概述
对一单熔炉的基本要求是：产品质量和产量首先要满足要求；燃料或其他能耗要低；建炉投资和运行费用要低；使用寿命长；操作人员的生产条件要好；污染物的排放要符合环保要求。一个设计者在熔炉的设计中应尽可能同时满足上述要求。
1， 组成：炉体（钢结构及内衬耐火材料），排烟系统，加料系统，取铝液池或放铝液口，燃烧系统（火焰炉），测温以及自动控制系统；
2， 工艺流程：加料系统将铝锭投入熔化室内，经过加热熔化进入保温室，经过加热升温静置到使用终端；
3， 设备作用：快速集中熔解铝锭。
热工热能设计（燃气）
熔解炉热平衡是热力学第一定律（能量守恒定律）在熔炉热工上的具体应用，即熔炉的热量收入必然等于热量支出，具体表述如下：
热量收入：1，燃料燃烧的化学能转变的热量Q1（KJ／h）：
Q1 = BQd 式中：B为燃料消耗量（Kg／h或Nm3／h）;Qd为燃料低发热量（KJ／Kg或KJ／Nm3）
2，铝氧化反应的化学热量Q2
铝在加热时生成的成分为AL2O3,此反应的化学热量在设计时可忽略。
热量支出：1，用于加热炉料所需的热量Q1”(KJ／h）
Q1” = G[( t2－t1)C1+qt+( t3－t2)C2]
式中：t1 t2 t3 分别为物料的入炉，熔化，以及过热温度（℃）; C1 C2分别为物料在t1至t2和t2至t3的平均比热容（KJ／Kg℃）；qt为物料的熔化潜热（KJ／Kg）。
2，出炉烟气带走的热量Q2” (KJ／h）
Q2” ＝（1－Kj）BVnCyTy
式中：Kj为机械性不完全燃烧系数，Ty为出炉烟气的温度（℃）；Cy为出炉烟气的比热容（KJ／Nm℃），出炉烟气Vn应减去由炉门和炉墙孔洞溢出的炉气量。
3，燃料的化学性不完全燃烧损失的热量Q3” (KJ／h）
Q3”＝180（1－Kj）BVn＆CO
式中：180为系数，燃料不完全燃烧的结果，在烟气中存在可燃气体主要是CO和H2，一般烟气中含1％CO时大约同时存在5％H2，这种混合气体中1m3CO时折算发热量为1800Kj。＆CO为烟气中CO的百分含量（％）。
4，燃料的机械性不完全燃烧损失的热量Q4” (KJ／h）
Q4”＝ KjBQd
式中：Kj为机械性不完全燃烧系数，对于气体燃料，造成损失的原因是管道和烧嘴的泄漏，一般Kj＝0.02～0.03，Qd为燃料的低发热值。
5，熔炉砌体散热及蓄热损失的热量Q5” (KJ／h）
炉墙：Q5”＝[(tn－tk)／ni=1∑(si÷∮i)+(1／a)]×F
式中：tn为炉墙内壁温度（℃）；tk为炉外空气温度（℃）；ni=1∑(si÷∮i)为熔炉砌体各层热阻的总和（m2·h·℃／Kj）;其中si为各层厚度（m）, ∮i为各层材料的导热系数（Kj／m·h·℃）；a为炉墙外侧空气对流传热系数，一般取a＝67～71Kj／m2·h·℃）.
炉墙外表温度：
TN＝Q5”／a +Tk
从外表算起：第一，二层的分界面温度：T1= Q5”（1／a +s1／∮1）+tk;
第二，三层的分界面温度：T2= Q5” （1／a +s1／∮1 +s2／∮3）+tk.
以此推算其余！
炉底：
Q5” = ＆∮Fd（tn－tk)／B
式中：＆为形状系数，圆底炉＆=4，方底炉＆=4、4，矩形炉底＆=4、4～3、73，∮为材料的导热系数（Kj／m·h·℃）；Fd为炉底面积（m2）；
B为炉底的直径或最小宽度（m）.
上述形状系数适用于侧墙厚度为B／6的情况，如果侧墙厚度增至B／4时，热损失减少5%，墙厚减至B／8时，热损失增加8%～10%;
当墙厚为B／6时，通过实炉底的全部热损失可采取同样面积的侧墙散热的75%近似计算。
炉盖的散热可单独计算之：
Q5”=【（tn－tk)／（s÷∮）+0.014）】×F×￠／60
式中：S为炉门盖的厚度（m），∮为炉门盖所用材料的导热系数（Kj／m·h·℃）；￠为一小时炉门关闭的时间（Min）。
开启的炉门因辐射而损失的热量Q6” (KJ／h）：
Q6”=20.42（T1／100）4Fm￠（1－￠“／60）
式中：T1为炉门处温度（K），Fm为炉门的面积，￠为角度修正系数，忽略不计，￠“为一小时内炉门关闭的时间（Min）。
开启炉门因溢气而带出的热量Q7” (KJ／h）：（此项包括在出炉烟气带走的热量中，不需单独计算）。
Q7”=V0 Ty Cy(1－￠“／60)
式中：V0为单位时间内溢出的炉气量（换算成标况下流量：Nm3／h），Ty为溢出气体的温度（K），Cy溢出气体的平均比热容（KJ／Nm3℃）。
熔炉热工制度
熔炉热工制度包括以下内容：
1， 加热工艺制度；（即熔化和保温）
2， 炉温制度; （指炉内温度分布）
3， 炉压制度； （指压力根据炉型燃烧方式和操作制度不同而分布的规律）
4， 传热制度。（指热负荷沿炉膛曲线的比例分配）
1，2肯定为已知条件，分析2，3如下：
熔炉较为理想的炉温制度要求炉温及料柸之间在要求炉温条件下具有最大的传热，以提高加热速度，在预热段利用加热段过来的高温烟气来预热物料，降低烟气出炉温度，有利于降低燃料消耗。
炉压制度：炉气是带热介质，它在炉内的流动情况直接影响着炉内温度分布，熔炉的炉门，加料口，烟囪是与外界相同的，炉压的控制直接影响炉温，当烟囪抽力太大，造成炉内负压时，要引起冷空气吸入而使炉气外溢而增加热损失，影响燃烧，炉温下降，也使炉体结构寿命降低，劳动条件恶化。
对炉压制度的基本要求是保持熔解炉出水口出表面压力为零，同时炉内气流通畅，并力求炉尾加料口出不冒火（针对火焰炉）。
炉膛的大小和几何形状
计算炉膛高度的经验公式：
1，H = （A+0．06b）T1×10-3
2, H = BVN(1+§)／BW1
3, H = BQd／qvbL
式中：H为受热面上部炉高（m）,；T1为该段炉膛中的炉气温度（K）；b为炉宽（室状最大尺寸计算）（m）；A为该炉膛内与炉气温度有关的系数，T1≤900℃时，A=0.5～0.55，T1≥1500℃时，A=0.65；B为燃料消耗量（Kg／h或 Nm3／h）；§为膨胀系数，§=1／273；W1为炉气在炉膛内的实际流速（m／s）,W1=2.4～4.6; Qd为燃料的低发热量（KJ／Kg或KJ／Nm3）；L为长度（m）；qv为允许炉膛容积热负荷（KJ／Nm3 ·h）。
燃烧设备 qv（×106 KJ／Nm3 ·h）
气体燃料长焰烧嘴 0.5～0.9
、、、、、、、、短焰烧嘴 41～167
重油烧嘴 0.42～0.84
烟煤层状燃烧 1.25～2.1
炉体垂直方向的尺寸高度在应用时应结合实际情况适当修正。
炉膛容积
V = GQdwy／qv
式中：G为燃料消耗量（Kg／h或 Nm3／h）；
Qdwy为应用基低位发热量（KJ／Kg或KJ／Nm3）；
qv为炉膛容积热负荷（KJ／Nm3 ·h）。
炉膛高度或深度，对于熔炉保温或静置室，在炉膛长宽已定，即铝液容量确定的情况下，它是决定炉膛空间大小，炉型曲线是否合适的关键尺寸。
决定炉膛高度时主要考虑下列因素：
1， 炉型曲线应实现规定的炉温制度要求和供热制度；
2， 在燃烧方面，要保证有足够的燃烧空间。
首先，炉膛容积应保证燃料的充分燃烧和被炉气所充满，有利于向料柸和铝液传热。它随燃料种类，燃烧方式，燃烧器的布置及热符合的不同而有所差异，不同燃料产生的单位热量所具有的废气体积是不同的，因而所需燃烧空间大小是不一样的。一般发热值越高，废气体积相应越小。
当火焰不充满炉膛时，抬高加热炉顶，不仅不会增加传热，反而会减少金属所获得的有效热。炉膛越高，这种情况越易于发展；一般有焰燃烧时，火焰黑度较大，火焰向料柸给热比无焰燃烧时要高，炉壁辐射的热量比例有降低。因此，炉膛高度不宜过分增大，以保证火焰尽量接近料柸表面为原则。
以上各种因素相互间存在着对立统一的关系，设计时应当具体问题具体分析。
熔炉烟道设计计算
当排烟阻力小于500～600Pa时，一般采用自然排烟方式，当排烟阻力较大，采用自然排烟有困难时，采用机械排烟。
烟道断面积F（m2）：
F = V0／W0
式中：V0为烟气流量（Nm3 ／S）；W0为烟气流速（m／s）；
烟囪设计计算的目的主要是决定其高度H（m）
H =( hy+ ht1+ ht2)／[(hj·B／101325)－∮h／d]
式中：hy为烟囪的有效抽力（Pa）；hy=K∑h，K为抽力系数，一般取1.1～1.25；∑h为烟道计算中所得的总阻力损失；ht1，ht2分别为烟囪顶部及底部的速度头（Pa）；按相应温度及流速W0计算；出口速度一般不低于2～3m／s，负责容易倒灌，所以一般取2.5～5 m／s；
hj= （W02／2）·e（1+t／273）
hj为每米几何压头（Pa／m）；B为当地大气压（Pa）；∮为烟囪内摩擦阻力系数，金属烟囪取0.03，砌砖衬取0.05；d为烟囪的平均直径，d=（d1+ d2）／2，金属烟囪通常d1=d2；h为烟囪内烟气的平均速度头（Pa）。
自然排烟时，烟囪高度计算：
H = (1.2h1+ h2)／¤a-¤f
参数说明：H—烟囪高度（m）；
h1—熔炉烟道阻力；
h2—烟囪阻力，包括摩擦阻力和局部出口阻力（Pa）；
ef—烟囪内烟气平均温度下的烟气密度（Kg／Nm3）；
ea—室外空气密度；
1.2——安全系数。
烟囪局部阻力损失：
h = ∫ev2/2=∫(e0v02273+t)/2×273
参数说明：∫——局部阻力系数；
v,v0---气体在表况下平均流速（m／s）；
e, e0-----气体标况下密度（Kg／Nm3）；
t-----气体平均温度（℃）。
沿程摩擦阻力计算：
Hf = (∮L/de)·e0v02/2=(∮L/de)·(e0v02/2) ·(273+ t)/273
参数说明： Hf ---摩擦阻力（Pa）；
∮-----摩擦阻力系数（0.03）；
de-----管道截面当量直径（ m ）；
L-----管道长度（ m ）；
v0，v---气体标况及流动温度下的平均速度（m／s）；
e0，e----气体标况及流动温度下密度（Kg／Nm3）；
t------气体平均温度（ ℃ ）。
选择风机所须的计算
1， 风量确定（Nm3/h ）：
Q = (1.2～1.3)BLn
式中：考虑漏损量，修正系数为1.2～1.3；
B为当地大气压；
Ln为根据燃烧计算所得实际空气需要量( Nm3/ Nm3 ).
2,实际风压( Pa）：
H = (1.2～1.3)(Pk+∑h)
式中：Pk为烧嘴前所要求的空气压力（Pa）；
∑h为风机出口到烧嘴前的总压力损失（Pa）。
