步進(jìn)式銅錠加熱爐設(shè)計(jì)理念

井玉娟　冮云龍

【摘 要】步進(jìn)式加熱爐在步進(jìn)機(jī)構(gòu)運(yùn)行平穩(wěn)可靠，自動(dòng)化程度高，熱效率高。步進(jìn)爐的設(shè)計(jì)理念對(duì)步進(jìn)爐是至關(guān)重要的，步進(jìn)爐的設(shè)計(jì)計(jì)算更是這重中之重。

【關(guān)鍵詞】步進(jìn)式；加熱爐；設(shè)計(jì)理念

1.加熱時(shí)間和爐子主要尺寸的計(jì)算

1.1加熱時(shí)間計(jì)算

銅坯的加熱時(shí)間與銅坯在爐內(nèi)的放置情況、銅坯的材質(zhì)及直徑（或厚度）有關(guān)。此外，爐內(nèi)的溫度位差對(duì)加熱時(shí)間的影響則更為顯著。

考慮到各種加熱因素后的銅坯加熱加熱時(shí)間按下式計(jì)算

τ=Mτ1

式中 τ1-基本加熱時(shí)間

M-置放系數(shù)

一般來說，越厚的銅坯加熱時(shí)間越長，具體加熱所需時(shí)間則根據(jù)具體工藝規(guī)程確定。

1.2爐子主要尺寸計(jì)算

a、有效爐底長度是指爐子總長度中工件在爐內(nèi)受熱的一段長度。由于是端部爐口裝料，習(xí)慣上以爐口外緣為起點(diǎn)。出料采用的是端面出料，則以爐內(nèi)工件的前沿為終點(diǎn)。

計(jì)入工件間隔后，有效爐底長度的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式如下

L=（1.10G/K）3[14.25s（b+e）/8.9lfn（1.232-S）] （m）

式中 K-修正系數(shù)；

G-要求達(dá)到的爐子生產(chǎn)能力（t/h）；

s-工件厚度或直徑（m）；

b-工件寬度（m）；

e-工件間的間隔（m）；

l-工件長度（m）；

f-工件截面積（m2）

n-裝料列數(shù)；

8.9-銅坯的密度（t/m3）

1.10-考慮到經(jīng)驗(yàn)公式本身的誤差而引起的安全系數(shù)。

b、爐底寬度工件工件長度l和工件在爐內(nèi)的列數(shù)n決定。工件兩端之間和工件端頭與側(cè)墻之間的距離取0.2～0.3m，如工件特別長，則取0.4～0.5m，爐底特別長時(shí)，考慮到工件在運(yùn)行中的跑偏量，爐底寬度應(yīng)適當(dāng)加大。

c、確定爐膛高度時(shí)，應(yīng)考慮以下因素：

（1）爐膛對(duì)工件的傳熱能力，即爐氣能否充滿爐膛以保證足夠大的輻射層厚度和足夠長的氣流滯留時(shí)間。

（2）爐膛熱負(fù)荷應(yīng)處于115～290KW/m3范圍內(nèi)。

（3）燒嘴噴出的火焰應(yīng)盡量接近工件但不宜直接噴到工件表面上。

（4）加熱段內(nèi)爐氣流速為2～5m/s，預(yù)熱段內(nèi)為5～8m/s。

（5）便于對(duì)爐膛的維修。

2.供熱和熱耗計(jì)算

由于此爐的生產(chǎn)能力比較大，所以采用三段式加熱，即預(yù)熱段、加熱段與均熱段。接近出料端的為均熱段，其溫度低于加熱段而略高于工件的表面溫度，以期工件表面與中心溫差縮小到允許范圍。加熱段爐膛較高以保證燃料的燃燒空間及增強(qiáng)輻射傳熱。預(yù)熱段爐膛較低以增強(qiáng)對(duì)流傳熱。在預(yù)熱段與加熱段的爐頂之間設(shè)有一個(gè)壓下段，以減少兩段之間溫度的相互干擾。

為了確定燃料消耗量，選取燃燒裝置的大小進(jìn)行以下熱平衡計(jì)算

收入項(xiàng)：

1.1燃料化學(xué)熱Q1：

Q1=BQd（kJ/h） B---燃料消耗量

=35530B Qd---燃料低發(fā)熱量

1.2預(yù)熱空氣帶入物理熱Q2

Q2=（1-K）BL0 CK（tk-t0）

K---燃料機(jī)械不完全燃燒損失率；對(duì)于固體燃料K=0.03～0.05；對(duì)于氣體及液體燃料K=0.01～0.02；

L0---單位燃料空氣消耗量

ck---空氣平均比熱容

tk---進(jìn)入燒嘴或燃燒室時(shí)的空氣預(yù)熱溫度

t0---預(yù)熱前空氣溫度

1.3預(yù)熱燃料帶入物理熱Q3

Q3=（1-K）B Cr（tr-t0）（kJ/h）

Cr---燃料的平均比熱容

tk---進(jìn)入燒嘴或燃燒室時(shí)的燃料預(yù)熱溫度

t0---預(yù)熱燃料溫度

1.4金屬氧化熱Q4

Q4=Gδqy（kJ/h）

G---爐子生產(chǎn)能力

qy ---金屬氧化放熱

δ---金屬氧化損失率

支出項(xiàng)：

2.1金屬吸收的有效熱Q5

Q5=G（J2-J1）（kJ/h）

J2---加熱終了時(shí)金屬的比能

J1---加熱前金屬的比能

2.2加熱輔助件所需熱量Q6

Q6=G6（J2-J1）（kJ/h）

G6---輔助件

2.3冷卻水帶走熱量Q7

Q7=3.6A7q7（kJ/h）

A7---水冷構(gòu)件冷卻面積

q7---單位面積熱損失，水冷構(gòu)件表面無隔熱層時(shí)q4≈Cs（TL/100）4

Cs---導(dǎo)出輻射系數(shù) Cs≈4.07

TL---爐溫 K2

2.4 開啟爐門或爐墻開孔的輻射熱損失Q8

Q8=3.6C0（TL/100）4 A8Фψ（kJ/h）

C0 ---黑體輻射系數(shù)，C0=5.675

A8---爐門口或爐墻開孔面積

Ф---遮蔽系數(shù)

ψ---爐門或爐墻開孔開啟時(shí)間比

2.5爐門及其它不嚴(yán)密處逸處氣體損失熱Q9

Q9=V′cy（ty-to） （kJ/h）

V′---逸出氣體量V′=0.82X3600AψX（2h/ρy）1/2

{273/（273+ty）}Nm3/h

cy---逸出氣體量平均比熱容

ty---逸出煙氣溫度

to---周圍大氣溫度，可忽略不計(jì)

A---爐門口及縫隙面積

0.82---流量系數(shù)

h---爐門口或縫隙中心處爐內(nèi)正壓，h=（ρk-ρy）Hg+Pd （Pa）

ρk、ρy---周圍空氣及逸出煙氣在各自溫度下的密度

Pd---爐底平面處爐壓

H---爐門口或縫隙中心離爐底高度

g---重力加速度 g=9.81（m/s2）

2.6 煙氣帶走的熱量Q10

Q10=（1-K）BVa cy（ty-to） （kJ/h）

Va---單位燃燒生成氣量

cy---離爐煙氣平均比熱容

ty---離爐煙氣溫度

to---周圍大氣溫度，可忽略不計(jì)

2.7燃料的機(jī)械不完全燃燒熱損失Q11

Q11=KBQd （kJ/h）

2.8燃料的化學(xué)不完全燃燒熱損失Q12

Q12=（K-1）BVa（126.4CO+107.6H2+358CH4） （kJ/h）

2.9爐墻熱損失Q13

Q8=3.6ΣA8q8 （kJ/h）

A8—包括爐墻、爐頂、爐底及爐門在內(nèi)的計(jì)算面積

q8—爐墻單位面積熱損失

Q總=Q1+Q2+Q3+Q4=Q5+Q6+Q7+Q8+Q9+Q10+Q11+Q12+Q13

通過以上熱平衡計(jì)算可以得出爐子的總供熱量，并可以按以下方式對(duì)步進(jìn)爐進(jìn)行各段爐長及供熱量分配。

經(jīng)過此兩個(gè)部分的理論設(shè)計(jì)，就可以確定爐子的形狀尺寸及能耗，爐子最基本、最重要的部分完成，加上其它的輔助傳動(dòng)部分和控制部分就可以形成一個(gè)完整的爐子了。