预热系统设计说明书.doc

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1、 摘要 本次设计的主要内容为：设计一种电弧炉炼钢用的水平式振动输送废钢预热系统，该系统由电弧炉、预热通道、预热通道后端的加料仓、振动输送机，输送槽、工字钢支撑结构等组成。电弧炉在炼钢时产生高温烟气，进入预热通道内，与废钢铁料相向逆流直接进行热交换，在预热通道外面覆盖一层保温绝热层，可阻止烟气热量的大量流失，因此，可大大提高废钢预热的温度。连续加料和向电弧炉送料，可实现电弧炉的全熔池操作。因此，具有结构简单，占地面积少，投资少，废钢预热温度高，热效率高，操作方便等特点，为电弧炉炼钢与改造提供了一种新型的预热系统。本设计的主要特点是：方案设计中提出多种方案，从可靠性、可实现性、综合性能等进行方案比

2、较，选择方案。技术设计中应考虑总体设计合理、安全；选材和技术条件可行；制图正确、标注齐全符合国家标准。充分注意系统各部分之间的相关性，力求整个系统的一致性和最优化性。 关键词：电弧炉炼钢 ，废钢预热，水平式振动输送 AbstractThe design of the main content is: horizontal vibration design of an electric arc furnace steelmaking conveying scrap preheating system, the system is composed of electric arc furnace,

3、 the preheating passage, preheating passage back include a feed bin, vibration conveyor, conveying channel, I-steel supporting structure. Electric arc furnace produce high-temperature flue gas in steel-making, enters the preheating passage, and scrap iron materials are countercurrent subjected to di

4、rect heat exchange, covered with a layer of insulating layer in the preheating channel outside, can prevent the flue gas heat loss, therefore, can greatly improve the scrap preheating temperature.Continuous feeding and feeding to the electric arc furnace, which can realize all the molten pool arc fu

5、rnace operation. Therefore, has the advantages of simple structure, small occupation area, less investment,scrap preheating temperature is high, high thermal efficiency, convenient operation and the like, provides a novel preheating system for electric arc furnace steelmaking and transformation. The

6、 design of the main features are: design in a variety of program, from the reliability, can be realized, such as comprehensive performance program, the options. Technical design should be considered in the overall allocation of reasonable safety; selection, processing methods and technical condition

7、s feasible; correct mapping, tagging complete with national standards .Full attention to the correlation between each part of the system,the consistency and optimization to the whole system.Key Words: Scrap preheating ， electric arc furnace steelmaking， horizontal vibrating convener目 录1 绪论51.1设计废钢预热

8、系统的目的及意义51.2 废钢预热的发展与经济效益5 1.3 废钢预热系统的分类61.4 废钢预热系统发展趋势81.5国内废钢预热技术的发展91.6废钢预热的影响因素111.7本课题主要设计内容121.8 小结122 预热系统的总体结构设计132.1 预热方式的选择132.1.1 预热方式132.1.2 烟气预热132.2 废钢预热系统的基本原理132.3 预热系统的结构细节142.3 小结143 传热学分析163.1 传热方式163.2 传热学分析与计算173.2.1相关热力学计算参数的选取173.2.2 计算毕渥数Bi173.2.3 计算加热时间193.3 小结194 预热系统的结构参数2

9、04.1 电弧炉的选取204.1.1 电弧炉的规格参数204.1.2 电弧炉的生产工艺204.1 电弧炉的选取20 4.2.1预热系统长度计算21 4.2.2预热系统外形参数22 4.3 钢板的选择与加工224.3.1 钢板的分类与选择23 4.3.2 支撑结构的校核24 4.3.3焊接的形式254.3.3焊接的方法254.3.4 焊缝的分类264.5隔热保温材料264.5.1隔热保温材料简介254.5.2隔热耐火材料分类254.5.3隔热保温材料的选择264.5.4 隔热保温材料的应用27 4.6小结295 结论30参考文献31致谢32附录331 绪论1.1设计废钢预热系统的目的及意义追求高

10、产、优质、低耗是我们的必然目标。虽然我国电炉炼钢有了长足进步，但就能耗与国外同行业相比，我国电炉炼钢的综合能耗偏高，尚未达到国际先进水平，电炉炼钢节能降耗是电炉企业的一项重要工作。废钢在装炉前预热，其潜在的优点首先是降低电弧炉的总能耗，其次是提高生产率和减少电极消耗。炼钢厂家现在正寻求更好的解决方法使炼钢更为经济、更符合生态要求及具有更大的生产灵活性。为达到这些目标，必须采用维护少而工效高的设备。采用这样设备的宗旨是保持企业商业上的成功及竞争力。电力成本持续升高、大气二氧化碳排放条例以及陆地及水源保护法规趋严这些无不使炼钢厂家竭力降低能耗及尽量利用生产废物及介质。用废钢预热方法补偿电炉炼钢能源

11、已有30多年的历史，通常的做法是在废钢装炉前在料桶里用电炉高温废气将废钢加热。高温气体的热源来自于电炉或烧嘴排出的废气，而供给电炉的一次能源则用于将入炉废钢加热至废钢熔点。这样就可通过废钢预热装炉节省能源。预热废钢还可避免湿废钢入炉，从而避免炉内发生爆炸。因此，废钢预热还能保证工厂安全及防止设备意外损坏事故。废钢进行预热的突出优点是可以减少电炉炼钢的电力消耗及提高钢厂生产效率。通过毕业设计，使我们进一步巩固、加深对所学的基础理论、基本技能和专业知识的掌握，使之系统化、综合化；培养我们独立思考、独立工作和综合运用已学知识分析与解决实际问题的能力，尤其注重培养我们独立获取新知识的能力；培养我们在方

12、案设计、设计计算、工程绘图、文字表达、文献查阅、计算机应用及工具书使用等方面的基本工作实践能力；使我们树立具有符合国情和生产实际的正确设计思想和观点，树立严谨、负责、实事求是、刻苦钻研、勇于探索、勇于创新、善于与他人合作的工作作风。1.2 废钢预热的发展与经济效益近年来，随着降低能源消耗的需要，日本、西欧、美国等一些国家已相继在实际生产中采用了废钢预热技术，即在废钢装入电弧炉冶炼之前，借助于电弧炉排出的高温烟气，将废钢进行预热。据报道，日本已有40多万台电弧炉安装了废钢预热装置。废钢预热可减少电弧炉中的熔化时间，降低熔化所需的能耗，每吨钢可节电30千瓦时到50千瓦时。从炼钢电弧炉热平衡可以看出

13、，烟气显热一般约占电炉热量的20%。目前国内电弧炉烟气预热利用尚不普及。有采用传统的汽化冷却烟道和余热锅炉方式的。例如某厂30t电炉（最大装炉量为40t）采用第四孔排烟、余热锅炉和布袋除尘器系统，余热锅炉平均产生蒸汽2.5t/h，相当于回收烟气显热的25%左右。废钢预热器可将烟气预热直接用于炼钢生产，它的热回收率与预热器的型式、联接系统、操作条件、废钢种类等条件有关。对于比较完善的废钢预热器，回收的热量为烟气显热的30%，相当于电炉输入热量的6.2%,或相当于输入电能的10%。随着科学的不断发展，钢铁的使用也日益增多。在资源有限的地球上，把废旧的钢铁回收不仅可以循环利用，还能为保护环境做出贡献

14、。废钢预热在上世纪六十年代在出现，日本在1968年开始使用烟气预热废钢的研究，尽管从技术上已确认了它的可行性，但当时能源价格低，使技术开发工作中断了。同时，在欧洲采用外加燃料预热废钢技术已由实验室投入到工业应用。这项技术以高温化为原则，将废钢预热到800。然而随着电弧设备向大型化和超高功率化发展，以及炼钢工艺向富氧操作和炉外精炼发展，这种预热废钢方式逐渐减少了。到1979年，随着石油价格上涨，利用烟气预热废钢的技术开发又重新开始。1980年日本安装了1台50t电炉的废钢预热器。由于这项技术具有明显的节能和提高生产率的效果，因此，日本、西德、美国等国家已普遍在炼钢电弧上推广应用废钢预热器。在国内

15、，废钢预热系统仍然在发展中，大多数厂家的预热系统都是通过改装而来，对于技术来说，比较成熟的有河南太行全利重工股份有限公司生产的废钢预热设备。1.3废钢预热系统的分类现就国外废钢预热技术概况简介如下:电炉炼钢过程中,产生出高温含尘烟气,排入除尘系统的烟气所含显热量占总能量的15一20%。利用钢铁企业余热进行废钢预热能够有效地提高余热利用率，降低电弧炉炼钢的电耗和缩短每炉冶炼时问，提高生产效率。早先的废钢预热系统是采用料斗进行，即将盛有废钎的料放入一密封装置内，然后向密封装置内通入电弧炉排放的烟气或向其内放入盛有钢液的钢包、热钢坯(锭)等，采用热交换的方式来预热废钢。由于这种方式预热废钢的温度有限

16、，且预热虚钢仅占电弧炉整炉废钢的一部份，固此， 在实际生产中因效果不明显而求成功地延续工业性生产运用。目前比较成熟的废钢预热系统基本类型主要有以下种：双炉型、竖炉型、连续炼钢型和料篮式型。（1） 双炉型废钢预热系统组成：双炉型废钢预热系统主要由两个标准炉体：一个炉顶 、一个炉 盖和一套共用电极臂及控制系统组成预热废钢时预热炉傩加盏炉 盖而进行炼钢的炉体利用炉顶和电饭臂及控削系筑 。主要特点：提高变压器的实践利用率；缩短冶炼时间，提高生产效率15%20%；节电4050Kwh/t。（2）竖炉型废钢预热系统竖炉型废钢预热系统由Fuchs公司研制成功在欧洲运用比较广泛。我国张家港润忠钢铁公司就采用了该

17、套废钢预热系统竖炉型废锕预热系统是将废钢预热装置置于电弧炉炉顶上方。既利于电弧炉冶炼时排放的烟气来预热废钢。又利于借废钢自身重量下落到电弧炉炉由直接进料。这种废钢预热系统的余热利用率高。且投资成本相应较低，是现在主要的废钢预热系统。在预热废钢时，同样可以向预热室内喷畋燃料以将废钢预热到更高的温度，但应防止废锕牯接以影响进料。 主要特点：节电效果明显，可回收废气带走热量的60%70%，节电6080 Kwh/t以上； 提高生产效率15%以上；减少环境污染，占地面积小、投资省。（3）连续型废钢预热系统：连续炼钢工艺是Inter-steel技术公司开发的一种炼钢工艺，它同样是通过电弧炉排除的废气来预热

18、废钢，井通过给料设备将预热后的废钢不断加入炉内，同时在出钢时炉内需留有一定的钢液保汪炉内有充分的热量，利于废钢的迅速熔炼，提高生产效率连续炼钢工艺首先在北荚怫罗里达钢公司应用成功并逐步在北美推广应用。佛罗里达钢公司Charlotte分厂在70t电弧炉上的连续炼钢操作工艺是:开炉前先用料斗向炉内加入3510t的废钢,只要开始冶炼时待炉内废钢熔化后。则通过给料装置连续不断地加入废钢。出钢时炉内留有一半的钢液。主要特点：提高了生产效率，降低电耗80100Kwh/t，减少电极消耗量； 减少渣中FeO的含量，提高了钢水的收的率； 由于废钢炉料在预热过程碳氢化合物全部烧掉，冶金过程熔池始终保持沸腾，降低了

19、钢中气体含量，提高钢的质量；变压器利用率高，高达90%以上，因而可以降低功率水平； 容易与连铸相配合，实现多炉连浇；由于电弧加热钢水，钢水加热废钢，故电弧特别稳定，电网干扰大大减少，不需要用“SVC”装置等。（4） 料篮式型废钢预热系统世界上第一套料篮式废钢预热装置，是日本于1980年用在50t电炉上。工作原理及效果：电炉产生的高温废气（12001400）由第四空水冷烟道经燃烧室后进入装有废钢的预热室内进行预热。废气进入预热室的温度一般为700800，排出时为150200，每篮料预热3040min，可是废钢预热至200250。每炉钢的第一篮（相当于60%）废钢可以得到预热。料篮预热法能回收废气

20、带走热量的20%30%，可节电2030Kwh/t,节约电极0.30.5kg，提高生产率5%。主要特点：产生白烟、臭气；高温废气使料篮局部过烧，降低其使用寿命；预热温度低，废钢装料过程温降大等。1.4 废钢预热系统发展趋势 （1）中心装入移动竖炉方式 由新日铁设计的炼钢工艺：竖炉与电炉盖分离并偏向一侧，将电炉内的高温废气导入竖炉下部预热废钢；电炉接料时将竖炉移至电炉正上方，装完后恢复原位。故电极可正常配置，废钢熔化均匀，加之高温废气不通过钩爪，可采用面结构而提高了设备的可靠性。该工艺的设计开发已进入最后阶段，其节能效果计算值高，预热效果明显。 （2）充填层电炉方式 德国MHD公司正在开发中的CO

21、NTIARC技术：废钢被连续装入电炉的顶电极周围，在炉内形成充填层而被上升的高温废气预热。具体而言，是由旋转磁铁将由传送带运到的废钢装入电炉炉膛的圆周方向，炉子上部设置了圆环状通道，以确保废气在充填层废钢中能够均匀流动预热。此工艺受废钢几何形状的制约：另一关键是确保废钢装入设备的耐热性和可靠性。 （3）连续运送预热方式 其代表是英特尔制钢公司开发的CONSTEEL工艺：用封闭型振动型传送带将废钢连续输送至电弧炉内，而高温废气则逆向流经废钢上面对之进行预热。英特尔公司认为此工艺可预热废钢至500度左右，而日本共英制钢公司的研究实践表明经预热后废钢温度有些不均，表现为上高下低，其节能效果约为25k

22、wh/t钢，与理论计算值相符。 （4）连续运送层内预热方式 简称NSCF工艺，由新日铁开发，目的是为了解决CONSTEEL工艺中传送带上废钢预热不均的问题。为此，在封闭式传送带下部设置了废气出口，使废气自上而下预热废钢，从而使据表面10米左右的废钢温度由原来小于100度提高到大于300度，其节能效果明显。1.5国内废钢预热技术的发展（1）产品介绍DP系列废钢预热输送成套设备是河南太行全利重工股份有限公司研制的节能环保型炼钢设备，该设备采用电炉余热利用、废钢预热输送、高温烟尘净化和系统智能控制等一系列先进技术，利用电炉余热全封闭连续化预热废钢，填补了国内空白，已在舞钢、西宁特钢、冀南特钢、华鑫特

23、钢等单位推广应用，取得了显著的经济效益和环保效益。(2)技术指标出钢量提高10%以上；冶炼周期缩短10-15分钟；每吨钢节电80-100kwh；电极消耗减少0.5-0.8%；耐火材料消耗减少5%；吨刚释放的二氧化碳量减少20-30%；生产现场含尘量减少10mg/；二恶英和CO达标排放，烟尘排量由17kg/h减少至11kg/h； 废钢预热温度600度以上；废钢输送能力120-350t/h。(3)工艺特点节约电能：与传统的电炉相比，连续式加料电炉节能来源于废钢预热，另外电炉炉盖不用打开，避免了熔池暴露造成的热辐射损失，且电炉连续在精炼状态下工作，电弧一直被覆盖，使得电弧到熔池的热传导效率增高，降低

24、了电弧对内衬、炉盖及水冷壁的热损失，故使得冶炼周期由普通电炉的60100分钟缩短到3875分钟，易于和连铸机匹配，且电能消耗费用也被降到最低。由于电炉采用连续操作，供电曲线平稳，这至少可再减少5%的电量消耗。电极消耗降低：由于冶炼电流降低，使得电极头部损耗下降；炉内为还原气氛，减少了电极表面的消耗，这也就降低了电极折断率。提高了废钢至钢水的收得率：连续式加料电炉冶炼操作降低了炉渣中氧化铁的含量及扒渣时的金属损失，一般可使金属收得率提高1.52%。烟尘处理量降低：烟气在通过预热段时，部分烟尘可沉积到废钢中被重新回炉利用，使吨钢烟尘产生量可降低到11kg，而顶部装料的同样电炉烟尘产生量约为17kg

25、20kg。高了能量的利用率：连续式加料电炉操作中，氧和碳喷入熔池后所产生的充足的CO可用来维持一定的泡沫渣高度，实现埋弧操作，提高了能量的利用率。充分进行了余热利用;在输送段上可将废钢预热至400，后部余热可通过余热锅炉产生蒸汽来发电或采暖，锅炉出来的烟气基本上可以直接进入袋式除尘器进行除尘。而普通电炉系统烟气则需要经过水冷管道、机力冷却器等设备，要消耗大量能源来进行降温后方可将烟气通到除尘器，而烟气所携带的能量则被完全浪费掉。保证CO在管道内能充分燃烧的情况下有效地控制了系统漏风，使得进入除尘系统的烟气被降到了最低，减少了除尘器增大时所产生的各种费用，可将系统投资有效地降低。布袋除尘电耗低：

26、因为加料不需要打开炉盖，连续式加料电炉工艺的除尘系统和传统顶加料电炉相比显著降低，风机功率减少30%。实现洁净生产及其他益处：输送设备加料期间炉盖关闭，以及整套预热-冶炼系统保持负压，所以环境清洁。连续式加料电炉以连续溶化-精炼的方式操作，也可期望得到低的磷硫含量。(4) 用户效益 降低电耗。每吨钢耗电减少80-100 Kw.h，按目前工业用电0.5元Kw/h。吨钢成本下降50元，以100t电炉年产钢125万吨计算，总成本降低6250万元。废钢在输送过程中并通过了1100度以上的炉气进行预热，提高了料温，缩短了冶炼时间。一天可多出3炉钢，日增产300吨，月增产9000吨，每年可提高产量10万吨

27、左右。每吨钢节省电极0.5-0.8公斤,年产钢50万吨的企业每年节省电极2500-4000吨左右,年节约资金4000-6400万元。表1-1 DP系列主要参数型 号槽体规格 (宽*长)废钢尺寸 （宽*高*长）处理量 （t/h）电炉容量 （t）DP1512602500030030050012015-20DP30140046300400400700015030-40DP60184048800450450100020050-60DP70206060000500500110025070DP80214060000500500110030080-90DP10022606500050050012003501

28、00-1501.6废钢预热的影响因素废钢预热的影响因素有很多，其中最重要的是气体温度和废钢的装填密度。（1）气体温度与废钢预热的关系在整个冶炼过程中，电炉排出的烟气温度有变化，如果进入预热通道的烟气温度太高，废钢中的可燃物质会剧烈燃烧，引起废钢氧化，从而降低炼钢的产量。另一方面，烟气温度太低时，很难把废钢预热到预定温度。因此，要根据用于预热的气体流量。（2）废钢的密度对预热的影响废钢种类变化很大,一般情况下,总表面积(与气体接触面)和重量的比值越大,预热越容易。切削废钢预热最快，碎刚得堆积密度相当高且有一定空隙，易于通过气体，能较满意的加热。冲压废钢结构较密，密度大，预热时间较长。重质废钢大小

29、变化很大，很难确定它的预热性，处于冲压钢与碎钢之间。总之，废钢的堆积密度小，单位重量得受热面积就大，预热就越容易，碎钢本身的密度越大，预热时间越长。正常操作中是使用各种废钢的混合料，将重质废钢置于咽气口处，轻质废钢置于烟气出口处，能提高预热效率。1.7本课题主要设计内容 在充分阅读和了解国内外各种不同形式的废钢预热系统及方式的情况下，进行部分借鉴和参考，再依据毕业设计任务书，设计出了废钢预热水平振动输送系统预热系统。该系统与振动输送机共同组成废钢预热水平振动输送系统，自己完成的是预热部分，在参考相关文献基础上，改进了预热方式和输送方式，使整个预热系统具有结构简单，占地面积少，投资少，废钢预热温

30、度高，热效率高，操作方便等特点，为电弧炉炼钢提供了一种新型的预热系统。1.8小结 本章节主要从设计此废钢预热系统的目的和意义开始介绍，再依次阐述对废钢进行预热所带来的经济效应，再说明废钢预热系统的分类，以及废钢预热系统的发展趋势，接着说明国内废钢预热技术的发展，为本设计做好铺垫，之后说明废钢预热时的两点重要的影响因素，接下来设计中需要注意，最后阐述了本课题设计的主要设计内容，说明自己需要完成的主要任务，引出接下来后文的正文的设计及说明。 2 预热系统的总体结构设计2.1 预热方式的选择2.1.1 预热方式 电弧炉废钢预热技术是节约电能的非常有效的途径，其基本原理是将入炉前的废钢先加热，废钢加热

31、后再加入到炉中，起到节约电能的作用。 预先加热废钢的热源有两种：（1） 首先是冶炼过程中排出的烟气余热，回收这部分热量来加热废钢，属于废钢预热回收技术应用；（2） 另一种是用燃烧发生炉点燃煤气来加热入炉前的废钢，可以安装加热烧嘴加热里面运行的废钢，来提高废钢预热的温度。用低价值的煤来产生煤气代替高价值的电能加热，是“以煤代电”的技术应用。这两项统一称为废钢预热技术工艺。2.1.2 烟气预热 追求高产、优质、低耗是我们的必然目标。采用电弧炉炼钢产生大量的高温烟气，如果直接排入大气，会造成很大的浪费，故在当前资源紧张的情况下，采用高温烟气预热是比较合适的方式。当前推广使用的电弧炉废钢预热系统设备是

32、振动输送机。即用一条封闭的振动输送槽给电弧炉从炉盖处加料，同时在引风机作用下，电弧炉熔炼的高温烟气沿振动输送机的预热通道逆流运行，进入除尘系统前与振动输送机上的废钢逆流换热达到预热废钢的目的。2.2 废钢预热系统的基本原理炉内的高温烟气在压力的作用下，从电弧炉的加料口进入预热通道内，高温烟气穿过预热通道内的废钢料柱与废钢铁料相向流动进行对流热交换。废钢预热后经烟气净化装置净化后排入大气。在预热装置和烟气净化设备之间，可增加预热利用装置进行二次预热利用（如预热锅炉、换热设备等）。废钢由预热通道后部的加料仓加料口加入，再由振动输送机以较慢的速度推送废钢铁料前进，与电弧炉内产生的高温烟气相向对流进行

33、热交换，将预热通道内的废钢铁料预热到一定温度。预热通道内主压头和加料仓压头动作的巧妙配合，解决了加料不方便的问题，使预热通道在合适的状态下工作，减少了漏风量，确保废钢预热的效果，预热过的废钢经振动输送机末端不断送入电弧炉。整套装置十分简单，机械运动不多，但却实现了连续预热和加料，进而实现了电弧炉的全熔池操作。由于此预热系统电弧炉内的高温烟气和预热通道内的废钢铁料直接进行热交换，而不是靠热辐射传热，所以废钢预热的温度可达250左右。废钢预热温度的提高，有效地降低了电弧炉的吨钢能耗，缩短了冶炼周期，同时也提高了生产率，对降低电弧炉炼钢的生产成本具有重要意义。对于不同的炉型和炉子容量，需要预热的废钢

34、可通过控制预热通道内的加料压头，分一次、或多次、或连续的将废钢铁料进行预热后加入到电弧炉内，使电弧炉加料变得更加简单。因此本设计方案具有结构简单、占地面积少、投资少、建设周期短、废钢预热温度高、热效率高等特点；同时提供了对现有电弧炉在不停产，利用电弧炉维修时间进行改造的可行性。 2.1预热系统的结构示意图2.3 预热系统的结构细节 该课题设计的是废钢预热水平振动输送系统，该预热系统利用电弧炉的高温烟气进行预热，故结构组成如下：（1）一个用于炼钢的电弧炉：由于此预热系统是利用电弧炉产生的高温烟气预热废钢，炼钢所用的装置无法移动，故应选择电弧炉，而不选择中频炉。该电弧炉应由厂家专门订购生产，而且应

35、顶端封闭，侧面由于要与输送槽连结，以便废钢进入电弧炉，同时高温废气也可由此进入振动输送槽，而输送槽是类似长方体的结构，电弧炉是圆柱形的结构，故两者之间还需一个零件进行连接，该零件的示意图如下图所示： 2.2电弧炉连接件（2）烟气预热通道:该烟气预热通道是为了使高温烟气能顺利通过，废钢放置在振动输送槽上，随振动输送机前进，要使烟气能不扩散，并且全部通过振动输送槽上的废钢，从而预热废钢，预热通道应能将振动输送槽封闭起来，对于类似槽钢的振动输送槽，要使其封闭，可选择不同类型和规格的钢板焊接组成；（3）加料仓和振动输送槽：由振动输送机提供，通过加料仓持续的向振动输送槽上提供废钢，以保证整个预热系统持续

36、有效的进行工作；（4）保温层：为了保证烟气带来的热量能被废钢有效地吸收，在预热通道外面必须加上一层保温层，防止热量大量传递到外面；（5）钢板结构支撑：振动输送槽是类似长方体结构，而预热通道是紧挨着输送槽，故用工字钢组成的结构支撑比较合适，可以方便加工和装配，该结构支撑要固定在地面，故可以采用工字钢进行支撑；（6）连结电弧炉与振动输送槽的零件：结构示意图和设计原理如上面图2-1中所示。2.4小结 本章节主要介绍的是预热系统的总体结构设计，因为要对废钢进行预热，先要说明废钢预热的预热方式，主要是电弧炉产生的高温烟气预热和燃烧发生炉点燃煤气来加热废钢两种方式，自己选择的是高温烟气余热，能够提高烟气的

37、利用率，节约能源。接着说明了废钢预热系统的基本原理，使此预热系统有科学的根据，之后详细介绍了预热系统的结构细节，分部分进行介绍和说明。 3 传热学分析3.1 传热方式 自然界的热量传递有三种基本方式：热传递、热对流和热辐射。任何热量传递过程都是以这三种方式进行的。一个实际的热量传递过程可以是以其中的一种热量传递方式进行，但大多数情况下都是以两种或三种方式同时进行的。（1）热传导当物体内有温度差或连个不同温度的物体接触时，依靠分子、原子以及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递现象称为热传导，简称导热。纯导热过程中，温度不同的各部分之间不发生宏观的相对位移，也没有能量形式的变化。导热可以在固

38、体、液体和气体中发生。（2） 热对流 若流体有宏观的运动，由于流体中温度不同的各部分之间发生相对位移，冷热物体相互掺混而产生的热量传递现象称为热对流。这时，除了有因流体各部分之间宏观相对位移引起的热对流外，流体分子的热运动还会产生导热过程，因而对流必然伴随有导热现象。 工程上经常遇到的是流动着的流体与所接触的物体表面之间由于存在温差而引起的热量传递现象，成为表面对流传热（习惯上称为对流换热）。对流传热是流体宏观热运动（对流）与微观热运动（导热）联合作用的结果，因而必然同时受到热量传递规律和流体运动规律的支配，是一种十分复杂的传热过程。对流传热的基本计算式是牛顿冷却公式：流体被加热时 （31）

39、流体被冷却时 （32） 式中，、分别是壁面温度和流体温度，单位是;脚标“c”表示对流传热；比例系数称为表面对流换热系数，简称对流传热系数（习惯上称为对流换热系数），是表征对流传热强弱的非物性参数，单位是w/m2.k。如果把温差记为，并约定永远取正，值，则牛顿冷却公式可表示为： （33） （34） 式中，对流传热面积A和温差都较易确定，诸多复杂的影响因素都集中在对流传热系数的身上，不同情况下的数值相差很大。因此，研究对流传热，计算热流量或热流密度的关键就在于分析对流传热系数的影响因素，确定值，但大多工程计算中都将的值告诉了，方面计算的准确性。（3） 热辐射一切温度高于0 K的物体的都会以电磁波的

40、方式发射具有一定能量的微观粒子，即光子，这样的过程称为辐射，光子所具有的能量称为辐射能。所以辐射式物体通过电磁波来传递能量的方式。物体会因不同的原因发出辐射能。由于热的原因而发出辐射能的现象称为热辐射，这时辐射能是由物体的内能转化而来，物体的温度越高，其辐射能力越强。3.2 传热学分析与计算3.2.1相关热力学计算参数的选取振动输送槽的高度：即废钢层的厚度 2=1000mm =500mm初始温度：可以取室温，即 =20 高温烟气温度：经查阅资料，炼钢废气的温度基本都在800左右，故可以取烟气温度为=800废钢需要被加热到的温度：根据任务书上的要求，该设计要求最后废钢预热的温度在200-250，

41、故可取220进行计算表面传热系数：经查阅相关参考书籍，可得 热导率：经经查阅相关参考书籍，可得热扩散率：经查阅相关参考书籍，可得3.2.2 计算毕渥数Bi (5-5)式中：h表面传热系数，； 导热固体的热导率，一般下脚标省略； 导热物体的某一尺寸，有时用引用尺寸，有时用特征尺寸（又称定型尺寸）。由于 (5-6) (5-7) 3.2.3 计算加热时间查阅传热学计算专用书籍中的诺谟图可得 (5-8) 其中， 由以上数据可知 (5-9) 故可得 (5-10) 而傅里叶数 (5-11) 式中：，导热物体的热扩散率，； 非稳态导热时间，s 导热物体的某一尺寸，有时用引用尺寸，有时用特征尺寸（又称定型尺寸

42、）。傅里叶数是一个无量纲时间，说明时间对非稳态导热过程的影响，或者说表征非稳态导热过程进行的深度。根据与查阅诺谟图曲线可得=0.3 0.2,由此可算出废钢板表面由室温升至设计所需温度220所需时间为： (5-12) 3.3小结 本章节主要介绍的是传热学分析的内容，先介绍的是传热的三种方式及基本原理，热传导、热对流、热辐射，讲清楚了各种传热方式的使用环境和基本的计算方法。之后主要进行的是详细的热力学计算步骤，首先要查阅资料对各个热力学参数进行选取，讲究要有根据，并且要合理。之后对主要的热力学参数进行了计算，列出了详细的计算方法和步骤，最后查阅热力学的文献，进行了重要热力学曲线图的查阅和分析，计算

43、出加热时间，以便下一章节利用振动输送机速度和此处的加热时间进行结构参数的选取和设计。 4 预热系统的结构参数4.1 电弧炉的选取4.1.1 电弧炉的规格参数 经查阅相关资料,再结合此预热系统的特点，可选取一个中小型的电弧炉，产品主要技术参数： 额定容量 20t 最大出钢量 25t(留钢5t) 炉壳内径 3000mm 出钢/出渣倾角（最大） 20/12 石墨电极直径 400mm 石墨电极分布圆 1100mm 电极最大行程 3100mm 电极升/降速度 6/4.5m/min 炉盖提升高度 400mm 炉盖旋转角度 66 液压系统：工作压力 12Mpa 工作介质 水-乙二醇 压缩空气系统：工作压力 0.4Mpa 耗量 5m3/h 变压器：额定容量 16 MVA4.1.