陶瓷锌锅感应器加热原理分析

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1、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备，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

2、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、R1是对应图1中的熔沟L-N、

3、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＝Imsin（2π×50t）＝Imsin（100πt）安，现任选t＝t0，则从图3中可看出电流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＝Bmsin（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

4、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

5、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，

6、即SL＝SM＝SR，并且也假设熔沟内锌液不流动，现分析如下：电流iL＝iR＝i，中间熔沟电流iM＝iL＋iR＝2iL＝2iR＝2i，所以功率PL＝PR＝i222R,中间熔沟功率PM＝iMR＝4iR。在任何相同时间ΔT内，产生的热量为：Q4Q4Q4QMLR在此时间ΔT内，熔沟中锌液温度的升高值为：t4t4t4tMLR由此可以看出中间熔沟的温升是每侧熔沟的温升的4倍。以上是在假定熔沟内锌液不流动且温度升高而电阻率不变的情况下推出的。实际上，由于锌液温度的升高，电阻率也随之增大，即可简单作出如下正确推理（如

7、高等数学中的趋势推理）：锌液温度升高后，温升ΔtL↗，ΔtR↗，ΔtM↗↗（注：↗为升高，↗↗为升高得更快）那么电阻率ρL↗，ρR↗，ρM↗↗那么电阻RL↗，RR↗，RM↗↗进而ΔtL′↗，ΔtR′↗，ΔtM′↗↗（表示电阻率变化之后的温升情况）23.感应器熔沟中锌液的流动现假定熔沟L-N、M-N、R-N中的锌液都固定不动，那么从温升情况看，其体积必然膨胀：ΔVL↗，ΔVR↗，ΔVM↗↗由于通电膨胀之前三熔沟内锌液的密度相同，即γL＝γR＝γM＝γ因为温升越快，膨胀速度就越快，所以锌液膨胀后其密度也发生变化，即：γL′↙

8、，γR′↙，γM′↙↙而锌液膨胀后熔沟中水平段的密度与左右熔沟内锌液的密度相同并且远大于中间熔沟的密度，即γ水平＝γL′＝γR′＞＞γM′，而锌锅内熔沟出口附近的锌液压力是处于一致的（等于大气压加上锌液的压力hγ），由此在中间熔沟与水平熔沟的锌液之间产生了密度差，因此也就是产生了压力差：PL＝PR＞＞PM可见在压力差