水封式铜线退火炉炉管的加热原理

    为提高电热能量转换的效率，减少热量传递损失，笔者建议采用已成功应用于电线电缆行业的水封式铜线退火炉结构，即把炉管直接作加热元件，代替电阻丝或电热管等间接加热方法。这样既省掉了辐射屏蔽的损失、散射损失以及传导的损失，又直接对铜线进行法向辐射加热，代替了多次的辐射、传导等环节。其次，传热的结构也简化，传热路径也缩短，因此传热效率大大提高。把炉管作为电阻通电，利用其电阻热效应而自身发热升温，因其又是型材(即冷拔无缝管)，故各点的电流密度均匀一致，温升也是相同的，即炉管各点的温度，内外表面的温度都是一致的。对铜线由冷到热的辐射加热过程是循序渐进及均匀一致。因此，这里所测和控制的炉管的温度就是炉温，温控精度可达到±1℃以内。此外，只要保温层结构设计合理，运行稳定后炉体表面就无热量散失，加之温控精度又高，既可实现了大幅节能，又保证了铜线质量的均匀一致。

    由于具有这两个特点，水封式铜线退火炉被评为1999年度国家技术发明奖。它的单位电耗比卡电式加热方法还可节能15%，其原因在于铜线进水冷却所产生的水蒸气沿炉管上升，不仅保护了铜线不氧化，而且逐渐变成了过热蒸气，预热了新进人炉管的裸铜线。

    传热工程学认为，若要传热效率提高，就要降低热能传递过程的阻力，传递环节越少，阻力也越小，

上述三种结构的退火炉辐射传热、导热和对流方式传热均有，且以辐射传热为主，辐射传热中又有遮热板热屏蔽的损失，还有很大部分的散射热损失，因此，辐射传热阻力最大，它们总的传热效率低，仅为11%。水封式铜线退火炉炉管，避开了辐射、传导、对流、遮热板、散射等多种环节的传递，仅以炉管本身作热源并进行法向辐射，炉管本身发热升温后，仅一次辐射环节，因此传热效率大大提高，这也就保证了测温灵敏度很高<土1℃的关键措施。

水封式铜线退火炉的炉管是三层同心圆，最外层是通电发热的钢质炉管，中间层是既导热又绝缘的氧化镁，最里层是与炉管同一材质的钢管。它们像通常的电热管加工一样通过拉拔缩径方式互相压紧成一个整体管件。这样的工艺措施既可提高传热效率，又能避免铜线与带电炉管接触短路打火。缩径成一体的双层管中氧化镁的导热性能与铜铝一样快，且导热又是三种传热方式中最快的一种，因此，在炉管正常运行平衡状态下，炉管内外层表面温度差＜0.1℃ ,因此可以认为所测炉管的温度就是炉温。

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