义的连续式加热炉包括所有的连续运料的加热炉，如推钢式炉、步进式炉、输送带式炉（链式炉）、辊底式炉、分室式快速加热炉、转底式（环形）炉等。但一般习惯上通常称呼的连续式加热炉，则多指由推钢机运料的推钢式连续加热炉以及后来发展的由步进梁或步进底运料的步进式连续加热炉。1.4.1 连续加热炉的分类连续加热炉是多种多样的。大致可按下列特征分类：(1)按运料方式分类(推钢式、步进式、其他类型机械化炉底加热炉)；(2)按燃料种类、燃烧方法和预热情况分类(燃煤、燃油、燃煤气的，使用各种类型燃烧器的，无预热、换热式的、蓄热式的)；(3)
24、按供热制度和炉型分类(二段式、三段式、四段式、顺流式、反向供热式)；(4)按有无下加热分类(单面加热和双面加热的)；(5)按炉内料坯排数分类(单排的、双排的、三排的)；(6)按出料方式分类(端出料、侧出料)；(7)按烧嘴布置分类(端供热(轴流式)、侧供热、顶供热)；(8)按加热金属品种分类(如加热矩形或圆形断面的料坯或钢锭的，加热普碳钢或合金钢的)。上述是按炉子的基本特征分类的。炉子的设计方案的确定，首先是对上述的分类特征加以选择。1.4.2 推钢式连续加热炉1推钢式连续加热炉是传统的、使用最广泛的连续加热炉，它是靠推钢机完成炉内运料任务的连续加热炉。具有结构简单、操作方便、运行可靠、造价低廉
25、的特点，运用于各种轧制前的加热和某些锻造前的加热。自本世纪一十年代沿用至今。到1967年以前，所有的现代轧机都是采用的推送式的炉子。图1-1 三段推钢式连续加热炉(炉底面积26.13.6=93m2)由于轧机产量的提高和某些料坯尺寸的加大，要求设计高生产能力（达400t/h以上）的大型连续加热炉。步进式加热炉由于具有炉长不受限制、运料灵活和加热质量好的优点，在热轧带钢、厚板、轨梁、线材等大型轧机上得到了迅速的推广，并已应用于中小型加热炉，大有完全取代推钢式加热炉的趋势。但目前国内外的大多数加热炉（特别是生产能力在100t/h以下的）仍采用推钢式加热炉，因为它具有投资少、建设快、使用方便、燃耗较低
26、，不需改变原有基础，设计和操作经验丰富等优点，所以，本人仍选取推钢式连续加热炉作为毕业设计课题。图1-1是三段推钢式连续加热炉示意图。1)供热方式由于炉子加热方坯一般都比较宽，为了保证沿炉宽方向上的温度均匀性，一般采用喷出速度较高的调焰烧嘴，使火焰长度在一定范围内可调，并促进炉内气体的循环。也有采用关闭部分烧嘴的办法来适应热负荷的变化，以便烧嘴本身的热负荷及燃烧火焰相对稳定。虽然采取了这些措施，在调整方坯长度方向的温度均匀性方面，总不如设置端烧嘴进行调整时那样灵活。随着热轧方坯长度加长，有的因为方坯加长后，还要求出炉方坯在长度方向有一定的温度梯度，以保证方坯出炉冷却降温后，两端进入轧机时的温度
27、基本一致。2）加热炉内料坯受热面当料坯断面小于80mm时,可采用一面加热；大于100mm时，则采用两面加热。此外，料坯长度小于1m时，不宜采用两面加热，因为料坯太短，架空料坯用冷却水管所占下加热面面积的比例很大，故下面加热的作用并不显著。相反，由于冷却水管的设置，却带来一系列的缺点。3）料坯在加热炉内的放置方式对于连续式加热炉，应根据加热炉产量大小决定采用几排放料方式，在确定放料方式时，应该注意炉体的长和宽，使之保持比例适当，以保证炉型及热制度合理。4)进出料方式对于连续式加热炉，一般采用端进料，即料坯都是从炉尾装入的。而加热炉的出料方式有端出料和侧出料两种。从生产工艺出发，端出料相对于侧出料
28、有着很大的优点，主要在于：(1)车间布置方便。现代的轧钢车间，由于产量大，常设有几座炉子同时生产，如果采用侧出料，则辊道设置困难，占用车间面积大，操作不便，如图1-2所示。 图1-2 端出料 侧出料(2) 双排料一般采用端出料。(3)端出料可由炉后推钢机直接出钢，省去一套出料设备。所以，本设计方坯推钢式连续加热炉的出料方式选用端出料。5)排烟方式推钢式连续加热炉通常都采用下排烟方式。1.5 加热炉燃料4加热炉中可应用固体、液体、气体燃料。目前气体燃料在加热炉中的应用较广泛，并有日益发展之趋势,冶金炉及工业炉窑所用的气体燃料主要是高炉煤气、焦炉煤气、发生炉煤气和天然气等。固体燃料在加热炉的应用过
29、程中，存在资源利用及热量利用效率低、操作困难、运输量大、不易自动化等一系列缺点。目前仅在非联合的冶金企业以及中小型的冶金和机械厂中使用。液体燃料虽然为贵重的化工原料，但由于它的发热量高，杂质少，输送方便，故可考虑使用，目前应用较多的液体燃料有重油等。 在各种燃料中，气体燃料的燃烧过程最容易控制，也最容易实现自动调节；按照需要可用配合的办法得到任何发热量的煤气；可在炉外完成空气、煤气的混合，借以强化燃烧，理论上煤气预热温度不受限制，气体燃料可以进行高温预热，因此可以用低热值燃料来获得较高的燃烧温度并有利于节约燃料，降低燃耗。由于以上特点，在冶金联合企业中，应首先考虑采用煤气作为冶金炉燃料。单独使
30、用高炉煤气未尝不可，但应注意到在单独使用高炉煤气时，为了要获得足够的燃烧速度，往往需要预热大量的空气和煤气。本设计采用焦炉煤气。1.6 连续式加热炉的发展概论719世纪末以来，随着冶金和机械制造工业的发展，在轧制和锻造生产中广泛地使用了连续加热炉。并且随着科学和技术以及工业的发展，特别是燃烧技术、耐火材料、热工仪表以及电子计算机的发展，连续加热炉也经历了由初级到高级，由简单到复杂，并重新趋向于简单的变化过程。最早建造的是实底单面加热的连续加热炉，虽然实现了连续装出料，但由于采用单面加热，直接烧煤的技术，使得不完全燃烧较多，炉温波动大，热效率低，加热质量差，燃耗（标煤）高达100kg/t。随着2
31、0世纪工业的进步，到二次世界大战后一段时期，加热炉有了较大的进步，主要是实现了双面加热，由于出现炉底水管支撑结构，导致被加热坯料产生黑印，所以针对这一问题，炉子增设了均热段，确保出炉坯料温度和中心温差满足工艺的要求。燃料主要是重油和气体燃料，供热采用端部供热的方式，炉内坯料的输送靠推钢机。利用烟气余热预热空气和煤气，提高了炉子的热效率，降低了能耗。热工操作也从凭经验发展到配置热工测量和调节仪表，主要包括燃料和空气流量、压力和温度的检测、各段炉温的检测与自动调节。20世纪70年代初，由于工业的发展，同时燃料价格便宜，这一时期连续加热炉主要是大型化和强化加热，建造了许多产量达200300t/h以上
32、的炉子。这一时期加热炉炉型结构上出现了步进式加热炉,有效地改善了推钢炉钢坯水冷黑印和表面划伤的缺陷。加热炉还实现了快速加热,用高温高速燃气直接喷到坯料表面，加强对流换热，达到快速加热的目的。同时加热炉汽化冷却的使用，使得炉底水管结构冷却强度减少，水的消耗量锐减，产生的蒸汽可用于生产和生活。各加热炉水冷却损失减少到15%以下。从1974年资本主义世界发生能源危机以来，对炉子的发展产生一定影响，这一阶段炉子的重点是节能技术的开发利用。炉子有效炉底强度控制在500600kg/(mh)。这一时期加热炉技术主要有如下几方面的突破：(1)采用“热滑轨”以减小黑印的影响，取消了实底均热床。(2)热装和连轧技
33、术的应用。初轧坯或连铸坯的热装或直接轧制是对旧的两火或者三火成材工艺的一次革命，工序能耗大大降低。(3)平焰烧嘴的应用，简化了炉顶结构，使炉温和炉压更易控制，炉温均匀。可解决出钢口吸冷风的问题。这一时期将可调烧嘴用于加热炉上也取得了良好效果。(4)喷流预热。将高温烟气用耐热风机抽回，通过布置在预热段坯料上面的喷管，直接喷射到坯料表面，强化对流给热，取得了显著的节能效果。(5)近几年新型耐火材料有了飞速发展，耐火混凝土、耐火可塑料、耐火纤维等新型耐火、绝热材料在炉子上得到了广泛的应用，增强了炉体气密性，提高了炉子的寿命，减少了炉体的热量损失。(6)计算机自动控制和管理。近几年新型集散型计算机系统
34、的不断问世,取代了传统的热工测量和调节仪表，并且由于有相当充裕的内存、计算和实时控制功能，为实现炉子和整个工艺过程的最优控制和管理提供了良好的条件。目前加热炉计算机控制和管理能够对燃烧、炉压、炉温和坯料加热过程进行自动控制,金属加热的数学模型，加热温度和烟气成分的连续测定。坯料加热和燃烧过程的闭环控制等正在深入研究之中。总之，经过多年发展，连续加热炉炉型和技术已趋于完善和成熟，可满足多种工艺的要求，随着科学技术的发展还将会进一步完善和提高，成为高效全自动的热工设备。1.7 加热炉的现状以及节能10下面就我国锻造加热炉行业的现状和节能潜力，从改革锻造行业生产组织体制、拟定科学的锻造加热规范、开发
35、新炉型、合理确定锻造炉的燃料构成和用能方向等方面论述具体的节能措施。我国工业炉能耗约占总能耗的20%。在锻造生产中，锻件的动力费约占成本的7%-10%。我国的锻压加热炉的热效率仅为5%-10%，而美国室式炉的热效率最低为10.3%，最高可达28%，有预热回收的炉子，热效率可达40%以上。就全国锻造行业而言，不论是锻造生产专业化程度、加热工艺、加热炉炉型、炉子的热效率，还是燃料构成、燃料技术装置、机械化自动控制调节水平等，与世界上工业发达国家比较仍然落后，大致与日本1955年的水平相似，比世界先进的锻造加热技术落后20年左右，热效率与国外相差1-7倍以上。近几年来，通过加强工业炉窑的科学管理和节
36、能技术改造，我国锻造加热炉的技术装备水平有了明显的提高，个别锻造加热炉的技术经济指标和热效率已经接近国际先进水平，某些单项节能技术装置亦赶上国外同类产品水平。但就全国锻造行业总的情况来而言，不论是锻造生产专业化程度、加热工艺、加热炉炉型、炉用材料、炉子的热效率，还是燃料构成、燃烧技术装置、机械化自控调节水平等，与发达国家相比仍然落后。如何改变我国锻造加热的落后面貌，降低锻造加热炉的燃料消耗，节约能源，机械电子工业部第五设计研究院的靳华先生提出以下几点意见。1） 坚决改革现行锻造生产组织机制，组建发展锻造专业化生产中心 这是一个呼喊多年单没有得到解决的大问题。这个问题的解决，不仅可以大幅度地节约
37、能源，而且是提高我国锻造生产水平、改变锻造加热落后面貌的一项根本性措施。目前我国锻造生产、加热的规模已居世界前列。但厂点过多，布局不合理，专业化水平太低，力量分散是一大蹩病，也是该行业机械化程度低、劳动生产率低、能源有效利用率低、燃料耗费量大的根本原因。我国机械工业系统的锻造生产厂、点有3590个（占全国41个主要工业城市锻造生产厂家的89%），其中专业锻造厂家只有1%，自制自用锻件的厂家占绝大多数，锻压及加热炉设备的负荷严重不足，直接影响经济效益。国外的实践经验告诉我们，组织锻造专业化生产，有利于提高该行业生产技术的管理水平；有利于实现机械化和自动化流水生产线；有利于采用最先进的锻压工艺及设
38、备；大幅度提高劳动生产率和节约能源并进而推动实现全行业、全过程、全工序的节能。要考虑锻造生产的特点，锻件品种、工艺技术、批量大小等因素，根据地区和专业相结合的原则，结合企业体制改革及行业的技术改造，采取自愿、互利、联合、联营、生产厂家与使用厂家直接签订产供协议等办法，以省市或经济协作区作为范围，在现有锻造生产单位中，选择基础条件比较好的厂，改造组建成锻造装夜话生产中心；下决心关、停、并、转和撤掉一批产量小、质量低、燃耗高的锻造厂和车间，把锻件集中到专业厂生产。经过五六年的努力，应争取使我国的锻造生产的专业化程度达到10-15%，甚至更高。2） 科学的制定锻造加热规范锻造加热过程中的炉温、加热时
39、间、加热速度、锻造温度等应该严格按照加热规范进行操作。这既可以防止因温度降低而无法锻打工件，又可以避免因炉温过高造成过烧、脱碳和严重氧化而浪费大量热能的现象。从我国同样重量的大锻件所需的平均加热时间看，各厂之间差距甚大，落后厂比先进厂高2倍以上。这种差距意味着在这方面存有较大的节能潜力。据了解，日本根据锻坯大小、材质、传热面积、炉温变化等因素，规定了一个最低的加热时间，并把锻造温度限制的最低的必要的限度内，规定中碳钢模锻件的适宜加热温度范围为1200-1250,小而简单的工件用下限，大而复杂的工件用上限；自由锻因对金属的流动性要求比模锻件低，加热温度限制在1150-1200的范围内，比我国低5
40、0，仅此一项可节能4%。我们应该参考国外的技术生产经验，根据锻造工艺的要求，制定出一套比较科学、先进、完整的锻造加热制度，并尽可能采用先进的微机技术，对其加热过程实行全自动控制与调节，肯定会大大改善加热，促进节能。3） 改造旧炉型、研制新炉型，促进增产节能从全国工业炉窑的调查了解到，机械工业系统中约有各种锻热炉10091台，占全国工业炉窑纵台数的10%左右。其中室式炉5972台、推杆式炉317台、台车式炉131台、环形和振底式炉110台、贯通式炉90台，其他形式的约3471台。由上述情况看，室式占50%以上。这些炉子热效率低，热损失大。现用室式炉的缺点比较多，与连续式加热炉相比，炉体材料、炉壁
41、厚度、炉温均相同，但前者砌体体积与炉膛体积或有效炉底面积之比大于后者，相对而言，前者蓄热量也大。蓄热造成的热损失一般在40%以上。由于多数室式炉炉底近于方形，加热时炽热的炉气与锻件在炉内进行的热交换时间不长，因此，它排出的烟温很高，一般不低于900-1000。废气带走的热量约占总供热量的50-70%。这是它升温慢、加热慢、能源利用率低、热效率普遍不高的重要原因。在机械行业锻造车间使用的室式炉中有90%的炉子热效率低于半连续加热炉、环形加热炉。因此，应下决心对现在运行中的室式锻热炉加快根本性的改造步伐，甚至尽快淘汰一批。用连续加热炉和其他先进节能型炉子代替。另一方面要积极组织工业炉窑的技术力量研
42、制开发新的节能型锻造加热炉，并根据需要有选择的引进一些先进得加热技术装置，并加速它们的转化与推广。从当前世界炉窑技术发展趋势和节能的需要来说，今后应着力研制开发高效、轻质、控制程度高、热效率高、综合节能效果好的炉型。不论是改造旧炉子还是研制新炉型，都必须强调采用新技术、突出节能实效。4） 合理制定加热炉的用能方向及燃料构成锻造加热炉属于高温加热，从加热工艺、温度、节能的要求出发，尽量采用优质燃料是合理的。目前世界上几个主要生产锻件的国家多采用液体、气体燃料及电能。苏联从1960年开始就不再使用直接燃煤的炉子，至1980年的20年中，用重油的比例从60%下降到10%，天然气则由38%上升到70%
43、以上，电加热炉的锻件由1.8%增加到20%。日本在10年前用电炉加热的比例就高达35%。美国燃油炉占炉子总数的41%，燃气炉占30%，电加热炉占19%。联邦德国一天然气和电为主。我国1974年的情况是：按锻件重量计算，直接燃煤的炉子伟55%，燃油炉占33%，煤气炉伟10%，电加热的锻件为2%。10年后的情况是：直接燃煤炉为46%、燃油炉为17%、各种煤气加热炉为32%、电加热炉的锻件上升到5%。这种变化是执行贯彻我国已煤带油政策的结果，是符合国情的。但是这种变化太小太慢，必须加速，才能适应发展锻造生产和节约能源的需要。从我国实际考虑，锻造加热用能的方向、原则应是：第一，采用各种煤制气、天然气、
44、液化气，以符合以煤为主要能原的国情；第二，锻件加热技术工艺的确需要，经济上又合理而且有条件的可采用油和电能加热；第三，坚决提倡鼓励采用有利于节能、环保的新优能源；第四，要采用坚决的措施限制、减少、禁止直接燃煤加热炉的使用。我们曾对部分厂家的锻造加热同样的锻件，使用不同燃料的耗能情况进行了调查分析，发现直接燃煤炉平均单位燃耗是820kg标煤/t锻件，较好的水平为650，最好的水平为386；燃油炉折成标煤，气平均单位燃耗为690kg标煤/t锻件，较好的水平为500，最好的水平为212；燃煤气的炉子，折成标煤，其平均单位燃耗仅为205kg标煤/t锻件。这说明较理想的是采用煤气和电能。因此，我们应在5
45、-8年的时间内，争取我国锻造加热用能中各种气体和电能的比例能达到80%，为国家节约更多的能源。5） 从燃耗差距中挖掘节能潜力这是锻造加热炉行业比较现实偶遇小的节能方法。我国现有锻造加热炉的燃耗水平与国外相比有很大差距，国内同行业内部先进与落后单位之间也有相当大的差距。我们调查了18个有代表性的燃煤炉厂家，平均单位燃耗为0.82t标煤/t锻件，其中最好的为上海轻工锻造厂及济宁齿轮厂，前者为0.886，后者为0.488，较好水平在0.6-0.7之间。燃油锻造炉，据24个厂的调查统计，1983年平均单位耗油483kg油/t锻件。其中燃耗最高的为721，最低的为221.5，一般的约为400。上海的吴淞
46、、机床、重机、模锻四个燃城市煤气的锻造厂，锻件平均单位燃耗均在250kg标煤/t锻件左右。采用电加热的锻热炉，平均单位燃耗折成标煤为205kg标煤/t锻件。根据对33个模锻生产厂的统计分析，每吨锻件的燃耗低的为0.325t标煤，高的为2.665t，相差8.2倍。以上情况说明，燃煤、燃气、燃油、用电的加热炉，品滚单位燃耗之间均有较大的差距，也就存在着巨大的节能潜力。如果我们积极采取有效措施，尽快缩小和消灭此差距，使我国锻造生产中平均燃耗提高到国内先进单位和先进加热炉的程度，那么，每年至少可以为国家节约6x105t左右的标煤。为此：（1）要严格建立推行锻造加热炉的供能、用能定额，超用惩罚，节能奖励
47、，责任承包管理制度，并加强科学管理；（2）要让你真总结、交流、推广现有的先进节能、低耗技术，以及管理经验；（3）要尽快制定出锻造加热炉晋等升级经济技术标准，开展全行业加热炉晋等升级有奖有罚的竞赛评比活动；（4）要因炉制宜地选择使用有效的余热回收利用装置，把加热炉高温烟气的回收利用作为一项重要的节能技术予以推广；（5）采用先进的节能型燃烧器。如普通平焰烧嘴、自身预热烧嘴、引射式平焰烧嘴、高速烧嘴等用于加热炉，均可节约燃料20-30%。6） 开发一个用节能配套技术，对锻造加热炉进行综合治理我国不少单项炉窑节能技术不论是技术性还是节能效果，大部分已接近同类产品的水平。但其配套性和综合利用的水平太低，
48、如高温热风烧嘴，就缺乏热风自动补偿保持低空气比的技术装置，也没有完善的自动调节系统。这种情况是我国多数锻造加热炉技术装备落后及能耗高的一个重要原因。因此，我们应尽力切实组织好锻造加热炉炉用节能技术的配套开发应用工作。把通过实验、鉴定和生产实践考验已经证明的行之有效的单项节能技术，诸如节能烧嘴、炉用节能风机、各种换热器、自控调节装置、优质轻型耐火材料，还有煤、水浆燃烧技术、油水乳化燃烧、粉煤油混烧、煤的气化、液化燃烧等配套化、系列化，用于锻造加热炉的技术改造和新建炉的设计之中。这样就必然会大大提高锻造加热炉的综合技术水平，产生增产、节能、高效、寿命长的综合经济效益。2. 设计计算热工计算原始数据 1)炉子生产率：11
