加热炉设计说明书

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：2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23五、设计心得23六、参考文献243一、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，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：T空＝400℃5.被加热金属：1）钢坯尺寸：180×180×3300mm；2）钢坯种类：普通碳钢3）钢坯入炉表面温度：t始表=20℃3）钢坯出炉表面温度：t终表=1200℃4）经过预热段以后钢坯表面温度：t预表=650℃5）进入均热段时钢坯表面温度：t表=1250℃6.燃料：1）燃料种类：高焦炉混合煤气，Q低＝1600千卡/标米32）烟气出炉温度：t气＝800℃3）烟气进入预热段温度：t气＝1400℃4）烟气在预热段平均温度：-t均气均热＝1275℃5）高焦炉混合煤气（湿成分）：煤气种类COCO2H2CH4CmHnO2N2H2O合计体积分数/%22.39.813.85.50.40.245.72.31004三、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180mm×180mm×3300mm，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L0202433(0.5)100/210.523.5(0.513.825.50.522.33.50.40.2/211.440/nmCOOHCHCLHmm（）计算实际燃烧产物需要量Ln（无焰燃烧，选取n=1.05）3301.051.512/nnLmmL（）计算燃烧产物生成量及成分(每100m3燃料)2222224333323304222(22.39.8+5.520.40.010.3840/790.01(45.7790.01/21(1)0.01210.01/(23)0.124mnmnCOnOHOHNVCOCOCHCHmmVNLmmVnLmmCHHHOCHgV222233330.01(230.42.313.8)0.010.1242.392518.90.01/0.38400.31841.6510.015122.3685/gOnnCOONHOLmmVVVVVmm则生成物含量见下表5产物成分C02N2O2H2O总和含量（%）16.2169.710.6413.44100.01.3燃烧产物密度计算''''222234418283222.41004422.41001.3069/COHONOkgm=1.4计算燃料理论燃烧温度400℃时，3/.Cm空C=1.327kJ˚，设燃烧温度为1870，则3)/(ockJmtC=1.6912802.5716004.1871870CntQQQQtVC低空燃分理=˚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2co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/m3C˚（二）钢坯加热时间的计算①钢坯出炉的表面温度t终表=1200℃；②钢坯入炉的表面温度t始表=20℃；③经过预热段以后的表面温度t预表=650℃；④进入均热段时的表面温度t表=1250℃；6⑤烟气出炉的温度t气=800℃；⑥烟气进入预热段的温度t气=1400℃；⑦烟气在均热段的平均温度-t均气均热=1275℃；2.1预热段加热时间的计算2.1.1传热系数的计算(1)求平均温度-t均气预热=800+1400=11002℃-t2=+tt32=20+650-20=4403t始表均预始表预热表表℃℃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℃；t中=650℃-15℃=635℃2=+t32=635+15=6453ttt均预金属中表中℃(2)炉气黑度有效平均射线长度预热段：S=3.6sV=3.63.63.81.808=2.2052()2(3.81.808)HBLBLHLmPCO2S=0.1621×2.205×510=0.357×510﹙m﹚PH2OS=0.1344×2.205×510=0.296×510﹙m﹚当-t均气预热=1100℃2co=0.1422Ho=1.05×0.176=0.185所以预热段的黑度为气=0.185＋0.142=0.327（3）辐射传热系数7F3.323.30.588F2()3.81.8082LBLHL金壁查的rkmC=11.6624kJ/(m.h.K)辐射传热系数44rkm--C100100= TTtt均均气表辐均均气预热表预热=11.663553725841100440=582.172kJ/(m.h.)℃（4）对流传热系数=450otc对取=0.05,0=1.6m/sct=1.5892kJ/(m).℃=450otc对=57.202kJ/(m.h.)℃（5）总传热系数=+对宗辐=639.372kJ/(m.h.)℃2.1.2确加热时间﹙预热段﹚(1)钢的成份取cw=0.64%Mnw=0.6%siw=0.2%(2)钢的热导率o=(70-10cw-16.7Mnw-33.6siw)×4.18=169.4162kJ/(m.h.)℃440=o×0.83=140.6152kJ/(m.h.)℃(3)钢的比热容当碳含量cw%=0.64%-t均气均热=440℃C=0.5322kJ/(m.h.)℃8(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=S639.37×0.09／140.615=0.409φ=--tttt均预气预热表均始气预热表1100650==0.415110020=c140.61577000.4783=0.0382Fo=2aS=2.03(6)故预热时间τ=2.03×S²／0.0382=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=2.03Bi=0.409查的--tttt均预气预热中心均始气预热表=0.296故t预中心=t均气-0.4296(t均气-t表始)=1100-0.4296(1100-20)=636.03℃由此知预热终了表面与中心的温差Δt1=650℃-636.03℃=13.97℃2.2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4100t均气=4444100100100100TTTT均均均表气表理+4100T均表t理=1870℃t出气=1400℃t均表=(1250+650)/2=950℃带入式中得：t均气=1608℃(2)炉气的黑度9S=3.63.82.927=3.63.6s2()2(3.82.927)VBHLBLHL=2.976mPCO2S=0.1621×2.976×510=0.482×510﹙Pa.m﹚PH2OS=0.1344×2.976×510=0.400×510﹙Pa.m﹚当t均气=1608℃2co=0.1122Ho=0.144所以预热段的黑度为气=0.112+0.144=0.256(3)辐射传热系数FF金壁=3.323.30.492()3.82.927LHLBL查的rkmC=10.5424kJ/(m.h.K)辐射传热系数44rkm--10.54125094223721608950C100100= TTtt均均气表辐均均气预热表预热=1645.42kJ/(m.h.)℃(4)对流传热系数=450otc对=42.842kJ/(m.h.)℃(5)总传热系数=+对宗辐=1688.272kJ/(m.h.)℃2.2.2确加热时间﹙加热段﹚(1)钢的热导率950=λo×0.68=169.416×0.68=115.2022kJ/(m.h.)℃(2)钢的比热容950C=0.68082kJ/(m.h.)℃(3)各无量纲的特征数的数值10Bi=S1.319φ=--tttt均预气预热表均始气预热表=0.3737=c115.20275000.6808=0.0226m²／h查得Fo=2aS=0.786(4)加热时间τ=0.786×S²／α=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=0.786Bi=1.319查的--tttt均预气预热中心均始气预热表=0.516（1）加热段终了时钢坯的中心温度t中心=t均气-0.516(t均气-t表始)=1608-0.516(1608-650)=1114℃由此知预热终了表面与中心的温差Δt2=1250-1114=136℃2.3确定均热时间钢坯出炉时表面与中心温差最大允许为15℃Δt2=234℃1515t2136=0.11查的m=0.4561250=λo×0.73=123.6742kJ/(m.h.)℃1250C=0.164×4.18=0.6872kJ/(m.h.)℃a=c=0.024m²／h代入得3=m.s2/a=0.154h则：钢坯在炉内的总加热时间1230.43+0.28+0.15=0.86h现实