加热炉的作业方式可分为连续式加热炉(包括环形加热炉、斜底式加热炉、步进式加热炉等)和不连续式加热炉(包括车底式加热炉和室式加热炉等)。对于连续式加热炉,虽然炉顶轮廓曲线多样,但仍有一些共同的结构特点:即炉温高的区域,炉顶也高;炉温低的区域,炉顶相应降低。在预热段和加热段之间,有一个明显的过渡区。在加热段和均热段之间,也要将炉顶压下,以免加热段高温区域的大量热量向预热段、均热段辐射。加热段是主要的燃烧区,空间较大,有利于辐射传热。预热段是余热利用区,压低炉顶缩小炉膛空间,有利于强化对流给热。
当前,环形加热炉使用最为广泛;斜底式加热炉在某些小型钢管厂也有使用;步进式加热炉虽有众多优点,但用于管坯加热还不太普遍,主要用作荒管的再加热;车底式加热炉和室式加热炉主要用于产量不高或不连续作业的钢管生产机组。
2.1 环形加热炉
环形加热炉属于辊底式连续加热炉,装料和出料既可同时操作也可单独操作。每装、出1支料,炉底转动1个布料角。布料角是每一支管坯在炉底所占用的角度,如图2-1所示,它根据管坯直径和装料机夹钳张开时的尺寸与布料方式而定。炉底转动的方向与炉气流动的方向相反。坯料不断从炉温较低的一端装入,以一定的速度随炉底向炉温较高的一端转动。在转动一周后,管坯加热到所需要的温度,用出料机将其从炉中取出,放到斜形台架,再滚到出炉辊道上,送往穿孔机穿孔。管坯在炉膛内呈放射状布置,既可单排布料,也可多排布料,视炉底宽度和坯料长度而定。
2.1.1 环形加热炉优缺点
环形加热炉的优点:
图2-1 环形炉布料角示意图
1—外环炉墙2—内环炉墙3—管坯4—装料小车5—出料小车
(1)预热段的炉底具有较高温度,它相当于一个辅助热源,有利于改善管坯底部的加热条件;
(2)加热能力强,产量高,适应的坯料规格范围广;
(3)可根据需要,灵活改变坯料在炉内的分布;
(4)坯料静置炉底,炉门开口小,烧损少(约1%);
(5)炉膛隧道长,坯料三面加热,有利于加热制度的控制和温度的调节,加热质量高;
(6)热量损失较小,能源利用效率较高:
(7)机械化、自动化程度高,劳动强度低。
环形加热炉的缺点:
(1)占地面积大;
(2)炉底面积利用率较低;
(3)一次性投资大。
2.1.2 环形加热炉生产能力计算
环形加热炉小时产量为:
式中Q——环形加热炉小时产量,kg/h;
g——每支管坯的质量,kg;
β——装、出料机之间的夹角,(°);
α——布料角,(°);
N——装料排数;
——管坯单位厚度加热时间,min/cm,取值参照表2-1;
D——管坯直径,cm。
表2-1 在不同炉型中加热单位厚度的管坯需要的加热时间值min/cm
2.1.3 环形加热炉技术参数
国内部分轧管机组环形加热炉技术参数见表2-2。
表2-2 国内部分轧管机组环形加热炉技术参数
2.2 斜底式加热炉
斜底式加热炉是无缝钢管生产中最早使用的一种加热炉。它所加热的圆形坯料在具有一定斜度的炉底上依靠自身的质量,由装料口依次滚动到出料口,故又称之为滚动式加热炉。炉底斜度在10%左右。
斜底式加热炉装料和出料的方式有端进端出、端进侧出和侧进侧出几种,目前使用最多的是前两种。
2.2.1 斜底式加热炉优缺点
斜底式加热炉的优点:
(1)炉体结构简单;
(2)投资费用低。
斜底式加热炉的缺点:
(1)机械化程度低,劳动强度大。被加热的管坯在炉内沿着坡面炉底滚动前进的同时,需要人工用工具辅助翻动;
(2)管坯烧损较大。两侧炉墙开有很多圆孔,这些圆孔经常开启,炉膛会吸入大量冷空气,增加了炉子的热耗量。管坯在炉内滚动时,其表面的氧化铁皮会不断脱落与重新生长,烧损率为2%~3%,最大可达5%。
(3)产量低,加热质量差。斜底式加热炉中的管坯是一支靠着一支,基本属于单面加热。又由于炉子两侧开有用于观察和翻钢的圆孔,炉膛密封性差,加热的管坯两端温度低,中间温度高,二者相差会达到20~40℃。
(4)能耗较高。
2.2.2 斜底式加热炉生产能力计算
斜底式加热炉小时产量为:
式中Q——斜底式加热炉小时产量,kg/h;
g——每支管坯的质量,kg;
L——炉子有效长度(即管坯覆盖的长度),cm;(www.xing528.com)
N——装料排数;
——管坯单位厚度加热时间,min/cm,取值参照表2-1;
D——管坯直径,cm。
2.3 步进式加热炉
步进式加热炉的管坯置于步进梁上,依靠步进机构的升降前移运动,把管坯依次从炉尾(入料端)移动到炉头(出料端),管坯移动的同时,可自主滚动翻转一个小的角度。
步进式加热炉按供热方式可分为上加热步进式加热炉和上、下加热步进式加热炉。
(1)上加热步进式加热炉
上加热步进式加热炉的供热集中在加热炉的上部,供热烧嘴布置在加热炉的炉顶和侧墙处。按其炉底结构的不同又可分成步进梁式加热炉与步进底式加热炉。
(2)上、下加热步进式加热炉
上、下加热步进式加热炉,其结构是在管坯的上面和下面均设有烧嘴,管坯四面受热,加热速度快。这种加热炉的产量大,尤其适合加热大断面的管坯。
按炉底结构型式分为步进梁式加热炉和步进底式加热炉。
(1)步进梁式加热炉
步进梁式加热炉又称之为耐热钢梁步进式加热炉,其固定梁与活动梁均由耐热钢制成。
(2)步进底式加热炉
步进底式加热炉又称之为耐火砖炉底步进式加热炉。炉底结构是把活动梁与耐火砖炉底做成一个整体(炉底的升降部分),固定梁是侧墙边部的炉底(炉底两侧的固定部分)。
2.3.1 步进式加热炉优缺点
步进式加热炉的优点:
(1)产量大;
(2)设备结构紧凑,占地面积小;
(3)机械化、自动化程度高,劳动强度小;
(4)加热质量好,速度快;
(5)能耗低,烧损小。
步进式加热炉的缺点:
(1)一次性投资大;
(2)设备故障率高,维修工作量大。
2.3.2 步进式加热炉生产能力计算
步进式加热炉单排布料时的小时产量为:
式中Q——步进式加热炉小时产量,kg/h;
g——每支管坯的质量,kg;
m——固定梁的齿数;
——管坯单位厚度加热时间,min/cm,取值参照表2-1;
D——管坯直径,cm。
2.4 车底式加热炉和室式加热炉
车底式加热炉是由固定炉墙、固定炉顶和可以活动的炉底小车组成的加热炉。炉底小车依靠传动机构的牵引在轨道上运动。装、出料时,将炉底拉出,在炉外操作,十分方便。
室式加热炉的炉膛相当于一个矩形的地坑,炉底和炉墙是固定的,炉顶是活动的。装、出料时,移开活动的炉顶,把管坯装入或取出。
2.4.1 车底式加热炉和室式加热炉优缺点
车底式加热炉和室式加热炉的优点:
(1)管坯加热质量好;
(2)结构简单,投资少;
(3)适用性强,生产灵活。
车底式加热炉和室式加热炉的缺点:
(1)不能连续生产,产量低;
(2)装、出料十分麻烦,劳动强度大;
(3)能耗高,烧损大;
(4)在相同产量下,占地面积大。
2.4.2 车底式加热炉和室式加热炉生产能力计算
车底式加热炉和室式加热炉的小时产量:
式中Q——车底式加热炉和室式加热炉小时产量,kg/h;
g——每支管坯的质量,kg;
n——装入的管坯支数;
——管坯单位厚度加热时间,min/cm,取表2-1中环形加热炉的值;
D——管坯直径,cm。
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