第二章爐膛熱交換計算
爐膛熱交換計算的主要目的是確定爐氣經爐壁（爐頂、爐牆）到爐料的總導來輻射係數c值，為金屬加熱計算提供必要的資料。
火焰爐爐膛熱交換是乙個相當複雜的過程，不僅輻射、對流和傳導三種熱交換方式可能同時存在，而且由於加熱工藝、爐型結構及熱工操作等原因，爐內各處的實際溫度、爐氣流速和爐壓等都是不均勻的。目前還不能對火焰爐爐膛熱交換進行全面的定量分析和精確計算。工程上應用的計算式都是根據火焰爐實際工況進行假設簡化後的理想情況下得出的公式。
這些假設條件是：① 爐氣充滿爐膛，且在整個爐膛內的溫度是均勻的。爐氣對於爐壁和爐料的輻射線和反射線在任何方向上的吸收率相等；② 爐壁和爐料表面溫度都是均勻的；③ 爐氣以對流傳熱方式傳給爐壁的熱流在數值上等於爐壁向外的散熱。
在爐膛輻射熱交換中爐壁只是輻射傳熱的中間體，既不獲得熱量也不失去熱量，即爐壁的輻射差額熱流等於零。爐壁有效輻射等於爐氣、爐料輻射給它的熱量；④ 爐膛看作是乙個封閉體系。
爐膛內爐料的加熱是以輻射傳熱為主，還是以對流傳熱為主，主要取決於爐氣溫度和流動速度（爐料表面黑度也有相當影響）。一般爐溫在800℃以上，爐氣呈自然流動，其傳熱方式是以輻射傳熱為主，對流傳熱所佔比例不大；若爐氣呈強制流動（如分室式快速加熱爐），那麼對流傳熱量就不能忽視（一般大於10％）。對於爐溫在700℃以下，且爐氣為強制流動（如有風機攪拌），那麼傳熱方式則以對流傳熱為主，輻射傳熱為輔。
火焰爐用於加熱爐料的爐溫一般高於800℃，且爐氣通常為自然流動，所以爐膛熱交換以輻射傳熱為主。
本章以輻射傳熱方式進行爐膛熱交換計算。
2.1 爐膛對爐料輻射傳熱量的計算
2.1.1 按爐氣溫度tg計算傳給爐料的熱量
爐膛內輻射熱交換計算可按下式進行：
kj/h2-1a）
或 kj/(m2·h2-1b）
式中：cgkm—按爐氣溫度計算的導來輻射係數，kj/(m2·h·k4)；
tg—爐氣溫度，k；
tm—爐料表面溫度，k；
fm—爐料受熱面積，m2。
2.1.2 按爐壁內錶溫度tk計算傳給爐料的熱量
kj/h2-2a）
或 kj/(m2·h2-2b）
式中：ckm—按爐壁內錶溫度計算的導來輻射係數，kj/(m2·h·k4)；
tk—爐壁內錶溫度，k。
2.1.3 按爐溫tl計算傳給爐料的熱量
火焰爐實際生產中，一般是用安裝在爐內某一位置的熱電偶測量溫度，熱電偶所反映的溫度既不是爐氣溫度，也不是爐壁內錶溫度，而是介於爐氣、爐壁和爐料之間的綜合溫度，通常把這種測量溫度稱之「爐溫」。但是在同一爐況中，熱電偶的安裝位置、插入深度不同，所測出的溫度有一定的差值。所以按爐溫tl計算傳給爐料的熱量是近似值。
kj/h2-3a）
或 kj/(m2·h2-3b）
式中：clm—按爐溫計算的導來輻射係數，kj/(m2·h·k4)；
tl—爐溫，k。
說明：上述三種計算方法，按爐氣溫度tg計算傳給爐料熱量的計算是火焰爐爐膛熱交換計算中常用的計算方法。
2.2 導來輻射係數c的計算
（1）爐料在爐底上無間隙擺放情況下導來輻射係數c的計算式
爐料在爐底上無間隙擺放見圖2-1（a），推鋼式連續加熱爐爐料在爐底上的擺放是這種情況的典型例子。
1）按爐氣溫度tg計算導來輻射係數c的計算式：
kj/(m2·h·k42-4）
式中：εg—爐氣的黑度；
εm—爐料的黑度；
—爐壁對爐料的輻射角度係數。
2）按爐壁內錶溫度tk計算導來輻射係數c的計算式
kj/(m2·h·k42-5）
3）按爐溫tl計算導來輻射係數c的計算式
，kj/(m2·h·k42-6）（2）爐料在爐底上有間隙擺放情況下導來輻射係數c的計算式：
爐料在爐底上有間隙擺放見圖2-1（b）。步進式連續加熱爐爐料在爐底上的擺放是這種情況的典型例子。
1）按爐氣溫度tg計算的導來輻射係數cgkm的計算式：
kj/(m2·h·k42-7）
2）按爐壁內錶溫度tk計算的導來輻射係數ckm的計算式：
kj/(m2·h·k42-8）
3）按「爐溫」計算的導來輻射係數cl計算式：
kj/(m2·h·k42-9）
式中：－爐料「自見」輻射角度係數。
其它符號同式（2-4）。
由式（2-4）～式（2-9）可見，不管物料在爐底上何種擺放方式，還是以何種溫度計算的導來輻射係數c，影響其數值大小的主要因素是。其中代表爐料的輻射能力和吸收能力，其值大小決定於爐料的性質和表面狀況等。對於一定性質的爐料而言，可近似地認為是常數。
如鋼鐵可取=0.75~0.8。
不同性質和表面狀況的材料的，可查表2-1。
表2-1 常用材料的黑度
當一定時，則。故導來輻射係數c值的計算，主要是計算確定。
火焰爐爐型結構和尺寸、燃料種類和燃燒方法、熱工操作等各不相同。所以必須針對某一特定爐子進行計算。
下面以常用幾種爐型，敘述的計算方法和步驟。
2.2.1爐壁對爐料輻射角度係數的計算
圖2-1（a）情況，爐壁是自見面，；而爐料自身是非自見面，，則：
2-10）
式中：fm—爐料受熱面積，m2；
fk—爐壁內錶對物料輻射面積，m2。
圖2-1（b）情況，爐壁和爐料都是自見面，，，則：
2-11）
由式（2-10）、（2-11）可見，計算，主要是計算確定fm和fk。
（1）推鋼式連續加熱爐爐壁對爐料輻射角度係數的計算
推鋼式連續加熱爐爐底物料擺放方式屬於圖2-1（a）情況，所以輻射角度係數可按式（2-10）計算。
說明：① 推鋼式連續加熱爐預熱段，加熱段和均熱段等各爐段的爐膛高度一般不等，故各爐段輻射角度係數應分別進行計算；
② 同一爐段，不管上、下爐膛（雙面加熱）高度是否相等（一般h下》h上），可以只計算上部爐膛的角度係數，而下部爐膛的角度係數可近似認為與上部爐膛角度係數相等，即：；
③ 上部爐膛高度，不管是平頂還是拱頂（一般為60°），工程上通常標註爐膛中心線處的高度，見圖2-2中標註的h加上和h預上。計算爐壁內表面積fk時，均用該標註的尺寸計算，可以不考慮各爐段曲節高度變化；
④ 爐內擺放的爐料其端頭受熱面積遠小於上表面積，那麼爐料端頭受熱面積可不計，故只計算擺放爐料的上表面積作為爐料受熱面積fm；
⑤ 爐膛端牆（進料端和出料端）內表面積遠小於爐頂和兩側牆內表面積，爐膛端牆內表面積可不計算。另外爐底上爐料端頭之間和爐料端頭與側牆之間的間隙（設計時的a值）處爐底面積也不計算。故只計算爐頂和兩側牆內表面積作為爐壁熱輻射面積fk。
1） 各爐段爐料受熱面積fm的計算
fm予=nlml予 m22-12a）
fm加=nlml加 m22-12b）
fm均=nlml均 m22-12c）
式中：n－爐料擺放排數；
lm－爐料平均長度，m；
l予、l加、l均－分別為予熱段、加熱段、均熱段長度，m。
2） 各爐段爐壁（爐頂和兩側牆）內錶輻射面積fk的計算
平頂： fk予=（2h予上+b）l予 m22-13a）
fk加=（2h加上+b）l加 m22-13b）
fk均=（2h均上+b）l均 m22-13c）
60°拱頂：fk予=（2h予上+0.78b）l予 m22-14a）
fk加=（2h加上+0.78b）l加 m22-14b）
fk均=（2h均上+0.78b）l均 m22-14c）
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