電爐

電爐是在19世紀70年代有了直流發電機以後逐漸發展起來的。一些常用的電爐，如一般電阻爐、鍊鋼電弧爐、埋弧爐、有心感應熔煉爐等，在19世紀八九十年代就已有了雛型。到了20世紀二三十年代，由於鎳鉻合金、三極電子管等的問世，特別是電力工業的發展，上述電爐開始在工業中得到推廣應用，並且還發展了中、高頻感應熔煉爐、近紅外爐、簡單的控制氣氛電阻爐等。四五十年代，隨著冶金、機械、航空、原子能等工業的發展，鍊鋼電弧爐開始向大型化（容量在50t以上）方向發展，感應透熱設備、感應淬火設備得到推廣應用，並出現了工頻無心感應熔煉爐、真空電弧爐、電子束熔煉爐、等離子熔煉爐、微波爐、電渣重熔爐等許多新型電加熱設備。在60年代，鍊鋼電弧爐開始向高功率、超高功率的方向發展，同時發展了用於鋼液爐外精鍊的鋼包精鍊爐；控制氣氛電阻爐和真空電阻爐得到進一步提高和普及；由於電力半導體器件的問世，中、高頻感應爐得到更大的發展；遠紅外爐、激光電熱設備等得到了實際應用。80年代，直流鍊鋼電弧爐開始在工業上得到推廣應用。90年代，連續加料高溫預熱直流電弧爐、雙爐殼直流電弧爐和高阻抗交流電弧爐相繼開發並得到推廣應用。近年來各類電爐針對環境保護、節能、提高產品品質三大課題，在結構、性能、自動化控制以及加工工藝上進行了大量改進和技術開發。電爐的應用領域不斷擴大，正在向時代化、高性能化的方向發展。

中國於20世紀50年代開始生產電爐，早期是小型電阻爐、中頻感應爐、鍊鋼電弧爐等。60年代發展了控制氣氛電阻爐和真空電阻爐、真空電弧爐等。七八十年代鍊鋼電弧爐單台容量發展到75t，並製成連續式氣體滲碳爐、離子氮化爐、真空淬火爐、微波爐、單晶爐、遠紅外爐等。90年代，40t直流鍊鋼電弧爐、250tLF型鋼包精鍊爐相繼開發並投入工業運行。

電阻爐是以電流通過導體所產生的焦耳熱為熱源的電爐。按電熱產生方式，電阻爐分為直接加熱和間接加熱兩種。在直接加熱電阻爐中，電流直接通過物料，因電熱功率集中在物料本身，所以物料加熱很快，適用於要求快速加熱的工藝，例如鍛造坯料的加熱。這種電阻爐可以把物料加熱到很高的溫度，例如碳素材料石墨化電爐，能把物料加熱到超過2500℃。直接加熱電阻爐可作成真空電阻加熱爐或通保護氣體電阻加熱爐，在粉末冶金中，常用於燒結鎢、鉭、鈮等製品。採用這種爐子加熱時應注意：

①為使物料加熱均勻，要求物料各部位的導電截面和電導率一致；

②由於物料自身電阻相當小，為達到所需的電熱功率，工作電流相當大，因此送電電極和物料接觸要好，以免起電弧燒損物料，而且送電母線的電阻要小，以減少電路損失；

大部分電阻爐是間接加熱電阻爐，其中裝有專門用來實現電-熱轉變的電阻體，稱為電熱體，由它把熱能傳給爐中物料（圖1 間接加熱電阻爐）。

這種電爐爐殼用鋼板製成，爐膛砌襯耐火材料如陶瓷纖維，內放物料。

最常用的電熱體是鐵鉻鋁電熱體、鎳鉻電熱體、碳化硅棒和二硅化鉬棒，硅碳棒、二硼化鋯陶瓷複合發熱體。根據需要，爐內氣氛可以是普通氣氛、保護氣氛或真空。一般電源電壓220伏或380伏，必要時配置可調節電壓的中間變壓器。小型爐（<10千瓦）單相供電，大型爐三相供電。對於品種單一、批料量大的物料，宜採用連續式爐加熱。爐溫低於700□的電阻爐，多數裝置鼓風機，以強化爐內傳熱，保證均勻加熱。用於熔化易熔金屬（鉛、鉛鉍合金、鋁和鎂及其合金等）的電阻爐，可做成坩堝爐；或做成有熔池的反射爐，在爐頂上裝設電熱體。電渣爐是由溶渣實現電熱轉變的電阻爐。

感應爐的簡介

利用物料的感應電熱效應而使物料加熱或熔化的電爐。感應爐的基本部件是用紫銅管繞制的感應圈。感應圈兩端加交流電壓，產生交變的電磁場，導電的物料放在感應圈中，因電磁感應在物料中產生渦流，受電阻作用而使電能轉變成熱能來加熱物料；所以，也可認為感應電爐是一種直接加熱式電阻電爐。

感應電爐的特點是在被加熱物料中轉變的電熱功率（電流分佈）很不均勻，表面最大，中心最小，稱為趨膚效應。為了提高感應加熱的電熱效率，供電頻率要合宜，小型熔煉爐或對物料的表面加熱採用高頻電，大型熔煉爐或對物料深透加熱採用中頻或工頻電。感應圈是電感量相當大的負載，其功率因數一般很低。為了提高功率因數，感應圈一般並聯中頻或高頻電容器，稱為諧振電容。感應圈和物料之間的間隙要小，感應圈宜用方形紫銅管製作，管內通水冷卻，感應圈的匝間間隙要盡量小，絕緣要好。感應加熱裝置，主要用於鋼、銅、鋁和鋅等的加熱及熔鑄，加熱快，燒損少，機械化和自動化程度高，適合配置在自動作業線上。

感應爐系列加熱爐特點

加熱速度快、生產效率高、氧化脫炭少、節省材料與鍛模成本

由於中頻感應加熱的原理為電磁感應，其熱量在工件內自身產生，普通工人用中頻電爐上班后十分鐘即可進行鍛造任務的連續工作，不需燒爐專業工人提前進行燒爐和封爐工作。不必擔心由於停電或設備故障引起的煤爐已加熱坯料的浪費現象。由於該加熱方式升溫速度快，所以氧化極少，每噸鍛件和燒煤爐相比至少節約鋼材原材料20-50千克，其材料利用率可達95%。由於該加熱方式加熱均勻，芯表溫差極小，所以在鍛造方面還大大的增加了鍛模的壽命，鍛件表面的粗糙度也小於50um。

工作環境優越、提高工人勞動環境和公司形象、無污染、低耗能

感應加熱爐與煤爐相比，工人不會再受炎炎烈日下煤爐的烘烤與煙熏，更可達到環保部門的各項指標要求，同時樹立公司外在形象與鍛造業未來的發展趨勢。感應加熱是電加熱爐中最節能的加熱方式由室溫加熱到1100℃的噸鍛件耗電量小於360度。

加熱均勻，芯表溫差極小，溫控精度高

感應加熱爐具有體積小，重量輕、效率高、熱加工質量優及有利環境等優點正迅速淘汰燃煤爐、燃氣爐、燃油爐及普通電阻爐，是新一代的金屬加熱設備。

工業上應用的感應熔化爐有坩堝爐（無芯感應爐）和熔溝爐（有芯感應爐），見圖2感應爐爐體結構示意。坩堝用耐火材料或鋼製成，容量從幾公斤到幾十噸。其熔煉特點是坩堝中熔體受電動力作用，迫使熔池液面凸起，熔體自液面中心流向四周而引起循環流動。這種現象稱為電動效應，可使熔體成分均勻，缺點是爐渣偏向周邊，覆蓋性差。與熔溝爐比較，坩堝爐操作靈活，熔煉溫度高，但功率因數低，電耗較高。熔溝爐的感應器由鐵芯、感應圈和熔溝爐襯組成，熔溝為一條或兩條帶狀環形溝，其中充滿與熔池相聯通的熔體。在原理上，可以把熔溝爐看作是次級只有一匝線圈而且短路的鐵芯變壓器。感應電流在熔溝熔體中流動，而實現電熱轉變。

生產中，每爐金屬熔煉完畢后，不能把熔池放空，不然容易乾枯，一定要保留一部分熔體作為下一爐的起熔體。熔溝溫度比熔池高，又承受熔體流動的沖刷，所以熔溝爐襯容易損壞，為便於維修，現代爐子的感應器製成便於更換的裝配件。熔溝爐的容量從幾百公斤到百餘噸。熔溝爐供工頻電，由於有用硅鋼片製作的鐵芯作磁通路，電效率和功率因數都很高。熔溝爐主要用於鑄鐵、銅、鋅、黃銅等的熔化，還可作為混熔滬，用來貯存和加熱熔體。

利用電弧熱效應熔煉金屬和其他物料的電爐（圖3電弧爐類型）。按加熱方式分為三種類型：①間接加熱電弧爐。

電弧在兩電極之間產生，不接觸物料，靠熱輻射加熱物料。這種爐子雜訊大，效率低，漸被淘汰。②直接加熱電弧爐。電弧在電極與物料之間產生，直接加熱物料；鍊鋼三相電弧爐是最常用的直接加熱電弧爐。③埋弧電爐，亦稱還原電爐或礦熱電爐。電極一端埋入料層，在料層內形成電弧並利用料層自身的電阻發熱加熱物料；常用於冶鍊鐵合金。

是在抽真空的爐體中用電弧直接加熱熔煉金屬的電爐。爐內氣體稀薄，主要靠被熔金屬的蒸氣發生電弧，為使電弧穩定，一般供直流電。按照熔煉特點，分為金屬重熔爐和澆鑄爐。按照熔煉過程中電極是否消耗（熔化），分為自耗爐和非自耗爐，工業上應用的大多數是自耗爐。真空電弧爐用於熔煉特殊鋼、活潑的和難熔的金屬如鈦、鉬、鈮。

電弧電熱可以認為是弧阻電熱。電弧（弧阻）穩定是爐子正常生產的必要條件。交流電弧爐通常採用工頻電，為使電弧穩定，爐子供電電路中要有適當的感抗，但是存在感抗會降低功率因數和電效率。降低電流頻率是發展交流電弧爐的途徑。弧阻阻值相當小，為獲得必要的熱量，爐子需要相當大的工作電流，因此爐子短網的電阻要盡量小，以免電路損耗過大。對於三相電弧爐，要使三相的阻抗接近一致，以免三相負荷不平衡。

利用工作氣體被電離時產生的等離子體來進行加熱或熔煉的電爐。產生等離子體的裝置，通常叫作等離子槍，有電弧等離子槍和高頻感應等離子槍兩類。把工作氣體通入等離子槍中，槍中有產生電弧或高頻（5～20兆赫）電場的裝置，工作氣體受作用后電離，生成由電子、正離子以及氣體原子和分子混合組成的等離子體。等離

子體從等離子槍噴口噴出后，形成高速高溫的等離子弧焰，溫度比一般電弧高得多。最常用的工作氣體是氬，它是單原子氣體，容易電離，而且是惰性氣體，可以保護物料。工作溫度可高達20000□；用於熔煉特殊鋼、鈦和鈦合金、超導材料等。爐型有配置水冷銅結晶器爐、中空陰極式爐、配置感應加熱的等離子爐、有耐火材料爐襯的等離子爐等。

用高速電子轟擊物料使之加熱熔化的電爐（圖4電子束爐示意）。在真空爐殼內，用通低壓電的燈絲加熱陰極，使之發射電子，電子束受加速陽極的高壓電場的作用而加速運動，轟擊位於陽極的金屬物料，使電能轉變成熱能。因為電子束可經電磁聚焦裝置高度密集，所以可在物料受轟擊的部位產生很高的溫度。電子束爐用於熔煉特殊鋼、難熔和活潑金屬。

工業上用的電爐分類為兩類：周期式作業爐和連續式作業爐。

周期式作業爐分為：箱式爐、密封箱式爐，井式爐，鐘罩爐，台車爐，傾倒式滾筒爐。

連續式作業爐分為：窯車式爐，推桿式爐，輥底爐，振底爐，轉底爐，步進式爐，牽引式爐，連續式滾筒爐，傳送帶式爐等。其中傳送帶式爐可分為：有網帶式爐、衝壓鏈板式爐、鑄鏈板式爐等。

電熱爐可使用金屬發熱體或非金屬發熱體來產生熱源，其構造簡單，用途十分廣泛是它的主要特色，可廣泛應用於退火、正常化、淬火、回火、滲碳及滲碳氮化等。主要的金屬發熱體包括Ni-Cr電熱線（最常見，最高用至1200℃）、Mo-Si合金及W、Mo等純金屬；非金屬發熱體包括SiC（最常見，最高可加熱至1600℃）、LaCrO3及石墨棒（真空或保護氣氛下可加熱至2000℃）。

1）與燃料爐相比容易得到高溫。

2）可從材料內部加熱使其升溫。

3）便於在可控氣氛爐和真空爐中使用。

4）電爐沒有燃料爐的排煙熱損失，所以熱效率高。

5）容易控制溫度，便於遙控、細調。

6）能進行快速加熱。

7）操作性能好，不污染環境。

1）需要增加配電設備費用。

2）電力成本高。

3）電阻加熱溫度超過1000℃時，耐火材料有可能導電，需要注意絕緣問題。

為了保護和延長電爐的使用時間，必須注意下列事項：

（1）定期檢查電爐及控制器各接頭的連接是否良好。

（2）電爐和控制器必須在相對濕度不超過85%，沒有導電塵埃，爆炸性氣體和能破壞金屬絕緣以及電子元件的腐蝕性氣體的場所工作。

（3）控制器（如右圖）的工作環境溫度限於0—50℃。

（4）電爐和控制器使用時，均不得超過額定功率，爐溫不得超過最高使用溫度，禁止將潮濕工件裝入爐膛內，含有超高水分的被加熱工件應預先烘乾。

（5）保持爐膛內情清潔，對爐內的金屬氧化物、溶渣和雜質等應及時清除，裝卸工件時應謹慎。

1、操作人員必須了解以下幾點：

A、電爐及其輔助設備的結構和性能。

B、配電系統、控制系統的布置及安全裝置的位置等。

C、操作工藝和安全操作規程。

2、運行前準備工作檢查

A、設備的電源是否正常，是否有斷相、短路或裸線等情況。

B、檢查接地裝置接線處的接觸是否良好。

C、檢查加熱元件是否有損壞的地方，各連接處的接觸是否良好，有否與爐體及罩殼相接觸的地方。

D、檢查溫控系統是否有不正常的現象。

E、檢查爐門升降、台車進出運行是否正常。

3、帶有腐蝕性、揮發性、爆炸性氣體的工件嚴禁進入爐體加工，以免影響加熱元件和耐火材料使用壽命及引起爆炸等事故。

4、電爐不得超溫運行，否則會縮短設備的使用壽命。

5、工件均勻堆放，離加熱元件應在100-150mm左右。

6、氧化皮太多的工件進爐前需清除，可用鋼絲刷刷下。

7、嚴禁野蠻操作，工件應輕放，避免衝擊。

8、電爐使用時操作人員不得擅自離開崗位，必須隨時注意電爐的工作狀況是否正常，

9、電爐在進行裝卸工件時，必須先切斷加熱元件電源，以保證操作人員的安全。

10、爐膛的氧化物（包括電爐絲下）應經常清理，至少每周一次或五爐次一次。爐底板下可用壓縮空氣吹。

11、電阻絲如經使用后，就不得碰撞拗折，以免斷裂。

12、電爐電動機需定期檢查，添加潤滑油等，注意使用安全。

13、定期檢查加熱元件的使用情況。加熱元件經短期使用后便不得拗折、碰撞。如尚未嚴重腐蝕而折斷時，可用與電爐絲相同的材料（或電爐絲本身）作為焊條，採用乙炔氣進行加熱焊接，焊條採用50%白雲粉末混合而成，若加熱元件嚴重腐蝕不能使用時，則應另行更換。

14、定期校驗儀錶、熱電偶的偏差情況，防止因儀錶、熱電偶的誤差造成測溫不正確而影響產品質量。