预埋式电加热流槽开发与测试

（派罗特克（广西南宁）高温材料有限公司，广西 南宁 530000）

在铝加工生产中，流槽是传送铝液的重要工具[1]。随着铝加工生产线趋向复杂化和大型化，所使用的流槽总长度越来越长，由流槽所造成铝液的温降越来越高，已经在某些应用场合直接影响生产的正常进行。有时甚至需要提高保温炉的温度以补偿流槽对铝液造成的温降,但保温炉温度的升高会带来能耗增加、保温炉寿命缩短、造渣量增加等一系列不利影响。在铝熔铸车间生产过程中，为了降低流槽造成的铝液温降，避免热冲击造成流槽内衬开裂，通常需要对流槽进行预热和加热[2]。

传统流槽预热方式是通过燃烧天然气、热流风机送风，燃烧木炭等方式对流槽内衬进行烘烤，这样的预热方式效率低，难以准确控制预热温度，工人的劳动强度较高和工作环境较差[3]。传统流槽加热的方式是采用辐射式电加热上盖对铝液进行加热，这种加热方式发热面积小，加热功率和效率较低，铝液面与底部存在温差，铝液温度不均匀。所以有必要改进现有流槽加热方式和结构，有效解决上述问题。

1 电加热流槽开发

1.1 结构及工作原理

预埋式电加热流槽结构示意图如图1所示，铁壳作为支撑整段电加热流槽的刚性结构，铝液从内衬的内腔流过，加热模块安装在内衬的两侧面，内衬、加热模块和铁壳、压板之间均安装保温层，压板通过螺钉固定在铁壳上部，同时压紧内衬、加热模块和保温层[3]。加热模块的高温面靠近内衬，低温面靠近侧保温层。当加热模块通电发热时，加热丝温度可达1000℃以上，而铝液的温度通常不超过750℃。热力学第二定律指出：凡是有温差存在的地方，就有热能自发地从高温物体向低温物体传递[4]。所以加热模块产生的热量可通过热传导方式传递给内衬，内衬通过热传导的方式将热量传递给流过的铝液，起到加热、保温铝液的作用。保温层和保温上盖可有效降低流槽向外部环境传递的热量，减小热损失，提高加热效率。

图1 加热流槽结构示意图

通过温控表控制加热模块的通断，使加热模块高温面温度保持在设定温度±5℃范围内，对流槽内衬进行均匀加热。当铝液通过流槽前，启动加热模块，提前对流槽内衬进行预热，当铝液通过流槽时，内衬均匀地把热量传递给铝液，消除或降低铝液通过流槽时的温降。

1.2 传热学计算

通过以上结构可知，加热模块的高温面温度最高，根据热力学第二定律，热量主要从加热模块向内衬及铁壳方向传递，且各种介质之间的热能传递方式均为热传导。根据傅里叶定律，单位时间内平板的导热热量与当地的温度变化率及

表1 加热流槽传热学计算

图2 加热流槽预热曲线

平板面积A成正比，即：

热效率计算公式为：

通过以上传热学计算结果可知，加热模块传热效率可达90%以上。结合流槽顶面和底面的热损失及功率预留，加热模块的功率设定为7kW。

2 电加热流槽测试

采用加热模块电源通断控制方式，设定一个加热模块目标温度，当测量温度低于设定温度时，加热模块全功率工作，当测量温度高于设定温度时，加热模块停止工作。通过设定不同的加热模块目标温度，从常温开始对流槽进行预热，实时记录加热模块温度和流槽内腔的气氛温度，当测量温度均达到平衡后，结束测试。测试结果如图2所示。

通过图2的预热曲线可知，气氛温度平缓上升，整个加热过程对内衬造成的热冲击非常小，流槽内衬的寿命得以明显延长。加热模块设定温度越高，平衡后的气氛温度也越高。当加热模块设定温度为900℃时，平衡后的气氛温度可达750℃，此时当铝液流过流槽时，内衬会向铝液传热或保温，有效消除或降低铝液通过流槽后的温降。

3 结论

预埋式电加热流槽通过在侧面安装加热模块对内衬进行均匀加热，由于内衬与铝液的接触面积较大，热量可以均匀高效地传递给铝液，使铝液温度保持均匀。通过加热流槽的加热、保温作用，铝液温降很小，保温炉的温度可以适当降低，节约能耗成本。预热过程内衬温度平缓上升，内衬受热冲击开裂的问题得到解决，内衬寿命得以延长，同时可选用在物理性质上比较耐用或成本较低的耐火材料浇注内衬，拓宽内衬材料的选用范围和降低内衬制造成本。

[1]庆毅,刘万库. 新型流槽的研制和应用.轻合金加工技术.1998.

[2]黎星界,诸葛敏.一种预埋式电加热流槽.中国专利.CN106825457A.2017 .

[3]臧立中.一种电辅加热流槽. 中国专利.CN104422287A.2015.

[4]杨世铭,陶文铨.传热学 第四版.2006.