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简论铝材退火炉设计中存在的三个问题
韩冬
哈尔滨松江有色工业有限公司，黑龙江哈尔滨150059)
摘要：铝材退火炉在热工计算、炉温均匀性、风速的选择方面存在的设计问题。关键词：铝材退火炉；热工计算；均与性；风建
1热工计算问间题
铝差装炉后送电，开始时加热器发出的热除了用于加热炉睡结构和料盘外几乎全部被铝卷所吸收，所以这一阶段铝卷单表面积单位时间吸收的热量9保持不变，故称等热源阶段，这时铝卷吸收的热量很大，铝卷表面温度很快地上升，同时也造成卷材表面和心部间的很大温差，炉气也随着表面温度很快的上升，炉气与表面温度的温差取决于炉气对卷材表面的给热系数a，即△l=a，a取决于风速。若炉温在1时刻到达设定的温度1设，炉子的温控系数就开始动作，使加热器的功率自动减小，保持炉气温度不变，故这一阶段称等温阶段这时固热流减小，错卷表面的升温变慢了，所以铝卷表面和心部的温差也逐渐减小，保温相当的时间后，表面和心部的温度都达到工艺所允许的公差范围内，炉才可以出炉，用这种方式加热保温时间很长，生产效率很低。现在很多的企业对铝差材加热工艺都会选择超温加热的方法，这就是在等热流阶段先将炉气温度升高到铝卷设定值以上的某个温度，到达该温度后，控温仪表开始工作，使炉气保温，在保温时由于炉温较高，铝卷升温就比前面讲的快得多，直到铝卷的表面温度到达接近于：设的某个规定温度时，控温仪表又自动地转人称为“转定温”或“热差比”的控温方式，也就是仪表把加热功率慢慢的减小，使炉气温度下降并保持在某一1炉1 上。此炉气温度与设定温度的温差△1(也称温压)和设定温度与铝卷表面温度的温差△t2的比值△11/△12保持不变并等于某一事先规定的K值，炉气保持一段时间后由于1表有所上升，打破了原定的比例K，又重新将炉气降到t炉2并保温.然后K值又被打破这样进行下去自到炉气设变化较小并保持在1设上这一过程，炉是
如果将此温度阶梯分得很细，直至：炉
阶梯状下降的称“转定温"。
比值K一直保持不变的曲线连续下降的话，这就成为所请的“热差比“控制了。这两种控制的共同特点是表面温度越接近设定温度，仪表就把温压调的越小，即保持较快的加热速度，又避免了铝卷过热的危险，总的加热时间都有较大的缩短，两者的区别是“转定温"方式t炉的阶梯降温线只是在某些点上△1/△12是符合比例的.而“热差比"则整个过程都能保持比例。综上所述卷材加热三个阶段中（即等热源、等温、转定温或热差比），加热器发出热量最大的是等热源阶段，由它决定炉子的功率大小，如改变功率，加热的总时间也随着变化，即等热源阶段时间与功率成反比，转定温或热差比阶段时间是和安装功率无关的。
2炉温均匀性问题
炉温均匀性是指炉隆工作空间内，在保温相当长的时间后任两点间的最大温差。炉温均勾性一般都是指空炉状态的性能，因为只有这样才有统一的标准，才能排除各种因素的干扰，炉子装上料后，由于铝材具有很高的导热系数入，它能起到拉平各点间温差的作用，并且由于通风面积被卷材挡住减小了，风速就会加大，这些都起着改善均匀性的作用。如果炉子空炉时的均匀性能符合工艺要求就不必担心装料后的均匀性了。炉子保温时通过炉避、门缝等各种缝隙及开孔不断向外散热：同时炉底也有热损失，所以经过工作空间时气温逐渐降低，这样就造成气流方向（即上下）的温差。
沿风道产生的温度应为：
△t=Q/AC Y
注：Q表示在工作空间的热损失[keal] A为通过工作空间的空气量[m/h] C为工作温度下空气的比热[keal/kg℃] 为空气在工作温度下的比重[kg/m"]
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提高均匀性也可以从减小热损失着手，由上面的公式来看，热损失少温差也少，但要减小损失必然要加厚炉衬，我们认为两则的炉衬是没有必要加厚的，因为他并不影响工作空间的均匀性，炉衬的厚度只要能保证较低的炉子外表温度就可以了，影响较大的主要是后壁，炉门和炉底，其中尤为重要的是炉门的密封性。我认为炉温均匀性表现在以下几点：一是要适当大的风量，二是减小热损失，三是各区温控的的一致性（但要指出炉温均匀性的控制不能全靠计算，因为有些地方是很难计算的.再者设计者不同选择方式也不同，有的设计者用风速指标来控制，有的设计者用一秒空气的循环次数来控制)。为确定加热功率的大小，炉子设计者除了设计炉墙结构计算各种热损失外还必须做铝卷不稳定传热的计算，不稳定传热的计算方法众所周知，但是要把它运要到铝卷的加热计算上还须对计算方法做一些改造，因为一般传热的计算边界条件、初始条件并不完全符合铝卷的加热情况，我认为至少有以下几点不符合实际情况。
2.1关于卷材的热传导系数入的取值
铝卷和一整块铝材不同，因为每层铝板（箔)间夹杂着空气和煤油等润滑剂，假设认为所有铝板间都被空气层均匀地隔开的话，则热传导系数就会比实际情况小得很多
2.2两个加热阶段的衔接间题
现有的资料都以卷材整个体积均处于同一温度作为起始条件的，在等温加热时等热流会使卷材表面和心部存在较大的温差，这不符合现有资料上等温加热的初始条件，我认为要先求出差材的一个平均体积温度来，再以这个温度作为起始温度进行计算，这样计算出的功率更准确些。再有炉门密封间题、仪表控温、换气系统都会对炉子功率计算产生影响，所以设计者应该多方考虑后与用户达成共识才能设计出实用的设备。
3风速的选择
风速既影响炉温均匀性也影响生产率，它的选择要满足以下两 3.1均匀性方面。公式计算需要和实际经验相结合，因为公式依
据的是理想状况，面实际工作中会有附加热损失，风道布置引起的实际风量大小和断面上的分配等，所以工作中还需要依据经验进行修正
3.2从生产率方面。前面提到提高生产率只加大加热器的功率但总体而言不是太有效，因为它只在开始升温的时候起作用，以后大部分时间内均受到温控仪表的控制，安装功率大作用也不明显，但风速的提高能增加炉气对铝的给热系数a，这对整个加热和均热过程始终是起作用的，所以它比只提高功率要有效多了。
但是风速的提高也有一定限制，首先风机安装位置的限制，其次是经济性的限制。当代铝卷炉工作时，装有铝卷的炉中风速范围约10-13m/s，在某些特殊的情况下可达15m/s，如提高风速从成本上不合算，因为风速如果提高50%，给热系数只能提高35%面风机的功率且要增加240%
总而言之，铝材退火炉的设计是需要供需双方共同协商依据理论和经验决定。不管设计多详细间题也是不可避免的，但设计时降低间题给实际应用造成不必要的损失才是最关键的。
参考文献
[1]王秉经,工业炉设计手册[M]北京：机械工业出航社,1996[2]成大先.机械设计手路[M]北京：化学工业出版社,2008,1.[3]肖亚庆.铝加工技术实用手册.