感应器内锌液流动方向成因分析及凝固后的处理.docx

锌锅熔沟锌液流动方向成因分析及凝固后的处理 锌锅是钢铁冷轧工业中生产热镀锌产品的重要设备， 作用是将锌锭熔化，保证带钢浸锌时锌液的供给。锌锅加 热锌锭的方式分为两类：直接加热和间接加热。现代热镀 锌机组普遍使用工频感应间接加热方式。锌锅和感应加热 锌锅感应加热器是一个采用电一磁一电在感应加热器的 交变磁场作用下，锌锅熔沟内的锌液产生涡流，涡流产生热量 给锌液加热。熔沟内加热过的锌液需要流动起来才能将热量快 速地传递到整个锌锅内的锌液。熔沟内的锌液流动也会带动锌 液的锌渣一起运动，如果设计不合理，锌液的喷出方向对着带 钢就有可能使这些锌渣附着到带钢上，出现产品质量问题。 1 熔沟内锌液涡流的等效电路 锌锅熔沟呈E字形，与之正交的有两个感应线圈，线 圈中通以工频交流电，产生交变磁场。根据两个感应线圈 的连接方式，其产生的磁场存在图2两种情况： 第一种情况是两个线圈在任何同一时刻磁场方向相同， 第二种情况是两个线圈在任何同一时刻磁场方向相反。两 种情况在熔沟内的锌液中感应出来的电流情况是不同的。 第一种情况下熔沟内感应出来的电流的流动方向瞬间 (a】线圈磁场方向同向 (b)线圈磁场方向反向 图2 不同线圈连接方式产生的两种交变磁场 图3 磁场方向相同感应电流方向示意图 这种情况下，熔沟内锌液构成的电路的电流情况可以 用图4中的等效电路图来表示： 图4 熔沟感应电流等效电路图 在此情况下，两个线圈在中间熔沟内感应出的电流方 向在任何时刻都是相反的，相互抵消后中间熔沟内实际的电 流将很小，特别是当1 I l—I I2 l时，即I1=一I2，根据 基尔霍夫第一定律： (J1+ +L)=0，可知R2中流经 的电流I3将为0，即两个感应电流在中间熔沟内完全抵消。 第二种情况熔沟内感应出来的电流的流动方向瞬间将 如图5所示： 图5 磁场方向相反感应电流方向示意图 在此情况下，两个线圈在中间熔沟内感应出的电流方 向在任何时刻都是相同的，相互叠加后中间熔沟内实际的 电流将比两边熔沟内的电流都大。它的等效电路图与图4 的相似，只是图中I2的方向要反向。在此情况下再根据基 尔霍夫第一定律：：(I +I +L)一0，可知R2中流经的 电流I。将为I 和Iz之和。 2 锌锅熔沟锌液流动热力学成因 分析 锌锅熔沟内的锌液在感应电流的作用下将产生焦耳热， 其发热功率可根据欧姆定律P=I R得出。为了便于说明下 面的计算假设都基于 I I I—l I2 l，则R1、R2、R3的发 热功率分别如下表所示： 表1 两种情况的发热功率 感应电流产生的热量使熔沟内的锌液温度得以上升。 对于第一种情况，由于中间熔沟电流很弱，热量几乎都产 生在两侧的熔沟中，在烟囱效应的影响下两侧锌液向上流 动从熔沟出口喷出，将热量传递到锌锅内的锌液。锌锅内 的较冷的锌液从中间熔沟吸入，从而形成稳定的流动。 第二种情况则非常复杂，虽然中间熔沟的电流比两边 大，但是两侧的熔沟也有相当的电流，单位体积内的锌液的 发热量与电流的密度有关，而电流密度还跟熔沟的截面积有 关。如果中间的熔沟的截面积是两侧熔沟面积的四倍的话， 两侧熔沟和中间熔沟的电流密度相同。电流密度相同则单位 体积锌液温度上升程度将相同，这样烟囱效应将不复存在， 锌液就无法流动。即使两侧熔沟和中间熔沟的电流密度不 同，其烟囱效应的效果也比较差，这种情况对熔沟形成稳定 的流动以使整个锌锅的锌液热交换迅速且均匀是不利的。 由上述分析可知锌锅两个感应线圈的电气连接方法有 一定的讲究，必须使两个线圈并联时生成的磁场的方向， 否则将影响热传递的效果。 3 锌锅熔沟凝固后的处理 锌锅感应加热器发生故障无法送电后，熔沟内锌液大约 二十分钟就会凝固成 “锌锭”。当故障处理完毕重新投入感 应加热器时，就面临着重新熔化已经凝固的 “锌锭”的问 题。现在比较好的感应加热器设计的熔沟倾角都比较大，在 较大的锌液重力作用下凝固的 “锌锭”中不会因为温度持续 降低体积收缩而产生断层，所以还能构成两个完整的导电通道，因此仍然可以通过感应加热器来熔化凝固的“锌锭”。 熔沟内锌液凝固成 “锌锭”充满在整个熔沟内，重新 启动感应加热器加热时，“锌锭”受热体积将会膨胀，“锌 锭”将对周围的耐火材料产生应力。如果这种应力破坏了 耐火材料的表面产生裂纹，将会很快形成漏锌故障。因为 当感应加热器正常低功率控制时裂纹内的锌液温度迅速降 低而凝固成 “锌锭”，当切换到正常高功率控制时裂纹内的 “锌锭”就开始升温熔化，期间将对周围的保温材料产生很 大的应力，这样的过程不断重复，耐火材料内的裂纹慢慢 扩大，当裂纹穿透耐火材料达到感应加热器外壳时漏锌故 障就发生了。 耐材产生 低功率时裂纹高功率时裂纹凝固镑液熔化时 裂纹扩展