預(yù)埋式電加熱流槽開發(fā)與測試

（派羅特克（廣西南寧）高溫材料有限公司，廣西 南寧 530000）

在鋁加工生產(chǎn)中，流槽是傳送鋁液的重要工具[1]。隨著鋁加工生產(chǎn)線趨向復(fù)雜化和大型化，所使用的流槽總長度越來越長，由流槽所造成鋁液的溫降越來越高，已經(jīng)在某些應(yīng)用場合直接影響生產(chǎn)的正常進行。有時甚至需要提高保溫爐的溫度以補償流槽對鋁液造成的溫降,但保溫爐溫度的升高會帶來能耗增加、保溫爐壽命縮短、造渣量增加等一系列不利影響。在鋁熔鑄車間生產(chǎn)過程中，為了降低流槽造成的鋁液溫降，避免熱沖擊造成流槽內(nèi)襯開裂，通常需要對流槽進行預(yù)熱和加熱[2]。

傳統(tǒng)流槽預(yù)熱方式是通過燃燒天然氣、熱流風(fēng)機送風(fēng)，燃燒木炭等方式對流槽內(nèi)襯進行烘烤，這樣的預(yù)熱方式效率低，難以準確控制預(yù)熱溫度，工人的勞動強度較高和工作環(huán)境較差[3]。傳統(tǒng)流槽加熱的方式是采用輻射式電加熱上蓋對鋁液進行加熱，這種加熱方式發(fā)熱面積小，加熱功率和效率較低，鋁液面與底部存在溫差，鋁液溫度不均勻。所以有必要改進現(xiàn)有流槽加熱方式和結(jié)構(gòu)，有效解決上述問題。

1 電加熱流槽開發(fā)

1.1 結(jié)構(gòu)及工作原理

預(yù)埋式電加熱流槽結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，鐵殼作為支撐整段電加熱流槽的剛性結(jié)構(gòu)，鋁液從內(nèi)襯的內(nèi)腔流過，加熱模塊安裝在內(nèi)襯的兩側(cè)面，內(nèi)襯、加熱模塊和鐵殼、壓板之間均安裝保溫層，壓板通過螺釘固定在鐵殼上部，同時壓緊內(nèi)襯、加熱模塊和保溫層[3]。加熱模塊的高溫面靠近內(nèi)襯，低溫面靠近側(cè)保溫層。當加熱模塊通電發(fā)熱時，加熱絲溫度可達1000℃以上，而鋁液的溫度通常不超過750℃。熱力學(xué)第二定律指出：凡是有溫差存在的地方，就有熱能自發(fā)地從高溫物體向低溫物體傳遞[4]。所以加熱模塊產(chǎn)生的熱量可通過熱傳導(dǎo)方式傳遞給內(nèi)襯，內(nèi)襯通過熱傳導(dǎo)的方式將熱量傳遞給流過的鋁液，起到加熱、保溫鋁液的作用。保溫層和保溫上蓋可有效降低流槽向外部環(huán)境傳遞的熱量，減小熱損失，提高加熱效率。

圖1 加熱流槽結(jié)構(gòu)示意圖

通過溫控表控制加熱模塊的通斷，使加熱模塊高溫面溫度保持在設(shè)定溫度±5℃范圍內(nèi)，對流槽內(nèi)襯進行均勻加熱。當鋁液通過流槽前，啟動加熱模塊，提前對流槽內(nèi)襯進行預(yù)熱，當鋁液通過流槽時，內(nèi)襯均勻地把熱量傳遞給鋁液，消除或降低鋁液通過流槽時的溫降。

1.2 傳熱學(xué)計算

通過以上結(jié)構(gòu)可知，加熱模塊的高溫面溫度最高，根據(jù)熱力學(xué)第二定律，熱量主要從加熱模塊向內(nèi)襯及鐵殼方向傳遞，且各種介質(zhì)之間的熱能傳遞方式均為熱傳導(dǎo)。根據(jù)傅里葉定律，單位時間內(nèi)平板的導(dǎo)熱熱量與當?shù)氐臏囟茸兓始?/p>

表1 加熱流槽傳熱學(xué)計算

圖2 加熱流槽預(yù)熱曲線

平板面積A成正比，即：

熱效率計算公式為：

通過以上傳熱學(xué)計算結(jié)果可知，加熱模塊傳熱效率可達90%以上。結(jié)合流槽頂面和底面的熱損失及功率預(yù)留，加熱模塊的功率設(shè)定為7kW。

2 電加熱流槽測試

采用加熱模塊電源通斷控制方式，設(shè)定一個加熱模塊目標溫度，當測量溫度低于設(shè)定溫度時，加熱模塊全功率工作，當測量溫度高于設(shè)定溫度時，加熱模塊停止工作。通過設(shè)定不同的加熱模塊目標溫度，從常溫開始對流槽進行預(yù)熱，實時記錄加熱模塊溫度和流槽內(nèi)腔的氣氛溫度，當測量溫度均達到平衡后，結(jié)束測試。測試結(jié)果如圖2所示。

通過圖2的預(yù)熱曲線可知，氣氛溫度平緩上升，整個加熱過程對內(nèi)襯造成的熱沖擊非常小，流槽內(nèi)襯的壽命得以明顯延長。加熱模塊設(shè)定溫度越高，平衡后的氣氛溫度也越高。當加熱模塊設(shè)定溫度為900℃時，平衡后的氣氛溫度可達750℃，此時當鋁液流過流槽時，內(nèi)襯會向鋁液傳熱或保溫，有效消除或降低鋁液通過流槽后的溫降。

3 結(jié)論

預(yù)埋式電加熱流槽通過在側(cè)面安裝加熱模塊對內(nèi)襯進行均勻加熱，由于內(nèi)襯與鋁液的接觸面積較大，熱量可以均勻高效地傳遞給鋁液，使鋁液溫度保持均勻。通過加熱流槽的加熱、保溫作用，鋁液溫降很小，保溫爐的溫度可以適當降低，節(jié)約能耗成本。預(yù)熱過程內(nèi)襯溫度平緩上升，內(nèi)襯受熱沖擊開裂的問題得到解決，內(nèi)襯壽命得以延長，同時可選用在物理性質(zhì)上比較耐用或成本較低的耐火材料澆注內(nèi)襯，拓寬內(nèi)襯材料的選用范圍和降低內(nèi)襯制造成本。

[1]慶毅,劉萬庫. 新型流槽的研制和應(yīng)用.輕合金加工技術(shù).1998.

[2]黎星界,諸葛敏.一種預(yù)埋式電加熱流槽.中國專利.CN106825457A.2017 .

[3]臧立中.一種電輔加熱流槽. 中國專利.CN104422287A.2015.

[4]楊世銘,陶文銓.傳熱學(xué) 第四版.2006.