与二段式炉温制度相比，三段式炉温制度有意提 高了加热段的温度，实行强化加热，尽快使物料表面 温度升高到出炉温度甚至更高一些的温度，以减少物 料在高温下的停留时间。它可以允许物料在加热段内 产生较大的断面温差，然后利用温度较低的均热段使 钢料温差缩小到允许范围之内。 和二段制度相比，在同样要求的加热温度和断面 温差的条件下，三段式炉温制度可以得到较高的生产 率；在同样的较大的生产率的条件下可以得到断面温 度均匀的加热质量。 因此，在三段式炉温制度中，均热段能减小断面 温差并控制出炉温度，保证加热质量；加热段可提高 炉温，追求生产率；预热段可利用炉气热量，追求热 效率。所以被认为是比较理想的温度制度。
3 废气出炉温度
ty
BQar Qyu G(tm 2cm 2 tm1cm1 ) Qsh BVn c y
4 料坯入炉温度和出炉温度的影响
I cm2 t m2 cm1t m1
5 料坯厚度的影响
第一类边界条件：tb=const a 2
故
S
有些参数要用优化方法确定，才能达到综合节 能的目的。轧钢的钢坯加热温度就是一例，在确定 这个温度时必须综合考虑两方面的因素：加热炉的 燃耗和钢坏的氧化烧损；轧钢机电力消耗和轧辊等 部件的消耗。采用较低的加热温度，虽能降低加热 炉的上述两项消耗，但是会使轧钢机的两项消耗升 高。反过来，采用较高的加热温度，情况又正好相 反。所以，为了降低加热和轧制的总能耗，必须根 据具体情况权衡得失，确定一个最合适的加热温度。
影响炉子生产率的诸因素不是孤立不变的，有 些因素是相互联系的。在具体解决炉子设计、生产问 题时，必须根据具体情况，全面地、综合地考虑这些 因素，从中找出薄弱环节，提出改进措施，使炉子能 在高的生产率、低能耗条件下正常运行。
4.5 炉子生产率、热效率及单位燃料消耗量之间的关系
在实际生产过程中不 能单纯考虑节能而不顾完 成产量任务，反之亦然！ 因此炉子往往并不在最低 燃耗下工作，只要是在极 值附近，就可认为该炉子 热工作是正常的。
√ √
热过程或控制因素
课堂作业

P56第2题。
4.3.2 热工因素作用的分析
1 炉子供热负荷
空炉热负荷
BQar
炉内完全燃烧
BQar
Q
KL
sh
Li
炉膛容积热负荷
燃 料 燃烧设备
QV
空气消耗系数n
Qs 100% Qar
3 2～ 3 1～ 2 2～ 3
QV
，W／m3 加热炉
热处理炉
现代加热炉不仅 要继续保持高质量、 高效率，还要进一步 向节能、充分利用余 热和无公害、低噪声 及减轻劳动强度等方 向发展。目前多采用 三段式炉型，多点供 热。
4-3
在加热段燃烧产物的温度应比钢坯表面给定的最终温度 要高出80~130℃ ，而在均热段则比钢坯表面的最终温度要 高出30~50℃。一般不允许强化作业，加热段的最高温度不 应超过1350℃，因为这不但增加热耗，还会造成钢坯的氧化 和脱碳，并降低炉子耐火材料和部件的使用寿命。
对于大型料坯、中厚板及连续薄板生产来说，轧机产量很大， 料坯的单重大而断面厚，并且具有不同的规格。此时 三段式加 热炉小时产量往往达不到要求，势必要增加工业炉座数，但这又 会带来其他方面的问题。提高工业炉生产率的办法，一是将工业 炉适当加长，二是多增设供热点，因而出现了多点供热的连续加 热炉。 多点供热的连续加热炉一般有着第二甚至第三加热段，所以 钢的温度上升较快。第一加热段炉温不太高可防止钢坯表面出现 过热。另外，这种炉型可以灵活地调节加热温度以适应不同的加 热制度和生产率，多数情况下炉底强度也高，温度制度操作灵活。
4.1 概述
单位生产率的概念。它表示单位炉底面积单位时间内的产量。
G P f xi
式中
炉底强度；也叫炉底应力
P G
f xi
——有效炉底强度kg／(m2· h)， ——炉子生产率kg／h ——有效炉底面积，也就是钢坯所覆盖的面积，m2。
图4—1 炉子工作关系图
图中方框间的关系线，除了箭头表明单向作 用外，其余连线属于相互作用的关系。如炉子设 计时构造参数韵确定要考虑热工操作参数可调节 的范围，而反过来说，炉子热工作应该适应具体 炉子的构造，以保证通过最佳热工参数的控制达 到最佳的生产技术经济指标。 又如加热工艺的制订不能脱离炉子的具体构 造。而某个炉子的构造参数当然也应当考虑炉子 应该满足的加热工艺要求。制订的加热工艺也只 有通过热工操作才能完全实现。反之热工操作上 的特点对于加热工艺的制订也会产生相应的影响。 工艺因素 热工因素 附属设备
在室状加热炉上用的二期加热制度也可由加热期 和均热期组成。在加热期物料表面温度上升很快，而 中心温度上升得慢，物料断面上的温差大。为了使断 面温度趋于均匀，需经过均热期。在均热期，物料表 面温度基本保持一定，而中心温度不断上升，使物料 表面与中心的温差逐渐缩小而趋均匀。 通常冷装或低温热装的低碳钢钢锭及热装的合金 钢钢锭在均热炉或室状炉内加热时可采用这种加热制 度。此外，这种加热制度也适应于对管束件、板叠件 或成批小件的加热。
——炉气、炉墙对被加热金属的综合导来辐射系数；W／(m2K4) ——炉气对被加热金属的对流传热系数W／(m2K)
T T T
4
4 g
4 m

4 4 ( T T g m )dFd
F
逆流式连续加热炉加热段炉气平均温度
4 4 4 4 4 Tg Tm Tg1 Tm 2 Tg 2 Tm1 100 100 100 100 100 100 4
这里所说的连续式加热炉炉型主要指炉膛空间 的形状、尺寸及燃烧装置的形式、数量、分配、布 置和排烟口的布置等。这是 个十分重要的问题，炉 型结构设计合理与否，对工业炉产量、加热质量和 燃耗指标都有很大的影响。 较为理想的炉温制度要求加热段的温度沿炉长 方向保持恒定，使炉温与料坯之间在此炉温条件下 具有最大的平均辐射温压，以提高加热速度。而在 预热段则要求沿炉长方向有较大的温度降，利用加 热段过来的高温烟气来预热物料，降低烟气出炉温 度，有利于降低燃料消耗，从而使连续加热炉的热 效率大于室状加热炉。
I
—单位重量金属加热时热焓的增量kJ／kg； —炉膛热量有效利用系数。
xi
G
影 响 炉 子 生 产 率 G 的 因 素 炉子热负荷
( BQar Q yu ) xi I
BQar
空、煤气预热带入热量 钢加热所需单位热焓增量 出炉烟气带走的热量
Q yu
I
Qy
炉膛各项热损失
Q
sh
2 根据炉内热过程建立有关方程式
高炉、发生炉、焦炉煤气
天然气
长焰烧嘴
1.15～1.30
50～100
150～200
各种气体燃料 重油
短焰烧嘴 喷 嘴
1.05～1.15 1.15～1.35
100～150 ～150
500～1000 ～250
2 炉子温度制度和供热制度的影响
典型的温度制度中一类是室状 炉的一段或一期温度制度，即炉 温为常数。室状一段温度制度具 有较大的平均温度差，故金属在 炉膛热交换中得到的平均热流就 大，金属的加热速度快，加热时 间短，炉子生产率高。当被加热 金属入炉后表面温度立即达到最 终表面温度等于常数的情况下， 则加热时间最短。按照这种情况 来设计炉子的温度制度和供热制 度时炉子的生产率最高。但实践 起来往往会有许多的困难。

3-5 4章所有。例4-2

金属内部传热
t qm x
x 0
t t a 2 x
2
金 、 属 加 热 影 响 主 要 因 素
1)平均辐射温压 2)综合导来辐射系数 3)对流传热系数 4)料坯厚度
T 4
Cglm
c

5)被加热金属的热物理性质……
先决因素 操作因素
4．2 工艺因素对炉子生产率的影响
G
N
N

——炉子装入量kg(t)／炉； ——完成工艺所需要的加热时间h。

图4-2昆钢主要生产工艺流程图
4.3 热工因素对炉子生产率的影响
4.3.1 影响因素的确定 1 炉膛热平衡可以得出 G
( Q sh xi 1 BQ Q Q ar yu ya
I K1 q m
平板
K1
K1 1
为料坯的形状系数
圆柱 球
K1 2
K1 3
q m C glm T c (Tg Tm )
4
c
C glm
T g 4 T m 4 c (Tg -Tm ) C glm 100 100
三段（三期）温度制度
三段式炉温制度按炉温分为预 热段、加热段和均热段，适应加热 断面较大，一般透热深度大于 80~120mm的料坯。对于加热合金 钢、高碳钢、中碳钢以及对料坯加 热温度及其均匀性要求较高或要求 炉底强度较大的工业炉，多采用三 段式温度制度。 三段式炉温制度是为了改善二 段式要提高产能就必须提高加热段 炉温，就必然受到金属出炉表面温 度及断面温差的限制的问题而发展 出来的。
连续加热炉的炉膛也相应 划分为两段。加热段为燃料燃 烧空间，炉膛较高，空间较大。 预热段为余热利用空间，用压 低炉膛高度以加大炉气流速， 强化对流给热。两段交界处的 炉顶及炉底为一倾斜面，明显 地将两段隔开，以减少加热段 向预热段的辐射热量，使加热 段保持恒定的高温，也使两端 保持较大的温差。炉尾处炉顶 略有抬高，可减缓烟气在炉尾 的速度，尽可能避免烟气从炉 尾进料口喷出，改善炉尾操作 区域的工作环境。
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