摘 要

鋼鐵為工業之母，且為一能源消耗密集的工業。尤其對軋鋼廠而言，加熱爐的能源消耗約佔一半以上，因此加強對加熱爐之能源節約與減少爐內的能源消耗已成為各鋼廠日後重要的課題。

一般鋼鐵製程所使用之加熱爐，依其軋製能力、方式及需求等的不同可分為連續式與批次式(Batch Type)加熱爐兩種，本研究將以批次式加熱爐為對象，再以爐內之熱傳理論為基礎，建立一套加熱爐模擬系統，以利計算鋼胚昇溫曲線及其受熱量。接著利用熱平衡模式來分析燃料消耗的情形，再依據不同的操作條件，來探討爐內鋼胚的昇溫情形、均熱程度以及能源消耗之關係。

由分析可以發現，在總在爐時間固定下，加熱時間愈長，鋼胚的平均溫度則是愈低，且其出爐的溫差愈高，不過在昇溫過程中，鋼胚所產生之最大溫差則是較低。利用廢氣經由熱交換器來預熱空氣時，隨著預熱空氣溫度的提高，所造成的排氣熱損失、燃料消耗量則是會降低。當空燃比愈高時，昇溫時溫差愈小，均熱時則是愈大，而燃料消耗量亦會隨著空燃比的增加而逐漸上升。在耐火材方面，使用耐火棉所造成的爐體熱散失與耐火材蓄熱量要相較於使用耐火磚時來的降低很多；另外，燃料的不同，只會影響到單位鋼品所需之燃料消耗量，並不會對鋼胚的昇溫及均熱程度造成明顯的改變。

Abstract

Steel is the mother of industry, and is also an energy consumption intensive industry. Especially for the rolling mill, the energy consumption in a reheating furnace take a half, so to save energy in a reheating furnace and reduce the energy consumption become the major issue in the future.

The reheating furnace used in general process of steel producing can divided into two types-Continuous type and Batch type- through its ability of steel rolling､approach and its demand. In this thesis, our research target is the batch type reheating furnace, we based on theory of heat transfer in a reheating furnace to build a simulation system of reheating furnace and calculate the temperature-time curve of slab and its heat flux. And then we use the thermal balance model to analysis the situation of fuel consumption. According to different operated conditions, we want to discuss the relationships between energy consumption and increasing temperature of slab inside furnace､soaking degree。

From analysis result, we can find that fixed the total time in furnace, the longer of heating time is, the lower of average temperature of slab and the higher of temperature difference of discharge slab are. But in the process of increasing temperature, the max temperature difference of slab is lower. Using the exhaust gas to preheat air through the heat exchanger, we can find that when the temperature of preheated air is increasing, the heat loss of exhaust gas and fuel consumption will be lower. When air-fuel ratio is getting higher, the temperature difference in the process of increasing temperature will be getting lower, and it will be higher as the slab soaks. When air-fuel ratio is increasing, the quantity of fuel consumption will increase too. In respect of refractory material, heat loss of furnace and accumulation of heat in refractory material caused by using the refractory cottons is less than using the refractory bricks. Besides that, the different fuel will only affect the quantity of fuel consumption, not increasing temperature of slab and soaking degree.

目 錄

中文摘要 I
英文摘要 II
目錄 III
圖目錄 V
表目錄 VII
符號說明 VIII

第一章 序論 1
1-1前言 1
1-2研究背景 1
1-3文獻回顧 2
1-4研究重點 5

第二章 鋼鐵製程與加熱爐模擬系統 7
2-1鋼鐵製程 7
2-2加熱爐簡介 9
2-2-1加熱爐之功能 9
2-2-2加熱爐之分類 10
2-3加熱爐模擬系統 12

第三章 理論模式 20
3-1熱輻射 20
3-2熱對流 25
3-3熱傳導 26
3-4爐體與耐火材 30
3-4-1爐體蓄熱 30
3-4-2爐體熱散失 30
3-5燃料熱值計算 32
3-6數值方法 34

第四章 系統模擬分析 42
4-1加熱與均熱時間之影響 42
4-2預熱空氣溫度之影響 43
4-3空燃比之影響 44
4-4耐火材料之影響 45
4-5燃料之影響 46

第五章 結論與建議 80
5-1結論 80
5-2建議 81

參考文獻 83

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