熔鋁爐中鋁在固態升溫階段的傳熱計算及分析

杜文智 吳迪 茍遠波 李凱華 朱曉龍 郭小虎

(1.西安航天源動力工程有限公司，陜西 西安 710100；2.西安航天動力研究所，陜西 西安 710100)

0 引言

熔鋁爐是一種冶煉金屬鋁的熔煉爐。由于熔鋁爐存在能耗巨大、運行成本高的問題，對其節能改造意義重大。

熔鋁爐利用天然氣燃燒釋放的熱量，將固態鋁料熔融為鋁液。鋁熔煉過程可分為三個階段：固態加熱階段、固液混合物加熱階段、液態加熱階段。鋁熔煉過程的能量分配如圖1所示。固態鋁加熱過程是鋁熔煉的開始，該過程吸收的熱量占全部熱量的50%[1]，是整個鋁熔煉過程的重點。基于此，本文對固態鋁加熱過程的換熱情況進行計算和分析，以期對熔鋁爐的節能提效有一定的貢獻。

1 傳熱計算模型

1.1 模型假設

本文以30t圓型熔鋁爐為例設計固態鋁升溫過程傳熱模型，并對該模型進行如下合理的簡化和假定：(1)熔鋁爐為直徑5.4m、高2m的圓柱體。(2)爐內30t鋁堆積成圓柱體，該圓柱體直徑3.3m、高1.3m，鋁在固態升溫過程保持形狀不變。(3)熔鋁爐保溫良好，沒有散熱。(4)鋁只受到輻射和對流傳熱，其中輻射傳熱來自煙氣和爐內壁，對流傳熱來自煙氣。(5)假定傳熱過程爐內煙氣溫度和爐內表面溫度穩定。(6)天然氣為純CH4，助燃空氣含濕量10g/m3，燃燒時過量空氣系數取1.2。

模型結構示意如圖2所示。

1.2 模型計算過程

鋁柱所受熱量來自三個方面：爐壁輻射、煙氣輻射、煙氣對流，即公式(1)所示。

式中：Q總及Qlb、Qyq、Qdl分別代表鋁柱總受熱功率及來自爐壁的輻射功率、煙氣的輻射功率、煙氣的對流換熱功率(kW)?！?br>