連續(xù)式加熱爐畢業(yè)設計開題報告

1、城市建設與安全工程學院畢業(yè)設計(論文)開題報告題目： 普碳鋼連續(xù)式加熱爐設計專 業(yè) 熱能與動力工程班 級 12106501 學 號 1210650119 姓 名 王方正指 導 教 師 徐兆康2016 年 1 月 5 日城市建設與安全工程學院 畢業(yè)設計（論文）開題報告1 本課題的目的和意義、國內外研究現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢1.1 課題的目的和意義在冶金工業(yè)中，加熱爐是將物料或工件(一般是金屬)加熱到軋制成鍛造溫度的設備。加熱爐應用遍及石油、化工、冶金、機械、熱處理、表面處理、建材、電子、材料、輕工、日化、制藥等諸多行業(yè)領域。加熱爐包括有連續(xù)加熱爐和室式加熱爐等。金屬熱處理用的加熱爐另稱為熱處理爐。

2、初軋前加熱鋼錠或使鋼錠內部溫度均勻的爐子稱為均熱爐。廣義而言，加熱爐也包括均熱爐和熱處理爐。在鍛造和軋制生產中，鋼坯一般在完全燃燒火焰的氧化氣氛中加熱。采用不完全燃燒的還原性火焰(即“自身保護氣氛”)來直接加熱金屬，可以達到無氧化或少氧化的目的。這種加熱方式稱為明火式或敞焰式無氧化加熱，成功地應用于轉底式加熱爐和室式加熱爐。連續(xù)加熱爐連續(xù)加熱爐包括推鋼式加熱爐、步進式爐、轉底式爐、分室式爐等連續(xù)加熱爐，但習慣上常指推鋼式爐。連續(xù)加熱爐多數(shù)用于軋制前加熱金屬料坯，少數(shù)用于鍛造和熱處理。主要特點是：料坯在爐內依軋制的節(jié)奏連續(xù)運動，爐氣在爐內也連續(xù)流動；一般情況，在爐料的斷面尺寸、品種和產量不變的情

3、況下，爐子各部分的溫度和爐中金屬料的溫度基本上不隨時間變化而僅沿爐子長度變化。推鋼式連續(xù)加熱爐靠推鋼機完成爐內運料任務的連續(xù)加熱爐。料坯在爐底或在用水冷管支撐的滑軌上滑動，在后一種情況下可對料坯實行上下兩面加熱。爐底水管通常用隔熱材料包覆，以減少熱損失。為減小水冷滑軌造成的料坯下部的“黑印”，支撐在由耐火材料砌筑的基墻上，這種爐子叫“無水冷爐”。步進式連續(xù)加熱爐靠爐底或水冷金屬梁的上升、前進、下降、后退的動作把料坯一步一步地移送前進的連續(xù)加熱爐。爐子有固定爐底和步進爐底，或者有固定梁和步進梁。前者叫做步進底式爐，后者叫做步進梁式爐。軋鋼用加熱爐的步進梁通常由水冷管組成。步進梁式爐可對料坯實現(xiàn)上

4、下雙面加熱。轉底式加熱爐爐身固定，爐底轉動，放置在爐底上的料坯隨爐底轉動由進料口移送到出料口。根據(jù)爐底的形狀，轉底式加熱爐可分為環(huán)形爐和盤形爐兩種，冶金廠軋鋼車間多用環(huán)形爐。圖是一座生產能力為每小時75噸的轉底環(huán)形加熱爐剖面圖。這種爐子適于加熱不能用推鋼和步進方式運送的物料，如圓坯、車輪和輪箍坯、模鍛前的異形坯以及品種多和長短不一的料坯等。缺點是爐底面積利用率低，爐底單位面積產量通常約為350400公斤/(平米·時)。分室式快速加熱爐由若干個擺在一條線上的加熱室所組成。加熱室和加熱室之間設間室，傳送料坯的輥子設在間室內，料坯單根(或雙根)地通過各加熱室和間室而被加熱。每個加熱室與相鄰

5、的間室構成一個“爐節(jié)”，所以又稱節(jié)式爐。這種加熱爐能快速加熱，氧化和脫碳少，適用于加熱圓形料坯和鋼管。與行星軋機相配合，可用來加熱連鑄板坯；也可對某些鋼材進行局部加熱。缺點是單位爐長的生產能力低，爐子熱效率較低。室式加熱爐用于金屬坯或錠鍛壓前的加熱。物料加熱時不移動；爐內不分段，要求各處爐溫均勻，對于大鋼錠加熱采用周期性的溫度制度(即爐溫按時間分為預熱期、加熱期、均熱期等)。室式加熱爐有兩種：固定爐底室式爐和車底式爐。固定爐底室式爐爐底面積一般110平米。裝出料多靠人工或簡單機械；加熱較大工件的室式爐，也有用專門裝出料機的。燃料為煤、重油或煤氣。有的爐在爐墻上開一縫隙，料坯由縫隙送入爐內加熱，

6、叫“縫式爐”，常用于小件加熱或長料坯的端頭或局部加熱。這類爐的爐底單位面積產量通常為300400公斤/(平米·時)，單位熱耗每噸鋼約為(1.01.5)×106千卡。車底式爐用于重量為十幾噸至幾百噸的大鋼錠在鍛壓前的加熱，爐型為室式或隧道式。加熱物件放置在臺車上，爐外進行裝卸料，由車間吊車或其他牽引裝置把臺車拽入或拖出爐膛，大鋼錠加熱要求爐溫分布均勻，所以車底式爐常采用分散供熱和分散排煙(燒嘴和煙道口分散地布置在爐子側墻上)。按通風方式分類分為自然通風加熱爐：利用煙囪的抽力吸入燃燒空氣，并將煙氣排出的加熱爐。強制通風加熱爐：燃料氣燃燒所需要的空氣是用鼓風機送入，而煙氣則通過引

7、風機(或煙囪抽力)排出的加熱爐。按熱源劃分有燃料加熱爐、電阻加熱爐、感應加熱爐、微波加熱爐等。1.2 國內外研究現(xiàn)狀與水平 推鋼式爐是連續(xù)加熱爐中歷史最長的一種爐型，自上世紀初沿用至今。在1967年以前，所有的現(xiàn)代軋機都是采用推鋼式爐。步進式爐是在上世紀三十年代才出現(xiàn)的爐型，有一些優(yōu)點超過了推鋼式爐。這兩類爐型經過七十年以上的時間的發(fā)展，其性能指標的相互比較也發(fā)生了很大的餓變化。推鋼式選用合理的溫度制度和供熱制度，降低爐內的最高溫度和廢氣排放溫度，提高爐內燃燒產物的熱量利用率，提高廢熱回收率，減少其他熱損失，進行現(xiàn)代化管理，采用計算機控制，推鋼式爐和步進式爐有同等的效果，并且推鋼式加熱爐一次性

8、投資少，維護運行費用低。國外軋鋼連續(xù)加熱爐的主要進展：(1) 采用新型燃燒器。近年來世界工業(yè)發(fā)達國家為了節(jié)約能源，改善爐內傳熱條件和減少公害等，成功研制多種燃燒器。(2) 采取綜合措施，降低單位燃耗。如采取最佳爐底強度，正確掌握熱工操作。(3) 注意熱裝和余熱利用。國外大型加熱爐，一般都安裝換熱器，既預熱空氣又預熱煤氣，如不預熱燃料，至少要預熱空氣。近年來由于能源危機，要求出爐煙氣溫度低于800，故美國趨向用金屬管狀換熱器，日本喜用片狀換熱器，壽命長達五年。英國正在研究能將空氣預熱到1100 的裝置；一種高效率的用鎂鋁硅微孔泡沫玻璃陶瓷制回轉蓄熱室，可以將廢氣熱量回收90%。近代國外連續(xù)加熱爐

9、的發(fā)展方向是 ：(1)提高爐子生產率，例如一座現(xiàn)代化大型連續(xù)加熱爐的產量能達350420噸/時； (2)降低單位燃耗或熱耗 (千卡/ 公斤)。日本軋鋼生產的單位熱耗是世界上最先的； (3)減少氧化鐵皮燒損，一般不超過2%； (4)減少噪音和公害。對于車間風機和燒嘴等產生的噪音，不允許超過7080分貝；(5)從軋機到加熱爐，實行最佳程序自動控制。我國加熱爐的現(xiàn)狀不是很好，主要表現(xiàn)在以下幾個方面:(1)加熱爐生產效率和占地面積的比例依然很低，導致了土地資源的浪費；(2)現(xiàn)如今的加熱爐燃料主要還是以焦爐煤氣、高爐煤氣等含磷硫等元素比較高的燃料為主，這些燃料燃燒時產生大量污染氣體，且沒有較好的廢氣回收

10、裝置，造成了環(huán)境污染；(3)現(xiàn)在耐火材料雖然種類很多，但或多或少都存在一定的缺點，對加熱質量和爐子壽命有很大的影響。(4) 加熱爐的自動化程度仍然很低，未能實現(xiàn)真正的自動化。1.3 發(fā)展趨勢在實際生產中，合理地設計爐型、爐襯、加熱元件(或裝置)等，同時通過綜合管理控制，建立節(jié)能的管理體制，最有效地利用設備，使能源和原材料得到最充分的利用，從而可獲得性能優(yōu)良的產品。目前加熱爐生產中所用的能源有電力和燃料。電力是無污染的能源。各類燃料燃燒對大氣均造成污染。加熱爐的控制方法，已從單純的燃料量控制向多種控制的方向發(fā)展，向節(jié)能和環(huán)保的方向發(fā)展?，F(xiàn)在加熱爐的發(fā)展趨勢有以下幾方面：(1) 新型耐火材料的不斷

11、開發(fā)； (2) 機械化、自動化程度越來越高； (3) 高產、高質、低能耗、低污染新爐型的設計；(4) 連續(xù)加熱爐的使用日漸廣泛。國外熱處理爐的發(fā)展趨勢：(1) 以電能為熱源的爐子增多，油和煤氣為熱源的熱處理爐比例逐漸減少。(2) 對產品表面質量的要求更為嚴格，可控氣氛熱處理爐仍占重要地位。(3) 爐襯趨向使用輕質材料，在電阻爐上應用非金屬爐用耐熱構件和發(fā)熱元件的比例逐漸增加。(4) 微機和可編程序控制器的發(fā)展加速了熱處理自動化，并有與其它工序組成全自動熱處理線的趨勢。2 文獻查閱、調研情況2.1 文獻綜述 加熱爐是軋鋼車間的主要工藝設備之一，其作用是將鋼坯加熱后送往軋機進行軋制。加熱爐的主要技

12、術經濟指標為加熱溫度和能耗兩項。軋鋼加熱爐控制質量的好壞直接關系到經濟效益，特別是爐溫控制對杜絕粘鋼現(xiàn)象，提高加熱爐壽命，降低鋼坯燒損、提高成材率、節(jié)能降耗、減少環(huán)境污染等有重要意義。孫潔1以多年來在鋼鐵企業(yè)從事的科研項目為背景，從控制的角度對軋鋼加熱爐溫度控制的相關問題作了進一步討論。 呂以清，孫瑋3介紹了濟鋼中板廠采用新技術對軋鋼用連續(xù)式加熱爐進行改造設計所取得的延長爐體壽命、提高加熱能力、改善加熱質量、降低能源消耗的成功經驗。 連續(xù)式加熱爐是個典型具有大慣性、純滯后、多變量、時變并且相互藕合的復雜被控對象，而且有許多不確定因素。許昌，呂劍虹，程明，鄭源，孫曉雷，張紅梅4在爐溫設定、空燃比

13、控制、燃燒控制、爐壓控制、待軋策略和空氣預熱器保護6個方面對現(xiàn)有文獻進行綜述研究，為加熱爐控制系統(tǒng)設計、運行和改造提供參考依據(jù)。 趙渭國，杜濤6根據(jù)連續(xù)加熱爐爐壓分布的特點，針對常規(guī)爐壓控制方法應用中的不足，提出了以熱負荷信號直接控制爐壓的新方法。 張先棹，高仲龍，高家銳7簡要介紹了目前工業(yè)加熱爐存在的一些矛盾，提出“高爐溫，高煙溫，高余熱回收和低爐子惰性”(三高一低)是工業(yè)加熱爐的發(fā)展方向，并提出一些為實現(xiàn)理論所需的技術基礎和實施的范圍。2.2 調研情況在課題開始前的調研過程中，我在圖書館和電子數(shù)據(jù)庫中查閱了大量的關于爐窯熱工和施工的相關書籍和文獻，并根據(jù)畢業(yè)設計的要求，對一些制圖軟件進行了

14、了解和學習。同時，我還對之前在機械設計基礎等書中學過的知識進行了復習和回顧，為以后的設計盡可能多的做積累。3 本課題的基本內容、重點、難點3.1 本課題的基本內容一、課題的任務內容：根據(jù)某企業(yè)普碳鋼連續(xù)加熱爐進行改造設計，要求進行爐子熱工計算和整個系統(tǒng)熱平衡的設計計算，并進行爐子圖的設計。要求設計圖紙4張以上。二、原始條件及數(shù)據(jù)：發(fā)生爐煤氣： CO H2 CH4 C2H4 CO2 N2 O2 H2O 28.40 11.83 1.63 0.30 3.66 49.79 0.19 4.20鋼種：45#鋼，入爐溫度：常溫，加熱溫度：1150，加熱終了允許斷面溫差：200/m，產量：40t/h，坯料尺寸

15、：180×180×2000mm。三、設計的技術要求(論文的研究要求)： 進行爐子系統(tǒng)熱工計算，熱平衡計算，管道系統(tǒng)計算并制圖。3.2 本課題的重點爐窯熱平衡是熱力學第一定律在爐窯熱工上的應用。通過爐子熱平衡的測定與計算，可以具體了解爐子熱量利用情況并可以確定燃料消耗量的大小。因此，熱平衡是評價爐窯設計和工作、研究爐窯時必不可少，特別是在分析爐窯燃料消耗，尋求節(jié)能途徑時更是需要的內容和方法，也是爐子熱工工作者必須掌握的基本知識。3.3 本課題的難點在設計計算與繪制鍋爐各部分圖紙的過程中，可能會遇到很多困難與問題，比如熱力計算時，對某些地方計算遇到前后矛盾的問題；在繪

16、制鍋爐本體圖的時候，遇到某些地方繪制得不協(xié)調；由于沒有設計經驗，零件尺寸的擬定很難合適的把握；對規(guī)范不夠熟悉，設計中有可能出現(xiàn)不符合常規(guī)的設計操作等。解決方法：多問老師、實驗室的師兄師姐、身邊的同學，多看以往的算例，多查閱相關的參考資料等等。我相信，在自己的努力以及身邊老師、學長以及同學們的幫助下，一定能順利且保質保量的完成本此畢業(yè)設計。4 解決問題的方法、手段、措施等4.1 擬采取的方法和技術完成一個課題的設計是一個長期的積累、鉆研、學習和提升的過程，在不同的階段應有不同的，與該階段相適應的方法。 第一階段是知識的儲備和積累。該階段主要應通過各種渠道查找、采集與本課題相關的信息，拓

17、寬自己的視野和知識面，了解本課題相關的背景技術，在前人的基礎和啟發(fā)下，尋求準確有效的切入點和明晰的思路。 第二階段是著手設計。該階段應參考更為詳盡的課本中的算例，分步驟進行手算。從設計到檢算，必然會經過不停的修改和調整，手算的內容不必太工整，但應保證清晰明了，便于日后的總結和歸納。 第三階段是總結歸納。該階段應充分利用計算機AutoCAD等軟件進行檢驗計算和圖紙歸納，盡可能將手寫的內容電子化，這也符合時代的發(fā)展和要求。4.2 選擇的工具AutoCAD用于二維繪圖、詳細繪制、三維設計等；Solid works用于零件建模、曲面建模等；Origin用于數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和繪圖；Off

18、ice辦公軟件；Google翻譯等。4.3 工作進度安排前期：接受任務書，查閱文獻資料，撰寫開題報告2015.12：提交開題報告，要求4000字以上，進行英文文獻翻譯，翻譯約20000英文印刷字符或5000字文獻翻譯。完成英文文獻的翻譯，確定課題設計方案。2016.2-3：熱工計算2016.3-4：設計圖紙2016.4-5：優(yōu)化設計，修改完成設計說明書；設計書評閱，整改，2016.6 ： 準備答辯，提交畢業(yè)設計文檔。5 論文提綱 摘要1. 緒論1.1選題目的及意義1.2普碳鋼連續(xù)式加熱爐的概述2. 普碳鋼連續(xù)式加熱爐的分析3. 普碳鋼連續(xù)式加熱爐的設計3.1燃料燃燒計算3.2金屬加熱計算3.3加熱爐主要結構的設計3.4加熱爐熱平衡和燃料消耗計算3.5換熱器的設計計算3.6管道系統(tǒng)的設計計算3.7排煙系統(tǒng)的設計計算3.8其他參數(shù)的確定4. 結論致謝參考文獻附錄 6 主要參考文獻1孫潔，劉曉悅，張茁. 連續(xù)式加熱爐節(jié)能降耗J. 河北理工學院學報，2005，04:45-48. 2陳殿先， 連續(xù)式加熱爐加熱制度的改進J. 鞍鋼技術，1992，08:47-49+31. 3呂以清，孫瑋. 連續(xù)式加熱爐爐型結構的改造J. 工業(yè)加熱，2002，04:29-32. 4陳權宇， 連續(xù)加熱爐爐內氣體運動探析J. 能源與節(jié)能，2012，10:1