（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(zhǎng)度越來(lái)越長(zhǎng)，由流槽所造成鋁液的溫降越來(lái)越高，已經(jīng)在某些應(yīng)用場(chǎng)合直接影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。有時(shí)甚至需要提高保溫爐的溫度以補(bǔ)償流槽對(duì)鋁液造成的溫降,但保溫爐溫度的升高會(huì)帶來(lái)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(chē)間生產(chǎn)過(guò)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(kāi)裂，通常需要對(duì)流槽進(jìn)行預(yù)熱和加熱[2]。

傳統(tǒng)流槽預(yù)熱方式是通過(guò)燃燒天然氣、熱流風(fēng)機(jī)送風(fēng)，燃燒木炭等方式對(duì)流槽內(nèi)襯進(jìn)行烘烤，這樣的預(yù)熱方式效率低，難以準(zhǔn)確控制預(yù)熱溫度，工人的勞動(dòng)強(qiáng)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(duì)鋁液進(jìn)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(jìn)現(xiàn)有流槽加熱方式和結(jié)構(gòu)，有效解決上述問(wèn)題。

1 電加熱流槽開(kāi)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(guò)，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(guò)螺釘固定在鐵殼上部，同時(shí)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(dāng)加熱模塊通電發(fā)熱時(shí)，加熱絲溫度可達(dá)1000℃以上，而鋁液的溫度通常不超過(guò)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(guò)熱傳導(dǎo)方式傳遞給內(nèi)襯，內(nèi)襯通過(guò)熱傳導(dǎo)的方式將熱量傳遞給流過(guò)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(guò)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(duì)流槽內(nèi)襯進(jìn)行均勻加熱。當(dāng)鋁液通過(guò)流槽前，啟動(dòng)加熱模塊，提前對(duì)流槽內(nèi)襯進(jìn)行預(yù)熱，當(dāng)鋁液通過(guò)流槽時(shí)，內(nèi)襯均勻地把熱量傳遞給鋁液，消除或降低鋁液通過(guò)流槽時(shí)的溫降。

1.2 傳熱學(xué)計(jì)算

通過(guò)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(shí)間內(nèi)平板的導(dǎo)熱熱量與當(dāng)?shù)氐臏囟茸兓始?/p>

表1 加熱流槽傳熱學(xué)計(jì)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(jì)算公式為：

通過(guò)以上傳熱學(xué)計(jì)算結(jié)果可知，加熱模塊傳熱效率可達(dá)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(cè)試

采用加熱模塊電源通斷控制方式，設(shè)定一個(gè)加熱模塊目標(biāo)溫度，當(dāng)測(cè)量溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，加熱模塊全功率工作，當(dāng)測(cè)量溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，加熱模塊停止工作。通過(guò)設(shè)定不同的加熱模塊目標(biāo)溫度，從常溫開(kāi)始對(duì)流槽進(jìn)行預(yù)熱，實(shí)時(shí)記錄加熱模塊溫度和流槽內(nèi)腔的氣氛溫度，當(dāng)測(cè)量溫度均達(dá)到平衡后，結(jié)束測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如圖2所示。

通過(guò)圖2的預(yù)熱曲線可知，氣氛溫度平緩上升，整個(gè)加熱過(guò)程對(duì)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(zhǎng)。加熱模塊設(shè)定溫度越高，平衡后的氣氛溫度也越高。當(dāng)加熱模塊設(shè)定溫度為900℃時(shí)，平衡后的氣氛溫度可達(dá)750℃，此時(shí)當(dāng)鋁液流過(guò)流槽時(shí)，內(nèi)襯會(huì)向鋁液傳熱或保溫，有效消除或降低鋁液通過(guò)流槽后的溫降。

3 結(jié)論

預(yù)埋式電加熱流槽通過(guò)在側(cè)面安裝加熱模塊對(duì)內(nèi)襯進(jìn)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(guò)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(dāng)降低，節(jié)約能耗成本。預(yù)熱過(guò)程內(nèi)襯溫度平緩上升，內(nèi)襯受熱沖擊開(kāi)裂的問(wèn)題得到解決，內(nèi)襯壽命得以延長(zhǎng)，同時(shí)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(wàn)庫(kù). 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(guó)專(zhuān)利.CN106825457A.2017 .

[3]臧立中.一種電輔加熱流槽. 中國(guó)專(zhuān)利.CN104422287A.2015.

[4]楊世銘,陶文銓.傳熱學(xué) 第四版.2006.