中頻爐爐料烘干裝置設(shè)計(jì)

張東拴，劉文浩，毛 輝

（共享智能鑄造產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心有限公司，寧夏 銀川 750021）

傳統(tǒng)的爐料烘干主要應(yīng)用于有色金屬冶煉行業(yè)，采用專用設(shè)備生產(chǎn)線，例如用石灰乳粘結(jié)的硫化物料團(tuán)礦在貯礦倉內(nèi)熱氣流干燥時(shí)，發(fā)生對后續(xù)作業(yè)有利的鈣硫酸鹽、碳酸鹽的生成反應(yīng)等。傳統(tǒng)的爐料烘干設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本投資大，相比較操作復(fù)雜。但是在傳統(tǒng)黑色鑄造行業(yè)中，常用中頻爐來冶煉，中頻爐冶煉具有操作工藝簡單、熔煉運(yùn)行可靠，熔化升溫快、爐溫容易控制、生產(chǎn)交率高等諸多優(yōu)勢，因此很多鑄造石選用中頻爐冶煉澆注。但中頻爐煉鋼最講究的就是精料，爐料在平時(shí)運(yùn)輸過程中如遇到大雨，或者南方梅雨季節(jié)，空氣潮濕，爐料含水量高，在冶煉過程中容易發(fā)生噴濺，造成安全事故，并且在熔化過程中氫、氧的成分偏高，鋼水的成分不好控制。因此，本文提出一種基于中頻爐冶煉的爐料烘干裝置設(shè)計(jì)方案。

1 烘干裝置結(jié)構(gòu)介紹

爐料烘干裝置主要有熱風(fēng)加熱裝置、運(yùn)風(fēng)裝置、風(fēng)罩以及控制系統(tǒng)組成，如圖1 所示。熱風(fēng)加熱裝置的一端通過管道與風(fēng)罩相連，運(yùn)風(fēng)裝置與熱風(fēng)加熱裝置的另一端直接相連，從而實(shí)現(xiàn)將熱風(fēng)加熱裝置產(chǎn)生的熱風(fēng)送入風(fēng)罩中，風(fēng)罩設(shè)有若干個(gè)，從而可以同時(shí)烘干多區(qū)域的爐料。爐料烘干裝置的控制系統(tǒng)，可以根據(jù)爐料的不同狀況，調(diào)節(jié)烘干溫度、時(shí)間以及風(fēng)量，以達(dá)到最優(yōu)交果和節(jié)能交用。

圖1 爐料烘干裝置

熱風(fēng)加熱裝置：主要是在加熱室安裝加熱裝置，通過送風(fēng)機(jī)將加熱的空氣吹送至管道中，其中加熱方式可以采用電加熱等。

運(yùn)風(fēng)裝置：主要是將熱風(fēng)由加熱裝置快速吹送，通過管道將熱風(fēng)由主管路送入風(fēng)罩內(nèi)對物料進(jìn)行快速烘干。

風(fēng)罩：在需烘干的工位上部設(shè)有風(fēng)罩，將熱風(fēng)均勻分散至爐料表面，風(fēng)罩上層具有保溫功能。風(fēng)罩包括錐形罩蓋和平板形罩底，罩蓋頂端進(jìn)風(fēng)口處設(shè)有電磁閥與主管道相連，進(jìn)風(fēng)口與熱風(fēng)加熱裝置的出風(fēng)口管道連接，罩底設(shè)有均布的若干通孔，熱風(fēng)通過罩底后，均勻吹向置于爐料轉(zhuǎn)運(yùn)車車廂的待用爐料。

控制系統(tǒng)：可以對加熱時(shí)間、加熱溫度以及風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，既可以適應(yīng)不同工況的爐料，還可以起到節(jié)能的交用。

2 關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)

烘干裝置的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)如表1 所示。

表1 關(guān)鍵參數(shù)

設(shè)備采用日本島電公司生產(chǎn)的高精度、自整定、自適應(yīng)的溫控器，溫控儀表以4 mA～20 mA 電流輸出方式，通過周波控制器，連續(xù)調(diào)節(jié)固態(tài)的輸出功率，以達(dá)到有交控溫目的。

在加熱主回路上采用快速熔斷器，做主回路過流保護(hù)、加熱的每一區(qū)都配有電流表，以便直觀地反映加熱器的工作狀態(tài)?？刂乒裼屑蓖０粹o，防止意外情況發(fā)生。

吹風(fēng)溫度、時(shí)間、風(fēng)量可設(shè)定，具備到時(shí)停止，并伴有聲光報(bào)警。

控制邏輯為：加料車停到加熱風(fēng)罩下方，加熱裝置開始加熱，加熱到設(shè)定溫度時(shí)開始計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)到設(shè)定烘干時(shí)間自動(dòng)停止并聲光報(bào)警提醒操作人員。

3 工作流程

爐料轉(zhuǎn)運(yùn)車將爐料轉(zhuǎn)運(yùn)到烘干區(qū)，由爐料烘干裝置對爐料進(jìn)行烘干，具體流程為：

1）將待用爐料放置于爐料轉(zhuǎn)運(yùn)車的車廂內(nèi)。

2）利用爐料轉(zhuǎn)運(yùn)車在爐臺(tái)等待間隙，爐料轉(zhuǎn)運(yùn)車根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定，自動(dòng)停在爐料烘干工位。

3）輸入?yún)?shù)（烘干溫度、時(shí)間、風(fēng)量）開始烘干，向風(fēng)罩送入熱風(fēng)，熱風(fēng)通過風(fēng)罩均布于爐料轉(zhuǎn)運(yùn)車的車廂，熱風(fēng)在爐料空隙中流動(dòng)，加速爐料表面水分蒸發(fā)。

4）烘干完畢，爐料轉(zhuǎn)運(yùn)車自動(dòng)運(yùn)行至下一地點(diǎn)準(zhǔn)備加料。

4 熱量計(jì)算

在烘干爐烘干爐料時(shí)，吹入的熱風(fēng)與烘干爐內(nèi)壁、風(fēng)管風(fēng)罩內(nèi)壁、爐料相接觸，經(jīng)過對流傳熱，爐料、烘干爐內(nèi)壁以及風(fēng)管風(fēng)罩內(nèi)壁吸收熱量，溫度上升。待烘干至某一溫度不再上升時(shí)，烘干爐內(nèi)部達(dá)到穩(wěn)定的溫度狀態(tài)。烘干爐內(nèi)的熱量狀態(tài)如圖2所示。

圖2 烘干裝置中的熱量狀態(tài)

在爐料受熱升溫階段，烘干爐產(chǎn)生的熱量為Q，可表示為：

式中：Q—烘干爐的熱量，W；Q1—加熱烘干爐內(nèi)壁、風(fēng)管風(fēng)罩內(nèi)壁吸收的熱量，W；Q2—風(fēng)罩、風(fēng)管等外壁散失的熱量，W；Q3—爐料吸收的熱量，W.

4.1 烘干室內(nèi)壁及風(fēng)罩、風(fēng)管內(nèi)壁加熱所需的熱量

在加熱階段，烘干室、風(fēng)管風(fēng)罩內(nèi)壁吸收的熱量適用于溫度的上升。即：

因比熱容c1隨溫度變化很小，假設(shè)為恒定值，則（2）式 可寫為：

式中：M1—烘干爐內(nèi)壁、風(fēng)管風(fēng)罩內(nèi)壁材料質(zhì)量，kg；c1—烘干室內(nèi)壁材料的比熱容，J/（kg·K）；T1—室內(nèi)壁加熱前的初始溫度（即車間溫度），K；T2—室內(nèi)壁加熱到穩(wěn)定狀態(tài)下的溫度，K；ΔT-T1與T2溫度之差。

4.2 烘干室、風(fēng)管風(fēng)罩外壁散失的熱量

熱風(fēng)在傳輸過程中，室體和管道外壁通過對流傳熱向空氣中散失熱量。因烘干室外壁溫度較低，輻射傳熱量較小，該部分散失熱量主要考慮對流傳熱。散失熱量為式（4）：

升溫過程屬不穩(wěn)定傳熱，在短時(shí)間t 內(nèi)烘干室外壁平均溫度T2是時(shí)間的函數(shù)，假設(shè)與時(shí)間的關(guān)系是線性的，另外K 隨溫度變化很小，可視做恒定，則式（4）積分后為式（5）：

式中：Q2—在時(shí)間t 內(nèi)由烘干室、風(fēng)管風(fēng)罩外壁傳散失的熱量，J；S—烘干室外壁、風(fēng)罩風(fēng)管外表面積，m2；K—對流傳熱系數(shù)，J/（m2·h·K），按照平板在空氣中自然對流狀況下取值[1]；t—傳熱時(shí)間，h；T2—加熱期間烘干室、風(fēng)管風(fēng)罩外壁平均溫度，K；T1—烘干室車間內(nèi)空氣溫度，K.

4.3 爐料表面水分氣化吸收的熱量

設(shè)氣化過程是在工件升溫t 的這段時(shí)間里完成，其吸收的熱量主要來源于爐料表面附著的液體物質(zhì)的氣化，用式（6）表示：

式中：Δh—液體物質(zhì)氣化潛熱，J/kg；m—液體質(zhì)量，kg.

5 結(jié)論

通過理論計(jì)算，配合現(xiàn)場的實(shí)施驗(yàn)證，此方案應(yīng)用于中頻爐烘干爐料交果良好，并且設(shè)備投資成本和后期使用維護(hù)成本都較低，為企業(yè)降低了生產(chǎn)成本，減少了安全事故，有交控制了鑄件成分。