步进式加热炉设计计算2.1 热工计算原始数据(1)炉子生产率：p=245t/h (2)被加热金属：1)种类：优质碳素结构钢(20#钢) 2)尺寸：250×2200×3600 (mm)(板坯) 3)金属开始加热(入炉)温度：t 始=20℃4)金属加热终了(出炉)表面温度：t 终=1200℃ 5)金属加热终了(出炉)断面温差：t ≤15℃ (3)燃料1)种类：焦炉煤气2)焦炉煤气低发热值：Q 低温=17000kJ/标m 33)煤气不预热：t 煤气=20℃表1-1 焦炉煤气干成分(%)废膛(5)空气预热温度(烧嘴前)：t 空=350℃2.2 燃烧计算2.2.3 计算理论空气需要量L 0)3322220/(1023)4(212176.4m m O S H H C m n H CO L m n -⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡-++++=∑把表2-1中焦炉煤气湿成分代入20103909.08336.238184.2425741.56217939.82176.4-⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯+⨯+⨯+⨯=L=33/3045.4m m2.2.4 计算实际空气需要量Ln查《燃料及燃烧》，取n=1.1代入7317.43045.41.10=⨯==nL L n 标m 3/标m 3实际湿空气消耗量0)00124.01nL g L n ⨯+=（湿=7317.4)9.1800124.01(⨯⨯+=6.0999 标m 3/标m 32.2.5 计算燃烧产物成分及生成量1001)(22⨯++=∑CO H nC CO V m n CO 标m 3/标m 3 1001)0290.38336.227939.88184.24(⨯+⨯++= =0.4231 标m 3/标m 3n m n O H gL O H S H H C m H V 00124.01001)2(2222+⨯+++=∑ 标m 3/标m 3 7317.49.1800124.01001)2899.28336.228184.2425741.56(⨯⨯+⨯+⨯+⨯+== 1.2526 标m 3/标m 3 n N L N V 10079100122+⨯= 标m 3/标m 3 7317.41007910012702.1⨯+⨯= =3.7507 标m 3/标m 3)(1002102L L V n O -= 标m 3/标m 3 ()3045.47317.410021-==0.0897标m 3/标m 3燃烧产物生成总量2222O N O H CO n V V V V V +++=0897.07507.32526.14231.0+++=5161.5= 标m 3/标m 3 燃烧产物成分 %145.6%1005161.54231.022=⨯=='n CO V V CO %132.19%1005161.52526.122=⨯=='n O H V V O H %977.72%1005161.57507.322=⨯=='nN V V N %746.1%1005161.50897.022=⨯=='nO V V O ∑%100 将燃烧产物生成量及成分列于下表表2-2 焦炉煤气燃烧产物生成量（标m 3/标m 3）及成分（%）2.2.6 按燃烧产物质量计算把表2-2中燃烧产物体积百分含量代入 4.22100322818644422222⨯'++'+'+'=O N O H SO CO 烟ρ Kg/m 3 4.221006261.1329955.67287081.22186703.744⨯⨯+⨯+⨯+⨯==1.2063Kg/m 32.2.7 计算燃料理论燃烧温度产燃燃空空低产分燃空低理分C V Q t C t C L Q C V Q Q Q Q t n n n -++=-++=由t 空=350℃，查《燃料与燃烧》表得C 空=1.30kJ/标m 3，由《燃料与燃烧》P 38,得燃烧室(或炉膛)内的气体平衡压力接近1个大气压(大多数工业炉如此),那么式中各组分的分压将在数值上与各组分的成分相等)即%22'=CO P CO %O C P CO '= . .所以%6703.72=CO P ,%7081.222=O H P由《燃料与燃烧》附表8, 附表9,得%81.192=CO f ,%938.42=O H f所以 未未分)(10800)(126002222O H O H CO CO V f V f Q +=1981.0%076703.012600227081.0%938.410800⨯⨯+⨯⨯= K Kg KJ ⋅=/2487.140所以 Ct ο7413.214967.15161.52487.1409335.21524993.17790=⨯-+=理 2150≈误差%5%38.2%100210021002150%<=⨯-=在误差范围内，故不必再假设。

因此，可满足步进式加热炉加热工艺要求2.3 炉膛热交换计算2.4 金属加热计算金属加热计算是连续加热炉全部热工计算的核心。

按炉子有效长度分成三个区段(即预热段、加热段、均热段)分别进行计算。

计算方法简述如下：预热段和加热段采用热流等于常数的边界条件求解。

均热段计算有两种方法①根据经验直接确定均热段实底段长度。

②选定均热度求均热时间。

后一种方法用于均热床架空的时候，它与实际情况相差很大，应根据经验修正。

2.4.1 均热段该金属加热开始时，断面温度呈抛物线分布（《设计手册下》，P89），取出炉时，钢的断面温差为10℃，采用抛物线的理想平均值求法。

加热终了时，钢坯的平均温度1221200101193.3333g t t t C =-∆=-⨯=o 表在此温度下，钢的导热系数 ()29.73 3.6107.04/C kJ m h λ=⨯=⋅⋅o 求热流密度 2t q Sλ∆=式中：S —钢材厚度（m ），对于双面加热，厚度取12S ，)/(64.17121.01004.1072221h m KJ S t q ⋅=⨯⨯=∆=λ表 均热段炉气温度2731002731004411-++⨯=）（表均均表t C q t gKM g =1201.46℃前面假设温度为1250℃，误差为%88.3125046.12011250%=-=＜±5%故不必再重新假设。

求热焓在1193℃时，Cp=0.68716kJ/(kg ﹒℃)热焓 i= Cp*t=1193.33*0.68716=820.0109 kJ/kg2.4.2 加热段设加热段加热终了时，金属断面温差t ∆=50℃ （1） 钢坯平均温度222120050116733g t t t C =-∆=-⨯=o 表（2） 加热段末端钢坯表面热流查设计手册，在1167℃时，()29.47 3.6106.08/C kJ m h λ=⨯=⋅⋅o )/(84864125.05008.1062222h m KJ S t q ⋅=⨯⨯=∆=λ表 （3） 加热段炉气温度Ct C q t gKM g ︒=-++⨯=-++⨯=64.1261273100273120020.1084864100273100273100444422）（）（表终加表与前面假设炉气温度1300℃仅相差20℃ 误差 %95.2130064.12611300%=-=＜5%故不必再假设。

（4） 均热度t t δ∆=∆zk式中：δ—均热度t ∆k —金属均热开始时的表面与中心温度差 t ∆z —金属均热终了时的表面与中心温度差100.250z k t t δ∆===∆℃℃因为 2t t Sατδϕ∆⎛⎫== ⎪∆⎝⎭z k 查《钢铁厂工业炉设计参考资料》P288，图8—25， 对于大平板：δ=0.2时，20.68a Sτϕ==所以 h aS 506.0021.0/125.068.0221=⨯=⨯=ϕτ （5） 加热段内钢坯热焓加热段内钢坯平均温度1167℃，查表Cp=0.6894 kJ/(kg ﹒℃)11670.6894804.497KJ/Kg i =⨯=加℃2.4.3 燃料利用系数及钢坯热焓分配(1) 加热段燃料利用系数 4n n n Q Q Q Q L C T V C T Q Q Q L C T η+-+-==++烧预废加低空空废加废加加烧预低空空式中：3/49993.17790m KJ Q =低，33/7317.4m m L n =，350t C =o 空，31.296/c kJ m =空，33/5161.5m m V n =，1300t C =o 废，31.61656/c kJ m C =g 废代入得 ：4n n n Q L C T V C T Q L C T η+-=+低空空废加废加加低空空350296.17317.44993.17790130061656.15161.5350296.17317.44993.17790⨯⨯+⨯⨯-⨯⨯+==0.42（2）炉膛燃料利用系数4Q Q Q Q Q η+-=+烧预废膛烧预本设计中预Q 只预热助燃空气，所以上式可以写为 4n n n Q L C T V C T Q L C T η+-=+低空空废膛废膛低空空350296.17317.44993.1779080053356.15161.5350296.1731744993.17790⨯⨯+⨯⨯-⨯⨯+=。

=0.6606(3) 金属在炉膛中的总热焓增量kg kJ C t i i i p /0109.82068716.011931=⨯=⨯=-=∆均始终(4) 金属在预热段的热焓增量441Qi i P ηη⎛⎫∆=∆-+ ⎪⎝⎭加辐预式中：F q Q ⨯=辐，加热段向预热段辐射热量；q —辐射热流，一般q=100000～130000千卡/m ³，这里取q=110000千卡/m ³； F —界面面积；F=3075.625.0112.82(m S H B =-⨯=-）（）预kgkJ i /39.301245000075.6110000)6606.042.01(0109.8203=⨯+-=∆ (5) 求金属平均温度设t 均3=550℃，查《火焰炉设计计算参考资料》表3-3得， c P =0.5736 kJ/(kg ﹒℃) 则C c i t Pο4358.5255736.039.3013==∆=预均<=⨯-=%47.4%1005504358.525550%5%设计值与计算值相差很小，因此不必重算。

2.4.4 预热段热流及加热时间（1）预热段始端热流）（）（）（）（）（表废膛预h m kJ t t C q gkM ⋅=-+⨯=+-+='2444043/78.127472]100273100273800[657.9]100273100273[（2）预热段末端热流()43432332732733100100g gkM q S t t q C λ⎧⎫⎡⎤++⎪⎪⎢⎥+⎛⎫⎪⎪⎢⎥=-⎨⎬ ⎪⎢⎥⎝⎭⎪⎪⎢⎥⎪⎪⎣⎦⎩⎭表均表加 式中： 加gkM C —加热段导来辐射系数，加gkM C =10.20()42/k h m kJ ⋅⋅2g t —加热段炉气温度，2g t =1261.64℃t 均3—加热段始端钢坯加热温度，t 均3=525.4358℃S —热透深度，S=0.125m查《火焰炉设计计算参考资料》表3-1得，t 均3=525.4358℃时，)/(6.1385.386.3C h m kJ ο⋅⋅=⨯=λ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯++-+⨯=43431006.1383125.0)2734358.525()10027364.1261(20.10表表q q 对上式采用顺序渐进法求解:首先令02672.11831.03=⨯表q ，代入上式得）（表h m kJ q ⋅=23/77.524298 ，62.1576.1383125.03=⨯表q反复迭代，得）（表h m kJ q ⋅=-213/82.480533 ， 46.1446.1383125.013=⨯-表q）（表h m kJ q ⋅=-223/91.485129 84.1456.1383125.023=⨯-表q）（表h m kJ q ⋅=-233/88.484656 7.1456.1383125.033=⨯-表q这里取）（表h m kJ q ⋅=23/88.484656（3） 计算金属表面温度t 表3C S q t ︒=⨯⨯+=+=14.6716.1383125.088.4846564358.5253133λ表均（4）预热段内平均热流）（表均预h m kJ q q q ⋅=⨯='=233/951.24855688.46465678.127472 （5）预热段内加热时间均预预预q K S i 1ρτ∆=式中：1K —金属形状系数；平板11=K ，圆柱21=K ，球体31=K kg kJ C i i i /79.45663976.07140=⨯=-=∆ο预预h q K S i 18.195.2485567863125.039.3011=⨯⨯=∆=均预预预ρτ2.4.5 加热段内热流及加热时间(1)加热段热流3232q ln q q q q -=均加平均热流的计算,通常预热段采用几何平均值,加热段采用对数平均值,)/(86.2294508486488.484656ln 8486488.484656ln22323h m KJ q q q q q ⋅=-=-=表表表表均加(2)加热时间()Kg KJ i i i /42.5065673.04358.525497.804=⨯-=-=∆预加加hq K S i 169.286.2294507863125.042.5061=⨯⨯=∆=均加加加ρτ综上所述:h 18.1=预τh 169.2=加τ h506.0=均τ总加热时间:h855.3=++=预加均总ττττ注:由于步进梁式加热炉料坯之间有间隙,受热面增大,加热时间有所缩短,但单位面积上料坯数量减少了,故它对生产率的影响,应综合考虑,修正加热时间:炉膛(既间隙开口)对间隙内炉底的角度系数2a δϕ=-式中:δ—料坯厚度;a —间隙宽;取间隙a 约为料坯厚度的0.4～0.5倍,a=0.4⨯250mm=100mm所以:1926.0)(12=-+=aaσσϕ因为,在假定金属黑度ε=1的条件下,分析间隙内料坯侧面与炉膛及间隙内炉底之间的辐射热交换,可以导出有间隙和无间隙两种条件下的金属获得热量比,它的倒数即为有间隙和无间隙的加热时间比;211(1)t a bηϕ=+-式中:ηt —相对加热时间,即有间隙和无间隙的加热时间之比; a,b,δ—分别为间隙宽,料坯宽度,料坯厚度;958.01000100)1926.01(112=⨯-+=t η各段加热时间为:hh h 1304.1958.018.10779.2958.0169.24847.0958.0506.0=⨯==⨯==⨯=预加均τττ 所以:h 69.3=++=预加均总ττττ2.5 炉子主要尺寸确定2.5.1 长度计算(1)有效长度ngb P L τ=效式中:P —炉子生产率，P=245t/h b —料坯宽度;b=2200mm g —料坯平均单重mm ng b P L 63875)786325.02.26.3(2220069.3245000=⨯⨯⨯⨯⨯⨯==τ效 (2) 预热段长度 mm L L 1956869.31304.163875=⨯==总预效预ττ (3) 加热段长度mm L L 3754669.3169.263875=⨯==总加效加ττ(4)均热段长度mmL L 843969.34875.063875=⨯==总均效均ττ2.5.2 炉门数量和尺寸及炉膛各部分用耐火材料的确定(1) 连续式加热炉炉门有进料炉门,出料炉门,操作炉门,窥视炉门,人孔等;这些炉门数量和尺寸的确定总的原则是:在满足操作要求的条件下,炉门数量越少,开门尺寸越小越好,这样可以减少炉门的散热损失,提高炉子的热效率.主要炉门的确定如下: (a)装料门:炉门宽度B进：连续步进梁式加热炉通常都是采用端进料,其宽度等于炉膛内宽B,即B 进=B=8.12m炉门高度H 进：是指步进炉固定梁上表面至炉门上沿下表面之间的距离,对于步进炉可取大于料坯(方坯或板坯)厚度与步进高度之和.这里取250mm+200mm=400mm; (b)出料门:炉门宽度B:若采用侧出料时,则需很大炉门,且容易卡钢,结构和操作上都很困难.从尺寸上考虑,因板坯教宽,故多用端出料.其宽度等于炉膛内宽B=8.12m,由于出料端温度很高,所以出料门带有水冷管.炉门高度H 进：同装料门一样. (c)操作炉门:用做操作之用，如进出返回钢坯，清除氧化铁皮等。