加热炉推料结构设计论文1学位论文Word格式文档下载.docx

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在我们的日常生活中可能很少见到加热炉，以及它的进料和出料，我们要设计此机构运作的任务是要知道加热炉的工作原理，核心部件，空间组成，维护保养，安全使用，推料机构的离心机基本参数，功率等。

要求在设计的过程中有自己的思想与原理，环保，无污染是最理想的目标。

1.2设计方案

当加热炉在工作时，他的炉门是唯一的送取料口，在加热过程中炉门的密封可保证炉内温度的控制，防止能量的浪费，防止有害气体的散失对操作者造成的伤害。

由于炉门经常处在高温下工作，所以我们要对炉门的结构作合理的设计满足炉门的密封保温作用，因此需要操作机构来实现炉门的启闭动作。

整个运动由电动机提供动力，通过恰当选取电动机和减速器以及合理布置其位置，达到与小型加热炉的最佳匹配，实现炉门的自动启闭。

本设计力争以较少的运动部件，较小的布局空间，简单的运动方式，达到炉门灵活自动启闭，并满足加热炉对炉门的特殊功用要求。

电动机的选择：

按工作条件和要求,选用一般用途的Y系列三相异步电动机，为卧式封闭结构。

炉门在开启和关闭时要求转速平稳，速度较低不超过18r/min以免引起过大的冲击力。

由于门要求转速较低，故电动机选取同步转速为1000r/min的Y90S-6型电动机,其满载转速为910r/min，速度较低且尺寸较小。

减速器的选择：

由于小型加热炉体积较小，且门转速较低，故需要结构紧凑，传动比大的减速器。

连轴器的选择：

炉门在开启和关闭过程中轴的转向相反，其间有冲击，因此选用弹性柱销连轴器，这种连轴器传递转矩的能力很大，结构更为简单，安装制造方便，耐久性好，有一定的缓冲和吸振能力，允许被连接两轴有一定的轴向位移以及少量的径向位移和角位移，适用于轴向窜动较大、正反转变化较多和启动频繁的场合。

温烧结炉推料机构，利用可程序控制装置和油压装置构成的液压控制系统控制给料和横向油压将作物的台板推至送料轨，再由推料油压利用杆前端的推料板推入炉体内烧结，包括：

细钢索，上端紧固于推料板上侧，随着推料板同步运动；

重锤，系于细钢索下端，提供细钢索张力；

译码器，译码器将推料板的实际运动转化成电信号传回控制装置，构成一回反馈装置。

推料离心机主要由泵组合，推料机构、机座、轴承组合、转鼓、筛网、机壳及电控箱等零部件组成。

推料机构、转鼓、筛网等零部件通过轴承组合支承在机座上。

1.3原理

加热炉推料机构是一种在加热炉中连续输送被加热零件的送料机构。

它由炉底支承的多组传送组件和拨杆及推杆组成。

机构通过推杆的移动，用推杆上的推头推动拨杆，使传送组件倾斜，被加热工件则从后一组组件上滑到前一组组件上，经过多次传递动作，工作便在加热的同时被输送。

本实用新型的优点是：

机构操作简单，工作平稳无噪声零件可用碳化硅或刚玉制造，加热温度高，能用于锻造的连续加热生产；

机构密封性能好，可降低热损失和保护气氛的消耗，还可进行各种化学热处理。

第2章加热炉分类

2.1常见几种加热炉的介绍

加热炉是将物料或工件加热的设备。

按热源划分有燃料加热炉、电阻加热炉、感应加热炉、微波加热炉等。

应用遍及石油、化工、冶金、机械、热处理、表面处理、建材、电子、材料、轻工、日化、制药等诸多行业领域，我国比较优秀的加热炉生产企业如-宁波市神光电炉有限公司。

在冶金工业中，加热炉习惯上是指把金属加热到轧制成锻造温度的工业炉，包括有连续加热炉和室式加热炉等。

金属热处理用的加热炉另称为热处理炉。

初轧前加热钢锭或使钢锭内部温度均匀的炉子称为均热炉。

广义而言，加热炉也包括均热炉和热处理炉。

炉从广义来说，包括推钢式炉、步进式炉、转底式炉、分室式炉等连续加热炉,但一般习惯上常指推钢式炉。

连续加热炉多数用于轧制前加热金属料坯，少数用于锻造和热处理。

主要特点是：

料坯在炉内依轧制的节奏连续运动，炉气在炉内也连续流动；

一般情况，在炉料的断面尺寸、品种和产量不变的情况下，炉子各部分的温度和炉中金属料的温度基本上不随时间变化而仅沿炉子长度变化。

炉温分布，炉膛沿长度方向分为预热段、加热段和均热段；

进料端炉温较低为预热段，其作用在于利用炉气热量，以提高炉子的热效率。

加热段为主要供热段，炉气温度较高，以利于实现快速加热。

均热段位于出料端，炉气温度与金属料温度差别很小，保证出炉料坯的断面温度均匀。

用于加热小断面料坯的炉子只有预热段和加热段。

习惯上还按炉内安装烧嘴的供热带划分炉段，依供热带的数目把炉子称为一段式、二段式，以至五段式、六段式等。

50～60年代，由于轧机能力加大，而推钢式炉的长度受到推钢长度的限制不能太长，所以开始在进料端增加供热带，取消不供热的预热段，以提高单位炉底面积的生产率。

用这种炉子加热板坯，炉底的单位面积产量达900～1000公斤／（米2·

时），热耗约为（0.5～0.65）×

106千卡／吨。

70年代以来，由于节能需要，又由于新兴的步进式炉允许增加炉子长度，所以又增设不供热的预热段,最佳的炉底单位面积产量在600～650公斤/（米2·

时）,热耗约为（0.3～0.5）×

106千卡/吨。

续加热炉通常使用气体燃料、重油或粉煤，有的烧块煤。

为了有效地利用废气热量，在烟道内安装预热空气和煤气的换热器，或安装余热锅炉。

在锻造和轧制生产中，钢坯一般在完全燃烧火焰的氧化气氛中加热。

采用不完全燃烧的还原性火焰（即“自身保护气氛”）来直接加热金属，可以达到无氧化或少氧化的目的。

这种加热方式称为明火式或敞焰式无氧化加热，成功地应用于转底式加热炉和室式加热炉。

2.2常见加热炉的分类

推钢式连续加热炉：

推钢机完成炉内运料任务的连续加热炉。

料坯在炉底或在用水冷管支撑的滑轨上滑动，在后一种情况下可对料坯实行上下两面加热。

炉底水管通常用隔热材料包覆，以减少热损失。

为减小水冷滑轨造成的料坯下部的“黑印”，近年来采用了使料坯与水管之间具有隔热作用的“热滑轨”。

有的小型连续加热炉采用了由特殊陶质材料制成的无水冷滑轨，支撑在由耐火材料砌筑的基墙上，这种炉子叫“无水冷炉”。

进式连续加热炉：

靠炉底或水冷金属梁的上升、前进、下降、后退的动作把料坯一步一步地移送前进的连续加热炉。

炉子有固定炉底和步进炉底，或者有固定梁和步进梁。

前者叫做步进底式炉，后者叫做步进梁式炉。

轧钢用加热炉的步进梁通常由水冷管组成。

步进梁式炉可对料坯实现上下双面加热。

70年代以来，由于轧机的大型化，步进梁式炉得到了广泛应用。

同推钢式炉相比，它的优点是：

运料灵活，必要时可将炉料全部排出炉外；

料坯在炉底或梁上有间隔地摆开，可较快地均匀加热；

完全消除了推钢式炉的拱钢和粘钢故障，因而使炉的长度不受这些因素的限制。

中国1979年投产的步进梁式炉长为32.5米，生产能力为每小时270吨。

底式加热炉：

炉身固定，炉底转动，放置在炉底上的料坯随炉底转动由进料口移送到出料口。

根据炉底的形状，转底式加热炉可分为环形炉和盘形炉两种，冶金厂轧钢车间多用环形炉。

图是一座生产能力为每小时75吨的转底环形加热炉剖面图。

这种炉子适于加热不能用推钢和步进方式运送的物料，如圆坯、车轮和轮箍坯、模锻前的异形坯以及品种多和长短不一的料坯等。

缺点是炉底面积利用率低，炉底单位面积产量通常约为350～400公斤/（米2·

时）。

分室式快速加热炉：

由若干个摆在一条线上的加热室所组成。

加热室和加热室之间设间室，传送料坯的辊子设在间室内，料坯单根（或双根）地通过各加热室和间室而被加热。

每个加热室与相邻的间室构成一个“炉节”，所以又称节式炉。

这种加热炉能快速加热，氧化和脱碳少，适用于加热圆形料坯和钢管。

与行星轧机相配合，可用来加热连铸板坯；

也可对某些钢材进行局部加热。

缺点是单位炉长的生产能力低，炉子热效率较低。

室式加热炉用于金属坯或锭锻压前的加热。

物料加热时不移动；

炉内不分段，要求各处炉温均匀，对于大钢锭加热采用周期性的温度制度（即炉温按时间分为预热期、加热期、均热期等）。

室式加热炉有两种：

固定炉底室式炉和车底式炉。

固定炉底室式炉炉底面积一般1～10米2。

装出料多靠人工或简单机械；

加热较大工件的室式炉，也有用专门装出料机的。

燃料为煤、重油或煤气。

有的炉在炉墙上开一缝隙,料坯由缝隙送入炉内加热,叫“缝式炉”，常用于小件加热或长料坯的端头或局部加热。

这类炉的炉底单位面积产量通常为300～400公斤/（米2·

时），单位热耗每吨钢约为（1.0～1.5）×

106千卡。

车底式炉用于重量为十几吨至几百吨的大钢锭在锻压前的加热，炉型为室式或隧道式。

加热物件放置在台车上，炉外进行装卸料，由车间吊车或其他牵引装置把台车拽入或拖出炉膛，大钢锭加热要求炉温分布均匀，所以车底式炉常采用分散供热和分散排烟（烧嘴和烟道口分散地布置在炉子侧墙上）。

第3章加热炉的结构与设计

3.1加热炉的结构

如下图所示为加热炉的机构组成图：

加热炉是炼油厂和石油化工厂的重要设备之一，它是利用燃料在炉膛内燃烧产生高温火焰与烟气作为热源，来加热炉管中流动的油品，使其达到工艺操作规定的温度，以供给原油或油品进行分馏、裂解或反应等加工过程中所需要的热量，保证生产的正常进行。

例如：

灾常减压蒸馏装置中常压炉就是将原油加热到一定温度，使之气化从而达到分馏的目的。

近年来，随着石油化学工业的迅速发展，管式加热炉的技术越来越引起人们的重视。

管式加热炉作为炼油史的一项重要的发明，它使炼油工艺从间歇式蒸馏发展到连续蒸馏方式。

管式加热炉消耗着大量的能量，是油品进行蒸馏、裂解、转化的核心设备。

加热炉操作的好坏直接关系着装置乃至整个工厂的产品质量、收率和平稳运行。

因此，学习并掌握加热炉的基本原理和知识，正确操作，并对加热炉加强研究、管理和总结操作经验，对于装置的长周期、高效运行有着十分重要的意义。

管式加热炉一般由辐射室、对流室、余热回收系统、燃烧器以及通风系统组成。

辐射室：

辐射室是加热炉的主要热交换场所，作为加热炉的最重要部位，承担着全炉70%～80％的热负荷。

而且这部分直接受到高温烟气的冲刷且温度最高，因此辐射室的运行状况好坏直接关系到整个加热炉能否长周期高效运行。

对流室：

对流室是利用从辐射室出来的烟气进行对流换热的部分。

对流室内密布多排炉管，烟气以较大速度冲刷这些管子，进行有效的对流换热。

对流室一般担负着全炉20％～30％的热负荷。

对流室一般布置在辐射室上方，与辐射室分开。

为了提高对流传热效果，大多数加热炉在对流室的炉管采用钉头管和翅片管。

余热回收系统：

余热回收系统是指从离开对流室的烟气中进一步回收余热的部分，目前常减压装置加热炉的余热回收系统多采用燃烧用空气预热的方式。

目前在常减压装置加热炉上应用最普遍的空气预热器为热管式空气预热器，安装方式有倾斜式和垂直式两种，前者一般位于对流室的上部，后者置于地面，需要有引烟机。

燃烧器：

燃烧器是加热炉产生热量的重要组成部分，包括喷嘴、配风器和燃烧道三部分。

燃烧器按燃料的不同可分为燃料油燃烧器、燃料气燃烧器和油一气联合燃烧器三大类：

按供风方式的不同，可分为自然通风燃烧器和强制通风燃烧器等。

目前常减压装置加热炉常用的燃烧器为强制通风、油一气联合燃烧器。

通风系统：

通风系统的任务是将燃烧用空气导人燃烧器，并将废烟气引出加热炉，它分为自然通风方式和强制通风方式。

大多数加热炉炉内烟气侧阻力不大，依靠自然通风的方式安装在炉顶的烟囱足以保证加热炉的正常运行。

近年来由于环境保护问题，石油化工厂已开始安设独立于炉群的超高型集合烟囱，这一烟囱通过烟道把若干台炉子的烟气收集起来，从loom左右的高处排放，以降低地面污染气体的浓度。

3.2加热炉的结构特点

在化工生产中，很多气体物料需要通过加热炉来提高温度。

一般都是通过管式炉对气体物料进行加热，提高气体的流速，以提高传热效率。

管式加热炉根据结构形式的不同，通常有列管式加热炉、蛇管式加热炉、盘管式加热炉、立管式加热炉等。

下面以应用较广的管式加热炉为例，介绍加热炉的结构。

管式加热炉（或称管式炉）是加热炉的一种，一般由四个部分组成，即辐射室（炉膛）、对流室、烟囱和燃烧设备（火嘴）。

辐射室又称炉膛。

从燃烧器喷出的燃料在辐射室内燃烧，由于火焰温度很高（可达1500~1800℃），因此不能让火焰直接冲刷炉管，热量主要以辐射方式传送。

加热炉负荷的70%左右在辐射室内传递。

离开辐射室的烟气温度多控制在700-900℃左右。

这么高温的烟气还有很大热量应该利用，所以往往要设置对流室。

对流室内，高温烟气以对流方式将热量传给对流管内的流动油品。

对流室比辐射室小，但较窄较高。

有时在对流室内可以加几排蒸汽管或热水管，提供生产或生活上所需的蒸汽或热水。

为了提高传热效果，可将对流管做成钉头管或冠片管。

另外，对流管内油品与管外烟气的流动方向应相反，以提高烟气与油品的温差，从而提高传热效果。

烟囱的作用是提高抽力，将烟气排人大气中。

烟囱可以布置在炉顶或炉体旁，可以单独使用或共同使用一个烟囱。

一般，烟气离开对流室的温度300-400℃。

可以用空气预热器来回收其中一部分热量，使烟气温度降低到200℃左右，再进入烟囱排走，以提高炉效。

烟气的排出一般依靠自然通风，即利用烟囱内高温烟气的重度比烟囱外空气轻而产生的抽力，将烟气排人大气。

烟囱越高，抽力越大。

烟道内加一块调节挡板，通过调节挡板的开度，可控制抽力的大小，从而保证辐射室内最合适的负压，使火焰不致于外排，保证安全操作。

加热炉的燃烧器俗称火嘴。

在加热炉中，火嘴是主要的一种部件。

加热炉的火嘴种类很多，输油用加热炉的火嘴通常在辐射室的侧壁、底部或顶部，供给燃烧所用的燃料和空气。

燃烧产生的高温火焰以辐射换热方式，把热量经辐射室炉管传给管内流动着的原油。

火焰放出一部分热量后，成为700~900℃的烟气，以对流方式又将一部分热量传给对流室炉管内流动的原油。

最后烟气携带相当数量的热量，经烟囱排入大气中。

3.3加热炉的工作原理

液体（气体）燃料在加热炉辐射室（炉膛）中燃烧，产生高温烟气并以它作为热载体，流向对流室，从烟囱排出。

待加热的原油首先进入加热炉对流室炉管，原油温度一般为29。

炉管主要以对流方式从流过对流室的烟气中获得热量，这些热量又以传热方式由炉管外表面传导到炉管内表面，同时又以对流方式传递给管内流动的原油。

原油由对流室炉管进入辐射室炉管，在辐射室内，燃烧器喷出的火焰主要以辐射方式将热量的一部分辐射到炉管外表面，另一部分辐射到敷设炉管的炉墙上，炉墙再次以辐射方式将热辐射到背火面一侧的炉管外表面上。

这两部分辐射热共同作用，使炉管外表面升温并与管壁内表面形成了温差，热以传导方式流向管内壁，管内流动的原油又以对流方式不断从管内壁获得热量，实现了加热原油的工艺要求。

加热炉加热能力的大小取决于火焰的强弱程度（炉膛温度）、炉管表面积和总传热系数的大小。

火焰愈强，则炉膛温度愈高，炉膛与油流之间的温差越大，传热量越大；

火焰与烟气接触的炉管面积越大，则传热量越多；

炉管的导热性能越好，炉膛结构越合理，传热量也愈多。

火焰的强弱可用控制火嘴的方法调节。

但对一定结构的炉子来说，在正常操作条件下炉膛温度达到某一值后就不再上升。

炉管表面的总传热系数对一台炉子来说是一定的，所以每台炉子的加热能力有一定的范围。

在实际使用中，火焰燃烧不好和炉管结焦等都会影响加热炉的加热能力，所以要注意控制燃烧器使之完全燃烧，并要防止局部炉管温度过高而结焦。

加热炉自动上料控制线路（电路图）

炉门开闭电动机 

推料机进退电动机

3.4加热炉的运行参数

炉膛温度（挡墙温度）：

炉膛温度一般指烟气离开辐射室的温度，也就是烟气未进入对流室的温度或辐射室挡火墙前的温度，是加热炉运行的重要参数。

在炉膛内（辐射室）燃料燃烧产生的热量，是通过辐射和对流传给炉管的。

传热量的大小与炉膛温度和管壁温度有关。

原油从加热炉中获得的热量其中有以辐射传热为主。

辐射换热与火焰的绝对温度的四次方成正比，因此，在高温区中，辐射受热面的吸热效果要比对流受热面的效果好，吸收同样数量的热量，辐射换热所需的受热面积即金属消耗量要比对流换热的少。

设计时选取的炉膛温度值决定着加热炉辐射受热面及对流受热面之间的吸热量比例。

炉膛温度高，辐射室传热量就大，所以炉膛温度能比较灵敏地反映炉出口温度。

但是从运行角度考虑，炉膛温度过高，辐射室炉管热强度过大，有可能导致辐射管局部过热结焦同时进入对流室的烟气温度也过高，对流室炉管也易被烧坏，使排烟温度过高，加热炉热效率下降。

所以炉膛温度是保证加热炉长期安全运行的指标。

排烟温度：

排烟温度是烟气离开加热炉最后一组对流受热面进入烟囱的温度。

排烟温度不应过高，否则热损失大。

在操作时应控制排烟温度，在保证加热炉处于负压完全燃烧的情况下，应降低排烟温度。

排烟温度的调节一般用控制进风量，即调整过剩空气系数的办法。

降低排烟温度，可减少加热炉排烟热损失，提高热效率，从而节约燃料消耗量，降低加热炉运行成本。

但排烟温度过低，使对流受热面末段烟气与载热质的传热温差降低，增加了受热面的金属消耗量，提高加热炉的投资费用。

因此，排烟温度的选择要经过经济比较。

我们在选择最合理的排烟温度时，还应考虑低温腐蚀的影响。

由于燃料中的硫在燃烧后可生成+，它在烟气中和水蒸气形成硫酸蒸气，当受热面壁温低于硫酸蒸气的露点温度时，硫酸蒸气就会冷凝下来，腐蚀壁面金属。

如受热面壁温低于烟气中水蒸气的露点时，则水蒸气也会凝结在管壁上，加剧了腐蚀，并且容易引起堵灰。

降低露点，减少腐蚀和积灰的措施有：

净化燃料油。

目前国外已有应用，但能否广泛应用还值得研究。

3.5加热炉温度控制系统模糊智能实现

目前莱钢1500中宽带加热炉存在的主要问题是加热温度不均，加热能力不足。

现在两座加热炉实际加热能力300～450t/h,低于设计能力480～520t/h（冷坯～热坯）。

板坯炉间温差25-35℃，同板温差20-45℃。

而国内同类生产线加热质量指标是，板坯炉间温差≤15℃，同板温差≤15℃。

通过深入调研发现引进的斯坦因加热炉控制系统设计思想与莱钢现有的工况条件不能完全吻合，加之现场轧钢节奏的频繁改变，不能满足现有工况条件的变化，并且在实际生产过程中缺少必要的统计分析数据和现场检测手段。

产量计划、加热钢种、尺寸、坯料入炉温度、待（停）轧时间、开轧温度变化时，均需一段时间使得加热炉温度缓慢提升，以避免对整个煤气系统的强烈冲击，但由于现场节奏的提升，操作人员不能等到温度的缓慢上升，更不能及时准确的调整加热策略，同时受人为因素（经验、责任心、白、夜班）的影响，以及四班、个人操作不统一，空烧时间长，最终会造成炉温、钢温波动，加热质量差，单位燃耗高，钢坯氧化烧损多，产品质量稳定性差。

所以斯坦因程序不能适应宽带加热炉的实际生产情况。

因此，在加热炉控制系统中引入模糊控制理论，简化原程序，使之适应宽带实际生产需求。

炉体由下述各加热区构成；

预热区；

加热区；

保温段。

各区由燃烧燃气与空气加热。

可燃气流按数个控制回路中的设定值进行调节。

图1为加热控制示意图：

传统调控装置的输出信号形式如下：

其中：

Kp 

-比例增益

Ti 

-积分时间

Kp与Ti为内PI参数，由操作员调节一次。

输出信号u（t）按下式转换成加热需求：

a,b=常数。

此值不会超过所定限值。

«

y»

值用于确定燃气阀开启控制回路的设定值。

y1»

值（空气流量控制回路）系用«

值计算得到的，其用途是为保持规定时间间隔内的空气／燃气比率。

此两种回路是用交叉控制方式装配的，其目的是为检查此一比率。

直接控制工艺流程的信号是从这两个控制回路发出的，其名称为：

Q燃气（燃气流率）与Q空气（空气流率）。

本系统在状态稳定时运行良好。

但是，下述因素都可干扰工艺过程：

（1）生产延时（有计划或无计划），因不但在生产起始时会触发瞬态而且在延时起始时亦将触发瞬态燃气流的急剧开关；

（2）生产变更-这意味着不同类型的产品依次进入炉子，也就是形成不同的加热需求；

（3）炉内产品重量变更调步。

第4章加热炉推料机构的设计

4.1加热炉推料机结构的设计方案与比较

一个设计可以由多个方案来实现，每个方案所使用的机构也不尽相同，有时甚至迥异。

在达到性能指标的前提下，应根据机构组合的复杂程度对精度所造成的影响，并根据经济性和易维修性对不同方案进行比较和决策。

重要的、复杂的机器的方案设计的取舍有时是在结构设计基本完成后进行的，因为此时强度、刚度、各机构间是否干涉、经济性和易维修性等许多问题才可能充分暴露出来。

4.2机构运动方案设计的一般原则

1）传动链尽可能短。

2）机械效率应尽可能高。

3）传动比分配应尽可能合理。

4）传动机构的顺序安排应尽可能恰当机械的安全运转必须保证。

4.3机械运动方案的评价

实现同一工作任务且满足工艺要求和性能指标时，可以设计出多种机械运动方案，然后在经过充分的、细致的分析比较以决定取舍。

最后保留的设计方案应是最优方案。

每一部机器都是由原动机、执行机构及传动机构组成的，因此需分别对原动机及各机构进行评价，然后经综合可获得对一部机器整机的评价。

4.4卧式双级活塞推料离心机的概述

卧式双级活塞推料离心机主要由泵组合，推料机构、机座、轴承组合、转鼓、筛网、机壳及电控箱等零部件组成。

机座油池内装有油冷却器。

泵组合亦由机座支承，其油泵伸入油池内，回转体通过三角胶带与主卧式双级活塞推料离心机主要由泵组合，推料机构、机座、轴承组合、转鼓、筛网、机壳及电控箱等零部件组成。

泵组合亦由机座支承，其油泵伸入油池内，回转体通过三角胶带与主机皮带轮连接安装在与主机相适宜的位置。

主机全速运转后，悬浮液通过进料管进入装在转鼓上的分配盘，在离心力的作用下，悬浮液均匀的分布在内转鼓的板网上，而固相则被截留在板网上形成状滤渣层。

由于内转鼓的往复运动，HR系列离心机为卧式双级活塞推料，连续操作的过滤式离心机。

它在完成所有的操作工序