連續(xù)式加熱爐畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告

1、城市建設(shè)與安全工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告題目： 普碳鋼連續(xù)式加熱爐設(shè)計(jì)專(zhuān) 業(yè) 熱能與動(dòng)力工程班 級(jí) 12106501 學(xué) 號(hào) 1210650119 姓 名 王方正指 導(dǎo) 教 師 徐兆康2016 年 1 月 5 日城市建設(shè)與安全工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告1 本課題的目的和意義、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢(shì)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(shè)備。加熱爐應(yīng)用遍及石油、化工、冶金、機(jī)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(lǐng)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(chēng)為熱處理爐。

2、初軋前加熱鋼錠或使鋼錠內(nèi)部溫度均勻的爐子稱(chēng)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(chǎn)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(hù)氣氛”)來(lái)直接加熱金屬，可以達(dá)到無(wú)氧化或少氧化的目的。這種加熱方式稱(chēng)為明火式或敞焰式無(wú)氧化加熱，成功地應(yīng)用于轉(zhuǎn)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(jìn)式爐、轉(zhuǎn)底式爐、分室式爐等連續(xù)加熱爐，但習(xí)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(diǎn)是：料坯在爐內(nèi)依軋制的節(jié)奏連續(xù)運(yùn)動(dòng)，爐氣在爐內(nèi)也連續(xù)流動(dòng)；一般情況，在爐料的斷面尺寸、品種和產(chǎn)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(shí)間變化而僅沿爐子長(zhǎng)度變化。推鋼式連續(xù)加熱爐靠推鋼機(jī)完成爐內(nèi)運(yùn)料任務(wù)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(dòng)，在后一種情況下可對(duì)料坯實(shí)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(wú)水冷爐”。步進(jìn)式連續(xù)加熱爐靠爐底或水冷金屬梁的上升、前進(jìn)、下降、后退的動(dòng)作把料坯一步一步地移送前進(jìn)的連續(xù)加熱爐。爐子有固定爐底和步進(jìn)爐底，或者有固定梁和步進(jìn)梁。前者叫做步進(jìn)底式爐，后者叫做步進(jìn)梁式爐。軋鋼用加熱爐的步進(jìn)梁通常由水冷管組成。步進(jìn)梁式爐可對(duì)料坯實(shí)現(xiàn)上

4、下雙面加熱。轉(zhuǎn)底式加熱爐爐身固定，爐底轉(zhuǎn)動(dòng)，放置在爐底上的料坯隨爐底轉(zhuǎn)動(dòng)由進(jìn)料口移送到出料口。根據(jù)爐底的形狀，轉(zhuǎn)底式加熱爐可分為環(huán)形爐和盤(pán)形爐兩種，冶金廠軋鋼車(chē)間多用環(huán)形爐。圖是一座生產(chǎn)能力為每小時(shí)75噸的轉(zhuǎn)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(jìn)方式運(yùn)送的物料，如圓坯、車(chē)輪和輪箍坯、模鍛前的異形坯以及品種多和長(zhǎng)短不一的料坯等。缺點(diǎn)是爐底面積利用率低，爐底單位面積產(chǎn)量通常約為350400公斤/(平米·時(shí))。分室式快速加熱爐由若干個(gè)擺在一條線(xiàn)上的加熱室所組成。加熱室和加熱室之間設(shè)間室，傳送料坯的輥?zhàn)釉O(shè)在間室內(nèi)，料坯單根(或雙根)地通過(guò)各加熱室和間室而被加熱。每個(gè)加熱室與相鄰

5、的間室構(gòu)成一個(gè)“爐節(jié)”，所以又稱(chēng)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(jī)相配合，可用來(lái)加熱連鑄板坯；也可對(duì)某些鋼材進(jìn)行局部加熱。缺點(diǎn)是單位爐長(zhǎng)的生產(chǎn)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(shí)不移動(dòng)；爐內(nèi)不分段，要求各處爐溫均勻，對(duì)于大鋼錠加熱采用周期性的溫度制度(即爐溫按時(shí)間分為預(yù)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(chē)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(jiǎn)單機(jī)械；加熱較大工件的室式爐，也有用專(zhuān)門(mén)裝出料機(jī)的。燃料為煤、重油或煤氣。有的爐在爐墻上開(kāi)一縫隙，料坯由縫隙送入爐內(nèi)加熱，

6、叫“縫式爐”，常用于小件加熱或長(zhǎng)料坯的端頭或局部加熱。這類(lèi)爐的爐底單位面積產(chǎn)量通常為300400公斤/(平米·時(shí))，單位熱耗每噸鋼約為(1.01.5)×106千卡。車(chē)底式爐用于重量為十幾噸至幾百?lài)嵉拇箐撳V在鍛壓前的加熱，爐型為室式或隧道式。加熱物件放置在臺(tái)車(chē)上，爐外進(jìn)行裝卸料，由車(chē)間吊車(chē)或其他牽引裝置把臺(tái)車(chē)拽入或拖出爐膛，大鋼錠加熱要求爐溫分布均勻，所以車(chē)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(cè)墻上)。按通風(fēng)方式分類(lèi)分為自然通風(fēng)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(qiáng)制通風(fēng)加熱爐：燃料氣燃燒所需要的空氣是用鼓風(fēng)機(jī)送入，而煙氣則通過(guò)引

7、風(fēng)機(jī)(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(yīng)加熱爐、微波加熱爐等。1.2 國(guó)內(nèi)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(zhǎng)的一種爐型，自上世紀(jì)初沿用至今。在1967年以前，所有的現(xiàn)代軋機(jī)都是采用推鋼式爐。步進(jìn)式爐是在上世紀(jì)三十年代才出現(xiàn)的爐型，有一些優(yōu)點(diǎn)超過(guò)了推鋼式爐。這兩類(lèi)爐型經(jīng)過(guò)七十年以上的時(shí)間的發(fā)展，其性能指標(biāo)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(nèi)的最高溫度和廢氣排放溫度，提高爐內(nèi)燃燒產(chǎn)物的熱量利用率，提高廢熱回收率，減少其他熱損失，進(jìn)行現(xiàn)代化管理，采用計(jì)算機(jī)控制，推鋼式爐和步進(jìn)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(hù)運(yùn)行費(fèi)用低。國(guó)外軋鋼連續(xù)加熱爐的主要進(jìn)展：(1) 采用新型燃燒器。近年來(lái)世界工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家為了節(jié)約能源，改善爐內(nèi)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(qiáng)度，正確掌握熱工操作。(3) 注意熱裝和余熱利用。國(guó)外大型加熱爐，一般都安裝換熱器，既預(yù)熱空氣又預(yù)熱煤氣，如不預(yù)熱燃料，至少要預(yù)熱空氣。近年來(lái)由于能源危機(jī)，要求出爐煙氣溫度低于800，故美國(guó)趨向用金屬管狀換熱器，日本喜用片狀換熱器，壽命長(zhǎng)達(dá)五年。英國(guó)正在研究能將空氣預(yù)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(zhuǎn)蓄熱室，可以將廢氣熱量回收90%。近代國(guó)外連續(xù)加熱爐

9、的發(fā)展方向是 ：(1)提高爐子生產(chǎn)率，例如一座現(xiàn)代化大型連續(xù)加熱爐的產(chǎn)量能達(dá)350420噸/時(shí)； (2)降低單位燃耗或熱耗 (千卡/ 公斤)。日本軋鋼生產(chǎn)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(guò)2%； (4)減少噪音和公害。對(duì)于車(chē)間風(fēng)機(jī)和燒嘴等產(chǎn)生的噪音，不允許超過(guò)7080分貝；(5)從軋機(jī)到加熱爐，實(shí)行最佳程序自動(dòng)控制。我國(guó)加熱爐的現(xiàn)狀不是很好，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:(1)加熱爐生產(chǎn)效率和占地面積的比例依然很低，導(dǎo)致了土地資源的浪費(fèi)；(2)現(xiàn)如今的加熱爐燃料主要還是以焦?fàn)t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(shí)產(chǎn)生大量污染氣體，且沒(méi)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(lèi)很多，但或多或少都存在一定的缺點(diǎn)，對(duì)加熱質(zhì)量和爐子壽命有很大的影響。(4) 加熱爐的自動(dòng)化程度仍然很低，未能實(shí)現(xiàn)真正的自動(dòng)化。1.3 發(fā)展趨勢(shì)在實(shí)際生產(chǎn)中，合理地設(shè)計(jì)爐型、爐襯、加熱元件(或裝置)等，同時(shí)通過(guò)綜合管理控制，建立節(jié)能的管理體制，最有效地利用設(shè)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(chǎn)品。目前加熱爐生產(chǎn)中所用的能源有電力和燃料。電力是無(wú)污染的能源。各類(lèi)燃料燃燒對(duì)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(shì)有以下幾方面：(1) 新型耐火材料的不斷

11、開(kāi)發(fā)； (2) 機(jī)械化、自動(dòng)化程度越來(lái)越高； (3) 高產(chǎn)、高質(zhì)、低能耗、低污染新?tīng)t型的設(shè)計(jì)；(4) 連續(xù)加熱爐的使用日漸廣泛。國(guó)外熱處理爐的發(fā)展趨勢(shì)：(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(duì)產(chǎn)品表面質(zhì)量的要求更為嚴(yán)格，可控氣氛熱處理爐仍占重要地位。(3) 爐襯趨向使用輕質(zhì)材料，在電阻爐上應(yīng)用非金屬爐用耐熱構(gòu)件和發(fā)熱元件的比例逐漸增加。(4) 微機(jī)和可編程序控制器的發(fā)展加速了熱處理自動(dòng)化，并有與其它工序組成全自動(dòng)熱處理線(xiàn)的趨勢(shì)。2 文獻(xiàn)查閱、調(diào)研情況2.1 文獻(xiàn)綜述 加熱爐是軋鋼車(chē)間的主要工藝設(shè)備之一，其作用是將鋼坯加熱后送往軋機(jī)進(jìn)行軋制。加熱爐的主要技

12、術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為加熱溫度和能耗兩項(xiàng)。軋鋼加熱爐控制質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到經(jīng)濟(jì)效益，特別是爐溫控制對(duì)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(lái)在鋼鐵企業(yè)從事的科研項(xiàng)目為背景，從控制的角度對(duì)軋鋼加熱爐溫度控制的相關(guān)問(wèn)題作了進(jìn)一步討論。 呂以清，孫瑋3介紹了濟(jì)鋼中板廠采用新技術(shù)對(duì)軋鋼用連續(xù)式加熱爐進(jìn)行改造設(shè)計(jì)所取得的延長(zhǎng)爐體壽命、提高加熱能力、改善加熱質(zhì)量、降低能源消耗的成功經(jīng)驗(yàn)。 連續(xù)式加熱爐是個(gè)典型具有大慣性、純滯后、多變量、時(shí)變并且相互藕合的復(fù)雜被控對(duì)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(shè)定、空燃比

13、控制、燃燒控制、爐壓控制、待軋策略和空氣預(yù)熱器保護(hù)6個(gè)方面對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)進(jìn)行綜述研究，為加熱爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行和改造提供參考依據(jù)。 趙渭國(guó)，杜濤6根據(jù)連續(xù)加熱爐爐壓分布的特點(diǎn)，針對(duì)常規(guī)爐壓控制方法應(yīng)用中的不足，提出了以熱負(fù)荷信號(hào)直接控制爐壓的新方法。 張先棹，高仲龍，高家銳7簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)理論所需的技術(shù)基礎(chǔ)和實(shí)施的范圍。2.2 調(diào)研情況在課題開(kāi)始前的調(diào)研過(guò)程中，我在圖書(shū)館和電子數(shù)據(jù)庫(kù)中查閱了大量的關(guān)于爐窯熱工和施工的相關(guān)書(shū)籍和文獻(xiàn)，并根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求，對(duì)一些制圖軟件進(jìn)行了

14、了解和學(xué)習(xí)。同時(shí)，我還對(duì)之前在機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)等書(shū)中學(xué)過(guò)的知識(shí)進(jìn)行了復(fù)習(xí)和回顧，為以后的設(shè)計(jì)盡可能多的做積累。3 本課題的基本內(nèi)容、重點(diǎn)、難點(diǎn)3.1 本課題的基本內(nèi)容一、課題的任務(wù)內(nèi)容：根據(jù)某企業(yè)普碳鋼連續(xù)加熱爐進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，要求進(jìn)行爐子熱工計(jì)算和整個(gè)系統(tǒng)熱平衡的設(shè)計(jì)計(jì)算，并進(jìn)行爐子圖的設(shè)計(jì)。要求設(shè)計(jì)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(chǎn)量：40t/h，坯料尺寸

15、：180×180×2000mm。三、設(shè)計(jì)的技術(shù)要求(論文的研究要求)： 進(jìn)行爐子系統(tǒng)熱工計(jì)算，熱平衡計(jì)算，管道系統(tǒng)計(jì)算并制圖。3.2 本課題的重點(diǎn)爐窯熱平衡是熱力學(xué)第一定律在爐窯熱工上的應(yīng)用。通過(guò)爐子熱平衡的測(cè)定與計(jì)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(píng)價(jià)爐窯設(shè)計(jì)和工作、研究爐窯時(shí)必不可少，特別是在分析爐窯燃料消耗，尋求節(jié)能途徑時(shí)更是需要的內(nèi)容和方法，也是爐子熱工工作者必須掌握的基本知識(shí)。3.3 本課題的難點(diǎn)在設(shè)計(jì)計(jì)算與繪制鍋爐各部分圖紙的過(guò)程中，可能會(huì)遇到很多困難與問(wèn)題，比如熱力計(jì)算時(shí)，對(duì)某些地方計(jì)算遇到前后矛盾的問(wèn)題；在繪

16、制鍋爐本體圖的時(shí)候，遇到某些地方繪制得不協(xié)調(diào)；由于沒(méi)有設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，零件尺寸的擬定很難合適的把握；對(duì)規(guī)范不夠熟悉，設(shè)計(jì)中有可能出現(xiàn)不符合常規(guī)的設(shè)計(jì)操作等。解決方法：多問(wèn)老師、實(shí)驗(yàn)室的師兄師姐、身邊的同學(xué)，多看以往的算例，多查閱相關(guān)的參考資料等等。我相信，在自己的努力以及身邊老師、學(xué)長(zhǎng)以及同學(xué)們的幫助下，一定能順利且保質(zhì)保量的完成本此畢業(yè)設(shè)計(jì)。4 解決問(wèn)題的方法、手段、措施等4.1 擬采取的方法和技術(shù)完成一個(gè)課題的設(shè)計(jì)是一個(gè)長(zhǎng)期的積累、鉆研、學(xué)習(xí)和提升的過(guò)程，在不同的階段應(yīng)有不同的，與該階段相適應(yīng)的方法。 第一階段是知識(shí)的儲(chǔ)備和積累。該階段主要應(yīng)通過(guò)各種渠道查找、采集與本課題相關(guān)的信息，拓

17、寬自己的視野和知識(shí)面，了解本課題相關(guān)的背景技術(shù)，在前人的基礎(chǔ)和啟發(fā)下，尋求準(zhǔn)確有效的切入點(diǎn)和明晰的思路。 第二階段是著手設(shè)計(jì)。該階段應(yīng)參考更為詳盡的課本中的算例，分步驟進(jìn)行手算。從設(shè)計(jì)到檢算，必然會(huì)經(jīng)過(guò)不停的修改和調(diào)整，手算的內(nèi)容不必太工整，但應(yīng)保證清晰明了，便于日后的總結(jié)和歸納。 第三階段是總結(jié)歸納。該階段應(yīng)充分利用計(jì)算機(jī)AutoCAD等軟件進(jìn)行檢驗(yàn)計(jì)算和圖紙歸納，盡可能將手寫(xiě)的內(nèi)容電子化，這也符合時(shí)代的發(fā)展和要求。4.2 選擇的工具AutoCAD用于二維繪圖、詳細(xì)繪制、三維設(shè)計(jì)等；Solid works用于零件建模、曲面建模等；Origin用于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和繪圖；Off

18、ice辦公軟件；Google翻譯等。4.3 工作進(jìn)度安排前期：接受任務(wù)書(shū)，查閱文獻(xiàn)資料，撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告2015.12：提交開(kāi)題報(bào)告，要求4000字以上，進(jìn)行英文文獻(xiàn)翻譯，翻譯約20000英文印刷字符或5000字文獻(xiàn)翻譯。完成英文文獻(xiàn)的翻譯，確定課題設(shè)計(jì)方案。2016.2-3：熱工計(jì)算2016.3-4：設(shè)計(jì)圖紙2016.4-5：優(yōu)化設(shè)計(jì)，修改完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；設(shè)計(jì)書(shū)評(píng)閱，整改，2016.6 ： 準(zhǔn)備答辯，提交畢業(yè)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)3.1燃料燃燒計(jì)算3.2金屬加熱計(jì)算3.3加熱爐主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)3.4加熱爐熱平衡和燃料消耗計(jì)算3.5換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算3.6管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算3.7排煙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算3.8其他參數(shù)的確定4. 結(jié)論致謝參考文獻(xiàn)附錄 6 主要參考文獻(xiàn)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(xué)院學(xué)報(bào)，2005，04:45-48. 2陳殿先， 連續(xù)式加熱爐加熱制度的改進(jìn)J. 鞍鋼技術(shù)，1992，08:47-49+31. 3呂以清，孫瑋. 連續(xù)式加熱爐爐型結(jié)構(gòu)的改造J. 工業(yè)加熱，2002，04:29-32. 4陳權(quán)宇， 連續(xù)加熱爐爐內(nèi)氣體運(yùn)動(dòng)探析J. 能源與節(jié)能，2012，10:1