陶瓷锌锅感应器加热原理分析探究.pdf

陶瓷锌锅加热原理分析 袁新民，李九岭，汪晓林 （武汉市吉瑞化工科技有限公司，湖北武汉, 430074） 一、前言 目前带钢连续热镀锌作业线均采用陶瓷锌锅，它是热镀锌机组中的重点设 ，而工频有芯感应 器又是锌锅提供热源的心脏。因此，了解陶瓷锌锅感应器加热原理，对陶瓷锌锅的维护及使用有着 重要意义。 二、陶瓷锌锅感应器熔沟内锌液的流动与加热 在热镀锌工具书中只有简要地叙述：“当感应加热体的一次线圈通电时，熔沟内的液态锌由于 产生感应电流而被加热。同时，一次电流又产生一个磁场，通过磁场作用，使作为二次电流的锌液 按照一定方向发生运动。”。但均没有详细阐明锌液的运动的动力来源及其流动的方向。通过我们多 年的工作实践并且反复验证，已证明陶瓷锌锅感应器内锌液是从中间熔沟喷出，而从两边熔沟流入。 1. 感应器的喷流形式 设感应器熔沟从左到右分别为L-N、M-N、R-N （L-左，M-中间，R-右，N-公共点）。 见图1、 图2。 图1 感应器侧剖视图 1-捣料；2-熔沟；3-线圈；4-外壳；5-外壳法兰孔 图2 感应器俯视图 1-外壳；2-熔沟；3-线圈；4-铁芯；5-外壳法兰孔 从图1可以看出：熔沟L-N、M-N、R-N直径大致相等且都充满有锌液，图2 中的熔沟L、M、R 1 是对应图1中的熔沟L-N、M-N、R-N。电流为工频50Hz的交流电。 2．锌锅中锌液的加热 电流频率为50Hz的交流电正弦图形，见图3。 图3 工频交流电正弦图 设电源电流为i＝Isin （2π×50t）＝Isin （100πt）安，现任选t＝t ，则从图3中可看出m m 0 电流i正向且有增加趋势，那么它产生的磁通Bt0 （见图2 中虚线箭头）也有增加趋势，B＝Bsinm （100πt）熔沟作为二次线圈就有感应电流产生，所产生的感应磁通Bt0′是用来削弱Bt0 的。由 图2可判断出两侧线圈的绕向相反，同名端相连，即a-a相连，b-b相连，在图2 中的黑圆点就是 同名端。一般喷流型感应器的2个线圈的绕向相反，需同名端相连，并联接到电源，以达到磁场叠 加。若2个线圈绕向相同，则必须首尾相连，串联接到电源，同样达到磁场叠加。否则，磁场会抵 消，线圈就成了纯电阻的导线，如果冒然接通电源，就会产生很大的电流，导致烧毁感应器的后果。 磁压缩力的方向是从表面指向导体的轴线，压缩力在熔沟轴线上达到最大，而在边缘最小。其 作用结果，在靠近熔沟中心最强，熔沟外侧较弱。熔沟截面不同，其通过的电流密度就不同，熔沟 中各点受力大小不同，另外，在熔沟出口处，截面的变化率越大，则该处锌液受到的压力也就越大。 熔沟中锌液的流动方向是从压力大处流向压力较小处。所以，熔沟中的液态锌的流动在微观上 都是沿着轴线从锌锅进入熔沟，并沿着熔沟外壁从熔沟压入锌锅。而在宏观上，总体是从熔沟中压 力大的出口流向压力较小的入口。喷流型感应器就是根据力学计算改进了熔沟的截面形状，调整了 熔沟出口部位横截面的变化率及转角，从而提高了熔沟中锌液的流速，达到从中间熔沟喷流进入锌 锅的设计目标。 终上所述，应知三个熔沟中左L、右R两熔沟的断面积及垂直长度是完全相等的，而中间的熔 沟M断面积比两侧稍微大一点，目的是为了使两侧熔沟的锌液更便利地流入。 为了便于推理首先假设图2中三个熔沟的断面积相等，即SL＝SM＝SR，并且也假设熔沟内锌液 不流动，现分析如下： 电流i ＝i＝i ，中间熔沟电流i ＝i＋i ＝ 2i ＝2i ＝ 2i ，所以功率 P ＝P ＝ i L R M L R L R L R 2 2 2 R ,中间熔沟功率P ＝ i R ＝ 4i R 。在任何相同时间ΔT 内，产生的热量为： M M Q 4Q 4Q 4Q