加热炉简介.docx

《加热炉简介.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《加热炉简介.docx（33页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、21 加热炉原理9372.1.1 加热炉功能构造及工艺描述在轧钢生产中，必需将金属坯料加热到肯定温度，使它具有肯定的可塑性， 才能进展轧制。对金属坯料的加热主要靠“加热炉。当前冶金工业企业使用的加热炉按不同的分类方法可分为多种型式：从加热制度角度可分为两段式加热 炉、三段式加热炉、五段式加热炉；从钢坯料在炉内的移动方式分有步进式加热炉、退钢式加热炉和环形加热炉；从燃烧介质中类分有煤气空气加热炉、重油加热炉和电加热炉等。目前，钢铁企业轧钢系统承受的加热炉一般为两段或三段式加热炉，钢坯在炉内的运动形式一般为步进式或推钢式，下面就将这几种形式简要介绍一下： “两段式加热炉”沿路长分为加热段和预热段两

2、局部，按加热方式又可分为“单面加热”和“双面加热”两种炉型。一般当坯料厚度大于100mm 是承受双面加热。在两段式加热炉的加热过程中，为保证产量通常加大加热段炉温设定点， 这就使出炉钢坯外表和中心存在较大的温差，严峻时影响正常轧制。所以，两段式加热炉在实际使用中产量受到肯定限制。 “三段式加热炉”是目前钢铁企业各轧钢厂加热炉普遍使用的一种炉型。它 分为预热段、加热段和均热段，相对于两段式加热炉它增加了均热段。该类型加热炉加热段炉温一般比两段式高出 50100，在进入均热段式钢坯外表温度已到达或高出出钢温度，在均热段钢坯断面温度逐步均匀，并在肯定程度上消退“黑印”。三段式加热炉格外有利于轧机产量

3、的提高。 “步进式加热炉”是依靠步进梁的挨次、往复运动使被加热钢坯从炉尾移动到出料端，中间经过各加热段，最终是钢坯到达规定的温度后出炉。由于钢坯在加热炉内前、后、上、下均匀受热，所以加热效果良好。加热后，钢坯断面受热均匀，钢坯外表不产生“黑印”、不“粘钢”，工人操作便利，所以目前加热炉内钢坯的运动形式大局部承受“步进式”。 “推钢式加热炉”是将钢坯用推钢机从炉尾推入加热炉内，靠推力使钢坯在炉内移动的一种加热炉。推钢式加热炉具有炉内钢坯排列严密、生产率高的特点， 但他对加热掌握要求较严格，对操作工人的阅历要求较高，简洁消灭“过烧” 、“粘钢”等现象。目前在棒线材生产中已渐渐被“步进式”加热炉取代

4、。12.1.2 唐钢棒线材厂一线加热炉及加热过程简介137唐钢棒线材厂一线加热炉是一座“三段步进梁式蓄热加热炉”，具体构造如图 21 和图 22 示。加热炉沿路长分为预热段、加热段、均热段。预热段不布置烧嘴。钢坯进入加热炉后，首先利用加热段和均热段排出的高温烟气缓慢加热钢坯，这是考虑到钢坯加热速度在塑性范围外不能太大，这样钢坯开头升温速度不大，温度应力小，不会造成裂纹或断裂。钢坯运行到加热段时，钢坯中心温度已超过 500，进入塑性范围。此时快速加热钢坯外表，温度快速上升到出炉温度，当钢坯进入均热段时外表温度不再上升，各断面温差逐步缩小到达均热。这样，钢坯经过预热、加热、均热三个过程就被加热成温

5、度适宜、温差较小、可供轧制的钢坯图 21唐钢棒线材厂一线加热炉总图一图 22唐钢棒线材厂一线加热炉总图二一线加热炉由北京科技大学科大国泰能源环境工程技术设计，北京2凤凰炉业公司制造。承受了该加热炉主要技术性能和热工参数为： 炉型：上、下加热的“蓄热式”三段步进梁式加热炉 装出料方式：悬臂辊侧进、侧出 加热钢种：普碳钢、低合金钢、硬线 坯料规格：13513512023mm 钢坯入炉温度：350 钢坯出炉温度：10501150 钢坯温差：断面方向温差20；长度方向温差10 额定加热力量：90t/h 燃料类型及热值：转炉和高炉混合煤气；热值 15004.18KJ/Nm3 额定燃料耗量：9000Nm3

6、/h 空气消耗量：12600 Nm3/h 燃烧生成物量：19800 Nm3/h 煤气、空气与热温度：1000 排烟温度：150 氧化烧损：0.7% 水梁冷却方式：汽化冷却 步进机械形式：双层框架斜轨滚轮式 步进梁数量：动梁 4 根；静梁 5 根 步进梁步距：200350mm 步进梁升降行程：200m上下各 100mm 步进周期：40s 加热炉有效长度：12023mm 加热炉总长度：13508mm 加热炉内部宽度：12760mm 加热炉外部宽度：13680mm加热炉在使用过程中具体工艺流程为：钢坯在炉外的上料辊道上经过测长后，从装料炉门进入炉内，在炉内悬臂辊道上完成对中定位后，由活动梁通过步进机

7、械的上升前进下降后退的周期运动，一步步地向前输送。当钢坯由步3进梁输送到出料位置，并且已被加热到出炉温度，接到允许出钢信号时，出料悬臂辊道快速转动将钢坯从出料炉门送出，送往轧机进展轧制。 213“蓄热式”燃烧技术3132A状态蓄热体放热蓄热体吸热换向阀气体进入烟气排出蓄热体吸热蓄热体放热换向阀B状态气体进入烟气排出“蓄热式”燃烧技术(HTAC)承受的是换向燃烧方式。蓄热式燃烧系统由空气蓄热室、煤气蓄热室和换向系统等组成，使用时可将空气和煤气同时预热至1000以上。蓄热式燃烧系统是成对使用的，可以布置在炉子的两侧，也可以布置在同一侧。它承受交替供热的方式，其工作原理如图 23 示。蓄热式燃烧系图

8、 23蓄热式燃烧原理示意图统可分为两个工作状态：再 A 状态下图 23 中上图空气和煤气分别经各自的的换向阀进入炉子一侧甲侧的空气和煤气蓄热室，在流淌过程中与蓄热室内的蓄热体进展换热，预热后从炉子甲侧炉墙喷口喷入炉膛内进展燃烧，其燃烧产物对钢坯进展加热，然后烟气通过对面一侧乙侧的炉墙喷口进入乙侧的空气和煤气蓄热室，与蓄热体进展换热，将大局部热量交换给蓄热体，然后以低于150的温度进入空气和煤气换向阀，由空气和煤气系统的排烟机通过金属烟囱排入大气。A 状态大约维持 8090s，然后掌握系统换向机构动作，将空气和煤气通过换向阀换向，使燃烧系统进入B 状态。此时，空气和煤气分别经各自的换向阀进入乙侧

9、炉墙的空气和煤气蓄热室，与蓄热体室中的蓄热体进展换热，然后经乙侧炉墙喷口喷入炉膛内进展燃烧，然后烟气通过另一侧甲侧的炉墙喷口进入甲侧的空气和煤气蓄热室，再次与蓄热体进展换热，然后以低于150的温度进入空气和煤气换向阀，由空气和煤气系统的排烟机通过金属烟囱排入大气。B 状态大约也维持 8090s，系统再次换向到 A 状态。整个燃烧系统按设定的时间间隔或设定的温度值在 A、B 两状态之间来回换向，完成蓄热体的“吸热” 和“放热”循环。“蓄热式”燃烧技术承受了“三高一低”的工业加热炉理论，即高炉温、高烟文、高余热回收、低炉子惰性。它转变了传统的燃烧方式见图24，燃烧的组织与传统的“预混合集中燃烧”完

10、全不同，承受空气、煤气双预热方式，由于空气、煤气与热温度较高，只需要预热到高温的空气和煤气通过各自的喷口喷入炉膛，即可稳定燃烧见图25。但在炉内并不形成通常可见的火焰和火焰高温区，烟气在炉子两侧正反向流淌，整个炉内温度格外均匀。由于空气、煤气预热温度较高，因此即使使用热值较低的纯高炉煤气作为加热炉的燃料也能到达较高的炉膛燃烧温度。所以，“蓄热式”燃烧技术在钢铁企业加热炉上具有宽阔的进展前景和使用价值。蓄传热统式燃燃烧烧图 24 传统火焰燃烧与蓄热式燃烧形式图 25 传统火焰燃烧与蓄热式燃烧比较2.1.4 “蓄热式”燃烧系统的组成及各部功能379 “蓄热式”燃烧系统一般由空气蓄热室、煤气蓄热室、

11、换向系统、供风系统、煤气系统、排烟系统等组成。下面就以唐钢棒线材厂一线加热炉为例， 阐述各部构造和功能。“蓄热箱”构造及布置。“蓄热箱”由蓄热箱体、球状蓄热体、进气口和热气喷口组成。“蓄热箱”布置在炉子两侧，并以炉子中心线成对称布置，全炉共布置 28 个蓄热箱其中空气蓄热箱 12 个，煤气蓄热箱16 个，每侧布置 6 个空气蓄热箱，8 个煤气蓄热箱。沿炉场方向分为加热 1 段，加热 2 段和均热段，每一段又分为上加热和下加热见图 26。空气和煤气喷入炉膛后，边混合边燃5烧造成高温、低氧环境，从而使 Nox 的生成量大量降低。图 26一线加热炉总貌示意图 供风系统。利用三台鼓风机型号：9-19-

12、11.2D 左 90，风量 21713Nm3/h, 风压 6246Pa，电机Y280S-4 功率 75Kw，开2 备 1，共给助燃空气，风机风量由电机通过变频调速调解，在三段空气支管上各设一个流量检测装置和一个流量调整阀来进展流量调整掌握，在通向每个空气换向阀的支管上设置电动伺服调解阀，全炉共 6 个。 煤气系统。煤气接于车间转、高炉煤气总管，在车间外接点8 米平台处设置一个手动蝶阀和眼镜阀组，在车间内设置一个 DN600mm 煤气电动快切阀和一个电动调整阀，一个煤气吹扫点，在三段煤气支管道上各设一个手动调整阀以便分段吹扫，一个流量检测装置和一个流量电动调整阀，在通向每个煤气换向阀支管上设置电

13、动伺服调整阀，全炉共设置 8 个。 排烟系统。设置三台排烟引风机型号：Y8-39-12.5 左 90, 风量 49473Nm3/h,风压 5109Pa，电机 Y315M1-4 功率 132Kw变频调速，开 2 备 1。空气蓄热箱和煤气蓄热箱的废气分别排放，空气蓄热箱的引风机出口与煤气蓄热箱的引风机出口各自通过金属管道接至各自的烟囱将废气排放。炉膛压力由 2 台引风机变频调速来调整掌握，在 14 个换向阀排烟管上各设置一个电动排烟调整阀和一个温度测点，用于调整排烟量和排烟温度。 换向系统。承受同侧分段换向，沿炉长分三段掌握换向，换向阀承受二位三6通方式，全炉共设 14 个。其中煤气换向阀 8 个

14、每侧 4 个，加热一段 2 个，加热二段 1 个，均热段 1 个，空气换向阀 6 个每侧 3 个，加热一段 1 个，加热二段 1 个，均热段 1 个，每段同侧上、下同时换向。在正常生产条件下，换向时间一般 2 分钟为一个周期可在 03 分钟之间调整。在同一换向周期内，左侧上、下部燃烧，同时右侧上、下部排烟，下一个工作周期互换。在温度换向掌握上实行“超温保护换向”和“温度优先换向”，即在定是换向时假设时间未到达一个换向周期且在排烟状态时烟气温度超过最高设定值 200时，则马上报警并且即可自动换向。2.1.5 影响加热炉生产率的因素34为了满足生产工艺、节能、环保及经济效益等的要求，就需要对加热炉

15、提出一些指标，如生产率、加热质量、燃料消耗、劳动条件等。这是对加热炉的总体要求，其中生产率是衡量加热炉好坏的一个格外重要的技术指标，以下对影响生产率的因素进展简洁分析。生产率通常用单位生产率表示。单位生产率是指单位时间内单位炉底面积所能加热物料的量，有时也称为“炉底强度”，单位 Kg/m2h。由于加热炉的简单性，影响生产率的因素很多，主要包括：炉型、燃料条件、钢坯入炉条件等。2.1.5.1 炉型构造的影响炉子的形式、炉体各局部的构造尺寸、炉子所用的材质、附属设备的构造等都属于炉型构造方面的因素，炉型构造对生产率的影响很大。加热炉总的进展趋势是大型化、多段化、机械化、自动化方向进展。最初，连续加

16、热炉多为一段式或两段式实体炉；到上世纪四、五十年月主要是两面加热的三段式炉子；到六、七十年月炉子为了加热供热段提高产量，消灭了五点、六点甚至八点供热的大型加热炉，预热段温度提高成了的加热段。烧嘴的安装形式也有很多变化，例如配备了上、下加热和顺向、反向烧嘴；均热段承受炉顶平焰烧嘴，甚至炉型演化为全长都是平顶，全部用炉顶烧嘴；为了使炉温制度和炉膛压力分布的调整更加敏捷，沿炉长全长配置侧烧嘴，是炉子成为只有一个加热段的直通式路。正是由于炉型的不断变化，炉子的单位生产率由过去的 300400 Kg/m2h，提高到 700800 Kg/m2h，甚至超过 1000 Kg/m2h，但座炉子的小时产量可达 3

17、50t以上。16 提高炉子的机械化、自动化程度也能显著得高生产率。轧钢厂由过去的推钢连续式加热炉进展到各种步进式炉、辊底式炉、环型炉、链式炉等，生产率有了较大提高。自动化是目前各类加热炉热工掌握的进展方向，由于实现了各项热工参数的自动调整，可以准时正确地反映和有效的掌握炉温、炉压等一系列热工参数，从而可以很好的实现所期望的加热制度，提高炉子的产量。 削减加热炉的热损失。通过炉体传导的热损失和冷却水带走的热量约占整个炉子热负荷的 1/41/3，不仅造成热能的铺张而且降低了炉子的温度，直接影响了炉子的加热效果。所以，选择炉体材料好的阻热性及加强炉底水管的绝热是节约能源、提高加热炉生产率的一项重要措

18、施。2.1.5.2 燃料条件和供热强度的影响20热负荷增大以后，炉子的温度水平提高，向金属传热的力量加强，产量必定提高。由下式可以看出这一点。G=(Q*-Q )/ i(21)失式中G炉子的生产率，Kg/ h Q 炉子的供热强度，KJ/h 燃料利用系数，%Q 炉子的热损失，KJ/h失i金属热焓的增量，KJ/Kg当 Q 增大时，生产率 G 也增大。对于热负荷低的炉子提高供热强度效果比较显著， 但供热强度过大会造成燃料的铺张、坯料烧损的增加、炉体损坏加速等。所以， 加热炉应当有一个适宜的供热强度。连续式加热炉提高供热强度的重要措施是增加供热点，扩大加热段和提高加热段炉温水平，缩短预热段使废气出炉温度

19、相应提高。提高热负荷的一个重要的先决条件是必需保证燃料的完全燃烧，假设燃料在炉内有 20%不能燃烧，则炉子产量将降低 25%30%，由此可见完全燃烧的重要性。为了提高热负荷或改善供热条件应当留意改进燃烧装置。有的炉子生产率不高是由于烧嘴力量缺乏或者烧嘴的构造不完善，雾化质量太差或混合不好，这时需要改进烧嘴。炉子向大型化进展后，炉长、炉宽都加大了，如何保证炉内温度均匀与炉子生产率和产品质量都有亲热关系。为此消灭了多种型烧嘴，位置也由端烧嘴进展到侧烧嘴、炉顶烧嘴，分散了供热点、改善了燃烧条件和传热条件， 有效的提高了加热炉的生产率。在有条件选择能源的状况下，要提高加热炉的炉温到 1400以上，就必

20、需承受高发热量的燃料。但应留意燃烧温度与煤气发热量并非总是线性关系，当煤气发热量高于 84009200 KJ/m3以上时，假设再提高煤气发热量理论上燃烧温度也不会有明显的提高，因此选择煤气的合理发热量要有肯定的范围。2.1.5.3 金属坯料入炉条件在加热条件肯定的条件下，所加热的坯料越厚则所需要的加热时间越长，炉子单位生产率越低。由于坯料厚度是受客观条件限制的，无法任意转变，所以为了提高生产率应设法增加坯料的受热面积。此外，坯料的入炉温度越高，所需加热的时间越短，加热炉的生产率越高。2.1.5.4 工艺条件的影响加热工艺也是影响生产率的一个重要因素。在确定加热工艺时，要考虑选择适宜的加热温度、

21、加热速度和温度的均匀性。假设温度设定的太高，加热速度太快，断面温差规定太严，都会影响生产率。上述四点是影响加热炉生产率的主要缘由，假设转变其中的某一因素就可以影响炉膛热交换条件。2.1.6 加热炉炉膛热交换分析从热工角度动身，提高炉子生产率就是要强化炉膛热交换。传热是加热炉内一个重要的物理过程，包括两类问题：一类是力求增加传热过程，另一类是力求减弱传热过程。前者的实现例如靠增加向炉内坯料的传热，以提高炉子的单位生产率及热效率；增加换热器的热交换，提高废气的回收率和空气的预热温度；提高炉子某些水冷部件的冷却效果，延长设备的使用寿命等。后者的实现牢靠削减炉子砌体的热损失，对炉子实行保温措施，以提高

22、热利用率节约能源；防止炉内某些部件过热，实行必要的隔宠保护措施等。“传热”按期物理本质的不同分为传导、对流、辐射三种根本方式。“传导” 是指在没有质点位移的状况下，当物体内部具有不同温度或不同温度物体直接接触时，所发生的热能传递现象。“对流”是指由于物体各局部发生相对位移而引起的热量转移。对流换热现象主要是指流体流过另一物体外表时所发生的热交换。“辐射”是一种靠电磁波来传播热能的过程。他不仅有能量的转移，而且伴随着能量的转化，即由热能转变为辐射能，辐射出去的热量被低温物体吸取后再由辐射能能转化为热能。“辐射”与“传导”、“对流”有着本质的区分，它不需要与物体直接接触。在实际传热过程中，常常是几

23、种传热方式同时存在，通常将几种传热方式当作整体对待，称其为“综合热交换”。通常状况下，在冶金用轧钢加热炉中坯料受热中“辐射”传热占主导地位。在此，针对唐钢棒线材厂一线“蓄热式”加热炉的特点，对“辐射”传热进展分析。假设设金属坯料在炉膛“辐射”传热交换中所得到的热量为Q，则依据式 22 所示：Q=C Tg/1004-Tm/1004Am(W)KJ(22)gwm式中C 炉气、炉壁对金属坯料传热的导来辐射系数gwmAm金属坯料的受热面积Tg炉气温度 Tm金属坯料温度其中Tg/1004-Tm/1004为炉气与金属坯料的四次方平均温度差，又称为“平均辐射温差”。通过公式 22 可以看出但凡能够提高金属坯料

24、差额热量 Q 的措施，就可以提高炉子的生产率。下面分别来分析辐射系数C 、金属坯料受gwm热面积Am和平均辐射温差对“差额热量 Q”的影响。2.1.6.1 导来辐射系数 Cgwm依据式23可知“导来辐射系数”是由金属黑度m、炉气黑度g和炉壁对金属角度系数的函数打算。gwm式中：mg金属黑度炉气黑度角度系数C =5.67mg 1+(1-g/ g+(1-g) m+g1-m (2-3)金属外表的黑度，代表金属外表对于辐射能的吸取力量和辐射力量，它和材质与外表状态无关。在加热炉内加热加热的金属坯料一般都会产生氧化铁皮，它的黑度可近似的认为是常数，一般取m=0.75-0.85。金属黑度不是人们可以掌握的

25、因素，也无法通过它们去影响炉子的产量。当炉气黑度在m=0.4 以下时，随炉气黑度的增长，导来辐射系数值有明显的增加；但炉气黑度超过0.4 以后，对导来辐射系数影响越来越小。角度系数对导来辐射系数Cgwm也有影响，这一影响在炉气黑度等于0.1-0.5 的范围内更为明显。由于=Am/Aw，其中 Am，Aw 分别表示金属坯料受热面积和炉壁面积。值越小，则 Cgwm的值越大，意味着单位时间内金属坯料可获得更多的辐射热量。但值减小表示金属坯料受热面积Am 相对于炉壁面积 Aw得值小，就好比在一个大的炉膛内只有少量的金属坯料在加热，虽然此时 C 增gwm大了，加热时间也可以缩短，但炉子的单位生产率却下降了

26、。另一方面的变小也可以通过增大 Aw 来实现，即提高炉膛高度，但这必需在保证炉气布满炉膛的状况下才可行，否则会带来相反的效果。实际上的变化是有肯定限度的，一般加热炉取=0.3-0.5。2，1，62 金属受热面积 Am在其它条件肯定的状况下，金属坯料受热面积越大，差额热量Q 的值越大。增加金属坯料受热面积是提高加热炉生产率的重要途径。2163 平均辐射温压Tg/1004-Tm/1004在实际生产中，炉气温度与金属坯料温度都是变化的，他们不是随炉长而变就是随时间而变，因此要求出温度的平均值。对于高炉温来说，它是影响差额热量最重要的因素，由于提高炉气温度将使辐射温度按四次方成比例增加。在其它条件肯定

27、的状况下，提高炉气温度是强化热交换过程、提高炉子生产率的最主要的途径。对于连续是加热炉，炉气温度和金属坯料温度都随炉子长度而变。炉气与金属坯料逆向而动，沿炉子长度辐射温压实变化的。在这种状况下，平均辐射温压就是炉子长度上辐射温压的平均值，可用数学关系式24表示如下： Tg/1004-Tm/1004Dl / L24L式中L加热炉炉长其它参数含义同前由上式可知，平均辐射温压取决于金属坯料和炉气的开头温度、终了温度和二者的曲线关系。金属坯料入炉温度T 和出炉温度T ”取决于具体条件和加热工艺mm的要求，变化余地不大，对炉子的生产率难以施加多少影响。出炉废气温度Tg”对平均辐射温压的影响很大。废气温度

28、越高，平均辐射温压越大，金属坯料差额热量也越大。生产上提高废气温度有两种可能：一是加大热负荷，二是削减炉膛的各种热损失。加大热负荷可以通过增加供热点和供热量来实现，使高温区延长，预热段相对缩短。但废气温度越高，带走的热量越大，炉子的热效率越低。燃烧温度(Tg)的极限是理论燃烧温度。燃烧温度越高，平均辐射温压越大， 炉子的热效率越高。提高燃烧温度主要靠改进燃烧装置，改善燃烧条件，使燃料在最少的过剩空气量下能完全燃烧。同时，燃烧温度还可以通过预热空气或煤气来提高。从提高平均辐射温压的角度动身，不期望炉子的火焰拉长。由于辐射温压愈温度的四次方成正比，炉气高温区越集中，辐射温压得值也越大。假设火焰拉长

29、， 则意味着在同样热负荷条件下，热量分散了，整个加热炉的平均辐射温压也降低。2.1.7 金属坯料温度计算金属坯料在炉内吸取辐射热、对流热，外表温度快速上升。随后，被吸取的热量由坯料外表渐渐向芯部渗透，芯部温度缓慢上升，从而到达加热金属坯料的目的。由此可见，坯料在加热炉内热交换分为两个过程：一是炉气向坯料传热， 即外部热交换；二是热量在坯料内部的均匀过程，即坯料内部的热传导过程。因此，要争论金属坯料的加热就必需在争论外部热交换的根底上进一步分析坯料内部的热传导过程，即金属坯料的温度计算。下面将通过建立简化模型，介绍坯料的内部传热过程及几种金属坯料温度的计算方法。2.1.7.1 加热炉炉温分布模型

30、加热炉炉温分布是一个简单的系统。炉气温度是加热炉长度、宽度、高度方向上的函数，它很难用精准的数学模型加以概括，从而使金属坯料温度的计算相当困难。因此，为计算坯料温度就必需对炉温分布进展简化。在实际使用中，一般将炉体上设置的电热偶测得的温度值作为该点的炉温，并认为加热炉在炉长断面上温度全都，则炉气温度可以被认为是沿炉长方向上的一维函数，如式26所示。通过对测点温度进展现行插值定义，即可得到简化的炉温分布。Tg=Tg(y,)(26)式中Tg炉温 y沿炉长方向上的坐标时间2.1.7.2 金属坯料平均温度计算金属坯料在加热炉内主要吸取辐射热和对流热，其吸取的总热量如式 27所示。Q =C * (T /

31、100)4-(T /100)4/LdL*Am(W)+* (T -T )/LdL*Am(W)总gwmLgmLgm总27式中 时间总其它参数含义同前依据热量与温度变化规律式28Q=cm(T -T )(28)末0式中c物体比热，KJ/Kgm物体质量，Kg 可以得到坯料的出炉温度T = T +Q/cm= T + Q /c m29末00总料料由此即可计算出坯料出炉平均温度和坯料在加热炉内不同位置的平均温度。2.1.7.3 金属坯料内部温度计算金属坯料在加热炉内加热时，吸取了辐射热、对流热后外表温度快速上升。热量在坯料内部缓慢渗透，使中心温度逐步上升。由此可见，中心温度的上升是一个缓慢的过程，为了明确金属

32、坯料的断面温度分布，就必需争论坯料的内部传热过程。法国人付立叶争论了固体的导热现象，于 1822 年提出：在纯导热现象中， 单位时间内通过给定面积的热量正比于该处的温度梯度及垂直于导热方向的截面面积。其数学表达式为Q=-*( / )A(210)tx则单位时间内通过单位面积的热量 q，如式211示q=-*( / )211tx以上就是固体传热的一般规律，它适用于全部固体传热，以下针对加热炉内坯料进展具体分析。物体加热或冷却时，其温度场随时间而变化，这时物体内部的导热属于“不稳态导热”，加热炉内坯料的加热即属于此类。争论“不稳态导热”是要找出物体内部各点的温度和传递的热量随时间变化的规律。求解这类问

33、题的方法由数学分析法、数值解法和试验法。在此，仅分析第三类边界条件下的数学分析法和数值解法。第三类边界条件下的数学分析法数学分析法的实质是求解微分方程。微分方程是依据一般规律推演的，能满足一切导热物体的温度场，因而它在数学上有无穷多个解。求解工程实际问题是不能满足于得到微分方程的通杰，而是为了得到单一的特解。为此，必需把该现象有关的特点表达成数学式，遇导热微分方程联立，才能共同完整地描述一个特定的导热问题，而这些表达特点的条件即为“单值条件”。解不稳态导热问题的单值条件有两方面，就是几何外形与物体性质的条件下，给出“开头条件”和“边界条件”。“开头条件”就是给出开头时刻物体内部的温度分布规律，

34、例如处理一些实际问题，往往把初始的温度场视为均匀的， 这就是一种最简洁的开头条件。“边界条件”是给出物体边界上的温度或换热状况。“第三类边界条件”给出四周介质的温度随时间变化的规律及物体外表与四周介质间的热交换规律，这类边界条件可表示为式212-( / )= (T -T )212tn炉表T =f()(213)炉式中T四周介质温度或炉气温度炉 物体与四周介质的综合给热系数其它参数含义同前 “第三类边界条件”最简洁也是最常见的状况，这种状况常用于恒炉温的加热，即当四周介质温度肯定，T=常数。同时，在非恒温炉中，也可以依据时间或位炉置将加热炉分成假设干段，把每一段近似的认为介质温度等与常数。这种边界

35、条件下的解在金属加热中应用最广。 数值解法分析解法可以直接给出温度场的分布形式，具有普遍的意义，也便于分析各因素对温度分布的影响。但此法仅适用于数量有限的经典问题。主要用于几何外形简洁即边界条件简洁的状况，实际应用时不得不做很多假定，因而给计算带来很大误差。数值解法可以解决此类问题，例如用有限差分法。有限差分法的根底是假定在空间里或时间上连续的过程，都可以用阶跃的不连续过程来代替。把求解微分方程组变换为求解差分方程式。如下单向导热微分方程式为 / =2 /x2214txt将式中无穷小量代之以“有限差分值”，即得t/x=(2t/x2 )215这种代换使解的准确性变差，但与所取的间距有关，间距越小

36、，结果越准确。2.2 加热炉温度掌握加热炉温度掌握的目的就是得到满足轧钢要求温度包括出炉坯料平均温度及坯料断面温度分布的金属坯料，而且使得加热钢坯时燃烧介质的能耗最低、烧损最少。随着轧钢生产的大型化、连续化和高产量、高质量、多品种及节约能等的要求，承受计算机掌握是提高加热炉温度掌握性能的进展方向和必定趋势。2.2.1 加热炉温度掌握技术的进展及现状852.2.1.1 国外加热炉掌握技术争论状况以前的争论工作大多集中于钢坯升温过程的数学模型及炉温的优化设定掌握。近年来，智能掌握技术渐渐消灭在有关加热炉温控争论的文献中。 加热炉温度掌握的数学模型加热炉是具有强耦合、纯滞后、大惯性及慢时变等特点的非

37、线性系统，建模较困难。较有用的是通过分析加热炉内的热交换机理建立实时掌握模型。TimothyAVesiocki 承受动态热传导分析的方法，将整个加热炉内区域细分成一系列节点，通过分析钢坯个节点的热交换机理的方法对钢坯温度进展掌握。承受分布参数理论与热交换机理分析相结合的手段也是常用的建模方法，比较典型的是 HEPike 和 SJCirton 应用参数分布理论所建立的数学模型，并通过近似集中参数模型争论加热炉的静态、动态优化。GKLauster,WHRay 和 HRMartens 应用分布模型理论实现了对钢坯温度分布的估量，所用的估量钢 坯 温 度 分 布 的 数 学 模 型 也 是 建 立 在

38、 换 热 机 理 基 础 上 。 此 外 ， DarrylGCarpenter 等人提出了“生产率掌握”的概念，认为通过钢坯的物理参数将炉内各加热区的加热温度与生产率联系起来，在此根底上对加热炉实行分段温度掌握，实际上也是一种参数分布系统。加热炉的计算机掌握技术由于计算机技术在近 20 多年中获得了突飞猛进的进展，对于构造简单、计算量大的加热炉温度掌握模型的实时处理成为可能，加热炉计算机掌握系统也进入有用阶段。承受计算机系统掌握钢坯加热过程的目的就是在满足轧机轧制力量的条件 下，使钢坯获得最有出炉温度。PiergioragioFontana 等人较早地对加热炉的过程计算机掌握系统进展了争论，提

39、出了计算机掌握系统的总体构造，主要包括： 钢坯加热数学模型模块、供热调整模块、热平衡模块、加热炉供坯节奏模块和故障诊断模块。数学模型承受傅立叶方程计算加热炉内钢坯的实际加热状态，连续的钢坯温度分部用 N*N 阶矩阵表示。YoshisukeMisake 等人对加热炉计算机掌握系统各组成局部的数学模型进展了争论，并给出了相应的模型公式。在最正确炉温的计算方法上摒弃了传统的依据事先确定标准进展加热的方式。承受基于满足加热约束条件的实时计算方法。在保证钢坯加热要求的前提下，最大限度地减低预热段炉温，从而削减了热能损耗。在降低本钱、提高生产效率的驱动下，多级计算机掌握系统在过去的十几年时间里被渐渐引入加

40、热炉温度掌握领域，最典型的是二级掌握系统。二级计算机掌握系统的进展大致经受了机遇界面的系统、基于换热模型的系统和基于温度策略的掌握系统三个阶段。一般而言，上级计算机掌握系统完成监控治理的功能，包括完成加热炉温度掌握目标所需的策略和主程序。这一级的输出主要是各加热区的温度设定值及钢坯出炉命令等。下级计算机掌握系统主要进展炉内各加热区闭环掌握，炉内燃料、空气流量串级调整和炉内燃气压力掌握。此外，下级计算机掌握系统还掌握加热炉各局部的启动挨次及钢坯在炉内的移动等。2.2.1.2 国内加热炉掌握技术争论现状国内在加热炉燃烧掌握争论方面起步较晚，上世纪 70 年月末，随着工业计算机的逐步普及和自动化掌握

41、技术在钢铁企业的应用日趋广泛，加热炉温度掌握的争论开头日渐深入，成为自动掌握技术工业应用争论的重要领域。 加热炉内钢坯升温过程的掌握模型由于对加热钢坯的温度测量比较困难，因此承受计算机计算炉内钢坯的温度分布于温升过程。用于计算的模型过去一般承受“多元回归法”。但该方法准确性比较差，回归细数较多且大多没有任何直接物理意义。而且，用于实时掌握也比较困难，因而国内对钢坯升温的模型争论大多集中于从钢坯与炉内环境换热的物理机制入手，查找钢坯升温的热力学模型，从而实现对加热炉燃烧的掌握。 智能掌握在加热炉温度掌握方面的应用智能掌握技术的探究在我国起步较晚，在工业上特别是在钢铁工业上应用方面，我国虽投入了大

42、量的人力、物力，作了大量的工作，但现场成功使用的不多。因此，如何把智能掌握理论行之有效的运用到工业掌握中，已成为当务之急。这一点已越来越引起宽阔科技工作者的关注。近些年来，神经网络技术因其较快的学习力量和靠近任意非线性应设的力量而被渐渐用于系统建模的争论中。在加热炉温度掌握中应用最广泛的是 BP 网。BP 网具有构造简洁、抑制样噪音等优点，但也简洁陷入局部微小点，从而导致网络训练速度缓慢的缺点。因此，近年来也消灭了一些改进的神经网络模型，如RBF 网络模型仅在输入空间的局部范围内非零，且参数调整率可承受线性调整技术，因而有更快的学习速度，靠近力量很强，在钢坯温度预报方面得到了很好的应用。模糊规

43、律掌握技术能够有效的利用人工掌握所取得的操作阅历，把人工阅历变换成模糊掌握规章，在象加热炉这样的非线性、达观性、时变的简单系统掌握中获得了成功的应用。加热炉温度掌握中的模糊掌握器设计包括模糊化、模糊推理决策、机解模糊化三个过程。将模糊掌握同其他掌握技术相结合对炉温进展掌握的状况比较普遍。如将模糊掌握同比例掌握、PID 掌握相结合的分区掌握策略， 以模糊掌握规章实时调整 PID 参数的模糊参数自适应 PID 掌握技术等。模糊掌握规章是对受控过程生疏的归纳与掌握阅历的总结，存在的核心问题是测试参数考模糊集隶属度函数的选择与模糊量化，以及掌握规章的固定或者不适应被控过程的变化而影响掌握效果。因此，消

44、灭了承受具有学习功能的专家系统对模糊掌握规章进展调练的加热炉炉温的模糊掌握及专家系统有用技术。可以预见，智能掌握技术在将来的加热炉集成掌握领域将占有举足轻重的地位。222 燃烧掌握系统61011掌握工业加热炉最主要的是保证整个炉子处于合理的炉温设定值，使被加热的钢坯获得均匀的符合要求的温度分布。另外，要保证燃烧过程中处于合理的空然比，从而起到节能降耗作用。在加热炉加热钢坯过程中，燃料燃烧时放出的热量除被钢坯吸取外，其余大量的热量被冷却水和烟气带走，还有一局部是炉体散热和不完全燃烧损失掉了。其中最主要的是排烟损失。在燃烧过程中，空气过剩系数 的大小直接反映炉子的燃烧状况，如图 27 和式 216

45、 所示。=实际空气流量/理论空气流量216 当 1.10 时，加热炉处于过氧燃烧状态，虽然燃烧充分，但过剩空气从烟道跑掉，造成热损失增加，热效率下降。而且，在过氧燃烧时钢坯外表氧化铁皮增加，过量的氧和氮与硫发生化学反响，生成有毒的氮氧化物与硫氧化物，也将造成环境的污染。图 27 热效率与热损失及空气过剩系数之间的关系在上述两种状态之间，存在着一个热损失和污染最小、热效率最高的过剩空气燃烧区，成为“最正确燃烧带”。一般来说，空气过剩系数减小到1.02-1.03 时， 进入加热炉中的空气量与燃烧正好完全燃烧，烟气中的含量约为 0.5%，系统处18于微过氧燃烧燃烧状态，这时炉子热效率损失最低。所以保持适当的空燃比，使燃烧处于低氧状态下1%2%