炉膛热交换计算的主要目的是确定炉气经炉壁（炉顶、炉墙）到炉料的总导来辐射系数C值，为金属加热计算提供必要的数据。 火焰炉炉膛热交换是一个相当复杂的过程，不仅辐射、对流和传导三种热交换方式可能同时存在，而且由于加热工艺、炉型结构及热工操作等原因，炉内各处的实际温度、炉气流速和炉压等都是不均匀的。目前还不能对火焰炉炉膛热交换进行全面的定量分析和精确计算。工程上应用的计算式都是根据火焰炉实际工况进行假设简化后的理想情况下得出的公式。这些假设条件是：① 炉气充满炉膛，且在整个炉膛内的温度是均匀的。炉气对于炉壁和炉料的辐射线和反射线在任何方向上的吸收率相等；② 炉壁和炉料表面温度都是均匀的；③ 炉气以对流传热方式传给炉壁的热流在数值上等于炉壁向外的散热。在炉膛辐射热交换中炉壁只是辐射传热的中间体，既不获得热量也不失去热量，即炉壁的辐射差额热流等于零。炉壁有效辐射等于炉气、炉料辐射给它的热量；④ 炉膛看作是一个封闭体系。
炉膛内炉料的加热是以辐射传热为主，还是以对流传热为主，主要取决于炉气温度和流动速度（炉料表面黑度也有相当影响）。一般炉温在800℃以上，炉气呈自然流动，其传热方式
是以辐射传热为主，对流传热所占比例不大；若炉气呈强制流动（如分室式快速加热炉），那么对流传热量就不能忽视（一般大于10％）。对于炉温在700℃以下，且炉气为强制流动（如有风机搅拌），那么传热方式则以对流传热为主，辐射传热为辅。
火焰炉用于加热炉料的炉温一般高于800℃，且炉气通常为自然流动，所以炉膛热交换以辐射传热为主。
本章以辐射传热方式进行炉膛热交换计算。
2.1 炉膛对炉料辐射传热量的计算
2.1.1 按炉气温度Tg计算传给炉料的热量
炉膛内辐射热交换计算可按下式进行：
kJ/h （2-1a）
或 kJ/(m2·h) （2-1b）
式中：CgkM—按炉气温度计算的导来辐射系数，kJ/(m2·h·K4)；
Tg—炉气温度，K；
TM—炉料表面温度，K；
FM—炉料受热面积，m2。
2.1.2 按炉壁内表温度TK计算传给炉料的热量
kJ/h （2-2a）
或 kJ/(m2·h) （2-2b）
式中：CkM—按炉壁内表温度计算的导来辐射系数，kJ/(m2·h·K4)；
TK—炉壁内表温度，K。
2.1.3 按炉温TL计算传给炉料的热量
火焰炉实际生产中，一般是用安装在炉内某一位置的热电偶测量温度，热电偶所反映的温度既不是炉气温度，也不是炉壁内表温度，而是介于炉气、炉壁和炉料之间的综合温度，通常把这种测量温度称之“炉温”。但是在同一炉况中，热电偶的安装位置、插入深度不同，所测出的温度有一定的差值。所以按炉温TL计算传给炉料的热量是近似值。
kJ/h （2-3a）
或 kJ/(m2·h) （2-3b）
式中：CLM—按炉温计算的导来辐射系数，kJ/(m2·h·K4)；
TL—炉温，K。
说明：上述三种计算方法，按炉气温度Tg计算传给炉料热量的计算是火焰炉炉膛热交换计算中常用的计算方法。
2.2 导来辐射系数C的计算
（1）炉料在炉底上无间隙摆放情况下导来辐射系数C的计算式
炉料在炉底上无间隙摆放见图2-1（a），推钢式连续加热炉炉料在炉底上的摆放是这种情况的典型例子。
1）按炉气温度Tg计算导来辐射系数C的计算式：
kJ/(m2·h·K4) （2-4）
式中：εg—炉气的黑度；
εM—炉料的黑度；
—炉壁对炉料的辐射角度系数。
2）按炉壁内表温度Tk计算导来辐射系数C的计算式
kJ/(m2·h·K4) （2-5）
3）按炉温TL计算导来辐射系数C的计算式
，kJ/(m2·h·K4) （2-6）（2）炉料在炉底上有间隙摆放情况下导来辐射系数C的计算式：
炉料在炉底上有间隙摆放见图2-1（b）。步进式连续加热炉炉料在炉底上的摆放是这种情况的典型例子。
1）按炉气温度Tg计算的导来辐射系数CgKM的计算式：
kJ/(m2·h·K4) （2-7）
2）按炉壁内表温度Tk计算的导来辐射系数CKM的计算式：
kJ/(m2·h·K4) （2-8）
3）按“炉温”计算的导来辐射系数CL计算式：
kJ/(m2·h·K4) （2-9）
式中：－炉料“自见”辐射角度系数。
其它符号同式（2-4）。
由式（2-4）～式（2-9）可见，不管物料在炉底上何种摆放方式，还是以何种温度计算的导来辐射系数C，影响其数值大小的主要因素是。其中代表炉料的辐射能力和吸收能力，其值大小决定于炉料的性质和表面状况等。对于一定性质的炉料而言，可近似地认为是常数。如钢铁可取=0.75~0.8。不同性质和表面状况的材料的，可查表2-1。
表2-1 常用材料的黑度
材料名称 | 温度，℃ | εM |
表面磨光的铝 | 225～575 | 0.039～0.057 |
表面磨光的铁 | 425～1020步进式加热炉 | 0.144～0.377 |
氧化后的铁 | 100 | 0.736 |
经过研磨后的钢板 | 940～1100 | 0.55～0.61 |
在600℃时氧化后的钢 | 200～600 | 0.8 |
无光泽的黄铜板 | 50～350 | 0.22 |
在600℃时氧化后的黄铜 | 200～600 | 0.61～0.5 |
精密磨光的电解铜 | 80～115 | 0.018～0.023 |
石棉纸板 | 24 | 0.96 |
耐火砖 | — | 0.8～0.9 |
| | |
当一定时，则。故导来辐射系数C值的计算，主要是计算确定。
火焰炉炉型结构和尺寸、燃料种类和燃烧方法、热工操作等各不相同。所以必须针对某一特定炉子进行计算。
下面以常用几种炉型，叙述的计算方法和步骤。
2.2.1炉壁对炉料辐射角度系数的计算
图2-1（a）情况，炉壁是自见面，；而炉料自身是非自见面，，则：
（2-10）
式中：FM—炉料受热面积，m2；
FK—炉壁内表对物料辐射面积，m2。
图2-1（b）情况，炉壁和炉料都是自见面，，，则：
（2-11）
由式（2-10）、（2-11）可见，计算，主要是计算确定FM和FK。
（1）推钢式连续加热炉炉壁对炉料辐射角度系数的计算
推钢式连续加热炉炉底物料摆放方式属于图2-1（a）情况，所以辐射角度系数可按式（2-10）计算。
说明：
① 推钢式连续加热炉预热段，加热段和均热段等各炉段的炉膛高度一般不等，故各炉段辐射角度系数应分别进行计算；
② 同一炉段，不管上、下炉膛（双面加热）高度是否相等（一般H下>H上），可以只计算上部炉膛的角度系数，而下部炉膛的角度系数可近似认为与上部炉膛角度系数相等，即：；
③ 上部炉膛高度，不管是平顶还是拱顶（一般为60°），工程上通常标注炉膛中心线处的高度，见图2-2中标注的H加上和H预上。计算炉壁内表面积FK时，均用该标注的尺寸计算，可以不考虑各炉段曲节高度变化；
④ 炉内摆放的炉料其端头受热面积远小于上表面积，那么炉料端头受热面积可不计，故只计算摆放炉料的上表面积作为炉料受热面积FM；
⑤ 炉膛端墙（进料端和出料端）内表面积远小于炉顶和两侧墙内表面积，炉膛端墙内表面积可不计算。另外炉底上炉料端头之间和炉料端头与侧墙之间的间隙（设计时的a值）处炉底面积也不计算。故只计算炉顶和两侧墙内表面积作为炉壁热辐射面积FK。
1） 各炉段炉料受热面积FM的计算
FM予=nLML予 m2 （2-12a）
FM加=nLML加 m2 （2-12b）
FM均=nLML均 m2 （2-12c）
式中：n－炉料摆放排数；
LM－炉料平均长度，m；
L予、L加、L均－分别为予热段、加热段、均热段长度，m。
2） 各炉段炉壁（炉顶和两侧墙）内表辐射面积FK的计算
平顶： FK予=（2H予上+B）L予 m2 （2-13a）
FK加=（2H加上+B）L加 m2 （2-13b）
FK均=（2H均上+B）L均 m2 （2-13c）
60°拱顶：FK予=（2H予上+0.78B）L予 m2 （2-14a）
FK加=（2H加上+0.78B）L加 m2 （2-14b）
FK均=（2H均上+0.78B）L均 m2 （2-14c）
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