工业炉期中考试题

工业炉期中考试内容集锦

选择填空

（1）在等温条件下，流体因为受到压力不同，体积发生变化的特性，称为压缩性；在等压条件下，流体由于温度不同引起体积变化的特性，称为膨胀性。

（等压性，压缩性，体积比，膨胀性，压力比，过余温度比）

（2）一般情况下，液体随着温度升高，粘度降低。气体随温度升高，粘度升高。（不变，升高，降低，线性变化，非线性变化）

（3）在与黑体保持热平衡条件下，任何物体辐射能力与对黑体辐射吸收率的比值，等于同温度下黑体辐射能力。

（同温度下黑体辐射能力，对比温度下的辐射能力，同温度下灰体辐射能力，平衡条件下黑体辐射能力）

（4）诺模图是1947 年海斯勒提出的，为后人进行一维非稳态导热计算提供了非常宝贵而方便的图表。

（1897，1939，1942，1947，1951，海斯勒，霍尔曼，贝尔特，雷格斯）

（5）工业炉炉膛内压力的近似计算，炉气压力的测量等，都须运用流体静力学原理。（流体力学，流体静力学，流体动力学，湍动力学）

（6）流体的粘性是流体运动时内部产生摩擦力的特性表现。

（结合力，粘滞力，摩擦力，质量力）

（7）伯努利方程的应用条件之一有不可压缩流体。

（不可压缩流体，任何流体，可压缩流体，压缩性可忽略的气流，牛顿流体）

（8）伯努利方程的应用条件之一是对所取两过流截面之间，应满足无支流、无汇流、连续、稳定流动。

（有支流没有汇流的连续、稳定流动；无支流、无汇流、连续、稳定流动；有汇流没有支流的连续、稳定流动，任取截面的连续稳定流动）

（9）变截面多层圆筒壁稳态导热量的计算，在最外层与最内层表面积之比小于等于2

的条件下可以应用等截面多层平壁的稳态导热计算公式。

（最外层与最内层表面积之比小于等于2时；本层外表面积与内表面积之比小于等于2时）（10）有效辐射是指本身的辐射与反射投入辐射之和。（吸收投入辐射向外的辐射；本身的辐射与反射投入辐射之和；所有的反射能量之和；自身辐射减去反射的能量）

（11）在对流传热计算中，常用的准则数是Re，Gr，Pr，Nu 。（Eu；Re；Gr；Pr；Fo；Bi；Nu）

（12）物体黑度越大，辐射能力越大，吸收能力越大。

（越小；越大；不一定；随温度改变；随反射能力和透过能力改变）

（13）重力作用下的流体平衡方程的能量意义，可以通过kJ/N；kJ/kg 量纲来表达分析。

（kJ/N；kJ/m3；kg/kg；kJ/kg；kg/kmol；W）

(14) 不论外来辐射是否来自黑体，也不论与黑体是否处于热平衡状态，灰体吸收率始终等于同温度下的黑度。

(同温度下黑体的吸收率；同温度下的黑度；同温度下的透过率；同时刻的吸收率；同时刻的黑度)

（15）烟气的黑度主要取决于烟气的颜色。

（燃料的清洁度；CO2和H2O汽的组分；烟气的颜色；燃料的燃尽率）

（16）烟囱的高度主要取决于烟囱的抽力。

（烟囱出口与入口的动压差；烟囱本身的摩擦阻力；风机的能力；烟囱的抽力）

（17）烟囱的抽力是指 炉体系统的总阻力 。

（炉体系统到烟囱根部的总阻力；烟囱自身的阻力；烟囱的摩擦阻力；引风机的抽力）

（18）单值性条件包括 边界条件、几何条件、物理条件、初始条件。

（压力条件；几何条件；温度条件；速度条件；边界条件；物理条件；初始条件）

（19）耐火材料的物理性质包括 气孔率、吸水率、透气度、气孔孔径分布、体积密度、真

密度、常温耐压强度、热膨胀性、热物性、导电性 。

（耐火度；气孔率；吸水率；结构强度；透气度、气孔孔径分布、体积密度、真密度、常温

耐压强度、热膨胀性、热物性、导电性）

（20）耐火材料的使用性能包括 耐火度、高温结构强度、抗渣性、耐急冷急热性、高温

体积稳定性 。

（耐火度；气孔率；高温结构强度；气孔孔径分布；体积密度；常温耐压强度；抗渣性；耐

急冷急热性；热膨胀性；高温体积稳定性；热物性）

（3）可燃混合物的定压比热有几种求解方法和量纲表达方法

答：对于混合气体燃料的定压比热可根据以下加权公式来计算

∑∑=i i i pi

i mix ,p MW X MW

c X c （3-49a ）

或者pi i m ix ,p c X c ∑= （3-49b ）

暂时设以质量为基的定压比热用q ,p c 表示，量纲为kJ/(kg ·℃)或kJ/(kg ·K)，以摩尔为基

的定压比热用m ,p c 表示，量纲为kJ/(kmol ·℃)或kJ/(kmol ·K)，一体积为基的定压比热用

v ,p c 表示，量纲为kJ/(m 3·℃)或kJ/(m 3·K)，三者之间的关系是

MW c c m

,p q ,p = （3-50a ）

MW c c c m ,p q ,p v ,p ρ

=ρ= （3-50b ）

MW c c q .p m .p = （3-50c ）

（21）耐火材料种类有哪些？工业炉砌筑主要应用的是哪种？

粘土质、高铝质、硅质、镁质、碳质、耐火混凝土、耐火水泥、耐火纤维、耐火空心粒、

特种耐火材料共10种。在工业火焰炉窑上广泛应用的是粘土质耐火材料，约占耐火材料总

产量的60~70％。

（22）耐火材料的矿相组成指的是什么？它对耐火材料性能有什么影响？

耐火材料结晶和玻璃质组成，称为耐火材料的矿相组成。耐火材料性能不仅与化学组分

有关，也与矿相组成有关。矿相显微结构分为2种类型：a 种是由硅酸盐结合物胶结晶体颗

粒的结构类型，b 种是由晶体颗粒直接交错结合成结晶网。例如高纯镁砖。它属于直接结合

结构类型制品，高温性能十分优越。

矿相显微结构类型

（23）耐火材料的物理性质包括哪些？

耐火材料的物理性质，也有称结构性能，它包括气孔率、吸水率、透气度、气孔孔径分

布、体积密度、真密度等。是评价耐火材料质量的重要指标。耐火材料的结构性能与原料和

制造工艺，包括原料的种类、配比、粒度和混合、成型、干燥及烧成条件等密切相关。

2. 非稳态传热的三类边界条件

第一类：在导热过程中，物体表面温度保持常数，或随时间成直线变化；

第二类：在导热过程中，热流密度保持常数，或随时间按照一定规律变化；

第三类：与物体表面接触的介质温度及给热系数保持常数，或随时间按照一定规律变化。

a. d\一台热处理炉，炉气平均温度t hot =900℃，炉气在0℃时的密度ρhot0=1.3 kg/m3，外界

空气温度t air0=25℃, 空气在0℃时的密度为ρair0=1.293 kg/m3。炉气流速很小，可视为静止

状态。设炉中心水平面的表压力为0。炉顶部距离炉中心有0.4m ，炉底部距炉中心有0.5m ，

试求炉顶部以及炉底部的表压力。如果炉顶部以及炉底部分别开观察孔，打开时会出现什么

情况？

b. 有三台相同的加热炉共用一个烟囱，如图平面结构。在1-1处，3台炉的阻力均相同，试

根据烟囱抽力计算式，分析估计烟囱的抽力如何考虑，不用具体计算，出分析方案。

2221()()

2

np air hot hot f l u u p gH W ρρρ-=---

a. 有3台加热炉共用一个烟囱，如图平面结构。在1-1处，2#炉的阻力是1#和3#炉的2倍，

1#炉或3#炉1-1断面到2-2断面的阻力是2#炉本体的1/5。试根据烟囱抽力计算式，分析估

计烟囱的抽力如何考虑，不用具体计算，出分析方案。

2221()()2

np air hot hot f l u u p gH W ρρρ-=---

c. 有一块钢板厚度为15mm ，平面尺寸为550×1220mm,初始温度30℃，装入1250℃的炉内

加热。炉气对钢板表面综合传热系数为123W/(m 2C),钢材的热导率为30W/(m ℃），密度

7800kg/m 3，定压比热为482 J/(kg ℃)，试计算将圆钢加热到850℃所需要时间。

解：（1）先计算Bi 准数，判定是否为薄材。

1230.015==0.0640.129

h Bi δ

λ?=< （2）计算所需时间 0

ln 0.0150.55 1.227800482125030=ln 1230.55 1.221250850

=511s

p V c t t hA t t ρτ∞∞-=

-????-??- 7. 说明诺模图是如何得到的，谁的发明？

用分离变量法，结合单值性条件，求得一维非稳态导热微分方程的级数形式特解为

22

12sin ()()exp()(352)sin n n sta n n n n n x con a t t t t con ββτδββββδ∞

∞∞==----+∑

其中2()n a f Bi Fo τβδ==，

整理移项，得到对称一维加热，任意坐标处x 截面在任意时刻与初始时刻的过余温度比

20(,,)(353)t t a a x f t t τδδλδ∞∞-=--

对于两面加热的平板中心（centre ），则有0,

0x x δ==，于是又可得到中心与开始时刻的

过余温度比 2(,)(354)cen cen sta t t a a f t t τδδλ∞∞-=--

因为按照式（3-53）和（3-54）计算温度过繁，海斯勒Heisler 等人1947年绘制成以Fo

和1/Bi 为横坐标，以过余温度比为纵坐标的曲线图，供查找计算，称为诺模图。

d. 将一厚100宽1000mm 的扁钢坯平放于炉温为1200℃的炉内单面加热，假设非受热面为

绝热面。扁钢坯初始温度为t sta =38℃，热导率为λ=35.4 W/(m ?℃)，导温系数a=0.55×

10-5m 2/s ，炉内火焰对钢坯表面的平均综合给热系数h=178 W/(m 2?℃)，试求扁钢坯受热表

面达到641℃时所需要时间。

解：可以当做厚200mm 的扁钢坯进行双面对称一维加热处理，应用教科书图2-23、图2-24

图解计算。根据Bi=h δ/λ=(178×0.1)/35.4=0.5，无量纲坐标x/δ=0.1/0.1=1.0，查图B （书上图

2-24），得

图B （书上图2-24）平板一维加热或冷却时任意截面与中心的过余温度比

0.8cen

t t t t ∞∞-=- 上式中t 为受热表面温度，t cen 为非受热表面温度，若看成100mm 厚扁钢坯就是底部温

度。若看成厚200mm 的扁钢坯进行双面对称一维加热时就是中心温度。

而受热面过余温度与初始过余温度之比可计算出

12006410.481120038

sta t t t t ∞∞--==-- 由(355)cen sta sta cen t t t t t t t t t t t t ∞∞∞

∞∞∞---=?---- 得到0.481/0.6010.8

cen sta sta cen t t t t t t t t t t t t ∞∞∞∞∞∞---===--- 又由Bi=0.5，查图表A （书上图2-23），得Fo=1.6，

图A （教科书上图2-23）平板一维加热或冷却时中心与初始过余温度比 而02a F τ

δ=，于是

22

050.11.629090.8080.5510

F s h a δτ-==?==?

A 、c\E 用一个小型火焰炉烧嘴做燃烧特性试验，使用燃料为CH 4，当燃料流量为7 Nm 3

／h ，空气流量为50 Nm 3/h ，炉温恒定在1150 ℃，试计算该炉温下的化学当量比和空气过

剩系数。

解：空气的摩尔质量MW air =28.85，燃料C 3H 8的摩尔质量MW air =44.096 由222()42

x y y y C H x O xCO H O ++→+，可以写出 CH 4+2O 2→CO 2+2H 2O 求化学当量时的空燃比

3828.85(A /) 4.76(/4) 4.76(14/4)17.16/16

air stoic C H MW F x y kg kg MW =+=?+?= 2879.14

.2285.284.22=(273)air ==air MW ρ kg/m 3 CH4C3H816(273)=

0.714322.422.4

MW ρ== kg/m 3 实际的空燃比 1.287950(A /)12.880.71437F ?==? 化学当量比 (/)17.161.33(/)12.88

s t o i c A F A F ?=== 空气过剩系数110.7521.33α?

=

== b.某厂加热炉采用97%高炉煤气和3%焦炉煤气燃烧，两种煤气的湿组分见表。求混合煤

气的低热值并试算混合煤气的理论燃烧温度（可不考虑空气和混合煤气带入的物理热）。

高炉煤气参数

焦炉煤气参数

耐火材料主要是按照什么来分类的，共有哪些类别？

按照化学矿物组成分分类，主要有粘土质（主要组分为SiO2和Al2O3 ）、高铝质（主

要组分Al2O3）、硅质（主要组分为SiO2）、镁质（镁石质，主要是MgO ）及碳质（主要组

分碳、石墨或碳化物）等8类。

粘土质（主要组分为SiO2和Al2O3 ）、

耐火材料中的主要组分以结晶状态存在。如粘土质耐火材料主要是SiO2和Al2O3 以莫来石

（3Al2O3·2SiO2）的结晶状态存在。

说明耐火燃料的使用性能

（1）耐火度

耐火度是耐火材料抵抗高温不熔化的性能。耐火材料不是纯物质，不存在固定的熔点，在高温下是逐步熔化的。先是低熔点成分熔化，随着温度升高，熔化量不断增加；最后全部熔化。故耐火度是耐火材料熔融软化到一定程度时温度。

（2）高温结构强度

高温结构强度是指耐火制品在高温下承受压力抵抗变形的性能。耐火制品的常温耐压强度很高，但是在高温下由于耐火制品内部易熔杂志先熔化，导致耐火制品的高温结构强度显著下降。高温结构强度的主要问题是温度，因此，高温结构强度不是以高温下耐火制品所承受的压力大小来判断，而是以一定压力下耐火制品开始软化变形的温度作为高温结构强度的指标，该温度称为荷重软化开始点。

（3）高温化学稳定性

高温化学稳定性指耐火材料高温下抵抗熔融炉渣、熔融炉尘、熔剂、金属氧化物级炉内气氛灯化学侵蚀的能力。对耐火材料化学侵蚀的主要物质是熔融炉渣，故耐火材料高温化学稳定性又称为抗渣性。熔渣侵蚀耐火材料是由于高温下熔渣与耐火材料起化学反应，生成易熔化合物，从耐火材料表面熔融下来，不断暴露出新的侵蚀表面，使耐火材料有表面到内部一层层被侵蚀。

（4）耐急冷急热性

耐火制品抵抗温度急变而不被损的能力，称为耐急冷急热性或热稳定性。急冷急热使耐火制品破裂原因是由于耐火制品的导热性较差，内外温差大，因而内外膨胀或收缩不均匀，生成热应力，当超过制品极限强度时，导致破损。急冷时制品表层突然收缩而产生拉应力，急热时表层猛烈膨胀而产生压应力，都引起表层崩裂、脱落。

（5）高温体积稳定性

耐火制品在生产过程中，物理和化学变化往往没有进行完结，在高温使用过程中继续进行，导致耐火制品的体积发生收缩或膨胀，称为重烧收缩或膨胀。以其大小作为耐火制品高温体积稳定性的指标。注意重烧收缩或膨胀是不可逆的，不同于一般热胀冷缩。耐火砖的重烧收缩或膨胀若过大，将引起炉体变形，甚至破坏，对于拱顶的危害更大。

耐火材料种类有哪些？工业炉砌筑主要应用的是哪种？

粘土质、高铝质、硅质、镁质、碳质、耐火混凝土、耐火水泥、耐火纤维、耐火空心粒、特种耐火材料共10种。在工业火焰炉窑上广泛应用的是粘土质耐火材料，约占耐火材料总产量的60~70％。

粘土砖主要化学成分是什么？

粘土砖主要化学成分为：

SiO2：50~65％；Al2O3 ：30~48％，属于硅酸铝耐火材料，主要结晶组分为莫来石晶型（3Al2O3 ·2SiO2），其余为Fe2O3、CaO、MgO、K2O与Na 2O等氧化物杂质所组成的非结晶玻璃质。

一、填空（每题2分，共20分）

1、目前加热炉烟气余热利用有两个途径预热空、煤气、蒸汽分别采用换热器、蓄

热室和余热锅炉设备。

2、加热炉的冷却系统是由加热炉炉底的冷却水管和其他冷却构件组成。冷却方式

分为水冷却和汽化冷却

两种。

3、在现代加热炉设计中，力求加大水冷管间距，减少横水管的根数

4、工业炉用烟囱在投入使用之前一般要进行烘烤

只有当烟囱抽力不足时，才采用引风机和喷射管来帮助排烟。

5、炉衬通常由耐火层、保温层、防护层和钢结构

几部分组成。

6、火焰炉一般由炉子热工工艺系统、装出料系统、热工检测及自动控制系统等三部

分组成

7、在连续式加热炉上多采用吊顶（平顶）而不采用拱顶。加热炉的炉底结构型式基

本有两种：

（1）固定式炉底

（2）移动式炉底（机械化炉底）

8、设计烟道时，必须充分考虑其断面尺寸和密封绝热问题。

9、为了控制排烟量以调节炉膛压力，烟道上必须设置烟道闸板。

10、炉子钢结构一般是由钢柱、横梁、拉杆、拱角梁等组成的钢架。

二、概念（每题2分，共10分）

1、热量有效利用系数及热量利用系数：有效利用的热量（有效热）与供给的热量之比，叫做热量有效利用系数或称热效率。遗留在炉子内的热量（有效热和炉子内热损失之和）与供给的热量之比，叫做热量利用系数

2、换热器的热效率及温度效率

换热器的温度效率η温是指被预热气体的预热温度与换热器进口废气温度之比换热器的热效率η热又称换热器的热回收率，它是指在换热器中预热气体得到的热量与废气带入换热器的热量之比

3、金属加热工艺：在压力加工车间，金属加热的主要目的是提高金属的可塑性。为实现这一目的，金属在加热时采取的加热温度、加热速度和加热制度，就构成了金属加热工艺。

4、金属加热温度、加热速度和加热制度：金属加热温度是指加热终了时金属出炉前的表面温度。金属加热速度通常是指加热时表面温度升高的速度，单位℃／h（或㎝／min）加热制度通常用温度制度和供热制度两种形式表示

温度制度是指金属周围的温度（如炉气温度或炉温）随金属加热时间的变化；

供热制度是指为保证温度制度，所供给的热量随加热时间的变化；如果金属在炉膛内是移动的（如连续式加热炉），则供热制度也可以体现为炉子各段所供给的热量分配

三、回答下列问题(每题8分，共40分)

1、火焰炉的基本要求有哪些？火焰炉热工的研究对象是什么？具体解释。

火焰炉的基本要求：（1）产品质量和产品要满足要求；（2）燃料和其他能源的消耗要低；（3）建炉投资和运行费用要低；（4）要耐用；（5）操作人员要少；（6）劳动条件要好；（7）污染物的排放量要符合环境保护的要求。

火焰炉热工的研究对象是：在考虑生产要求的前提下，研究下列（1）（2）（3）三类变量以及它们之间的相互关系：

炉子结构参数

}→热工过程参数→炉子的生产指标

热工操作参数

（1）（2）（3）

（1）炉子结构（几何形状、尺寸、筑炉材料的种类等）和热工操作（燃料量及其分配、空气量及其分配、闸门开启度等）的变动，会影响炉内的热工过程（传热、燃烧、气体运动）。而热工过程的变动又会影响炉子的生产指标（产品质量、单位生产率、单位热耗、炉子使用寿命、污染物的排放量等）。

2、请谈谈影响炉子生产率的热工因素有哪些。

热工过程包括炉内燃烧、气体流动和传热三个过程。

在火焰炉炉膛中，单位时间传给炉料（金属）的热量Q为

Q=C﹝（T1/100）4－（T2/100）4﹞A2＋α(T1－T2) A2

式中C,σ=C×10-8—炉气、炉壁对炉料（金属）的导出辐射系数，kJ/（m2·K4）或Ｗ／（m2·K4）；

T1，T2—炉气和炉料（金属）受热表面的温度，K；

A2 —炉料（金属）受热面积，m2；

α—炉气对炉料（金属）的对流给热系数，kJ/（m2·h·℃）或（W/m2·℃）；

q＝α（T1－T2）—炉气对炉料（金属）的对流传热热流

由式（3-2）中可见，影响炉子生产率的热工因素主要有下列四点

（2）炉气和炉料间的辐射温压△Ｔ４＝（T４1－T４2）；

（3）炉气、炉壁对炉料的导来辐射系数σ；

炉料受热面积A2炉气对炉料的对流传热热流q。

3、简述防止钢过热与过烧的措施。

防止钢过热与过烧的措施有以下几种：

（1）根据钢的成分及零件的几何形状，制订正确的加热工艺制度并严格执行。

（2）根据钢的加热温度，为了防止过烧，最高加热温度应比钢的熔点至少低100~200℃。

（3）控制加热炉的气氛，使之不具有强烈的氧化性

（4）在火焰炉中，不得使火焰与加热件直接接触，以防止局部过烧。

过热的钢可以应热处理的方法进行挽救，而过烧是钢已失去了晶间的结合力，在任何情况下都无法补救的废品。

4、简述工业炉的分类。

燃料炉：1）火焰炉：火焰或燃料产物占据炉膛一部分空间，物料或工件占据另一部分空间。

2）竖炉—炉身直立，大部分空间堆满块状物料，炉气通过料

层的孔隙向上流动。3）流态化炉—炉内是细颗粒物料的流态

化床，气体由下部通入。4）浴炉—炉内盛液体介质（熔盐或

熔融金属），工件浸入此介质中进行加热。

电炉：以电为热源；按电热转换方式划分为电阻炉、感应炉、电弧炉三类

自热炉：炉料自身产生的热量维持炉子的正常工作，如氧化转炉等。

5、炉子热平衡的概念及编制炉子热平衡的意义是什么？

炉子的热平衡,是热力学第一定律(能量守恒定律)在炉子热工上的应用,即炉子(或者它的某一局部)的热量收入必定等于热量支出. 1）为分析研究和评价炉子热工作，了解热量利用和损失程度，为节能和改进热工指标；2）求出炉子燃料消耗量，为供热、排烟、余热回收系统提供设计依据；3）建立炉子或某个局部的热平衡方程式及二者间关系，从中找出各热工参数间的关系。

四、作图问答题：（共20分）

1、画简图说明加热炉的组成。 (10分)

火焰炉一般由炉子热工工艺系统、装出料系统、热工检测及自动控制系统等三部分组成

炉子的热工工艺系统是火焰炉最基本的组成部分。包括炉子的工作室（炉膛）、供热系统（风机、油泵、管道、燃烧装置等）、排烟系统（烟道、烟闸、换热器、余热锅炉、烟囱、排烟

机等）以及冷却系统等

2、画图简述步进式加热炉的步进原理。与推钢式加热炉相比，步进式加热炉有哪些优点。 (10分)。

1）运料灵活；2）加热时间短，可实现快速加热；3）可加热某些不便于推钢的坯料；4）完全消除了翻炉和粘钢现象5）可消除或在很大程度上减小黑印，料坯下表面也不会划伤；6）在无水冷的步进炉上，单位热耗可减小，热效率可提高。

五.电炉部分题：（12分）

１、电阻炉是直接与电源连接的导体内流动的电流，受导体的电阻作用而把电能转变成热能。按电流是否流过物料本身分直接作用电阻炉和间接作用电阻炉。感应炉是位于交变电磁场中的导体内，因电磁感应而产生感应电流，感应电流克服自身的电阻而产生热把导体加热。按是否采用铁芯分铁芯炉和无芯炉。电弧炉是利用电极间气体电离形成电弧而把电能转变为热能，分间接作用电弧炉、直接作用电弧炉和埋弧式电弧炉。（4分）

２、说明对电热体的一般要求.(4分).

1)具有较高的耐热性2）具有较高的比电阻3）电阻温度系数要小4）电热体在高温下必须

具有必要的化学稳定性和强度。

3、什么是直接作用电阻炉的集肤效应现象,解释穿透深度的概念及其含义.(4分)

导体通交流电时，电流沿导体截面分布是不均匀的，表面电流密度最大，中心电流密度最小，这种现象称为交流电的集肤效应。由于存在集肤效应，交流电在导体中流动时单位面积的有功功率也是表层大而中心小，若导体的厚度或直径很大时，有功功率的86.4℅集中在厚度为δ的表层内，这个表面层厚度称为穿透深度。

一、填空（每题2分，共20分）

1、火焰炉一般由炉子热工工艺系统、装出料系统、热工检测及自动控制系统等三部分

组成。

2、在连续式加热炉上多采用吊顶（平顶）而不采用拱顶。加热炉的炉底结构型式基本

有两种：

（1）固定式炉底

（2）移动式炉底（机械化炉底）

3、加热炉排烟方式分上排烟,下排烟 ;装出料方式分

端进端出,端进侧出,侧进侧出。

4、为了控制排烟量以调节炉膛压力，烟道上必须设置烟道闸板。

5、炉子钢结构一般是由钢柱、横梁、拉杆、拱角梁等组成的钢架。

6、炉衬通常由耐火层、保温层、防护层和钢结构

几部分组成。

7、加热炉的冷却系统是由加热炉炉底的冷却水管和其他冷却构件

组成。冷却方式分为水冷却和汽化冷却两种。

8、在现代加热炉设计中，力求加大水冷管间距，减少横水管的根数

9、工业炉用烟囱在投入使用之前一般要进行烘烤

只有当烟囱抽力不足时，才采用引风机和喷射管来帮助排烟。

10、目前加热炉烟气余热利用有两个途径预热空、煤气、蒸汽分别

采用换热器、蓄热室和余热锅炉设备。

二、概念（每题2分，共8分）

1、金属加热工艺：在压力加工车间，金属加热的主要目的是提高金属的可塑性。为实现这一目的，金属在加热时采取的加热温度、加热速度和加热制度，就构成了金属加热工艺。

2、换热器的热效率及温度效率：

换热器的温度效率η温是指被预热气体的预热温度与换热器进口废气温度之比；换热器的热效率η热又称换热器的热回收率，它是指在换热器中预热气体得到的热量与废气带入换热器的热量之比

3、热量有效利用系数及热量利用系数：有效利用的热量（有效热）与供给的热量之比，叫做热量有效利用系数或称热效率。遗留在炉子内的热量（有效热和炉子内热损失之和）与供给的热量之比，叫做热量利用系数

4、金属加热温度、加热速度和加热制度：金属加热温度是指加热终了时金属出炉前的表面温度。金属加热速度通常是指加热时表面温度升高的速度，单位℃／h（或㎝／min）；加热制度通常用温度制度和供热制度两种形式表示，

温度制度是指金属周围的温度（如炉气温度或炉温）随金属加热时间的变化；

供热制度是指为保证温度制度，所供给的热量随加热时间的变化；如果金属在炉膛内是移动的（如连续式加热炉），则供热制度也可以体现为炉子各段所供给的热量分配

三、回答下列问题(每题5分，共40分)

1、请谈谈影响炉子生产率的热工因素有哪些。

热工过程包括炉内燃烧、气体流动和传热三个过程。

在火焰炉炉膛中，单位时间传给炉料（金属）的热量Q为

Q=C﹝（T1/100）4－（T2/100）4﹞A2＋α(T1－T2) A2

式中C,σ=C×10-8—炉气、炉壁对炉料（金属）的导出辐射系数，kJ/（m2·K4）或Ｗ／（m2·K4）；

T1，T2—炉气和炉料（金属）受热表面的温度，K；

A2 —炉料（金属）受热面积，m2；

α—炉气对炉料（金属）的对流给热系数，kJ/（m2·h·℃）或（W/m2·℃）；

q＝α（T1－T2）—炉气对炉料（金属）的对流传热热流

由式（3-2）中可见，影响炉子生产率的热工因素主要有下列四点

（1）炉气和炉料间的辐射温压△Ｔ４＝（T４1－T４2）；

（2）炉气、炉壁对炉料的导来辐射系数σ；

（3）炉料受热面积A2炉气对炉料的对流传热热流q。

2、简述工业炉的分类。

燃料炉：1）火焰炉—火焰或燃料产物占据炉膛一部分空间，物料或工件占据另一部分空间。

2）竖炉—炉身直立，大部分空间堆满块状物料，炉气通过料层的

孔隙向上流动。

3）流态化炉—炉内是细颗粒物料的流态化床，气体由下部通入。

4）浴炉—炉内盛液体介质（熔盐或熔融金属），工件浸入此介质中

进行加热。

电炉：以电为热源；按电热转换方式划分为电阻炉、感应炉、电弧炉三类

自热炉：炉料自身产生的热量维持炉子的正常工作，如氧化转炉等。

3、影响炉膛高度的因素有哪些？炉膛过大或过小会有什么害处？

影响炉膛高度的因素:结构2.炉气流速3.炉压分布

炉膛大小对钢坯加热，燃料燃烧和炉膛本身寿命都有很大影响。从炉内气体流动来讲，火焰的高速喷出使得出口周围造成一个低压区。炉膛过大将使火焰末尾以后的低温气流返流到这个低压区，低温气流和火焰混合使火焰温度降低，不利于钢料加热。这样的回流为大回流，炉膛内如果产生这种大回流，我们就说炉气没有充满炉膛。炉膛过大还易使火焰偏向某一边，使火焰贴着炉顶或钢坯流动。

相反，炉膛过小会产生火焰冲刷炉衬和钢料表面，形成局部高温，于加热质量和炉衬寿命都不利

4、加热炉常用炉型有哪些？步进式炉有几种类型？

环形加热炉有哪些优缺点，什么情况下要用环形炉加热钢坯？

对钢的加热有哪些要求？

加热炉常用炉型:两段式和三段式加热炉；多段式加热炉；步进式加热炉；环形加热炉；实底加热炉

步进式炉类型:单面供热步进式炉，两面供热步进式炉，钢料可以翻转的步进式炉，交替步进式炉等等

环形加热炉优缺点--优点：1.可以加热推钢式加热炉和步进式加热炉所不能加热的异形坯，如：车轮，轮箍坯等等；2.可以根据需要改变钢坯在炉内的分布，从而适应需要的加热制度，因此在生产中有较大的灵活性。这种炉子适用于品种多，加热复杂的合金钢轧前加热；3.加热时间短，温度均匀，没有水冷黑印。此外，在整个加热过程中，氧化铁皮不易掉落，这些对于无缝钢管坯的加热都是适合的；4.环形路与推钢式炉比较，炉子容易排空，可以避免钢坯在炉内长期停留

缺点：1）.炉子是圆形的，占用厂房面积大；2）.钢坯在炉内呈辐射状间隔布置，炉底面积利用率较低；3）.炉子建造费用较高

目前，环形加热炉广泛使用于钢管坯穿孔前及模锻坯锻前加热

对钢的加热要求:1）.加热温度应该达到规定的温度，不产生过热和过烧2）.坯料的加热温度应沿长度，宽度和整个断面均匀一致3）.钢在加热过程中所产生的氧化烧损应最少

5、炉子热平衡的概念及编制炉子热平衡的意义是什么？

炉子的热平衡,是热力学第一定律(能量守恒定律)在炉子热工上的应用,即炉子(或者它的某一局部)的热量收入必定等于热量支出. 1）为分析研究和评价炉子热工作，了解热量利用和损失程度，为节能和改进热工指标；2）求出炉子燃料消耗量，为供热、排烟、余热回收系统

提供设计依据；3）建立炉子或某个局部的热平衡方程式及二者间关系，从中找出各热工参数间的关系。

6、提高炉子热效率的主要途径是什么？

减少炉膛废气带走的热量，使供入炉内的热量最大限度地留在炉膛内；预热空气和煤气；

减少炉膛内的各项热损失。

7、请说明连续加热炉压力制度。

连续加热炉压力制度

现在连续加热炉存在的问题之一就是炉头吸风和炉尾冒火问题，这与炉膛压力及其分布直接相关。

压力分布包括沿炉长和炉高上的压力分布。高度上的压力分布主要决定于气体的静力平衡关系，其基本规律是表压力（△P）上高下低。因此，位置愈低，愈易吸风；位置愈高，愈易冒火。

沿炉长方向上压力分布的简化分析

沿炉长方向上的压力分布，主要决定于射流的作用和阻力的作用。

压力分布的总趋势是前低后高。如果控制炉膛压力太小，则炉头压力过低，甚至是负压，将吸入大量冷风，降低均热床温度，冷却料坯，增加氧化；如果控制炉膛压太大，可减少炉头吸冷风量，但炉尾将冒火严重，恶化操作条件。这就是一般连续加热炉炉压分布特点所造成的矛盾。

一般炉子的自动控制系统，是靠均热段炉顶压力（通常保持在20~25Pa）来调节烟闸的开启度的：当均热段压力△P1太高时，开大烟闸以求△P1降低，△P1太低时，关小烟闸以求△P1升高复原。

解决炉头吸风和炉尾冒火的措施：

（1）在设计时考虑均热段的合理炉型结构。主要是指端烧嘴角度和炉顶“火压”处高度。（2）在操作上控制燃烧，以抵消吸风的影响。

（3）在出料端采用“火封”或煤气幕。

（4）“无闲区”炉头。

（5）使用顶部供热或反向供热。

对解决炉尾冒火问题，只着重强调下列两点。

（1）改变炉尾形状，以疏导烟气排入烟道。

（2）改变排烟位置，采用上排烟。

炉压控制和炉温制度的关系

利用烟闸来控制炉膛压力，并调节炉温分布。把通过控制炉膛压力来调节炉温分布是这一规律归纳为一句话，叫做“前憋后拉，近烧远烧”。当关小烟道闸板时，使炉压升高，把火焰憋向炉头，以提高均热床温度，实现“近烧”；当开大烟闸时，炉压降低，把火焰拉向炉尾，提高预热段和加热段的温度，实现“远烧”。

8、预热空煤气对炉子工作的影响是什么？金属换热器的保护措施有哪些？

预热空煤气不仅能节约燃料，而且能提高燃烧温度，改善燃烧过程

（1）控制进行换热器的烟气温度

1）设置分烟道，通过调节流经换热器的烟气量，控制烟气温度。分烟道还便于换热器的检修。

2）在烟道上设置兑冷风口，根据进换热器烟气温度的设定值，控制兑入烟气中冷风两

的大小，控制烟气温度。

（2）控制出换热器的热风温度

1）根据热风温度的设定值，调节兑入烟气中的冷风量，控制烟气温度

2）在热风管道上设置热风放散管，根据热风温度的设定值，调节热风放散量（即增加或减小进入换热器的冷风量，）控制换热器器壁温度，此外，为了保护换热器，必要说可在换热气入口处安设保护管组，以防止烟道砖墙和烟气的强烈热辐射。

四、作图问答题：（共20分）

1、画简图说明加热炉的组成。 (10分)

火焰炉一般由炉子热工工艺系统、装出料系统、热工检测及自动控制系统等三部分组成

炉子的热工工艺系统是火焰炉最基本的组成部分。包括炉子的工作室（炉膛）、供热系统（风机、油泵、管道、燃烧装置等）、排烟系统（烟道、烟闸、换热器、余热锅炉、烟囱、排烟机等）以及冷却系统等

2、画图简述步进式加热炉的步进原理。与推钢式加热炉相比，步进式加热炉有哪些优点。 (10分)。

1）运料灵活；2）加热时间短，可实现快速加热；3）可加热某些不便于推钢的坯料；4）完全消除了翻炉和粘钢现象5）可消除或在很大程度上减小黑印，料坯下表面也不会划伤；6）在无水冷的步进炉上，单位热耗可减小，热效率可提高。

五.电炉部分题：（12分）

１、说明对电热体的一般要求.(4分).

具有较高的耐热性2）具有较高的比电阻3）电阻温度系数要小4）电热体在高温下必须具有必要的化学稳定性和强度。

2、简述电阻炉、电弧炉及感应炉的分类和基本原理。（8分）

电阻炉是直接与电源连接的导体内流动的电流，受导体的电阻作用而把电能转变成热能。按电流是否流过物料本身分直接作用电阻炉和间接作用电阻炉。感应炉是位于交变电磁场中的导体内，因电磁感应而产生感应电流，感应电流克服自身的电阻而产生热把导体加热。按是否采用铁芯分铁芯炉和无芯炉。电弧炉是利用电极间气体电离形成电弧而把电能转变为热能，分间接作用电弧炉、直接作用电弧炉和埋弧式电弧炉。