210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=20r 4） 金属加热终了（出炉）表面温度：t 终=1200C 5） 金属加热终了（出炉）断面温差：t < 15C （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 3 3） 煤气不预热：t 煤气=20 °C表1-1焦炉煤气干成分（％）⑷ 出炉膛烟气温度：t 废膛=800C⑸空气预热温度（烧嘴前）：t空=350 C2.2燃烧计算2.2.3 计算理论空气需要量L c1 1m L o 4.76 —CO -H 2 (n —)C n H m2 24把表2-1中焦炉煤气湿成分代入1 1333-H 2S O 2 2233)10 (m /m )L0 4.76 8.7939 険5741 2 24・8184 3 2・8336。

碍210 =4.3045m3/m3V n V CO 2 V H 2O V N 2 V O 2224计算实际空气需要量Ln查《燃料及燃烧》，取n=1.1代入L nnL o1.1 4.3045 4.7317 标 m 3/标 m 3实际湿空气消耗量L n 湿(10.00124g) nL o=(1 0.00124 18.9) 4.7317=6.0999 标 m 3/标 m 32.2.5计算燃烧产物成分及生成量V c°2(COnC n H m CO 2) 1001791.2702 丄 79 4.7317100 100=3.7507标m 3/标m 3V 02(L nL 0)标 m /标 m100 214.7317 4.3045 100=0.0897 标 m 3/标 m 3 燃烧产物生成总量(56.5741 2 1 24.8184 2 2.8336 2.2899) 1000.00124 18.9 4.7317标m 3/标m 3标m 3/标m 3(24.8184 8.7939 2 2.83363.0290)1 100=0.4231 标 m 3/标 m 3V H 2O (H 2m C Hn m2H 2S H 2O)1 1000.00124gL n 标 m 3/标 m 3V N 2N 2100 100 Ln 标说标m=1.25260.4231 1.2526 3.7507 0.0897 5.5161 标 m 3/标 m 3燃烧产物成分V Co i100% 6.145%V n 5.5161V H O 1 2526 上上空6100% 19.132% V n 5.5161 皿 37507100% 72.977% V n5.5161O 2 纟 00897100% 1.746%V n 5.5161100%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（%）成 4名称7^CO 2 H 2O N 2 O 2 合计生成量（标m 3） 0.4231 1.2526 3.7507 0.0897 5.5161体积含量（%）7.6703 22.7081 67.99551.6261100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44CO 2 64SO 218H 2O 28N 232O 2100 22.444 7.6703 18 22.7081 28 67.9955 32 1.6261100 22.4=1.2063Kg/m 32.2.7计算燃料理论燃烧温度由t 空=350 C ，查《燃料与燃烧》表得 C 空=1.30kJ/标m 3,由《燃料与燃烧》P as ,Kg/m 3V n C 产Q 低L n C 空t 空C 燃 t 燃Q 分得燃烧室（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P CO2 CO2 %P CO CO %所以P CO2 7.6703% ,P H2O 22.7081%由《燃料与燃烧》附表8,附表9,得f co219.81% , f H2o 4.938%所以Q分12600 f co2(V co2)未10800 f H2o(V H2o)未10800 4.938% 0.227081 12600 0.076703% 0.1981140.2487KJ / Kg Kt 17790.4993 2152.9335 140.2487 所以理 5.5161 1.672149.7413 C2150误差% 2150 2100 100% 2.38% 5%2100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。

241 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10C ，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—— 2 2 t g1 & t 120010 1193.33o C33在此温度下，钢的导热系数29.73 3.6 107.04kJ/ m h °C前面假设温度为1250C ，误差为故不必再重新假设求热焓在 1193C 时，Cp=0.68716kJ/(kg 「C ) 热焓 i= Cp*t=1193.33*0.68716=820.0109 kJ/kg求热流密度2 t q S式中： s —钢材厚度（m ）,对于双面加热，厚度取丄S ， 2q 表12 t 2 107.°4 101712.64KJ/(m 2 h)1250 1201.4612503.88% V 5%均热段炉气温度273=1201.46 CgKM 均t g1 100242加热段设加热段加热终了时，金属断面温差 t =50C(1) 钢坯平均温度_ 2 2 t g2 t 表t 120050 1167o C3 3(2) 加热段末端钢坯表面热流查设计手册，在 1167C 时， 29.47 3.6 106.08kJ/t g2 1004yC gKM 加 “c 4 '84864 100 4----------V 10.20J 表终 273 )4273 1001261.64 C与前面假设炉气温度1300r 仅相差20 c1300 1261.64误差 %2.95% v 5%1300故不必再假设。

(4) 均热度式中： 一均热度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查《钢铁厂工业炉设计参考资料》 P288,图8—25,(3)2 t 2 106.08 50q表20.12584864 KJ /(m 2 h)加热段炉气温度对于大平板： =0.2时,a S 20.68m h o C(12°° 273)4273100 因为& 10 r t k 50c0.2立__t kS 2所以1S2a20.68 0.1252/0.021 0.506h(5)加热段内钢坯热焓加热段内钢坯平均温度1167C，查表Cp=0.6894 kJ/(kg 「C )i加1167 C 0.6894 804.497KJ/Kg2.4.3燃料利用系数及钢坯热焓分配(1)加热段燃料利用系数Q烧Q预Q废加Q低L n C空V n C废加T废加4加•Q烧Q预Q低L n C空T空式中：Q低17790.49993KJ /m3，L n 4.7317m3/m3，t空350°C，c空1.296kJ/m3，V n 5.5161m3/m3，t 废1300°C，c a1.61656kJ / m3gD 代入得Q低L n C空T空V n C废加T废加Q低L n C空T空17790.4993 4.7317 1.296 350 5.5161 1.61656 130017790.4993 4.7317 1.296 350=0.42(2)炉膛燃料利用系数Q烧Q预Q废膛Q烧Q预本设计中Q预只预热助燃空气，所以上式可以写为Q低L n C空T空V n C废膛T废膛Q低L n C空T空17790.4993 4。

317 1.296 350 5.5161 1.53356 80017790.4993 4.7317 1.296 350=0.6606(3)金属在炉膛中的总热焓增量i i终i始t均1 C p 1193 0.68716 820.0109kJ /kg(4)金属在预热段的热焓增量式中：Q 辐q F ,加热段向预热段辐射热量; q—辐射热流，一般q=10000旷130000千卡/m3,这里取q=110000千卡/m3; F —界面面积;式中： C gkM 加 加热段导来辐射系数，C gkM 加=10.20 kJ / m h k t g2 —加热段炉气温度，t g2 =1261.64 CF=B(H 预 2S )8.12 (1 0.25)6.075m 3i 3820.0109(1 0.42 )110000 6.0750.6606” 245000301.39kJ/kg(5)求金属平均温度设t 均3=550C ，查《火焰炉设计计算参考资料》表 3-3得,C P =0.5736 kJ/(kg「C )则t 均3i 预 301.39 C P0.5736% 550 525.4358550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(/t 废膛273、4 q 3C gkM 预g100/800 273、4 9.657 [ 4 100 127472.78kJ/(m 2(2)预热段末端热流(t表0273)4100(273)4100)q 表 3 C gkM 加4t g2 273100 h ) 273q 表3S100525.4358 C100% 4.47% 5%4S —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 C 时,3.6 38.5 138.6kJ/(m h C)(525.4358 273)，1261.64 273,3 138 6 q 表 3 10.20()43 138.6100 100对上式采用顺序渐进法求解：K 1 —金属形状系数；平板K 1 1，圆柱K 1 2，球体K 1 30.125q表 30.1q 表 3首先令总1詁0，代入上式得0.125q 表 3 157.62138.6反复迭代，得q表3 1480533.82kJ/(m 2h )，0.125q 表3 1 144.463 138.60.125q 表3 2q表3 2 485129.91kJ/(m 2h )145.843 138.6q表3 3484656.88kJ / (m 2h )0.125q 表3 3 145.73 138.6这里取 q 表3 484656.88kJ/( m 2 h )q 表3S525.4358484656・88 °125671.14 C 3 138.6(4) 预热段内平均热流4q 均预qq 表312747278 464656.88248556.951kJ/(m 2 h )(5) 预热段内加热时间式中: 524298.77kJ/(m 2 h )3 计算金属表面温度(3) q表3i预i预i0714 C 0.63976 456.79kJ/kg42.4.5加热段内热流及加热时间(1) 加热段热流q 2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q 均加q 表3 q 表 2 484656.88 84864 229450.86KJ/(m 2 h).q 表3 Inq 表2,484656.88 In84864(2)加热时间i加i加i 预 804.497 525.4358 0.5673506.42KJ / Kgi 加S506.42 0.125 7863力口2.169hK 1q均加229450.86综上所述：预1.18h加2.169 h均0.506h总加热时间：总 均加预3.855h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式中：s —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=100mmi 预 S 301.39 0.125 7863 K i q 均预248556951.18hq均加q 3 q 2所以:1 ( )2 —0.1926¥ a a因为,在假定金属黑度& =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；1t2a1 (1 2)-b式中： n t —相对加热时间，即有间隙和无间隙的加热时间之比； a,b, 分别为间隙宽,料坯宽度,料坯厚度;0.9582100 1 (1 0.1926 )1000各段加热时间为:2.5炉子主要尺寸确定2.5.1长度计算(1)有效长度L 效P b ng式中：P —炉子生产P=245t/h b —料坯宽度；b=2200mmg —料坯平均单重所以:均 0.506 0.958 0.4847h 加2.169 0.958 2.0779h 预1.180.958 1.1304h总均 加 预3.69hP b245000 3.69 2200(2) 预热段长度(3) 加热段长度L 加 L 效』63875216937546mm总3.69(4) 均热段长度L 均 L 效 —63875 0.48758439mm总3.692.5.2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：ng 2 (3.6 2.2 0.25 7863)63875mm1.13043.6919568mm63875P b 245000 3.69 2200用做操作之用，如进出返回钢坯，清除氧化铁皮等。