加热设备的类型及选用

加热设备的类型及选用
摘要:随着冶金行业发展,加热炉的技术不断地提高,因此加热炉的类型越来越多,例如有均热炉、连续加热炉、两段式加热炉、三段式加热炉等。加热炉是对各种形状不同的锭坯进行加热,从而是锭坯的温度更加均匀和表面质量更加完善。在这么多加热炉中,如何选用加热炉对锭坯进行加热是一个很关键的问题。现在最常用的加热炉是步进式加热炉和蓄热式加热炉,而本文主要说明的是这两种炉子,重点阐述步进式加热炉和蓄热式加热炉的类型和选用。
关键词:均热炉、连续加热炉、步进式炉、蓄热式加热炉
前言:随着我国冶金行业的发展,经过漫长的积累,我国的冶金工业已经完成了从无到有、从有到精,并逐步开始与世界冶金强国比列前茅。在这种前提下,加热设备的运用是冶金行业所要学习的一门课程。
1均热炉
均热炉是初轧厂加热钢锭的工艺设备。均热炉的炉型,按空气预热方式分蓄热式和换热式;按燃烧方式分上部燃烧式和下部燃烧式。现代的均热炉大多为上部单侧烧嘴换热式均热炉,换热器与炉膛分开设置。每座炉子多由2~4个炉膛组成,几座炉子纵向并列。
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1.1均热炉的类型
均热炉类型有以下几种:中心烧嘴换热式均热炉,上部四角供热换热式加热炉,上部单侧烧嘴换热式均热炉。
1.1.1中心烧嘴换热式均热炉
中心烧嘴换热式均热炉的结构如图1所示
图1 中心烧嘴换热式均热炉
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中心烧嘴换热式均热炉的炉膛尺寸波动范围为:长3.7~5.7m,宽3.7~4.8m,高2.8~3.3m。
为了避免炉墙在高温下向内膨胀,将炉墙砌成弧形。每组两个炉坑,每个炉坑可以装10~20根钢锭,沿炉墙四周直立放置。炉子只有一个烧嘴,位于炉底中心,炉膛两侧各有一个陶质管砖的换热器。空气在换热器预热到700~800℃后,经热风道送往烧嘴。
计数继电器中心烧嘴换热式均热炉的炉底温度较低,一般可采用干出渣。干出渣是在炉坑底上铺200~300mm厚的5~20mm大小的焦碳粉,氧化铁皮及杂质基础上不溶化,部分融化的被焦碳粉吸收,不致粘结在炉底上。这样就形成了干渣。fpc补强机
中心烧嘴换热式均热炉的优点是:(1)钢锭的受热比较均匀,火焰不直接喷在钢锭上,加热质量比较好。(2)温度比较稳定。
但也存在许多缺点:(1)炉底的利用率低,炉底中心烧嘴加上其周围的围墙,几乎占去炉底面积的四分之一不能充分利用。(2)温度仍不均匀,靠炉盖的上部温度,而下部温度低,钢锭面向火焰的一面温度高,靠炉墙的一面温度低。(3)换热器容易堵塞,寿命一般只有两年。(4)因为火焰直接喷在炉盖上,炉盖寿命低,中心烧嘴围墙容易被钢锭砸坏,围墙损坏变形后,又造成火焰偏斜不正,钢锭偏热。
1.1.2上部四角烧嘴换热式均热炉
这种炉型是我国一些初轧厂在原来中心烧嘴均热炉基础上改造的。炉子结构未做大的改动,至少取消了中心烧嘴,在炉膛上部四个角安装四个烧嘴,为了产生旋转的火焰,以克服炉坑内气体循环的死角,烧嘴的布置分别同炉体的中心线成25°。如图2所示。
图2 上部四角烧嘴换热式均热炉
由中心烧嘴改为四角烧嘴的炉型后,收到一定效果,其优点是:(1)扩大了装入量,提高了炉子产量。(2)延长了炉子寿命。(3)改善了加热质量。(4)换热器堵塞的问题有所改进。
这种均热炉也有缺点:(1)由于烧嘴多,空气和煤气的管路复杂,操作与控制不便,(2)换热器的漏风问题仍然存在,(3)把热风道砌成在侧墙内不占炉外空间,但检修时要经常扒掉重砌,如热风道的砌筑尺寸不精确,会影响四角热负荷的均匀分配。
1.1.3上部单侧烧嘴换热式均热炉
上部单侧烧嘴换热式均热炉是应用最普遍的一种炉型。如图3是这种炉子的简图。
图3 上部单侧烧嘴换热式均热炉
这种炉型结构比较简单,一个烧嘴安装在炉膛一侧端墙的上部,废气排出口在同一端墙的下部。从炉膛上部冲到对端墙上,再折回成马蹄形流动,经排烟口、沉渣室进入换热器。根据烟道抽力的大小,可以使部分气流在炉膛内再循环,改变炉内气流温度分布,控制炉内温度分布。
2.连续式加热炉
连续加热炉是轧钢车间应用最普遍的炉子。料坯由炉尾装入,加热后由另一端排出。推钢式连续加热炉,钢坯在炉内是靠推钢机沿炉底滑道不断向前移运;机械化炉底连续加热炉,料坯则靠炉底的传动
机械不停地在炉内向前运动。燃烧产生的炉气一般是对着被加热的料坯向炉尾流动,即逆流式流动。料坯移动到出料端时,被加热到所需要的温度,经过出料口出炉,再沿辊道送往轧机。
连续加热炉的工作是连续性的,料坯不断的加入,加热后不断地排出。在炉子稳定工作的条件下,炉内各点的温度可以视为不随时间而变,属于稳定态温度场,炉膛内传热可近似地当作稳定态传热,金属内部热传导则属于不稳定态导热。
具有连续加热炉热工特点的炉子很多,从结构、热工制度等方面看,连续加热炉可按下列特征进行分类。
(1)按温度制度可分为:两段式、三段式和强化式。
(2)按被加热金属的形状可分为:加热方坯的、加热板坯的、加热圆管坯的、加热异形坯的。
(3)按所用燃料种类可分为:使用固体燃料的、使用重油的、使用气体燃料的、使用混合燃料的。
(4)按空气和煤气的预热方式可分为:换热式的、蓄热式的、不预热式的。
(5)按出料方式可分为:端出料的和侧出料的。
(6)按物料在炉内运动的方式可分为:推送式连续加热炉、步进式炉、辊底式炉、转底式炉等。
2.1推钢式连续加热炉
推送式连续加热炉仍是应用最广泛的形式。根据炉温制度又可分为两段式加热炉、三段式加热炉、多点供热式加热炉。
2.1.1两段式连续加热炉
如图4是一座燃煤两段式加热炉。
\ 图4 燃煤两段式连续加热炉
按炉温制度分为加热期和预热期,炉膛也相应地分为加热段和预热段。加热薄料坯的小炉子也有单面加热的,一般多为两面加热。
选用:
当料坯的厚度不大时(一般小于200mm),可以采用两段式炉。但当料坯断面较厚时,加热终了后内外上下温差较大,为了消除温差,必须延长加热时间,但受到物料表面温度的限制,如果温度过高,就会产生加热缺陷。所以两段式就不使用了,用三段式加热炉。
2.1.2三段式连续加热炉
如图5是一座推送式连续加热炉。
图5 推送式三段连续加热炉
2.1.2.1  三段式连续加热炉的温度制度
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三段式连续式加热炉采取预热期、加热期、均热期的三段温度制度。在炉子的结构上也相应分为预热段、加热段和均热段。一般有三个供热点,即上加热、下加热与均热段供热。断面尺寸较大物料的加热,多采用三段连续加热炉。
料坯由炉尾推入后,先进入预热段缓慢升温,出炉烟气温度为850~950℃,最高不超过1050℃。料坯进入加热段后,强化加热,表面迅速升温到出炉所要求的温度,允许物料内外有较大温差。最后,物料进入温度稍低的均热段进行均热,表面温度不再升高,而是使断面上的温度逐渐趋于均匀。均热段的温度一般为1250~1300℃,即比物料出炉温度高约50℃。现在连续加热炉的加热段及均热段的温度有提高的趋势,加热段超过1400℃,烟气出炉温度也相应提高,同时也很重视温度分布的均匀性,各段自动调节。
2.1.2.2  三段式连续加热炉的炉型
三段式的炉型的变化很多,但结构上仍有一些共同的基本点。炉顶轮廓曲线的变化是很大的,它大致与炉温曲线相一致,即炉温高的区域炉顶也高,炉温低的区域炉顶也相应压低。在加热段与预热段之间,有一个比较明显的过渡,炉顶向预热段压下。这是为了避免加热段高温区域有许多热量向预热段的低温区域辐射,加热段是主要燃烧区间,空间较大,有利于辐射换热;预热段是余热利用的区域,压低炉顶缩小炉膛空间,有利于强化对流给热。但也有炉子着眼于强化加热,使加热段相对延长,加热段与预热段之间的界限也不再十分明显。
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选用:
断面尺寸较大物料加热,多采用三段式加热炉。
2.2 步进式加热炉
步进式加热炉是机械化炉底加热炉中使用较为广泛的一种,是取代推钢式加热炉的主要炉型。70年代以来,国内外新建的许多大型加热炉大都采用了步进式加热炉,不少中小型加热炉也常采用这种炉型。
步进式加热炉的炉底基本由活动部分和固定部分构成。按其构造不同又有步进梁式、步进底式和步进梁、底组合式加热炉之分。一般坯料断面大于(120×120)mm2多采用步进梁式加热炉,钢坯断面小于(100×100)mm2多采用步进底式加热炉。
步进式加热炉最基本的特征是钢料的移动靠一套步进机构作矩形轨迹的往复运动来实现。步进机构的运动轨迹如图6所示。
图6  步进式加热炉的步进机构运动轨迹图
与推钢式加热炉相比,步进式加热炉有下列优点:

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