再加热炉的设计

1序言毕业设计，它是一次深入的综合性的总复习，也是一种理论联系实际的训练踏实我们完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环节，是我们综合运用所学过的基本理论基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。这对学生即将从事的有关技术工作和未来事业的开拓有一定意义。毕业设计的主要目的：1培养我们综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力，拓宽和深化学过的知识。2培养我们树立正确的设计思想，设计构思和创新思维。掌握工程设计的一般程序，规范和方法。3培养我们正确使用技术资料，国家标准，有关手册，图册等工具书进行设计计算，数据处理。编写技术文件等方面的工作能力。4培养我们进行调查研究，面向实际，面向生产，向工人和工程技术人员学习的基本工作态度，工作作风和工作方法。5就我个人而言，我希望通过这次毕业设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练。丛中锻炼自己分析问题、解决问题的能力。为今后参加祖国的“四化”建设打下一个良好的基础。由于个人能力有限，设计尚有许多不足之处。恳切各位老师给予指导。2课题简介摘要：步进梁式再加热炉是为连轧生产线提供钢管再加热在线常化（一种热处理方式）所用。它是依靠专用的步进机械使工件在炉内移动的一种机械化炉。步进炉底的结构和传动方式要根据出料的频率和炉子的生产能力决定，它不仅要考虑炉内的温度、还要考虑被加工工件的尺寸参数和工地方面的实用性。所以必须严格计算其内部参数，保证炉子的生产和安全。炉底机械采用双轮斜轨式机构。步进梁的升降和平移动作采用液压缸驱动。步进梁支柱穿炉底的孔洞采用干式“拖板”密封。装出料端设有拨料机，固定梁最末一个料位检测有料后，出料拨料机上升将钢管拖起后，出料拨杆立即下降将钢管拨送到出料悬臂轨道上，使钢管能够马上出炉，出料周期最快20s,可以满足125根/h的操作频率。关键词：步进梁式再加热炉步进梁双轮斜轨式机构有效炉底长度梁距齿距在生产中，利用燃料产生的热量，或者将电能转化成热量对工件或物料进行加热的设备，称为工业炉。锅炉也是工业炉的一种，机械工业应用的工业炉有多种类型，在铸造车间有熔炼金属的平炉、冲天炉、感应炉、电阻炉、真空炉等；在锻压车间有对钢锭或钢坯进行煅前加热的各种加热炉和消除应力的热处理炉；在热处理车间，有改善工件力学性能的各种退火、正火、淬火和回火的热处理炉；在焊接车间有压制前的钢板加热炉和焊后热处理炉；在粉末冶金车间还有烧结金属的加热炉等。步进梁式再加热炉是为连轧生产线提供钢管再加热在线常化（一种热处理方式）所用。它是依靠专用的步进机械使工件在炉内移动的一种机械化炉。3参数：1、再加热炉加热钢管规格及产量：外径：148mm、164mm、256mm、281mm壁厚：4.5——25/32mm长度：8000——32000mm产量：125t/h1.2最高炉温：1050℃1.21钢管入炉温度：720℃——870℃1.22钢管出炉温度：900℃——950℃1.3炉型和炉子的基本尺寸炉型：步进梁式炉装出料轨道中心距：16000mm炉子内长：15300mm炉子内宽：34000mm有效炉底面积：约542m固定梁顶面标高：+66441.4炉型概述炉子从装料至出料沿炉长方向分为炉子预热段，加热段和均热段。装料端炉顶压底，以防止入炉钢管骤然受到强大热冲击产生变形。提高加热传热效率和保证钢管加热的均匀是炉子结构与烧嘴选型合理配置的前提。设计以天然气为燃料，步进梁式再加热炉加热段和均热段的供热全部采用端部亚高速烧嘴，其优点是传热效率高，温度分布均匀：同时加热段和均热段沿炉宽方向，分别分为4个温度控制段，以保证钢管长度方向的温度均匀性。钢管再加热是用耐热铸刚梁支托钢管的步进梁式炉。活动梁和固定梁的顶4面是带弧型的齿型，使钢管在炉内等间距放置。在每一次步进时钢管都能转动一个角度，从而保证钢管的加热温度更加均匀并防止钢管在炉内弯曲变形。步进梁用支柱支撑高出炉底，使炉气能围绕钢管形成良好循环，均匀加热。钢管再加热炉采用炉内悬臂辊道侧进料和侧出料；炉内悬臂辊道由交流变频电机驱动和调速，并与炉外辊道速度相匹配。路底机械采用双轮斜轨式机构。步进梁的升降和平移动作采用液压缸驱动。步进梁支柱穿炉底的孔洞采用干式“拖板”密封。装出料端社、设有拨料机，固定梁最末一个料位检测有料后，出料拨料机上升将钢管拖起后，出料拨杆立即下降将钢管拨送到出料悬臂轨道上，使钢管能够马上出炉，出料周期最快20s,可以满足125根/h的操作频率。所有炉子的机械运动均采用PLC自动控制，装出料端都设有工业电视，用于监视炉内钢管装，出料的操作。炉区的主要设备有：炉内装料悬臂轨道、装料拨料机、炉内缓冲挡板、步进梁式加热炉本体、炉内出料悬臂辊道、出料拨料机、以及煤气管道和助燃空气管道系统、冷却水系统、排烟系统以及炉区操作平台等。再加热路分八段温度与燃烧控制，即：均热段一、均热段二、均热段三、均热段四、热段一、加热段二、加热段三、加热段四。每个温度控制段均配备8支亚高速天然气烧嘴进行供热。5二、再加热炉机械设备设计2.1再加热炉技术性能序号项目单位规格1炉型步进梁式2用途钢管再加热3钢管规格外径壁厚长度mmø148ø164ø2562814.5——25/328000——320004加热钢种低合金钢合金钢5钢管入炉温度℃720℃——870℃6钢管出炉温度℃900℃——950℃7钢管加热后温差℃58炉子能力产量出料频率t/h根/h最大125最大1809燃料种类天然气10燃料发热值KJ/Nm3469411天然气耗量（最大）Nm³/h2530612空气耗量（最大）Nm³/h3400013空气预热温度℃～45014冷却水耗量T/h～10015压缩空气耗量m³/h180（最大）16电器设备安装功率KW17炉底机械传动方式液压18步进行程升降平移mm18031019步进周期秒最快2020烟囱高度出口内径m251.522.1步进梁式加热炉底方案设计：步进式炉是依靠专用的步进机械使工件在炉内移动的一种机械化炉。该炉内机械传动有多种方式，如：齿条式、链条牵引式——因为炉子下方粉尘较大，影响传动因数，不宜使用。摩擦推杆式——摩擦系数较大，使用寿命相比之下较低。机械杠杆托升机构——受力较大，所需要支撑力也较大，比较琐烦。四杆机构升降式——由于该步进机构处于梁式再加热炉的下方，所用空间有限，而机械能控制的四杆机构需较大的空间，而且当需要对其进行维护和修复时较为困难。但考虑到功率损耗和设备的使用周期，故：步进炉的步进机械传动方式采用液压传动和双轮斜轨机构，该机构应设有两层框架（升降框架和水平框架），升降和水平运动都要设有定心装置，用以保证使炉底步进机械沿炉子中心线正常运行，减少钢管在炉内的跑偏，使钢管被顺利的输送到出料端据资料显示它的运行7的可靠性高，安装调试方便，利于设备维修。升降定心装置应安装于升降框架和炉基础上，水平定心装置安装于升降框架和水平框架上。2.2炉子主要尺寸计算有效炉底长度有效炉底长度是指炉子总长度中工件在炉内受热的一段长度。装料端用悬臂辊由炉侧装入，以辊道中心线为起点。出料端用悬臂辊由炉侧出料，以辊道中心线为终点。计入工件间隔后，有效炉底长度为：L=)232.1(85.7)(25.14*1.1SlfnebsKG=SCCCC232.1(166.1023200085.1)800032000(28025.141251.14321=15998.5ｍｍ式中K——修正系数；修正系数K包括炉型系数C1，钢种系数C2，形状系数C3，燃料系数C4。根据《工业炉设计手册》得：C1=1.0，C2=0.7，C3=1.0，C4=1.0。G——要求达到的炉子生产能力s——工件直径b——工件宽度e——工件间隔8L——工件长度f——工件截面积n——装料列数7.85——合金钢的密度1.10——安全系数最终有效炉底长度还要取决于节能的观点和装出料机的操作节奏以及步进机械的输送能力协调，根据该炉设计要求根据设计要求，出料滚道中心距即为有效炉底长度。有效炉长L=16000ｍｍ炉底宽度根据炉底长度L和工件在炉内的列数N决定，工件两端之间和工件端头与侧墙之间的距离取0.2～0.5ｍｍ，当炉底特别长时，考虑到工件在运行中的跑偏量炉宽应适应放大。确定炉宽时应计入步进炉底和固定炉底之间的间隙，间隙过小，会产生堵塞现象，过大时容易损失炉内热量和使炉底金属件产生弯曲变形。梁距和齿距的确定：步进炉底的数量和宽度、固定炉底的宽度、工件的悬臂长度、厚度及其加工温度有关。悬臂过长或支点距离过大，工件下垂到超过炉底升降行程时就会碰到炉底而发生故障。查《工业炉设计手册》得：工件允许的悬臂长度是一个经验数据，250mm×250mm的合金钢悬臂长度取1800mm,然而当加热温度超过1000℃时，结果因下垂过多而无法生产，当悬臂长度为1200mm时可以正常生产。实践证明：不同的被加工材料在炉子中所处的梁距是不相同的，低合金钢与合金钢在炉中被加热时，梁距（活动梁与活动梁之间的距离或固定梁与固定梁之间的跨距），根据«工业炉设计手册»得:跨距B的计算公式为:B=（1.5～1.76）l=1.5×1200=1800mm式中l——为悬臂长度，步进梁安装在炉底下部的整体框架上，由步进机构使之运动。固定梁则被9固定在炉底钢结构上，梁的顶面是根据加热圆钢的规格]装炉量做出齿形凸槽，梁数：N=34000/1800=18.9（排）通过实践和理论方面验证，考虑到工地的实际情况和炉子的设计宽度，将炉内梁数设为十九排较为合适。在此取梁距1720ｍｍ，根据工地的实际大小，和炉子的具体尺寸。齿距通常是工件外径的1.3～2.0倍，步距则比齿距小20～50ｍｍ。行程约为200ｍｍ，周期时间为15～30s，只有这样才可保证与炉子装料机构相匹配以保证炉子的生产能力。查《工业炉设计手册》，通过对此炉子的设计要求：因此，取被加工圆钢的最大直径为：281ｍｍ，由于被加工件时普通钢材，取1.3为参数。故齿距为：281×1.3=265.3ｍｍ因为钢材为普通钢材，钢材在被加工过程中会会剥落外部杂质，导致圆钢外径减小，加之圆整，所以:齿距取350ｍｍ为宜可以保证炉子正常工作。步距则比齿距小20～50ｍｍ，这样设计是由于能让圆钢更好的全面地受热，保证再加热炉的生产质量。因此根据参考资料和工地实际情况取步距为310ｍｍ，查手册，再加热炉的步距即本加热炉的活动梁的平移距离.故此该加热炉的水平行程为310ｍｍ，其差值40mmm，为钢管在齿形槽内转动的距离。活动梁支柱穿过炉底的孔洞应采用双层“托板”密封，这样第一保证了炉内温度不会有较大量的外泄损失，其二，可以保证炉内被加工圆钢所脱落的杂质能顺利的完全的被清除出炉外。下层托板用1Cr18Ni9钢板衬以耐火隔热浇注料制成，炉内托板用耐热铸钢制作。在加热过程中，步进机构的每一步运动都是由步进梁的升降（或平移）运动来带动的。步进梁的运动可以有多种机械或液压机构带动或控制它，机械方面可10以由机械能带动四杆机构对其的运动方式进行控制，但由于该步进机构处于梁式再加热炉的下方，所用空间有限，而机械能控制的四杆机构需较大的空间，而且当需要对其进行维护和修复时较为困难，在加热炉炉底难免会有粉尘和氧化物，对于裸露在外的四杆机构影响较大，所以无论是经济性、实用性，还是对于操作人员的安全性都有甚多不合理之处，所以不能采用，应打消此方案。所以考虑第二方案：采取液压传动的方式来控制步进梁的升降（或平移）运动，之所以选择液压系统其原因如下：液压传动能方便的实现无级变速，调速范围大。在相同功率情况下，液压传动能量转换元件的体积较小，重量较轻。工作比较平稳，换向冲击比较小，便于实现频繁换向。便于实现过载保护，便于实现自动化。特别适合电气控制联合使用时，易于实现复杂的自动工作循环。通过上述的比较分析，决定在带动炉子的步进工作循环中，采用液压系统来控制较为合适。采用液压系统来控制整个炉子的进出料装置和步进梁的升降运动，它们均是通过液压缸将液压能转换成机械能，进出料装置是通过