带钢涂层连续红外加热炉的热平衡分析(上)

    【慧聪表面处理网】摘要：基于电镀锌涂层机组所用短波红外加热炉，考虑带钢、涂层、机组速度等因素的影响，对红外加热炉进行了系统的热平衡分析，建立了求解的数学模型。经过一系列的理论推导，最终确立了对输入电压的求解方法，实现对红外加热炉的控制。

    l引言

    镀锌涂层钢板生产工艺中，对于涂层的干燥是关键。鉴于短波级外加热炉对涂层良好快捷的干燥效果，宝钢某电镀锌涂层机组采用这种设备。

    红外加热炉是利用红外辐射原理对物料进行加热和干燥。与传统加热干燥方法相比，红外加热具有热转化效率高、响应速度快、加热干燥所需时间短、设备紧凑占地小、工作稳定可靠、维护方便安全[1]。因此，红外加热技术已逐渐应用到越来越多的领域。但是，红外加热炉在干燥电镀锌上的应用还不是很广泛，对于红外加热炉的功率分析还不成熟。透过热平衡理论分析带钢、

    涂层、机组速度等因素对系统功率密度的影响，实现了红外加热炉的准确控制以及简便操作。

    2红外加热炉的热平衡分析

    运用热平衡方法[1]，根据能量守恒定律有

    Q'=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5(1)

    式中：Q’--单位时间内红外加热炉所提供的热量；

    Q1--单位时间内加热工件所需的热量；

    Q2--单位时间内加热工件基体附着物所消耗的能量；

    Q3--单位时阉内炉璧散失的热量；

    Q4--单位时间内经过缝隙散失的热量；

    Q5--单位时间内空气带走的热量。

    考虑到其他未知的热量散失，取安全系数Kq，取值范围为1.1～1.2。实际红外加热炉的功率为：

    Q=KqQ'(2)

    红外加热炉为连续作业，即在设定初值之后，只要加热工件及要求不发生变化，加热炉工作状态便不会发生变化，而且处理过的工件也是满足要求的。由此做出结论：除启动阶段外，红外加热炉总是处于稳定的状态，即能量输出与能量输入处于平衡状态。因此，作为加热炉的有效能耗的Q1和Q2所占的比例基本保持不变。那么，称二者所占的比例为红外加热炉的综合效率，用η表示。一般为0.6～0.8。则有：

    Q=(Q1+Q2)/η(3)

    为简化计算过程，式子右边各项除以相应的受热面积，转化为功率密度关系式。即：

    qw=qcoil/εcoil+qcoating/εcoating+qvapor)/η(4)

    式中：qw--所需红外辐射器的功率密度；

    qcoil--加热工件所需的功率密度；

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