直接还原炼铁试验电炉的设计(11)
反应阶段的功率明显小于升温阶段的功率，因此选用升温阶段功率作为电炉的额定功率，即电炉的额定功率为115kW。
2.6 加热元件计算
1.6.1 加热元件的选择
硅碳棒最高使用温度为T1=1500℃，最高炉温为T2=1400℃，则硅碳棒发热部分表面负荷：
硅碳棒发热部分总面积：
选择电热体规格型号，根据本设计，硅碳棒水平安装在炉膛顶部。已知炉膛宽500mm，所以选用发热部分长500mm的硅碳棒。从《工业电炉》表7-6-3中查出有5种规格满足长度要求，即：
分别查出这5种规格硅碳棒的发热部分表面积，分别计算使用根数，列于下表：
表2-5 硅碳棒选择表
硅碳棒规格（mm） 发热部分表面积（cm2） 需用根数（支）
14/500/350 220 52
18/500/350 282.5 40
25/500/400 392.5 29
30/500/400 471 24
40/500/400 628 18
电炉供电电压一般均采用220V或380V。当电炉功率大于75kW时，常采用把电热体分成两组或两组以上的三相380V星型或三角形接法。根据炉膛尺寸、炉壁厚度和硅碳棒的安装尺寸要求，本设计选用18支40/500/400mm规格的硅碳棒。
每支硅碳棒承受功率(P1)、电压(U1)和电流(I1)分别为：
根据表面功率 ，元件发热部分面积 ，则每根元件的功率为：
根据《工业电炉》表7-6-4查出40/500/400硅碳棒的标准电阻为0.7Ω。
2.6.2 硅碳棒线路连接方法
通常，加热元件开始使用时用串联，元件老化后用并联。当电炉功率大于75kW时，常采用把电热体分成两组或两组以上的三相380V星形接法或三角形接法。这样能使每一个电热体的功率不致过大，以便于调节炉温，而且电热体尺寸可在常用的范围内。
电炉所需的功率在升温与保温阶段相差很大。为了提高控温精度和电热体使用寿命，对于某些大型炉，在升温阶段可采用三相380V三角形接法，而在保温阶段变换为星形接法，这样可使功率减小到原功率的1/3。
本设计中，18支硅碳棒分成两组，每组采用三并三角形接线法时：
图2.2 硅碳棒三并三角形连接示意图
采用三并星型接线法时：
图2.3 硅碳棒三并星型连接示意图
3 电炉的热平衡
3.1 电炉升温阶段的热平衡
3.1.1 热收入项
（1） 20℃物料带入热
由于铺设球团的质量越多，所需热量也越多，取较大热量计算，以铺设6层物料时的带入热量为例，下同。
20℃时，含碳球团的比热容为c=0.494 kJ/(kg•℃)
（2） 20℃硅碳棒带入热
一般国产硅碳棒热端密度为2.40g/cm3=2400kg/m3。
硅碳棒20℃时的平均比热容为0.641(kJ/(kg•K))
（3）20℃炉墙炉顶带入热高铝砖(LZ)-65：
轻质耐火砖(NG)-1.3：
普通硅酸铝耐火纤文毡：
20℃炉墙炉顶带入热为：
（4） 电热体放出的热量
本设计中，电炉装设18支硅碳棒，发热段直径40mm，长度500mm。电热体表面温度1450℃，物料和炉墙平均温度1375℃。
18支硅碳棒的辐射面积F为：
硅碳棒被炉膛半包围，向下辐射有效热量。由于硅碳棒安装在炉膛内顶部，所以角系数 。在硅碳棒电炉中，因为硅碳棒的黑度大，在1300~1400℃时，ε=0.9~0.94。黑体辐射系数C0=5.67W/(m2•K4)，因此 。所以，每小时由硅碳棒辐射给物料及炉墙的热量为：