工业炉窑的应用和发展

工业炉窑的应用和发展陈伟鹏热能与动力工程绪论工业炉和工业窑通称工业炉窑，主要是指那些利用燃烧反应或把燃料加热的装置。炉多用于冶金和机械系统，窑则多用于硅酸盐工业系统。工业炉窑的范畴与种类见表钢铁和冶金用炉抽风带式烧结机•烧结机铁矿烧结、锰矿烧结、镍矿烧结、铅锌烧结烧结机结构结机是属于生产人造富矿的烧结设备，它由台车、头部星轮、上部导轨、下部导轨、尾部星轮、内弯道、外弯道、水平压轨所组成。其特征在于台车的啮辊轴承为滚动轴承。工艺流程原料厂拜拜矿粉、富精粉、燃料、溶剂按不比例混合，然后送圆筒混料机进行二次混匀和造球，由皮带运输机送到烧结机混料仓，完成供料工艺。铺底料装置先把底料（原块矿，粒度为10-20mm）均匀的铺在台车的篦条上，混好的料由布料器镇静文不对题底料上进行点火烧结，从台车上的烧结矿翻到单辊破碎机进行破碎。通过漏斗溜到设在下层平台的热振动筛中进行筛分，≥5mm的合格烧结矿通过溜槽溜到储矿槽，供高炉使用。≤5mm的粉矿，通过配料皮带机进行重新配料，烧结过程产生的废气，除尘器除尘后，经风机抽入烟囱，排入大气。•竖炉酸性氧化球团竖炉小型球团烧结竖炉，是一种在土烧基础上研制而成符合国家环保要求，具有产量高、省气、省电等特点，是最经济的球团烧结形式。还利用了原有设备负压风机，将生产出来的球团热量二次吸进燃烧炉，充分利用余热，同时又达到了降低球团温度的效果。目前，我公司技术人员通过多年来的生产实践及改造，使小型风冷环型燃气烧结竖炉成为市场上最实用的一种环烧形式。大型球团竖炉（1）SP竖炉经过几十处年的发展，已经形成8平米、10平米、12平米、14平米、16平米，产量为1200~1800t/d。（2）大型圆型竖炉，单炉球团年产量分别为：70万吨、60万吨、50万吨、45万吨、40万吨、33万吨、25万吨。•焦炉年产3万吨煤焦炉48孔焦化炉72孔焦化炉炼焦化学工业是煤炭化学工业的一个重要部分，煤炭主要加工方法是高温炼焦（950---1050摄示度）和回收化学产品。产品焦炭可作高炉冶炼的燃料，也可用于铸造、有色金属冶炼、制造水煤气；可用于制造生产合成氨的发生炉煤气，也可用来制造电石，以获得有机合成工业的原料。在炼焦过程中产生的化学产品经过回收、加工提取焦油、氨、萘、硫化氢、粗苯等产品，并获得净焦炉煤气、煤焦油、粗苯精制加工和深度加工后，可以制取苯、甲苯、二甲苯、二硫化碳等，这些产品广泛用与化学工业、医药工业、耐火材料工业和国防工业。净焦炉煤气可供民用和作工业燃料。煤气中的氨可用来制造硫酸氨、浓氨水、无水氨等。炼焦化学工业的产品已达数百种，我国炼焦化学工业已能从焦炉煤气、焦油和粗苯中制取一百多种化学产品，这对我国的国民经济发展具有十分重要的意义。•高炉横断面为圆形的炼铁竖炉。用钢板作炉壳，壳内砌耐火砖内衬。高炉本体自上而下分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸5部分。由于高炉炼铁技术经济指标良好，工艺简单，生产量大，劳动生产效率高，能耗低等优点，故这种方法生产的铁占世界铁总产量的绝大部分。高炉生产时从炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂（石灰石），从位于炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气。在高温下焦炭（有的高炉也喷吹煤粉、重油、天然气等辅助燃料）中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气，在炉内上升过程中除去铁矿石中的氧，从而还原得到铁。炼出的铁水从铁口放出。铁矿石中未还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成炉渣，从渣口排出。产生的煤气从炉顶排出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。高炉冶炼的主要产品是生铁，还有副产高炉渣和高炉煤气。•热风炉结构：高炉热风炉眼睛形燃烧室配矩形陶瓷燃烧器、悬链线形硅砖拱顶，稳定长寿型板块墙体结构设计，高效分离型双预热热管换热器等；主要作用：为高炉提供热风，在高炉回旋区助燃。热风温度：900～1200℃•混铁炉•转炉炉体可转动，用于吹炼钢或吹炼锍的冶金炉。转炉炉体用钢板制成，呈圆筒形，内衬耐火材料，吹炼时靠化学反应热加热，不需外加热源，是最重要的炼钢设备，也可用于铜、镍冶炼。转炉按炉衬的耐火材料性质分为碱性（用镁砂或白云石为内衬）和酸性（用硅质材料为内衬）转炉；按气体吹入炉内的部位分为底吹、顶吹和侧吹转炉；按吹炼采用的气体，分为空气转炉和氧气转炉。转炉炼钢主要是以液态生铁为原料的炼钢方法。其主要特点是：靠转炉内液态生铁的物理热和生铁内各组分（如碳、锰、硅、磷等）与送入炉内的氧进行化学反应所产生的热量，使金属达到出钢要求的成分和温度。炉料主要为铁水和造渣料（如石灰、石英、萤石等），为调整温度，可加入废钢及少量的冷生铁块和矿石等。在转炉炼钢过程中，铁水中的碳在高温下和吹入的氧生成一氧化碳和少量二氧化碳的混合气体，即转炉煤气。转炉煤气的发生量在一个冶炼过程中并不均衡，且成分也有变化，通常将转炉多次冶炼过程回收的煤气经降温、除尘，输入储气柜，混匀后再输送给用户。炼钢转炉早期的贝塞麦转炉炼钢法和托马斯转炉炼钢法都用空气通过底部风嘴鼓入钢水进行吹炼。侧吹转炉容量一般较小，从炉墙侧面吹入空气。炼钢转炉按不同需要用酸性或碱性耐火材料作炉衬。直立式圆筒形的炉体，通过托圈、耳轴架置于支座轴承上，操作时用机械倾动装置使炉体围绕横轴转动（见图空气底吹转炉示意图）。50年代发展起来的氧气转炉仍保持直立式圆筒形，随着技术改进，发展成顶吹喷氧枪供氧，因而得名氧气顶吹转炉，即L-D转炉（见氧气顶吹转炉炼钢）;用带吹冷却剂的炉底喷嘴的，称为氧气底吹转炉（见氧气底吹转炉炼钢）。在应用氧气炼钢的初期还使用过卡尔多转炉和罗托转炉，通过炉体回转改善炉内反应，但由于设备复杂，炉衬寿命短未能获得推广。炼铜转炉一般为卧式转炉用于处理铜锍，通过鼓入空气把冰铜氧化吹炼成粗铜，也用于吹炼冰镍。（见铜、镍）（见彩图卧式炼铜转炉──把冰铜吹炼成粗铜的设备、150吨氧气顶吹转炉）•平炉组成：平炉由熔炼室、炉头、上升道、沉渣室、蓄热室、换向阀、烟道、烟囱等组成。熔炼室是平炉的中心部分，前面有装料炉门、后面底部有出钢。用途：平炉炼钢是用平炉以煤气或重油为燃料，在燃烧火焰直接加热的状态下，将生铁和废钢等原料熔化并精炼成钢液的炼钢方法。历史：平炉炼钢自1864年法国人P..马丁利用有蓄热室的火焰炉，用废钢、生铁成功地炼出钢液起，直到1960年一直是世界上的主要炼钢方法，从60年代起平炉逐渐被氧气转炉和电炉炼钢所代替。•LF炉LF炉(LADLEFURNACE)即钢包精炼炉，是钢铁生产中主要的炉外精炼设备。它的主要任务是：①脱硫②温度调节③精确的成分微调④改善钢水纯净度⑤造渣在LF炉生产中建立过程控制计算机系统，主要用来解决以下问题：①实时接收生产计划，按照计划动态组织生产。②按照炉次对LF炉生产进行实时的数据跟踪。③通过冶金模型的计算，实现作业过程的优化，同时并向操作人员提供操作指导。④向下工序提供LF炉作业数据。⑤向工艺人员提供生产数据的历史追溯.LF炉一般指钢铁行业中的精炼炉。实际就是电弧炉的一种特殊形式。•加热炉均热炉作用对于采用模浇铸的钢厂，需要进行开坯，在开坯前钢锭需要在均热炉内均热或加热到所需温度。中心烧嘴换热式均热炉、上部四角供热换热式均热炉和上部单侧烧嘴换热式均热炉•连续加热炉连续式加热炉的工作式连续的，坯料不断地加入，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变化。推钢式连续加热炉推钢式连续加热炉靠推钢机的推力沿炉底滑到不断向前移动。•步进梁式加热炉钢坯靠步进机构的运动，向前移动的连续式加热炉•环形加热炉环形加热炉是借炉底的旋转，使放置在炉底的坯料由装料口移到出料口的一种炉型。155003000024000BA1000600060002000φ1730x67001500030506300?1600x30米130°60006000600060006000600060006000环形炉旋转方向26002000100010004300200050006000400039°43°52°46°48°20°29°19°24°34°19°23°29°31°22°2930A?1000?120045°+5800(空气支管)(煤气支管)(空气支管)(排烟总管)+4800(煤气支管)+5000+6800+7260+2600(烧咀标高)•链式加热炉这种炉子用于叠扎薄板坯和板叠的加热或热处理。炉底有两条运输连带，薄板坯和板叠放在链带上，借链代的运动通过炉膛被加热。•辊底式快速加热炉这种炉子用于管坯穿孔前加热、棒材和焊管坯的加热或热处理。炉子由若干个单独的炉室组成，室与室之间有输料辊，辊子倾斜放置，保证坯料在加热过程中不断地旋转前进。双燃烧室链式铝棒加热炉燃油加热链式铝棒加热炉快装链式炉排锻造加热炉辊底式加热炉辊底式砂型表面烘干加热炉连轧生产线辊底式再加热炉•热处理炉热处理炉是钢铁厂和机器制造厂的热处理车间的基本设备，负责完成各种金属物料的加热、保温和冷却过程。由于热处理的目的和方法不同，金属物料在热处理炉内的加热、保温和冷却过程有两种截然不同的工艺。第一种工艺多属于淬火、正火和回火处理。金属物料在炉内加热的基本要求是将金属物料准确地加热到热处理温度，并保证内部温度的均匀性，金属物料内部的温度差一般不超过5—10℃。显然，在这种情况下金属物料的加热过程同加热炉内钢的加热过程基本相同，只是要求有较长的保温时间。因此，金属物料的加热制度和各种金属物料加热计算基本相同于加热炉内的情况。第二种金属物料多属于退火、渗氮、渗碳和氰化等处理。在这种情况下，除了具备第一种金属物料的一些基本要求外，更重要的是要求钢在炉内必须完成充分的组织转变和化学作用，以获取必要的结晶组织和机械性能。因此，实现钢的热处理过程的时间更长。此时，不能用一般的金属物料加热计算方法处理这类问题，而是使金属物料按一定的“标格热处理规划”进行热处理。由于热处理的工艺不同，热处理炉的设计和计算亦有不同的步骤和方法。在第一种工艺中，以带推料机的直通式炉为代表，而在第二种工艺中，比较典型的是车底式炉。•电炉中频感应炉电弧炉电阻炉•其他工业炉窑回转窑玻璃窑新技术、新材料在工业炉窑节能上的应用局部增氧助燃技术局部增氧助燃技术适用于各种燃料包括煤、油、气和大多数炉窑如玻璃窑、工业锅炉、加热炉及焚烧炉.（1）提高火焰温度（2）加快燃烧速度，促进燃烧完全和根治污染（3）降低燃料的燃点（4）减少烟气量（5）增加热量利用率（6）降低空气过剩系数•模糊控制技术在节能降耗方面的应用模糊控制技术是当今世界上高科技成果，它将计算机控制技术、模糊逻辑相结合，使控制对象在复杂环境中得到最优化控制。模糊控制的核心是用自然语言来描述被控系统，利用模糊规则推理对系统的粗略知识进行类似人脑的知识处理，实现对复杂系统的控制决策。采用模糊控制的加热炉可实现如下主要功能：（1）自动跟踪燃料波动，采用寻优方式调节空燃配比（即空气与煤气比例），达到次优的节能燃烧自动控制。（2）跟踪轧制节奏和加热负荷的变化，自动调整加热炉炉温设定值，在炉值变化保持平稳，钢坯温度满足轧制要求的前提下，达到较低的平均加热工序能耗水平。（3）根据不同的加热工序要求和不同的设备条件以及不同的生产目标，系统启动相应的模糊制模块，实现多工况、多工作点的节能型加热过程自动控制。•新材料（1）耐火纤维（2）耐火泥与耐火粉料（3）耐火混凝土