中频炉炉料烘干装置设计

张东拴，刘文浩，毛 辉

（共享智能铸造产业创新中心有限公司，宁夏 银川 750021）

传统的炉料烘干主要应用于有色金属冶炼行业，采用专用设备生产线，例如用石灰乳粘结的硫化物料团矿在贮矿仓内热气流干燥时，发生对后续作业有利的钙硫酸盐、碳酸盐的生成反应等。传统的炉料烘干设备结构复杂，成本投资大，相比较操作复杂。但是在传统黑色铸造行业中，常用中频炉来冶炼，中频炉冶炼具有操作工艺简单、熔炼运行可靠，熔化升温快、炉温容易控制、生产交率高等诸多优势，因此很多铸造石选用中频炉冶炼浇注。但中频炉炼钢最讲究的就是精料，炉料在平时运输过程中如遇到大雨，或者南方梅雨季节，空气潮湿，炉料含水量高，在冶炼过程中容易发生喷溅，造成安全事故，并且在熔化过程中氢、氧的成分偏高，钢水的成分不好控制。因此，本文提出一种基于中频炉冶炼的炉料烘干装置设计方案。

1 烘干装置结构介绍

炉料烘干装置主要有热风加热装置、运风装置、风罩以及控制系统组成，如图1 所示。热风加热装置的一端通过管道与风罩相连，运风装置与热风加热装置的另一端直接相连，从而实现将热风加热装置产生的热风送入风罩中，风罩设有若干个，从而可以同时烘干多区域的炉料。炉料烘干装置的控制系统，可以根据炉料的不同状况，调节烘干温度、时间以及风量，以达到最优交果和节能交用。

图1 炉料烘干装置

热风加热装置：主要是在加热室安装加热装置，通过送风机将加热的空气吹送至管道中，其中加热方式可以采用电加热等。

运风装置：主要是将热风由加热装置快速吹送，通过管道将热风由主管路送入风罩内对物料进行快速烘干。

风罩：在需烘干的工位上部设有风罩，将热风均匀分散至炉料表面，风罩上层具有保温功能。风罩包括锥形罩盖和平板形罩底，罩盖顶端进风口处设有电磁阀与主管道相连，进风口与热风加热装置的出风口管道连接，罩底设有均布的若干通孔，热风通过罩底后，均匀吹向置于炉料转运车车厢的待用炉料。

控制系统：可以对加热时间、加热温度以及风量进行调节，既可以适应不同工况的炉料，还可以起到节能的交用。

2 关键技术参数

烘干装置的关键技术参数如表1 所示。

表1 关键参数

设备采用日本岛电公司生产的高精度、自整定、自适应的温控器，温控仪表以4 mA～20 mA 电流输出方式，通过周波控制器，连续调节固态的输出功率，以达到有交控温目的。

在加热主回路上采用快速熔断器，做主回路过流保护、加热的每一区都配有电流表，以便直观地反映加热器的工作状态。控制柜有急停按钮，防止意外情况发生。

吹风温度、时间、风量可设定，具备到时停止，并伴有声光报警。

控制逻辑为：加料车停到加热风罩下方，加热装置开始加热，加热到设定温度时开始计时，计时到设定烘干时间自动停止并声光报警提醒操作人员。

3 工作流程

炉料转运车将炉料转运到烘干区，由炉料烘干装置对炉料进行烘干，具体流程为：

1）将待用炉料放置于炉料转运车的车厢内。

2）利用炉料转运车在炉台等待间隙，炉料转运车根据系统设定，自动停在炉料烘干工位。

3）输入参数（烘干温度、时间、风量）开始烘干，向风罩送入热风，热风通过风罩均布于炉料转运车的车厢，热风在炉料空隙中流动，加速炉料表面水分蒸发。

4）烘干完毕，炉料转运车自动运行至下一地点准备加料。

4 热量计算

在烘干炉烘干炉料时，吹入的热风与烘干炉内壁、风管风罩内壁、炉料相接触，经过对流传热，炉料、烘干炉内壁以及风管风罩内壁吸收热量，温度上升。待烘干至某一温度不再上升时，烘干炉内部达到稳定的温度状态。烘干炉内的热量状态如图2所示。

图2 烘干装置中的热量状态

在炉料受热升温阶段，烘干炉产生的热量为Q，可表示为：

式中：Q—烘干炉的热量，W；Q1—加热烘干炉内壁、风管风罩内壁吸收的热量，W；Q2—风罩、风管等外壁散失的热量，W；Q3—炉料吸收的热量，W.

4.1 烘干室内壁及风罩、风管内壁加热所需的热量

在加热阶段，烘干室、风管风罩内壁吸收的热量适用于温度的上升。即：

因比热容c1随温度变化很小，假设为恒定值，则（2）式 可写为：

式中：M1—烘干炉内壁、风管风罩内壁材料质量，kg；c1—烘干室内壁材料的比热容，J/（kg·K）；T1—室内壁加热前的初始温度（即车间温度），K；T2—室内壁加热到稳定状态下的温度，K；ΔT-T1与T2温度之差。

4.2 烘干室、风管风罩外壁散失的热量

热风在传输过程中，室体和管道外壁通过对流传热向空气中散失热量。因烘干室外壁温度较低，辐射传热量较小，该部分散失热量主要考虑对流传热。散失热量为式（4）：

升温过程属不稳定传热，在短时间t 内烘干室外壁平均温度T2是时间的函数，假设与时间的关系是线性的，另外K 随温度变化很小，可视做恒定，则式（4）积分后为式（5）：

式中：Q2—在时间t 内由烘干室、风管风罩外壁传散失的热量，J；S—烘干室外壁、风罩风管外表面积，m2；K—对流传热系数，J/（m2·h·K），按照平板在空气中自然对流状况下取值[1]；t—传热时间，h；T2—加热期间烘干室、风管风罩外壁平均温度，K；T1—烘干室车间内空气温度，K.

4.3 炉料表面水分气化吸收的热量

设气化过程是在工件升温t 的这段时间里完成，其吸收的热量主要来源于炉料表面附着的液体物质的气化，用式（6）表示：

式中：Δh—液体物质气化潜热，J/kg；m—液体质量，kg.

5 结论

通过理论计算，配合现场的实施验证，此方案应用于中频炉烘干炉料交果良好，并且设备投资成本和后期使用维护成本都较低，为企业降低了生产成本，减少了安全事故，有交控制了铸件成分。