概述
對(duì)一單熔爐的基本要求是：產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量首先要滿(mǎn)足要求；燃料或其他能耗要低；建爐投資和運(yùn)行費(fèi)用要低；使用壽命長(zhǎng)；操作人員的生產(chǎn)條件要好；污染物的排放要符合環(huán)保要求。一個(gè)設(shè)計(jì)者在熔爐的設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能同時(shí)滿(mǎn)足上述要求。
1， 組成：爐體（鋼結(jié)構(gòu)及內(nèi)襯耐火材料），排煙系統(tǒng)，加料系統(tǒng)，取鋁液池或放鋁液口，燃燒系統(tǒng)（火焰爐），測(cè)溫以及自動(dòng)控制系統(tǒng)；
2， 工藝流程：加料系統(tǒng)將鋁錠投入熔化室內(nèi)，經(jīng)過(guò)加熱熔化進(jìn)入保溫室，經(jīng)過(guò)加熱升溫靜置到使用終端；
3， 設(shè)備作用：快速集中熔解鋁錠。
熱工熱能設(shè)計(jì)（燃?xì)猓?/font>
熔解爐熱平衡是熱力學(xué)第一定律（能量守恒定律）在熔爐熱工上的具體應(yīng)用，即熔爐的熱量收入必然等于熱量支出，具體表述如下：
熱量收入：1，燃料燃燒的化學(xué)能轉(zhuǎn)變的熱量Q1（KJ／h）：
Q1 = BQd 式中：B為燃料消耗量（Kg／h或Nm3／h）;Qd為燃料低發(fā)熱量（KJ／Kg或KJ／Nm3）
2，鋁氧化反應(yīng)的化學(xué)熱量Q2
鋁在加熱時(shí)生成的成分為AL2O3,此反應(yīng)的化學(xué)熱量在設(shè)計(jì)時(shí)可忽略。
熱量支出：1，用于加熱爐料所需的熱量Q1”(KJ／h）
Q1” = G[( t2－t1)C1+qt+( t3－t2)C2]
式中：t1 t2 t3 分別為物料的入爐，熔化，以及過(guò)熱溫度（℃）; C1 C2分別為物料在t1至t2和t2至t3的平均比熱容（KJ／Kg℃）；qt為物料的熔化潛熱（KJ／Kg）。
2，出爐煙氣帶走的熱量Q2” (KJ／h）
Q2” ＝（1－Kj）BVnCyTy
式中：Kj為機(jī)械性不完全燃燒系數(shù)，Ty為出爐煙氣的溫度（℃）；Cy為出爐煙氣的比熱容（KJ／Nm℃），出爐煙氣Vn應(yīng)減去由爐門(mén)和爐墻孔洞溢出的爐氣量。
3，燃料的化學(xué)性不完全燃燒損失的熱量Q3” (KJ／h）
Q3”＝180（1－Kj）BVn＆CO
式中：180為系數(shù)，燃料不完全燃燒的結(jié)果，在煙氣中存在可燃?xì)怏w主要是CO和H2，一般煙氣中含1％CO時(shí)大約同時(shí)存在5％H2，這種混合氣體中1m3CO時(shí)折算發(fā)熱量為1800Kj。＆CO為煙氣中CO的百分含量（％）。
4，燃料的機(jī)械性不完全燃燒損失的熱量Q4” (KJ／h）
Q4”＝ KjBQd
式中：Kj為機(jī)械性不完全燃燒系數(shù)，對(duì)于氣體燃料，造成損失的原因是管道和燒嘴的泄漏，一般Kj＝0.02～0.03，Qd為燃料的低發(fā)熱值。
5，熔爐砌體散熱及蓄熱損失的熱量Q5” (KJ／h）
爐墻：Q5”＝[(tn－tk)／ni=1∑(si÷∮i)+(1／a)]×F
式中：tn為爐墻內(nèi)壁溫度（℃）；tk為爐外空氣溫度（℃）；ni=1∑(si÷∮i)為熔爐砌體各層熱阻的總和（m2·h·℃／Kj）;其中si為各層厚度（m）, ∮i為各層材料的導(dǎo)熱系數(shù)（Kj／m·h·℃）；a為爐墻外側(cè)空氣對(duì)流傳熱系數(shù)，一般取a＝67～71Kj／m2·h·℃）.
爐墻外表溫度：
TN＝Q5”／a +Tk
從外表算起：第一，二層的分界面溫度：T1= Q5”（1／a +s1／∮1）+tk;
第二，三層的分界面溫度：T2= Q5” （1／a +s1／∮1 +s2／∮3）+tk.
以此推算其余！
爐底：
Q5” = ＆∮Fd（tn－tk)／B
式中：＆為形狀系數(shù)，圓底爐＆=4，方底爐＆=4、4，矩形爐底＆=4、4～3、73，∮為材料的導(dǎo)熱系數(shù)（Kj／m·h·℃）；Fd為爐底面積（m2）；
B為爐底的直徑或最小寬度（m）.
上述形狀系數(shù)適用于側(cè)墻厚度為B／6的情況，如果側(cè)墻厚度增至B／4時(shí)，熱損失減少5%，墻厚減至B／8時(shí)，熱損失增加8%～10%;
當(dāng)墻厚為B／6時(shí)，通過(guò)實(shí)爐底的全部熱損失可采取同樣面積的側(cè)墻散熱的75%近似計(jì)算。
爐蓋的散熱可單獨(dú)計(jì)算之：
Q5”=【（tn－tk)／（s÷∮）+0.014）】×F×￠／60
式中：S為爐門(mén)蓋的厚度（m），∮為爐門(mén)蓋所用材料的導(dǎo)熱系數(shù)（Kj／m·h·℃）；￠為一小時(shí)爐門(mén)關(guān)閉的時(shí)間（Min）。
開(kāi)啟的爐門(mén)因輻射而損失的熱量Q6” (KJ／h）：
Q6”=20.42（T1／100）4Fm￠（1－￠“／60）
式中：T1為爐門(mén)處溫度（K），F(xiàn)m為爐門(mén)的面積，￠為角度修正系數(shù)，忽略不計(jì)，￠“為一小時(shí)內(nèi)爐門(mén)關(guān)閉的時(shí)間（Min）。
開(kāi)啟爐門(mén)因溢氣而帶出的熱量Q7” (KJ／h）：（此項(xiàng)包括在出爐煙氣帶走的熱量中，不需單獨(dú)計(jì)算）。
Q7”=V0 Ty Cy(1－￠“／60)
式中：V0為單位時(shí)間內(nèi)溢出的爐氣量（換算成標(biāo)況下流量：Nm3／h），Ty為溢出氣體的溫度（K），Cy溢出氣體的平均比熱容（KJ／Nm3℃）。
熔爐熱工制度
熔爐熱工制度包括以下內(nèi)容：
1， 加熱工藝制度；（即熔化和保溫）
2， 爐溫制度; （指爐內(nèi)溫度分布）
3， 爐壓制度； （指壓力根據(jù)爐型燃燒方式和操作制度不同而分布的規(guī)律）
4， 傳熱制度。（指熱負(fù)荷沿爐膛曲線(xiàn)的比例分配）
1，2肯定為已知條件，分析2，3如下：
熔爐較為理想的爐溫制度要求爐溫及料柸之間在要求爐溫條件下具有最大的傳熱，以提高加熱速度，在預(yù)熱段利用加熱段過(guò)來(lái)的高溫?zé)煔鈦?lái)預(yù)熱物料，降低煙氣出爐溫度，有利于降低燃料消耗。
爐壓制度：爐氣是帶熱介質(zhì)，它在爐內(nèi)的流動(dòng)情況直接影響著爐內(nèi)溫度分布，熔爐的爐門(mén)，加料口，煙囪是與外界相同的，爐壓的控制直接影響爐溫，當(dāng)煙囪抽力太大，造成爐內(nèi)負(fù)壓時(shí)，要引起冷空氣吸入而使?fàn)t氣外溢而增加熱損失，影響燃燒，爐溫下降，也使?fàn)t體結(jié)構(gòu)壽命降低，勞動(dòng)條件惡化。
對(duì)爐壓制度的基本要求是保持熔解爐出水口出表面壓力為零，同時(shí)爐內(nèi)氣流通暢，并力求爐尾加料口出不冒火（針對(duì)火焰爐）。
爐膛的大小和幾何形狀
計(jì)算爐膛高度的經(jīng)驗(yàn)公式：
1，H = （A+0．06b）T1×10-3
2, H = BVN(1+§)／BW1
3, H = BQd／qvbL
式中：H為受熱面上部爐高（m）,；T1為該段爐膛中的爐氣溫度（K）；b為爐寬（室狀最大尺寸計(jì)算）（m）；A為該爐膛內(nèi)與爐氣溫度有關(guān)的系數(shù)，T1≤900℃時(shí)，A=0.5～0.55，T1≥1500℃時(shí)，A=0.65；B為燃料消耗量（Kg／h或 Nm3／h）；§為膨脹系數(shù)，§=1／273；W1為爐氣在爐膛內(nèi)的實(shí)際流速（m／s）,W1=2.4～4.6; Qd為燃料的低發(fā)熱量（KJ／Kg或KJ／Nm3）；L為長(zhǎng)度（m）；qv為允許爐膛容積熱負(fù)荷（KJ／Nm3 ·h）。
燃燒設(shè)備 qv（×106 KJ／Nm3 ·h）
氣體燃料長(zhǎng)焰燒嘴 0.5～0.9
、、、、、、、、短焰燒嘴 41～167
重油燒嘴 0.42～0.84
煙煤層狀燃燒 1.25～2.1
爐體垂直方向的尺寸高度在應(yīng)用時(shí)應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況適當(dāng)修正。
爐膛容積
V = GQdwy／qv
式中：G為燃料消耗量（Kg／h或 Nm3／h）；
Qdwy為應(yīng)用基低位發(fā)熱量（KJ／Kg或KJ／Nm3）；
qv為爐膛容積熱負(fù)荷（KJ／Nm3 ·h）。
爐膛高度或深度，對(duì)于熔爐保溫或靜置室，在爐膛長(zhǎng)寬已定，即鋁液容量確定的情況下，它是決定爐膛空間大小，爐型曲線(xiàn)是否合適的關(guān)鍵尺寸。
決定爐膛高度時(shí)主要考慮下列因素：
1， 爐型曲線(xiàn)應(yīng)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的爐溫制度要求和供熱制度；
2， 在燃燒方面，要保證有足夠的燃燒空間。
首先，爐膛容積應(yīng)保證燃料的充分燃燒和被爐氣所充滿(mǎn)，有利于向料柸和鋁液傳熱。它隨燃料種類(lèi)，燃燒方式，燃燒器的布置及熱符合的不同而有所差異，不同燃料產(chǎn)生的單位熱量所具有的廢氣體積是不同的，因而所需燃燒空間大小是不一樣的。一般發(fā)熱值越高，廢氣體積相應(yīng)越小。
當(dāng)火焰不充滿(mǎn)爐膛時(shí)，抬高加熱爐頂，不僅不會(huì)增加傳熱，反而會(huì)減少金屬所獲得的有效熱。爐膛越高，這種情況越易于發(fā)展；一般有焰燃燒時(shí)，火焰黑度較大，火焰向料柸給熱比無(wú)焰燃燒時(shí)要高，爐壁輻射的熱量比例有降低。因此，爐膛高度不宜過(guò)分增大，以保證火焰盡量接近料柸表面為原則。
以上各種因素相互間存在著對(duì)立統(tǒng)一的關(guān)系，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)具體問(wèn)題具體分析。
熔爐煙道設(shè)計(jì)計(jì)算
當(dāng)排煙阻力小于500～600Pa時(shí)，一般采用自然排煙方式，當(dāng)排煙阻力較大，采用自然排煙有困難時(shí)，采用機(jī)械排煙。
煙道斷面積F（m2）：
F = V0／W0
式中：V0為煙氣流量（Nm3 ／S）；W0為煙氣流速（m／s）；
煙囪設(shè)計(jì)計(jì)算的目的主要是決定其高度H（m）
H =( hy+ ht1+ ht2)／[(hj·B／101325)－∮h／d]
式中：hy為煙囪的有效抽力（Pa）；hy=K∑h，K為抽力系數(shù)，一般取1.1～1.25；∑h為煙道計(jì)算中所得的總阻力損失；ht1，ht2分別為煙囪頂部及底部的速度頭（Pa）；按相應(yīng)溫度及流速W0計(jì)算；出口速度一般不低于2～3m／s，負(fù)責(zé)容易倒灌，所以一般取2.5～5 m／s；
hj= （W02／2）·e（1+t／273）
hj為每米幾何壓頭（Pa／m）；B為當(dāng)?shù)卮髿鈮海≒a）；∮為煙囪內(nèi)摩擦阻力系數(shù)，金屬煙囪取0.03，砌磚襯取0.05；d為煙囪的平均直徑，d=（d1+ d2）／2，金屬煙囪通常d1=d2；h為煙囪內(nèi)煙氣的平均速度頭（Pa）。
自然排煙時(shí)，煙囪高度計(jì)算：
H = (1.2h1+ h2)／¤a-¤f
參數(shù)說(shuō)明：H—煙囪高度（m）；
h1—熔爐煙道阻力；
h2—煙囪阻力，包括摩擦阻力和局部出口阻力（Pa）；
ef—煙囪內(nèi)煙氣平均溫度下的煙氣密度（Kg／Nm3）；
ea—室外空氣密度；
1.2——安全系數(shù)。
煙囪局部阻力損失：
h = ∫ev2/2=∫(e0v02273+t)/2×273
參數(shù)說(shuō)明：∫——局部阻力系數(shù)；
v,v0---氣體在表況下平均流速（m／s）；
e, e0-----氣體標(biāo)況下密度（Kg／Nm3）；
t-----氣體平均溫度（℃）。
沿程摩擦阻力計(jì)算：
Hf = (∮L/de)·e0v02/2=(∮L/de)·(e0v02/2) ·(273+ t)/273
參數(shù)說(shuō)明： Hf ---摩擦阻力（Pa）；
∮-----摩擦阻力系數(shù)（0.03）；
de-----管道截面當(dāng)量直徑（ m ）；
L-----管道長(zhǎng)度（ m ）；
v0，v---氣體標(biāo)況及流動(dòng)溫度下的平均速度（m／s）；
e0，e----氣體標(biāo)況及流動(dòng)溫度下密度（Kg／Nm3）；
t------氣體平均溫度（ ℃ ）。
選擇風(fēng)機(jī)所須的計(jì)算
1， 風(fēng)量確定（Nm3/h ）：
Q = (1.2～1.3)BLn
式中：考慮漏損量，修正系數(shù)為1.2～1.3；
B為當(dāng)?shù)卮髿鈮海?/div>
Ln為根據(jù)燃燒計(jì)算所得實(shí)際空氣需要量( Nm3/ Nm3 ).
2,實(shí)際風(fēng)壓( Pa）：
H = (1.2～1.3)(Pk+∑h)
式中：Pk為燒嘴前所要求的空氣壓力（Pa）；
∑h為風(fēng)機(jī)出口到燒嘴前的總壓力損失（Pa）。
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