知识｜矿热炉的功率密度与电极电流密度计算公式

矿热炉功率密度

1.矿热炉功率密度

矿热炉密度的表示方法有：单位炉底面积功率密度(kW/m2)、单位反应区体积功率密度(kW/m3)、熔池单位体积功率密度(kW/m3)、单位极心圆面积功率密度(kW/m2)、电极截面功率密度及电极有效表面功率密度等。在生产实践中用的较多的是极心圆面积功率密度。

2.单位极心圆面积功率密度

从冶炼反应上讲，电炉单位反应区体积功率密度能真实体现冶炼情况。反应区域的功率密度：

式中，PVT-反应区功率密度;n-电极数目;VT-反应区体积;PB-入炉熔池的有效功率。

其中，反应区(坩埚或熔池)体积：

式中，DP-反应区直径;h0-距离，电极与碳质炉底的间距或电极至出铁口水平面上金属之间的距离;ha-电极有效插入深度(不包括电极的锥体部分和电极在料壳的部分);d-电极直径。

各种类型(指电极分布)电炉的反应区体积在理论上可以计算的出。但是，在生产实际中，反应区域的形状及体积是不恒定的，随着冶炼状态(例如电极插入深度，电流、电压运行值，炉料状况，出铁周期)的变化而变化，因此，要真正表示出来很困难。

对于圆形熔池而言，反应区直径等于电极极心圆直径，因而，在电炉运行时可以准确计算出单位极心圆面积功率密度：

式中，PB-熔池有效功率;d极心-极心圆直径。

电极电流密度

1.电极载流能力

电极直径和电极载流能力是电炉的重要参数。电极的载流能力可以通过电极上的热平衡和电极应力计算。

式中，P-电阻率;d-电极直径;RAC/RDC-电极的趋肤效应和邻近效应系数;L-电极长度;a-电极表面传热系数;λ-电极的导热系数;△T1-电极端部与上部的温差;△T2-电极内外的温差。

将自焙电极的电阻率和导热系数带入上式，可得其允许的载流能力：

(式中电流单位kA，电极直径为m)

自焙电极载流能力的经验式：

(式中电流单位A，电极直径cm)

3.2电极电流密度

电极电流密度分为截面电流密度和有效表面电流密度。

截面电流密度：

有效表面电流密度：

电极截面内的电流密度反映了电极载流能力的大小，有效表面电流密度反映了电功率在炉内分布状况。