.736 工程科学学报，第42卷，第6期 为详细说明加热过程中炉料及耐火保温层不 3000 1 同位置的温度随加热时间的变化情况，选取高温 (2) (3) (4)5) (6) 2500 炉中心横截面处的一条直线为参照（图2），距炉子 -4h 2000 底部640mm,总长度890mm,从壁面开始，到炉芯 12h 16h 中心结束，研究温度变化情况.图5为炉内水平线 上不同时刻的温度分布曲线图，(1)至(6)依次对 56h 应岩棉、保温砖、高铝砖、填料、炭砖和炉料（由于 500 包含的炉芯只有25mm,故在此不再列出).从图 中可以看出，加热阶段热量主要用于炉料和炭砖 0 100200300400500600700800900 的升温，填料层作为过渡段，保温段温度变化幅度 Distance/mm 较小：电压变为9V后炉料温度有所下降，岩棉、 图5监测线1温度随时间变化曲线 保温砖层和高铝砖层热量增幅明显上升 Fig.5 Variation in temperature of monitoring line with changing of heating time 保温过程中沿监测线方向5层耐火保温材料 的温度云图如图6所示.从图中可以看出，随保温 以发现，保温阶段炭砖与炉料废阴极温度基本维 时间延长，炭砖层温度变化幅度较小，填料层高温 持在1859℃.由此说明保温段电压设置合理，在 区略有下降，高铝砖、保温砖与岩棉的温度均有增 此阶段电压主要用于保温砖与岩棉的升温以及炉 加，尤其是保温砖层，温升较为明显.结合图5可 体壁面的散热 中分9心中个的 Temperature/C 图6沿监测线方向五层耐火保温层随时间温度分布(X=1.605m).(a)24h:(b)28h:(c)32h:(d)36h Fig.6 Variations in temperature of refractory insulation along monitoring line at different heating time (X=1.605 m):(a)24 h;(b)28 h;(c)32 h;(d)36 h 3.3电压曲线优化 18 -Case I 电阻炉普遍存在耗能高、周期长的问题，合理 --Case 2 -.-Case 3 的电压分布可有效提高生产效率、降低产品能耗， 15 从而节约生产成本.加载电压会引起内热源的变 化，从而改变温度场的分布.选取前24h的升温阶 段作为研究对象，探究供压曲线对高温电阻炉炉 内温度分布的影响.为保证电阻料的发热量基本 相同，供电曲线要满足总供电量相等.3种供压情 况如图7所示，每8h改变一次，供电电压分别为 12 16 20 24 递减型（方案1）、恒压稳定型（方案2）和递增型 Time/h (方案3).通过数值模拟分析炉膛最低温度变化研 图7供压曲线 究物料区域温度的均匀性及1700℃以上温度的 Fig.7 Modes of power supply 占比情况，即氟化盐挥发率 图中三条曲线，电压逐级递减时加热6h后监测点 取炉膛温度最低点作为监测点（图1中所示 温度接近900℃，在超过该温度下的停留时间高 点)，三种供电曲线下监测点温度随时间变化的情 达18h,比逐级递增电压条件下到达挥发温度的 况如图8所示.实验测得废阴极中氟化物在900℃ 时间提前9h左右.废阴极炭块的尺寸为30~70mm, 开始挥发，当温度达到1700℃时挥发彻底.观察 因此其中氟化盐需要在高温条件下处理一定的时为详细说明加热过程中炉料及耐火保温层不 同位置的温度随加热时间的变化情况，选取高温 炉中心横截面处的一条直线为参照（图 2），距炉子 底部 640 mm，总长度 890 mm，从壁面开始，到炉芯 中心结束，研究温度变化情况. 图 5 为炉内水平线 上不同时刻的温度分布曲线图，（1）至（6）依次对 应岩棉、保温砖、高铝砖、填料、炭砖和炉料（由于 包含的炉芯只有 25 mm，故在此不再列出）. 从图 中可以看出，加热阶段热量主要用于炉料和炭砖 的升温，填料层作为过渡段，保温段温度变化幅度 较小；电压变为 9 V 后炉料温度有所下降，岩棉、 保温砖层和高铝砖层热量增幅明显上升. 保温过程中沿监测线方向 5 层耐火保温材料 的温度云图如图 6 所示. 从图中可以看出，随保温 时间延长，炭砖层温度变化幅度较小，填料层高温 区略有下降，高铝砖、保温砖与岩棉的温度均有增 加，尤其是保温砖层，温升较为明显. 结合图 5 可 以发现，保温阶段炭砖与炉料废阴极温度基本维 持在 1859 ℃. 由此说明保温段电压设置合理，在 此阶段电压主要用于保温砖与岩棉的升温以及炉 体壁面的散热. 3.3    电压曲线优化 电阻炉普遍存在耗能高、周期长的问题，合理 的电压分布可有效提高生产效率、降低产品能耗， 从而节约生产成本. 加载电压会引起内热源的变 化，从而改变温度场的分布. 选取前 24 h 的升温阶 段作为研究对象，探究供压曲线对高温电阻炉炉 内温度分布的影响. 为保证电阻料的发热量基本 相同，供电曲线要满足总供电量相等. 3 种供压情 况如图 7 所示，每 8 h 改变一次，供电电压分别为 递减型（方案 1）、恒压稳定型（方案 2）和递增型 （方案 3）. 通过数值模拟分析炉膛最低温度变化研 究物料区域温度的均匀性及 1700 ℃ 以上温度的 占比情况，即氟化盐挥发率. 取炉膛温度最低点作为监测点（图 1 中所示 点），三种供电曲线下监测点温度随时间变化的情 况如图 8 所示. 实验测得废阴极中氟化物在 900 ℃ 开始挥发，当温度达到 1700 ℃ 时挥发彻底. 观察 图中三条曲线，电压逐级递减时加热 6 h 后监测点 温度接近 900 ℃，在超过该温度下的停留时间高 达 18 h，比逐级递增电压条件下到达挥发温度的 时间提前 9 h 左右. 废阴极炭块的尺寸为 30～70 mm， 因此其中氟化盐需要在高温条件下处理一定的时 0 0 100 200 300 400 Distance/mm 3000 2500 2000 1500 1000 500 Temperature/ ℃ 500 600 700 800 900 (1) (2) 4 h 8 h 12 h 16 h 24 h 28 h 36 h (3) (4) (5) (6) 图 5 监测线 1 温度随时间变化曲线 Fig.5 Variation in temperature of monitoring line with changing of heating time (a) (b) (c) (d) Temperature/℃ 1013 1154 1295 1436 1577 1718 1859 2000 168 309 450 591 732 873 27 图 6 沿监测线方向五层耐火保温层随时间温度分布（X=1.605 m）.（a）24 h；（b）28 h；（c）32 h；（d）36 h Fig.6 Variations in temperature of refractory insulation along monitoring line at different heating time (X=1.605 m): (a) 24 h; (b) 28 h; (c) 32 h; (d) 36 h 0 Time/h 18 15 12 9 6 Power supply/V 4 8 12 16 20 24 Case 1 Case 2 Case 3 图 7 供压曲线 Fig.7 Modes of power supply · 736 · 工程科学学报，第 42 卷，第 6 期