作者	主编：陈鸿复
出版社
出版时间	1999-11-01

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片断：;1.1热的产生与热交换规模庞大的冶金工业，尤其是钢铁工业的主要生产过程大部分是在高温下进行的，需要消耗大量的燃料和电力来产生热以获得所需要的高温。这里包括两个基本问题，即热的产生和传递或热交换。不同形式的能，如机械能、电能、化学能和原子能等只有转变成热以后造成一定的温度差，才能通过热交换的方式使待处理物料获得热量达到一定的温度以保证工艺过程的顺利进行，而各种形式的热装置则是保证上述过程得以完成的场所。它们与热的发生和热交换之间的联系以及各种能和热之间的转换关系如图1－1所示。热的产生可以有各种途径（如图1－1所示），但在目前情况下，一般工业生产中还是以燃料燃烧的形式作为获得热的主要方法，这种完成热发生的装置称为燃烧器（或燃烧室）。热由一种物体通过辐射、对流和传导传递给另一种物体，中间没有热的发生过程，例如在换热器和蓄热器（室）中的情况那样，这是一种纯粹的热交换装置。热发生装置和热交换装置按不同的形式结合起来就形成了不同的工业加热装置。在火焰炉炉膛内是燃料燃烧发热和向物料进行传热直接的结合，而在隔焰炉（如马弗炉或半马弗炉）内则属于间接或局部间接的结合。焦炉、煤气发生炉或锅炉属于另一种情况，在这类装置中通过热的发生和交换对煤或水进行加工得到另一种能的形式。前二者为具有一定发热量的煤气，而后者为具有一定压力和温度的蒸汽，它们都可以用来转换成其他形式的能量。高炉和转炉除了完成主要冶炼工艺过程外，它们产生的高炉煤气和转炉煤气的化学能可以作为二次能源来利用，而高炉高压操作时炉顶煤气剩余压力所携带的机械能可以通过透平发电机组产生电能输出。1.2炉子与炉子热工的重要性及其含义从历史上看冶金工业特别是钢铁工业的发展与炉子及炉子热工的发展是密切相关的，例如在我国汉代由于采用了较大的强制鼓风设备——畜力及水力排风就能兴建日产1t左右生铁的高炉，19世纪五六十年代由于采用了蓄热室预热空气在炉膛内获得了高温使得平炉炼钢成为可能，从而推动了钢铁工业的大发展。二次大战后氧气在炼铁特别在炼钢工业中的成功应用，其中以纯氧顶吹转炉为代表，由于加快了氧化放热反应，有效利用了冶炼过程中的热量使炉子生产技术经济指标有了很大的提高。当今对我国国民经济有重要战略意义的节能工作更是和炉子热工的好坏直接有关，这是因为各种工业炉窑所消耗的能源在全国总能源消耗中占有相当大的比重，如何有效且充分地利用这部分能源，减少对环境的污染，无疑有着巨大的经济效益和社会效益。在对炉子及炉子热工作进一步阐述以前有必要先了解一下冶金生产中的热过程，因为这是获得冶金产品所必须。矿石在高炉内被还原成生铁，钢锭（坯）经过加热和轧制变成钢材，某种显微结构和机械性能的钢经过热处理后变成另一种显微结构和性能的钢，在上述情况中从原料到产品中间经受着各种不同的处理方式，这些统称为“过程”。其中包括热物理过程，物理化学及化学反应过程和机械力学过程等。由于大部分冶金过程是在高温下进行的，因此热物理过程（亦称热过程）占据十分重要的地位。它包括流体力学、传热和传质过程以及燃料燃烧中的传输过程。对于整个燃烧过程来说，当然它不仅仅是物理过程，其中还包括化学反应动力学过程，但是前者往往起着决定性的作用。在工业生产中为了使上述热加工过程得以进行，特地建造了炉子。所谓炉子是一种保证热过程顺利进行的装置，它具有围壁与周围环境隔离开来，并从某种能源获得热量以保持一定的温度，以便按某种工艺要求将热量传递给在它中间进行加热处理的工件或物料。由于工艺过程是各种各样的，这就决定了炉子结构的多样性。但是它们之间也存在着一些共同的特征，这也是后面要讲的炉子分类的基础。这里主要研究的是工业生产中应用的炉子，我们称之为“工业炉”。按1990年统计，全国约有50万台这样的工业炉，主要分布在冶金、建材、机械和化工等四个部门，占炉子总数的80％以上。但是由于传统的工业组合和分工不同，在“工业炉”这个定义下所包括的范围并不是很严格的。例如在我国工业炉中并不包括高炉、平炉和转炉（属冶金炉）而仅指轧钢加热炉、锻造炉、热处理炉、窑炉和熔化炉等。焦炉和动力锅炉由于属于能量转换装置，结构复杂，投资大，属于专门部门的工作范围，煤气发生装置虽然属于化工用炉但也由于系统庞大归专门部门管理和设计研究。在炉内利用各种能量转换装置发生热量并将热量传递给被加热的工件，怎样在炉内有效而又经济地利用热以满足对物料进行热加工的需要，这属于炉子热工的范畴。从“热工”这个词的含义来说，它表明利用热的工程技术，当然其中应包括热能的发生在内。炉子热工研究的范畴仅限于炉子系统，特别是炉膛内的热工过程。而在更大范围内涉及到热的广泛利用则属于“能量转换和热利用”的范畴。