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火焰炉

以燃料燃烧的火焰为热源的冶金炉。火焰炉炉膛内的火焰通常与物料直接接触,火焰直接给物料加热。炉子内壁既辐射热量,也部分地反射投射来的热量,在热交换过程中起重要作用。有时为防止物料(工件)的氧化,将火焰与物料隔开,火焰的热量通过隔墙间接传给物料。火焰炉既可用来加热物料,也可用来熔化物料。

火焰炉按工作室的形状可分为膛式火焰炉和回转炉两类。

膛式火焰炉

它的工作室叫做炉膛,由炉底、炉墙和炉顶组成。用作加热炉或热处理炉时,炉底的结构有多种型式,并可按炉底结构称为车底炉、推料式炉、步进炉、辊底炉、链式炉、环形炉等。熔炼用火焰炉(如平炉、炼铜反射炉)的炉底是凹下的熔池,用以存放熔融金属。熔池的形状,呈长方形、圆形或椭圆形。熔池底部有液体金属的排出口。炉墙上有炉门、窥视孔、出渣口等。炉顶结构有拱顶和吊顶两种;前者用于宽度较小的炉子,后者用于较宽的炉子。

在高温火焰炉上,火焰直接进入炉膛。如以块煤为燃料,则需单独设置固体燃料的燃烧室,火焰翻过火口进入炉膛。如以粉煤、煤气或燃料油为燃料,则需用燃烧器(见冶金炉燃烧装置)。当煤气和(或)空气预热温度很高时,如平炉,则用耐火砖砌成炉头,与炉膛连成一体。火焰炉的炉膛废气温度较高,常用换热器或蓄热室回收废气热量。预热空气和煤气是为了提高燃烧温度和降低能耗。空气不预热时,重油炉的温度可略高于1500℃,粉煤炉的温度可略高于1450℃。如空气预热到1000℃,则炉内温度可达1700℃以上。

蓄热室是周期性的交替轮换进行工作,所以蓄热式炉必须进行换向操作,即每隔一定时间(例如半小时)必须变更一次炉内火焰的流动方向。每次换向都会使炉子温度发生波动。由于要换向,所以炉膛的火焰入口和废气出口,在结构上必须相同;换向前的火焰入口,就是换向后的废气出口。

在中温火焰炉上,进入炉内的不是正在燃烧的火焰,而是具有一定温度的燃烧产物。燃料的燃烧过程,不在炉膛中进行,而是在与炉膛隔开的燃烧室中进行。这种燃烧室,通常布置在炉底以下,有时布置在炉膛的侧面或顶部(见图)。这种结构与炉气循环结合,既可使燃料完全燃烧,又可使炉温保持均匀。在炉墙上均匀地设置若干小型无焰燃烧器,采用高速烧嘴以及用耐热风机使炉气循环,也是使炉温均匀的有效方法。低温火焰炉,燃烧过程必须在炉膛外(燃烧室内)完成,炉气循环也十分重要。

图

火焰炉热工操作方面的主要参数有:热负荷、空气消耗系数、预热温度、炉膛压力等。对于蓄热式炉子,还有换向时间间隔;对于使用混合燃料的炉子,还应考虑燃料发热值的调节(即两种或两种以上燃料的流量配比)。这些参数对于炉子的生产率、热效率以及炉子寿命都有直接影响。制订火焰炉的热工制度,就是要正确地掌握这些参数的数值。在间歇式炉上,要掌握这些参数随时间的变化;在连续式炉上,要掌握它们沿炉子长度的变化。

回转炉

或称回转窑,在冶金工业中用于铁矿石的直接还原、氧化铝矿物的焙烧、粘土矿物的焙烧,以及各种散状原料的焙烧挥发、离析和干燥作业。

回转炉的炉体呈圆筒形,用厚钢板制成,筒内衬以耐火材料。炉体横架在支座的滚轮上,稍倾斜(4~6%)。炉体长度与直径之比在12:1到30:1之间。操作时炉体匀速转动。由于炉体的倾斜和转动,炉料由高处逐渐移向低处。炉料在运动过程中逐渐升温,并依次发生物理、化学变化。回转炉的温度一般控制在炉料熔点以下。

炉气的运动方向通常与炉料相反。燃烧器(使用粉煤、重油或煤气)位于出料端,安装在固定的“炉头”端墙上。废气从装料端排出,经垂直的烟道进入收尘系统和排烟系统。回转炉炉体的两端分别伸到垂直烟道和固定“炉头”之中。

为了冷却出炉散料,并利用其余热,可采用冷却筒。它的结构与回转炉相仿,但不供给燃料。为了强化冷却过程,可向冷却筒中鼓入冷空气,并在预热后用作回转炉的助燃空气。(见彩图)

均热炉步进式加热炉大型锻件车底式加热炉