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第7章加热炉的基本机构7.1炉膛和钢结构7.2加热炉的冷却系统7.3余热利用设备加热炉的组成•加热炉—般由以下各部分组成：•炉膛，燃料系统，供风系统，排烟系统，冷却系统，余热利用装置等。•炉膛是由炉墙、炉顶、炉底(包括基础)组成的一个空间，是金属进行加热的地方。7.1炉膛和钢结构•7.1.1炉墙•7.1.2炉顶炉衬•7.1.3炉底•7.1.4基础•7.1.5炉子的钢结构炉墙、炉顶和炉底通称为炉衬。•炉衬：耐火层、保温层、防护层和钢结构。•耐火层：直接承受护高温气流冲刷和炉渣侵蚀，通常采用各种耐火材料经砌筑、捣打或浇注形成；•保温层：其功能在于减少炉衬的散热损失，改善现场操作条件；•防护层：通常采用建筑砖或钢板，其功能在于保持炉衬的气密性，保护多孔保温材料形成的保温层免于损坏。•钢结构：是位子炉衬最外层的承载框架，其功能在于承担炉衬、燃烧设施、检测仪器、炉门、炉前管道以及检修、操作人员所形成的载荷，提供有关设施的安装框架。7.1.1炉墙•炉墙分为侧墙和端墙。•沿炉子长度方向上的炉墙称为侧墙，厚度通常为1.5-2砖厚•炉子两端的炉墙称为端墙，端墙的厚度视烧嘴、孔道的尺寸而定，一般为2-4砖厚。•炉墙通常用标准直型砖平砌而成，炉门的拱顶和炉顶拱脚处用异型砖砌筑。•炉墙上设炉门、窥视孔、测温孔等。7.1.1炉墙•冷壁式炉墙：管子排列越密对炉墙保护效果越好.•热壁式炉墙：一般炉墙由耐火层、保温层和保温板组成。炉墙•耐火层：直接承受炉内高温的作用和炉内气氛或炉内加热介质的侵蚀，炉衬的结构强度主要决定于耐火层。•保温层：主要起到保温绝热作用，使炉衬热损失减火，炉壳温度不致过高，而对炉衬结构强度只起辅助作用。•保温板：起均温、平整、吸潮等作用，一般选用5-10mm厚的水泥石棉板，对炉外壳钢板起到了保护作用。•炉壳钢板厚4-10mm。•炉衬材料的选择一般由炉膛使用温度和炉墙的承载负荷确定。炉墙•炉门：–炉门洞口截面尺寸需保证装、出料方便．炉门洞口尺寸通常稍大于装料尺寸，而小于炉膛截面尺寸，这可以减少炉门开启式的热损失炉门洞口砌体常受工件摩擦碰撞，应采用重质或其他较坚固的耐火砖砌筑。•窥视孔--观察孔尽量少–可随时观察炉内工件受热情况，发现加热炉膛内的各种问题。–设计观察窗时应力求结构简单，观察高度适宜，其尺寸的大小，在满足观察视野的前提下，应尽量的小。•烧嘴孔•测温孔：可用光学、光电高温计、红外测温仪从孔口进行温度测量。7.1.2炉顶•分类：拱顶（炉子跨度小于3-4m时采用拱顶）、吊顶。拱顶•拱顶是用楔形砖砌成的，有环砌与错砌两种。拱顶参数包括：内弧半径R,拱顶跨度B,拱顶中心角a，弓形高度h。•中心角a为60度的拱顶，此时半径R等于跨度量或略小一些,B=2Rsin（a/2）=2Rsin（30度）=R•弓形高度h为跨度的12％-18％B。•拱顶两边支承在拱脚砖上，拱脚砖所受的力可分解为垂直与水平方向的两个力：温度系数K炉子跨度小于3-4m时采用拱顶，•拱顶的材料可直接用耐火砖修砌，也可用耐火混凝土浇注或用预制块。•高温炉(1250-1300度)的拱顶采用硅砖或高铝砖。•耐火砖上面可以用硅藻土砖绝热，也可以用矿渣棉等散料作绝热层。•为了砖的膨胀，拱顶砌砖要留膨胀缝，–每1m炉顶膨胀缝为：黏土砖5-6mm，硅砖10-12mm，镁砖8-10mm。如果跨度较大，一般均用吊顶。•吊顶是由一些异型砖组成的，吊顶砖用金属吊杆单独或成组地吊在炉子的钢结构上。•图7-2是吊顶结构。•吊顶•吊顶砖的材料：用黏土砖、高铝砖、镁铝砖，外面一般不铺绝热材料，否则炉顶砖的上表面温度可升得很高，吊挂炉顶的金属构件会因此而被拉长或拉坏。•应用：和拱顶相比，吊顶不受炉子跨度的限制，但它的结构复杂，造价较高，只在大炉子上采用。7.1.3炉底结构•炉底厚度：200-700mm•炉底的下部可以用绝热材料隔热，最上部要接触1200-1250度的高温，还有氧化铁皮的作用，故多采用镁砖。•为了便于清除氧化铁皮，还可以在镁砖上再铺层40-50mm厚的镁砂或焦屑。•1000℃左右的热处理炉或无氧化加热炉，因为没有氧化铁皮的侵蚀问题，炉底也可以用黏土砖。•一些现代的炉子、实炉底也采用一些高级耐火材料。如电熔锆莫来石砖或刚玉砖。7.1.3炉底结构--抗压•实炉底-并非直接砌筑在炉子的基础上，而是架空通风的．•即在支承炉底的钢板下面用槽钢或工字钢架空，避免因炉底温度过高，混凝土基础受损．这是因为普通混凝土温度超过300度时，其机械强度显著下降。•单面加热的炉子，炉底都是实心炉底。•双向加热的炉子，炉内的炉底通常分实底段(均热段)和架空段两部分，也有的炉子的炉底全部是架空的。•为了避免钢锭与炉底耐火材料的直接接触，减少推钢的阻力和耐火材料的磨损，在单面加热的连续式加热炉或双面加热炉子的实底部分装有金属滑轨，双面加热的炉子采用水冷管滑轨(图7-3d)。•机械化的炉子上，炉底结构都是和装料、出料、炉料的传送机构连在一起的，例如步进式炉、环形加热炉(图7-3e)、链式加热炉、辊底式炉、车底式炉、转底式炉等。7.1.3炉底结构7.1.4炉子基础•1、基础作用：是炉子的支座，它将炉膛、钢结构和被加热金屈的重量所构成的全部载荷传到地面上。•基础的大小不仅与炉子有关，还和不同的土壤承重有关。2、炉子基础的材料：•可以采用混凝土、钢筋混凝土、红砖、毛石。•大中型炉子都用混凝土基础，只有小型加热炉才用砖砌基础。•注意事项•（1）应避免将炉子和其他设备放在同一基础上，以免由于负荷不同而使基础开裂或设备倾斜。•（2）基础应尽可能建在地下水面以上，如果地下水位太高，则炉子基础(及烟道基础)应建成混凝土的坑式基础(图7—4e)。•（3）如果炉底不是架空通风的，则要适当考虑热膨胀的问题。7.1.4炉子基础7.1.5炉子的钢结构•为什么要有钢结构？钢结构有什么作用？•为了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，炉子必须设置由竖钢架、水平拉杆(或连接梁)组成的钢结构。•钢结构要能承受炉子拱顶的水平分力或吊顶的全部重量，并把作用力传给炉子基础。•此外，炉子的钢结构还起一个框架的作用，炉门、炉门提升机构、燃烧装置、冷却水管和其他一些零件都固定在钢结构上。7.1.5炉子的钢结构炉底采用8—10mm，护炉壳其他部分多用3—5mm钢板钢结构有哪些形式？•主体是竖钢架，可以用槽钢、工字钢等，下端用地脚螺丝固定在混凝土基础内，上端用连接梁连接起来(图7—5a)。•也可以采用活动连接的方式，即竖钢架的上下端用可调整的拉杆连接起来，开炉时可以根据炉子膨胀情况，调整螺丝放松拉杆，正常生产后很少再去调整拉杆的松紧(图7—5b)。计算7.2加热炉的冷却系统•1、组成：加热炉的冷却系统是由加热炉炉底的冷却水管和其他冷却构件组成。•2、冷却方式：冷却方式分为水冷却和汽化冷却两种。•7.2.1炉底水冷结构•7.2.2汽化冷却7.2.1炉底水冷结构•1、炉底水管：纵水管是用厚壁无缝钢管组成，内径50-80mm，壁厚l0—20mm。•2、滑轨•为避免坯料在水冷管上直接滑动时将钢管壁磨损，在和坯料直接接触的纵水管上焊有圆钢或方钢，称为滑轨，磨损以后可以更换，而不必更换水管。•3、炉底水管支撑结构•横水管：高温段间隔1-3.5m跨度不大•双水管，回型横水管：跨度大•4、纵水管间距：0.6-2m钢锭两端应比水管宽出100一150mm。7.2.1炉底水冷结构纵水管炉底水管炉墙横水管回线型横水管耐火砖柱滑轨炉底水管炉底水管的绝热：••水冷表面达到炉底面积的40-45%黑印•措施：绝热包扎•现多采用耐火浇注料或可塑料包扎炉底水管。•用耐火浇注料或可塑料包扎水管时，在管壁上焊上锚固钉或加耐热钢纤维，能将包扎层牢固地粘附在水管上。耐热钢纤维复合(双层)绝热包扎：内层：采用一层10-12mm的石棉或耐火纤维。外面：再加40-50mm的耐火可塑料，10mm的耐火纤维相当于50-60mm可塑料的绝热效果。这样的双层包扎绝热比单层绝热可减少热损失20％-30％。无水冷滑轨，最早的是用铸钢条直接砌在炉底耐火砖轨．只能用于单面加热的小型加热炉上(图7-10)。国内试验成功•棕刚玉-碳化硅滑轨：棕刚玉(即电熔刚玉），以85%的棕刚玉加入15％碳化硅，再加5％磷酸铝作高温胶结剂，可以得到达到滑轨要求的材料。•800℃以上高温区：用棕刚玉-碳化硅滑轨砖及高铝碳化硅座砖。•800℃以下：金属滑轨和黏土座砖7.2.2汽化冷却•汽化冷却的基本原理是：水在冷却管内被加热到沸点，呈汽水混合物进入汽包，在汽包中使蒸汽和水分离。分离出来的水又重新回到冷却系统中循环使用，而蒸汽从汽包中引出可供利用。•汽化冷却系统包括软水装置、供水设施(水箱、水泵)、冷却构件、上升管、下降管、汽包等。7.2.2汽化冷却•优点：降低耗水量；减少热损失•水汽化冷却时吸收的总热量大大超过水冷却时所吸收的热量。因此，汽化冷却时水的消耗量降到水冷却时的1／25—1／30。•一般连续加热炉水冷却造成的热损失占热总支出项的13％一20％，而同样炉子改为汽化冷却时，热损失可降到10％以下。7.3余热利用设备•为什么要有余热利用设备？余热利用有那两个途径？•1、废气预热空气、煤气----换热器、蓄热器•2、废气生产蒸汽、热水----余热锅炉烟煤：23MJ/kg重油40-42MJ/kg发生炉煤气：10-11MJ/kg•都有哪些余热利用设备？7.3余热利用设备•7.3.1换热器•7.3.2蓄热室•7.3.3余热锅炉7.3.1换热器换热器分为三种形式：顺流、逆流、交叉流，三种形式的组合：正交逆流式、正交顺流式等。顺流式、逆流式的比较•逆流式热效率高，结构紧凑-----应用多。•顺流式，换热器器壁温度均匀。逆流式比顺流式将空气预热到更高的温度换热器的传导方式废气：对流、辐射空气：对流---提高空气流速换热器根据材质不同，可以分为哪两类？各有哪些优缺点？•金属换热器：导热系数大，体积小。一般焊接，气密性好。可以利用温度较低的废气(500-700℃)，使用范围较大，承受的温度有限，一般钢质换热器只能把空气预热到400-500℃，耐热钢也只能把空气预热到600-700℃。•陶制换热器：可以承受1000℃以上的废气，能把空气预热到700℃以上。陶质换热器体积很大，气密性差，不能用来预热煤气。一、金属换热器空气预热温度小于350℃-------碳素钢高于350℃--------铸铁一、金属换热器1.管状换热器2.针状换热器和片状换热器3.辐射换热器4.喷流换热器1、管状换热器安装在烟道内吊挂式管状换热器2、针状换热器---不能预热煤气空气3-8m／s废气1-4m／s2、片状散热器3、辐射换热器辐射对流式辐射对流4、喷流换热器高温烟气内管20-30m/s换热壁面二、陶制换热器•陶质换热器可以把空气顶热到800-1100℃。寿命一般比金属换热器长。缺点是体积大，气密性差，新砌的漏气量在10％-12％，操作过程中增加到30％-40％。由于漏风，换热器内废气与空气的流速不能太大，废气0.3-2m／s，空气1-2m／s。•陶质换热器是用耐火黏土制的异型砖构成，它的热阻比金属换热器大得多，所以综合给热系数只有3.5-12w／(m2．℃)，而金属换热器要高几倍至十几倍。•为了降低热阻，换热器元件的壁厚应设法减薄，一般为12-18mm，但必须的保证有足够的强度。采用碳化硅质的换热器元件是改进材质的一大进展，碳化硅导热性好，耐火度、抗渣性、耐急冷急热性都很好，是比较理想的换热器壁材料，但是价格太高因而限制了它的广泛应用。管式陶制换热器废气冷空气热空气方孔式黏土换热器空气7.3.2蓄热室7.3.3余热锅炉余热锅炉的合理构造应满足下列要求：•(1)轻便，占地面积小；•(2)制造简单，金属材料用量少；•(3)能抵抗温度的激烈变化；•(4)一个锅护机组的蒸发量不能太小；•(5)蒸汽温度和压力变化时，不严重影响用户；•(6)气密性好，流动阻力小，可用含尘量大的烟气。作业•1、一般加热炉的炉衬由哪几部分组成。各用什么材质，起什么作用？•2、炉底水管支撑结