无锡市斗山电炉有限公司

对流型熔锌炉的允许表面负荷强制循环电阻炉

null@null.com (金麦穗) — Tue, 16 Feb 2016 09:41:49 +0800

对流型电阻炉的允许表面负荷强制循环电阻炉中，电热体产生的热量被气流全部带走，然后一部分传给被处理的物料，一部分则用于补偿炉子的热损失。电热体允许的单位表面负荷(W/m2)为电热体对气流的给热系数，为电热体的最高工作温度，1C;r2为气流的最髙温度，r;p为电热体的功率,W;^为电热体的表面积，m2。为避免被加热物料的过热、过烧甚至熔化，h不应比物料加热的最终温度高出太多，但为保证加热的速度，就必须高出一定数值。对流给热系数a主要取决于介质的流速，并与介质的温度、性质及气流通道的几何特性(亦即电热体的布置或物料的放置方式)有关。对于以空气作为加热介质的炉子,粗略计算可用下列经验公式：对于较精确的计算，则应由相应的特征数公式求出不同情况下的给热系数。在强制对流情况下，忽略自然对流的影响，Nu = cRenPrm式中，为雷诺(Reynolds)数；fV为普朗特（Prandtl)数；Nw为努塞尔（Nusselt)数；c、 m,n为实验常数。若加热的介质是空气，此时JV™接近于1，故上式变为Nu = cRen在强制空气循环的电阻炉中，电热体往往固定在专门的框架或炉墙上,受气流的强烈冲刷，此时特征数公式具有下列形式当办=80~ 1000 时， =0.625办0’46当 ^>1000 时， =0.238办0'60在上式中，定性尺寸为电热体直径，定性温度为气流温度。对于带材电热体，用“当量直径”作定性尺寸。对截面边长为1:10的带材，当长边迎向气流时，当量直径^L= A = 0.325丌 .当短边迎向气流时dL = = 0.21^L 1. 5tt式中，5为带材电热体截面的周长3至于介质对被加热物料的给热系数，与物料的放置方式有关,应根据具体情况，从传热学书籍或手册中查阅有关计算公式或图表。

工频电炉的对流传热

null@null.com (金麦穗) — Fri, 09 Oct 2015 12:47:25 +0800

对流传热
对流传热发生在流体(液体或气体）与固体之间。
流体流动是对流传热的一个前提条件。流体沿固体表面流动有层流与紊流两种方式，紊流时发生对流传热，层流时传热靠传导。即使紊流时，沿固体表面仍存在层流的边界底层。因此，认为对流传热是流体质点之间的碰撞传热与边界层内流体向固体表靣传导传热的综合。
对流传热的基本定律是牛顿定律,根据实验数据归纳出对流传热的热流
€> = a{tx - t2)F (2-44)
式中，（q-0)是流体与固体之间的温度差，t： ;F为换热面积，m2;a称为对流传热系数， W/(m2.t：)。
计算对流传热的难点是确定对流传热系数。它受很多因素影响，一般用实验式表达。实验式有两种形式,准数式和参数式。准数式概括性强，但物理意义不明显；参数式的优缺点与之相反。
流体沿光滑直管紊流流动时，归纳实验数据得到准数式：
Nu =0.023 xRt0 S (2-45)
Nu-^;Re = ^
A V
-V«称为努塞尔数，其中a为对流传热系数，为管径，m;A为流体的导热系数，W/(m’t：)。Re称为雷诺数，其中w为流体速度，m/su为流体运动黏度,m2/s。
[例2-6]水在螺形蛇管中流动，速度为0.8m/s，水温40t：，管壁70X：,管内径26 mm, 螺管直径400mm,共12圈，求水与蛇管内壁的对流传热系数。
[解]可以利用式(2-45)计算，考虑到螺形蛇管对流传热比直管强烈，应在该式右边乘以补正系数
々 = 1+3.5吾
其中d为蛇管内径，D为螺管直径。
查手册,40t：水的运动黏度为6.63X l(T7ni2/S,导热系数为0.632W/(m.t：)。 ^^^.8x26x10-3 V 6.63XKT7
/^ = 1 + 3.5^- = 1 + 3.5^=1.23 D 400
则对流传热系数
a =夺0.023i?e0.8，々=„0.63J3 x 0.023 x (31.37 x 103)。.8 x 1.23 = 2720W/(m2• t：) d 26 x 10
大气压力下中等温度范围内，各种表面的空气自然对流简化式列入表2-3。

表面		层流 10⁴< GrPr <10⁹	紊流 GrPr>lO^q
竖板或竖圆柱		^a = ^l-⁴²(f)^J	a = 0.95(Af)T
水平圆柱		^{a = 1}-³²(^)⁴	a 二1.24(Ar)l
水平平板	加热面朝上或冷却面朝下	a = 1.32(亨）⁴	_a = l.43(At)J
	加热面朝下或冷却面朝上	a 二0.6i (*) ⁵

空气沿平板强制流动，流速 W>5m/s
a = 7.13w0'78 (2-46)

传导传热是工频电炉热能传递的一种方式

null@null.com (金麦穗) — Thu, 08 Oct 2015 09:19:04 +0800

传导传热
传导传热是热能传递的一种方式。传导传热的机理是在物体内部诸质点彼此接触时, 热能从高温质点传给低温质点。在介电质固体和液体中，传导传热靠弹性波的作用，在金属中靠自由电子的扩散，在气体中靠分子和原子的扩散。
存在温度差是传热的必要条件。传热系统存在温度场，它的表达式为
t ~ fix,y,z,T)
即任一点的温度是坐标轴:r、y、z和时间r的函数。如果系统中各点温度不随时间改变，所发生的传热称为稳态传热，否则称为不稳态传热。如果传热仅是朝向坐标轴的一个方向，称为一维传热；如果与两个坐标轴甚至三个坐标轴有关,称为二维传热和三维传热。
传导传热的基本定律是傅里叶定律(物体中通过某微元体的传导传热量）

即传导传热量与其在传热方向上的温度梯度和传热面积dF以及传热时间dr成正比。式中，负号表示传热朝向温度降落的方向；A是比例系数,称为导热系数，是该物体的热物理参数，其值一般由实验测定。
单位时间的传热量称为热流少，J/s或W;而通过单位传热面的热流称为热流密度9，J/ (m2.s；^W/m2。
图2-21是单位平壁的稳态传导传热，根据傅里叶定律求出热流

称为热阻(t：/Wh可见，热传导和导体导电是类似的现象。如果平壁外表面和内表面的面积不相等，而且两者的比值小于2，计算面积可取其算术平均值。
图2-22为圆筒壁导热，它的高为A,热流

如果导热体是由n层构成的多层壁，则
Rt= 2 Rr., ■
i - 1

熔铜炉熔锌炉等工频电炉通电的邻近效应

null@null.com (金麦穗) — Wed, 07 Oct 2015 19:40:03 +0800

邻近效应
若通交流电的两导体邻近，对于每一导体，除自感外，还存在互感，互感的磁场影响自感的磁场，使导体截面上电流分布和功率分布发生改变，相应地导电截面改变，这种现象称为邻近效应。
如图2-17a,设两导体的电流的大小和方向（相位）相同。导体单独存在时，只有自感，由于趋肤效应，导电截面为表面和虚线所包括的截面。存在另一导体时，由于互感，磁场加强，导电截面更加减小，而且是外侧减小得少，内侧减少得多，如图中剖面线面积。
如果两导体的电流大小相等但方向（相位）相反，如图2-17b所示，则导电面积增大，而且是内侧增大得多。

工频电炉两相邻导体间料层的电阻

null@null.com (金麦穗) — Thu, 17 Sep 2015 09:51:26 +0800

如图2-5，在两导体间填充导电性很差的物料，求高度为h的物料层电阻:
因为左右两侧对称，所以可以认为是两个微小电阻并联，于是

严格说，上式只是近似式，因为图2-5所示的电流线被认为都是平行j轴的，而实际并非如此。除0为零外，其他0角的电流线都是曲线，实际的电流线较长。所以，由式（2-7) 计算得到的电阻值偏小。上式可用于石墨化电炉计算。

工频电炉环形导体的电阻

null@null.com (金麦穗) — Thu, 17 Sep 2015 09:50:44 +0800

环形导体的电阻
有长度I的两个用薄金属片做的圆筒，同心配置，中间填充电阻率为f>的绝缘料，求其绝缘电阻。

如图2-4,设内筒的半径为n，外筒半径为r2,则在r处微小环筒dr的电阻在矿热炉中，把电极插在料层中，用上式可求出电极周围料层的电阻。

工频电炉的计算

null@null.com (金麦穗) — Tue, 15 Sep 2015 19:46:44 +0800

铜线尺寸l^lmmxlm,通过电流2A,温度30C，求电压降和每天消耗的电能及放出的热量。

电炉电热功率与直流电阻

null@null.com (金麦穗) — Sun, 13 Sep 2015 18:37:46 +0800

电热功率指转变为热能的功率。在电热转换方式中电阻电热应用较广，而且转换机理简明，本节结合电阻电热讨论电热转换规律。
在交流和直流的电阻电热中，电热转换的机理和数量大同小异。为了避免概念混淆，现予以分别说明。
电热功率
这里讨论直流电热功率，所得规律加以补充可以推广应用到交流电热功率问题=
电热转换当量是联系电能与热能转换的根本数据，其值由实验测定。英国学者焦耳首先测定了机械功转变为热能的当量值。现代的测定方法，是在一个盛定量水的绝热水槽中，浔人水中一个电阻体.供人一定的电能，测量水温变化，测定结果是

如图2-1，设电阻体的电阻为R，n;其端电压为U，V;电流为I,A;则电阻电热功

式中，(0为导体的电阻率，r>m;y为^的倒数，称为电导率;/为电流密度，A/m2;£为电场强度，V/m。对于dxd^dz微元，设甲为电

式(2-2)是焦耳定律的一般表达式:导体中任一点的电热功率密度，与其电流密度或电场强度的平方成正比。

[例2-1]某矿热炉中（如图2-2)，电极的半径为n，埋人料层的深度为A，电流为I，求两间距相当大的电极间物料中电热功率密度分布。

熔铜炉工频电炉物理热计算

null@null.com (金麦穗) — Sat, 12 Sep 2015 19:14:09 +0800

物料的物理状态，可用它的温度、压力和体积这三个参量来描述。使物理状态改变所需的热称为物理热。加热物料升温所需的热，改变物态所需的潜热，都是物理热c 加热物料，使其升温所需的物理热

上两式中，m为被加热物质量,kg;C/5为被加热物比热容，为加热开始和终了温度，，/为被加热物开始和终了的比焓，kj/kg;f()为测算比焓的基准温度,20t：或or。
比热容随温度变化的关系式是实验式，适用于一定温度范围，应用时注意。如果在一定温度范围内比热容变化不大或者按线性规律变化，式（1-6)简化为

若从文献可查得比焓值，最好用式（1-7)计算，因为比焓值往往是直接测定值，较准确。式（1-8)通常适用温度范围很窄，须慎用。
上列关系式可用于固体物料的升温计算，也可用于液体或熔体物料的升温计算。
使物料完成物态变化(相变)所需的潜热，一般可由文献査出。
物料含水方式有二,一是附着水,二是结合水。脱除附着水所需的是物理热，应用上述关系式计算。在常压下，水在lOOt：汽化，汽化潜热为2257kJ/kg。低于lOOt：脱除附着水的变化叫蒸发,蒸发热与温度和压力有关，在标准状态下为2491kJ/kg。蒸发脱水，可利用有关文献中比焓与湿量图计算所需的热量。脱除结合水较难，所需温度较高，通常在一定温度区间完成，由实验或文献明确所需的热。
[例1-1]文献报道石墨在300 — 3200K范围的比热容

考查上表数据，明白碳钢比焓随温度变化是非线性的。但在100〜500t及800〜 1250C区间，近似为线性规律。只是700〜800X：区间，比焓差特大，这是因为磁性转变。此例提示我们，慎用平均比热容计算热耗。
[例1.3]脱除每千克附着水所需的理论热耗。
在压力为101.325 kPa时,过热蒸汽的比焓如下：

这说明脱水耗热量大，若非必要,应避免用电炉脱水。

熔铜炉工频电炉热能与电能单耗

null@null.com (金麦穗) — Wed, 09 Sep 2015 12:58:18 +0800

热能和电能单耗这两个技术指标,用来反映炉子生产的能源耗用水平。热能单耗指获得单位合格产品炉子系统所耗用的热能，其中耗用的电能,称为电能单耗。
用统计法或热平衡法可测算这两个指标。统计法是根据统计数据,用下式计算热能单耗 Bt(kJ/kg 或 MJ/t)和电能单耗 Be(kW»h/kg)

此法比较简便,但是由于在统计所取的时间内炉子工况变动，计算所得是统计期间的平均值，又因不涉及炉子热工过程，不能确切反映影响单耗水平的原因。
另一方法是热平衡测算法，它的优缺点与统计法相反。在炉子工况稳定时，炉子系统处于热平衡状态,输入和输出炉子系统的热流应相等

式中，P为电源供给炉子的电功率,kW;Qq为其他热源供热，如燃料与电极燃烧放热、物料带人的物理热、物料化学反应放热，kJ/h;Qy为用于加热物料的有用热，除升至规定温度所需的热外，还包括物料的干燥耗热，物料化学反应吸热,W/h;Qs为炉体的各种热损失，如炉体向环境的散热，炉淹、出炉气体与冷却水带走的热，W/h;PsS炉子系统各种电损失，如电源变压器与短网的电损失，kW。
式（1-3)称为热平衡方程。在炉子生产正常、工况稳定时，进行热平衡测试，用仪表逐个测定Q人和包含的具体项目。综合测试值，用式（1-2)计算单耗。此法的优点，一是准确，因为测试是精心组织的，测试值由0出是否等于Q人而得到校核；二是剖析了炉子热工过程，因为热平衡方程中的每个项目，都是反映热工过程的一个方面，分析测试结果，可明确存在的问题和科学地研讨改进措施。