一种基于高温低氧燃烧技术的钢坯加热炉的制作方法

1.本发明涉及炼钢生产技术领域，具体涉及一种基于高温低氧燃烧技术的钢坯加热炉。


背景技术：

2.钢坯加热炉用于对铸坯进行加热，便于后续钢坯的轧制，其能耗占整个热轧工序能源消耗的70%，是主要耗能设备，而加热炉的能源消耗主要的煤气消耗，占整体能源消耗的95%以上。高温低氧燃烧技术是指燃料在高温低氧浓度气氛中首先进行诸如裂解等重组过程，造成与传统燃烧过程完全不同的热力学条件，在与贫氧气体作延缓状燃烧下释放出热能，不具有静态火焰，具有高效节能和超低nox排放等多种优点，将该技术应用于钢坯加热炉是顺应发展的趋势。
3.现有的钢坯加热炉在使用的过程中一般被分为预热段、加热段和均热段，钢坯从预热段进入，逐渐经过加热段和均热段，最后送出，现有的钢坯加热炉在钢坯加热过程中存在以下问题：一是由于炉膛下部设置有大量水梁、立柱等构件，对下部的气流具有阻挡作用，造成炉膛上下空间气流分布不均，从而使炉膛内上下温度不均衡，导致钢坯加热的不均匀性；二是烟气中含有的大量余热没有得到较好的利用，能量损失较为严重。因此，研制开发一种加热均匀，余热利用率高，节约能源的基于高温低氧燃烧技术的钢坯加热炉是客观需要的。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种加热均匀，余热利用率高，节约能源的基于高温低氧燃烧技术的钢坯加热炉。
5.本发明的目的是这样实现的，包括炉体和设置在炉体内的步进梁机构，炉体的内壁依次设置有燃气腔和空气腔，空气腔内的顶部和两侧分别设置有若干耐热筒体，耐热筒体的一端穿过空气腔后与燃气腔的内壁固定连接，耐热筒体内设置有与燃气腔连通的喷嘴，耐热筒体周围的空气腔内壁上加工有多个喷气孔，炉体的上方设置有预热箱，炉体的顶部通过输烟管与预热箱连通，预热箱内设置有燃气换热管组和空气换热管组，燃气换热管组的进气端与燃气管路连通，出气端与燃气腔连通，空气换热管组的进气端与空气管路连通，出气端与空气腔连通，预热箱的顶部设置有排烟管，空气腔内侧空间的上部沿炉体的长度方向间隔设置有多个挡墙。
6.进一步的，炉体的外侧设置有绝热保温层。
7.进一步的，耐热筒体的材质为耐高温陶瓷材料。
8.进一步的，喷气孔倾斜设置，喷气孔的喷气方向朝向喷嘴的喷气方向。
9.进一步的，喷气孔的截面积从进气端到出气端逐渐缩小。
10.进一步的，燃气换热管组和空气换热管组的结构相同，均包括若干依次连通的蛇形换热管。
11.进一步的，蛇形换热管为翅片管。
12.进一步的，燃气腔和空气腔内分别设置有若干加强板，加强板上加工有通气孔。
13.进一步的，步进梁机构的顶部设置有垫板，垫板的上表面设置有若干凸起。
14.本发明的有益效果如下：一是在炉体内的上部设置了挡墙，挡墙对上部的气流起到了阻挡作用，延长热气在炉体内的滞留时间，还使得炉体内上部和下部的气体运行阻力基本平衡，使高温区域下移，有效强化钢坯下部的加热，均化炉体内的温度场，使得炉内温度分布均匀，从而使得钢坯能够得到较好的加热效果。
15.二是在炉体的上方设置了预热箱，炉体内产生的高温烟气会通入预热箱，预热箱内形成高温封闭空间，而燃气和空气分别通入燃气换热管组和空气换热管组，充分吸收预热箱内高温烟气的热量，温度得到了一定的提升，进行了初步预热，该过程可利用高温烟气中的余热，提高加热炉的余热利用率，同时，预热箱就设置在炉体上，烟气直接进入预热箱，避免了高温烟气在管道中输送时的热量散失，降低了热量的损失。
16.三是经过初步预热后的燃气和空气进入炉内前，都会先进入燃气层和空气层，在加热炉运行时，燃气和空气可吸收从炉体顶部和两侧散发出的热量，一方面可以防止热量向炉体外界的散失，减少能量损失，另一方面还可以对燃气和空气再次升温，得到高温燃气和空气，为燃气在炉体内高温低氧氛围中燃烧提供保障。
17.综上所述，本发明均化了炉体内的温度场，提高了钢坯加热的均匀性，还可以充分利用钢坯在加热过程中散发的热量及烟气余热，对燃气和空气进行充分的预热，大幅降低了热量的散失，提高了能量的利用率，节约了能量。本发明加热均匀，余热利用率高，节约能源，具有显著的经济价值和社会价值。
附图说明
18.图1为本发明的主视结构示意图；图2为本发明的侧视结构示意图；图3为图2中节点a的放大结构示意图；图中：1-炉体，2-步进梁机构，3-挡墙，4-燃气腔，5-空气腔，6-耐热筒体，7-喷嘴，8-喷气孔，9-预热箱，10-输烟管，11-燃气换热管组，12-空气换热管组，13-排烟管，14-绝热保温层，15-加强板，16-通气孔，17-垫板，18-凸起。
具体实施方式
19.下面结合附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明所作的任何变更或改进，均属于本发明的保护范围。
20.如图1～3所示，本发明包括炉体1和设置在炉体1内的步进梁机构2，步进梁机构2为现有结构，是现有步进梁式加热炉中的输送钢坯的输送机构，能够使得钢坯在炉体1内向前移动，炉体1的内壁依次设置有燃气腔4和空气腔5，空气腔5内的顶部和两侧分别设置有若干耐热筒体6，耐热筒体6的一端穿过空气腔5后与燃气腔4的内壁固定连接，耐热筒体6内设置有与燃气腔4连通的喷嘴7，耐热筒体6周围的空气腔5内壁上加工有多个喷气孔8，炉体1的上方设置有预热箱9，炉体1的顶部通过输烟管10与预热箱9连通，预热箱9内设置有燃气
换热管组11和空气换热管组12，燃气换热管组11的进气端与燃气管路连通，出气端与燃气腔4连通，空气换热管组12的进气端与空气管路连通，出气端与空气腔5连通，预热箱9的顶部设置有排烟管13。燃气换热管组11和空气换热管组12均为现有的换热结构，燃气和空气从相应换热管组的换热管中流通，并在流通过程中吸收预热箱9内的热量，使燃气和空气的温度得到提升，实际结构可根据需要确定，燃气从燃气管路通入燃气换热管组11，空气从空气管路通入空气换热管组12，空气腔5内侧空间的上部沿炉体1的长度方向间隔设置有多个挡墙3。
21.在现有的钢坯加热炉中，由于炉体1内的下部设置有大量水梁、立柱、隔墙等构件，导致炉体1内上部的气流速度远远大于下部的气流速度，高温气体主要沿着炉体1内的上部流动，只有少量的高温气流沿下部流动，这就导致了炉体1内呈现温度上高下低的分布趋势，最终使得钢坯加热时其上部温度下部温度低的情况，加热不均匀，加热的效果不好，而在炉体1内的上部设置了挡墙3后，能够对炉体1内上部的气流造成阻力，从而使得炉体1内上部和下部的气体运行阻力基本平衡，高温区域下移，使得钢坯能得到较好的加热效果。
22.本发明在对钢坯进行加热时，钢坯放置在步进梁机构2上，并在步进梁机构2的作用下向前运动，燃气先进入燃气换热管组11，吸收预热箱9中高温烟气的热量，温度得到提升，随后进入燃气腔4，进一步吸收炉体1内向四周散发的热量，使得燃气得到充分的预热，同理，空气先进入燃气换热管组11，吸收预热箱9中高温烟气的热量，温度得到初步提升，随后进入空气腔5，进一步吸收炉体1内向四周散发的热量，使得空气得到充分的预热，这样就使得燃气和空气在进入炉体1内前得到了较好的预热，能够为燃气在炉体1内高温低氧氛围中燃烧提供保障，提高燃气的燃烧效率，产生的烟气则进入预热箱9，在实际使用时，先向炉体1内通入燃气和氧气，使炉体1内的温度得到提升，同时，燃烧产生的烟气进入预热箱9，预热箱9内的温度得到提升，再将钢坯送入炉体1内进行加热即可。
23.为了进一步防止热量从燃气腔4中散失到外界，造成热能的损失，炉体1的外侧设置有绝热保温层14。
24.耐热筒体6的材质为耐高温陶瓷材料，耐热筒体6的工作环境较为恶劣，较易损坏，而耐高温陶瓷材料具有耐高温、耐腐蚀和强度高等优点，能够延长耐热筒体6的使用寿命。
25.喷气孔8倾斜设置，喷气孔8的喷气方向朝向喷嘴7的喷气方向，喷嘴7中喷出燃气进行燃烧，倾斜设置的喷气孔8使得空气射流能够直达燃烧着的火焰上，提高燃气的燃烧效率。
26.喷气孔8的截面积从进气端到出气端逐渐缩小，截面积逐渐缩小的喷气孔8结构使得空气喷出时的速度得到提升，使得空气能够更加快速的到达燃烧的火焰上，空气射流燃烧后产生的热量能够快速扩散出去，均化炉体1内的温度场，避免局部高温的情况。
27.燃气换热管组11和空气换热管组12的结构相同，均包括若干依次连通的蛇形换热管，优选地，为了提高换热性能，蛇形换热管为翅片管，在实际使用时，也可选用其它换热结构，只要能够较好吸收高温烟气中的热量即可。
28.为了提高燃气腔4和空气腔5的稳定性能，增加两个腔体的刚度和强度，燃气腔4和空气腔5内分别设置有若干加强板15，加强板15上加工有通气孔16，通气孔16的作用是保证整个腔体内的通气性能。
29.步进梁机构2的顶部设置有垫板17，垫板17的上表面设置有若干凸起18，对钢坯进
行加热时，钢坯位于垫板17的凸起18上，凸起18将钢坯撑起来，可增加钢坯底面与热气的接触面积，防止钢坯底部得不到较好的加热，提高钢坯的整体加热效果，凸起18的截面形状可以是三角形、梯形或矩形等形状。

技术特征：
1.一种基于高温低氧燃烧技术的钢坯加热炉，包括炉体（1）和设置在炉体（1）内的步进梁机构（2），其特征在于:所述炉体（1）的内壁依次设置有燃气腔（4）和空气腔（5），空气腔（5）内的顶部和两侧分别设置有若干耐热筒体（6），所述耐热筒体（6）的一端穿过空气腔（5）后与燃气腔（4）的内壁固定连接，耐热筒体（6）内设置有与燃气腔（4）连通的喷嘴（7），耐热筒体（6）周围的空气腔（5）内壁上加工有多个喷气孔（8），所述炉体（1）的上方设置有预热箱（9），炉体（1）的顶部通过输烟管（10）与预热箱（9）连通，所述预热箱（9）内设置有燃气换热管组（11）和空气换热管组（12），所述燃气换热管组（11）的进气端与燃气管路连通，出气端与燃气腔（4）连通，所述空气换热管组（12）的进气端与空气管路连通，出气端与空气腔（5）连通，预热箱（9）的顶部设置有排烟管（13），所述空气腔（5）内侧空间的上部沿炉体（1）的长度方向间隔设置有多个挡墙（3）。2.根据权利要求1所述的一种基于高温低氧燃烧技术的钢坯加热炉，其特征在于: 所述炉体（1）的外侧设置有绝热保温层（14）。3.根据权利要求1所述的一种基于高温低氧燃烧技术的钢坯加热炉，其特征在于: 所述耐热筒体（6）的材质为耐高温陶瓷材料。4.根据权利要求1所述的一种基于高温低氧燃烧技术的钢坯加热炉，其特征在于: 所述喷气孔（8）倾斜设置，喷气孔（8）的喷气方向朝向喷嘴（7）的喷气方向。5.根据权利要求1所述的一种基于高温低氧燃烧技术的钢坯加热炉，其特征在于: 所述喷气孔（8）的截面积从进气端到出气端逐渐缩小。6.根据权利要求1所述的一种基于高温低氧燃烧技术的钢坯加热炉，其特征在于: 所述燃气换热管组（11）和空气换热管组（12）的结构相同，均包括若干依次连通的蛇形换热管。7.根据权利要求6所述的一种基于高温低氧燃烧技术的钢坯加热炉，其特征在于:所述蛇形换热管为翅片管。8.根据权利要求1所述的一种基于高温低氧燃烧技术的钢坯加热炉，其特征在于:所述燃气腔（4）和空气腔（5）内分别设置有若干加强板（15），加强板（15）上加工有通气孔（16）。9.根据权利要求1所述的一种基于高温低氧燃烧技术的钢坯加热炉，其特征在于:所述步进梁机构（2）的顶部设置有垫板（17），垫板（17）的上表面设置有若干凸起（18）。

技术总结
本发明公开了一种基于高温低氧燃烧技术的钢坯加热炉，包括炉体和设置在炉体内的步进梁机构，炉体的内壁依次设置有燃气腔和空气腔，炉体内的顶部和两侧分别设置有若干耐热筒体，耐热筒体内设置有与燃气腔连通的喷嘴，耐热筒体周围的空气腔内壁上加工有多个喷气孔，炉体的上方设置有预热箱，炉体的顶部通过输烟管与预热箱连通，预热箱内设置有燃气换热管组和空气换热管组，燃气换热管组的出气端与燃气腔连通，空气换热管组的出气端与空气腔连通，预热箱的顶部设置有排烟管，空气腔内侧空间的上部沿炉体的长度方向间隔设置有多个挡墙。本发明加热均匀，余热利用率高，节约能源，具有显著的经济价值和社会价值。著的经济价值和社会价值。著的经济价值和社会价值。


技术研发人员：薛钟谦 蔡由新 王世立
受保护的技术使用者：云南曲靖呈钢钢铁（集团）有限公司
技术研发日：2021.12.07
技术公布日：2022/3/8