電阻爐

　　利用電熱效應(yīng)供熱的冶金爐。電爐設(shè)備通常是成套的,包括電爐爐體,電力設(shè)備（電爐變壓器,、整流器,、變頻器等），開閉器,，附屬輔助電器（阻流器,、補(bǔ)償電容等）,，真空設(shè)備，檢測(cè)控制儀表（電工儀表,、熱工儀表等）,，自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，爐用機(jī)械設(shè)備（進(jìn)出料機(jī)械,、爐體傾轉(zhuǎn)裝置等）,。大型電爐的電力設(shè)備和檢測(cè)控制儀表等一般集中在電爐供電室。同燃料爐比較,，電爐的優(yōu)點(diǎn)有：爐內(nèi)氣氛容易控制,，甚至可抽成真空；物料加熱快,，加熱溫度高,，溫度容易控制；生產(chǎn)過程較易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化,；勞動(dòng)衛(wèi)生條件好,；熱效率高；產(chǎn)品質(zhì)量好等,。冶金工業(yè)上電爐主要用于鋼鐵,、鐵合金,、有色金屬等的熔煉,、加熱和熱處理。19世紀(jì)末出現(xiàn)了工業(yè)規(guī)模的電爐,，20世紀(jì)50年代以來,，由于對(duì)冶金產(chǎn)品需求的增長(zhǎng)和電費(fèi)隨電力工業(yè)的發(fā)展而下降，電爐在冶金爐設(shè)備中的比額逐年上升,。電爐可分為電阻爐,、 感應(yīng)爐、 電弧爐,、等離子爐,、電子束爐等。

　　電阻爐 以電流通過導(dǎo)體所產(chǎn)生的焦耳熱為熱源的電爐,。按電熱產(chǎn)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,，適用于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(hù)氣體電阻加熱爐，在粉末冶金中,，常用于燒結(jié)鎢,、鉭、鈮等制品,。采用這種爐子加熱時(shí)應(yīng)注意：①為使物料加熱均勻,，要求物料各部位的導(dǎo)電截面和電導(dǎo)率一致；②由于物料自身電阻相當(dāng)小,，為達(dá)到所需的電熱功率,，工作電流相當(dāng)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,；③在供交流電時(shí),，要合理配置短網(wǎng)，以免感抗過大而使功率因數(shù)過低,。

　　大部分電阻爐是間接加熱電阻爐,，其中裝有專門用來實(shí)現(xiàn)電-熱轉(zhuǎn)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制成,，爐膛砌襯耐火材料，內(nèi)放物料,。zui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,。根據(jù)需要,，爐內(nèi)氣氛可以是普通氣氛、保護(hù)氣氛或真空,。一般電源電壓220伏或380伏,，必要時(shí)配置可調(diào)節(jié)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(duì)于品種單一、批料量大的物料,，宜采用連續(xù)式爐加熱,。爐溫低于700□的電阻爐,多數(shù)裝置鼓風(fēng)機(jī),，以強(qiáng)化爐內(nèi)傳熱，保證均勻加熱,。用于熔化易熔金屬（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(shè)電熱體,。電渣爐是由溶渣實(shí)現(xiàn)電熱轉(zhuǎn)變的電阻爐（見電渣重熔）,。

　　感應(yīng)爐 利用物料的感應(yīng)電熱效應(yīng)而使物料加熱或熔化的電爐。感應(yīng)爐的基本部件是用紫銅管繞制的感應(yīng)圈,。感應(yīng)圈兩端加交流電壓,，產(chǎn)生交變的電磁場(chǎng)，導(dǎo)電的物料放在感應(yīng)圈中,因電磁感應(yīng)在物料中產(chǎn)生渦流,受電阻作用而使電能轉(zhuǎn)變成熱能來加熱物料,；所以,，也可認(rèn)為感應(yīng)電熱是一種直接加熱式電阻電熱。

　　感應(yīng)電熱的特點(diǎn)是在被加熱物料中轉(zhuǎn)變的電熱功率（電流分布）很不均勻,，表面zui大,，中心zui小，稱為趨膚效應(yīng),。為了提高感應(yīng)加熱的電熱效率,，供電頻率要合宜，小型熔煉爐或?qū)ξ锪系谋砻婕訜岵捎酶哳l電,，大型熔煉爐或?qū)ξ锪仙钔讣訜岵捎弥蓄l或工頻電,。感應(yīng)圈是電感量相當(dāng)大的負(fù)載，其功率因數(shù)一般很低,。為了提高功率因數(shù)，感應(yīng)圈一般并聯(lián)電容器,，稱為補(bǔ)償電容,。感應(yīng)圈和物料之間的間隙要小，感應(yīng)圈宜用方形紫銅管制作,，管內(nèi)通水冷卻,，感應(yīng)圈的匝間間隙要盡量小，絕緣要好,。感應(yīng)加熱裝置,，主要用于鋼、銅,、鋁和鋅等的熔鑄,，加熱快,，燒損少，機(jī)械化和自動(dòng)化程度高,，適合配置在自動(dòng)作業(yè)線上,。

　　工業(yè)上應(yīng)用的感應(yīng)熔化爐有坩堝爐（無芯感應(yīng)爐）和熔溝爐（有芯感應(yīng)爐）,見圖2感應(yīng)爐爐體結(jié)構(gòu)示意。坩堝用耐火材料或鋼制成,，容量從幾公斤到幾十噸,。其熔煉特點(diǎn)是坩堝中熔體受電動(dòng)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(huán)流動(dòng),。這種現(xiàn)象稱為電動(dòng)效應(yīng)，可使熔體成分均勻,，缺點(diǎn)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(shù)低,，電耗較高,。熔溝爐的感應(yīng)器由鐵芯、感應(yīng)圈和熔溝爐襯組成,，熔溝為一條或兩條帶狀環(huán)形溝,，其中充滿與熔池相聯(lián)通的熔體。在原理上,，可以把熔溝爐看作是次級(jí)只有一匝線圈而且短路的鐵芯變壓器,。感應(yīng)電流在熔溝熔體中流動(dòng)，而實(shí)現(xiàn)電熱轉(zhuǎn)變,。

　　生產(chǎn)中,，每爐金屬熔煉完畢后,不能把熔池放空,不然容易干枯，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(dòng)的沖刷，所以熔溝爐襯容易損壞,，為便于維修,，現(xiàn)代爐子的感應(yīng)器制成便于更換的裝配件。熔溝爐的容量從幾百公斤到百余噸,。熔溝爐供工頻電,，由于有用硅鋼片制作的鐵芯作磁通路，電效率和功率因數(shù)都很高。熔溝爐主要用于鑄鐵,、銅,、鋅、黃銅等的熔化,，還可作為混熔滬,，用來貯存和加熱熔體。

　　電弧爐 利用電弧熱效應(yīng)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(chǎn)生，不接觸物料,，靠熱輻射加熱物料,。這種爐子噪聲大,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(chǎn)生,，直接加熱物料；煉鋼三相電弧爐是zui常用的直接加熱電弧爐（見電弧爐煉鋼）,。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(nèi)形成電弧并利用料層自身的電阻發(fā)熱加熱物料,；常用于冶煉鐵合金（見鐵合金電爐），熔煉冰鎳,、冰銅（見鎳,、銅），以及生產(chǎn)電石（碳化鈣）等,。

　　真空電弧爐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(nèi)氣體稀薄，主要靠被熔金屬的蒸氣發(fā)生電弧,，為使電弧穩(wěn)定,，一般供直流電。按照熔煉特點(diǎn),，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(yè)上應(yīng)用的大多數(shù)是自耗爐。真空電弧爐用于熔煉特殊鋼,、活潑的和難熔的金屬如鈦,、鉬、鈮（見真空冶金）,。

　　電弧電熱可以認(rèn)為是弧阻電熱,。電?。ɑ∽瑁┓€(wěn)定是爐子正常生產(chǎn)的必要條件。交流電弧爐通常采用工頻電,為使電弧穩(wěn)定,爐子供電電路中要有適當(dāng)?shù)母锌?，但是存在感抗?huì)降低功率因數(shù)和電效率,。降低電流頻率是發(fā)展交流電弧爐的途徑?；∽枳柚迪喈?dāng)小,，為獲得必要的熱量，爐子需要相當(dāng)大的工作電流,，因此爐子短網(wǎng)的電阻要盡量小,以免電路損耗過大,。對(duì)于三相電弧爐,要使三相的阻抗接近一致，以免三相負(fù)荷不平衡,。

　　等離子爐 利用工作氣體被電離時(shí)產(chǎn)生的等離子體來進(jìn)行加熱或熔煉的電爐,。產(chǎn)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(yīng)等離子槍兩類,。把工作氣體通入等離子槍中，槍中有產(chǎn)生電弧或高頻（5～20兆赫）電場(chǎng)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。zui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(hù)物料,。工作溫度可高達(dá)20000□;用于熔煉特殊鋼、鈦和鈦合金,、超導(dǎo)材料等,。爐型有配置水冷銅結(jié)晶器爐、 中空陰極式爐,、 配置感應(yīng)加熱的等離子爐,、有耐火材料爐襯的等離子爐等（見等離子冶金）。

　　電子束爐 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(nèi),用通低壓電的燈絲加熱陰極,，使之發(fā)射電子，電子束受加速陽極的高壓電場(chǎng)的作用而加速運(yùn)動(dòng)，轟擊位于陽極的金屬物料,，使電能轉(zhuǎn)變成熱能,。因?yàn)殡娮邮山?jīng)電磁聚焦裝置高度密集，所以可在物料受轟擊的部位產(chǎn)生很高的溫度,。電子束爐用于熔煉特殊鋼,、難熔和活潑金屬。

　　工業(yè)上用的電爐分類為兩類：周期式作業(yè)爐和連續(xù)式作業(yè)爐,。

　　周期式作業(yè)爐分為：箱式爐,、密封箱式爐，井式爐,，鐘罩爐,，臺(tái)車爐，傾倒式滾筒爐,。

　　連續(xù)式作業(yè)爐分為：窯車式爐,，推桿式爐，輥底爐,，振底爐,，轉(zhuǎn)底爐，步進(jìn)式爐,，牽引式爐,，連續(xù)式滾筒爐，傳送帶式爐等,。其中傳送帶式爐可分為：有網(wǎng)帶式爐,、沖壓鏈板式爐、鑄鏈板式爐等,。..

　　電熱爐

　　電熱爐可使用金屬發(fā)熱體或非金屬發(fā)熱體來產(chǎn)生熱源,，其構(gòu)造簡(jiǎn)單，用途十分廣泛是它的主要特色,，可廣泛應(yīng)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(fā)熱體包括Ni-Cr電（zui常見,，zui高用至1200℃）、Mo-Si合金及W,、Mo等純金屬,；非金屬發(fā)熱體包括SiC（zui常見,，zui高可加熱至1600℃）,、LaCrO3及石墨棒（真空或保護(hù)氣氛下可加熱至2000℃）,。

　　（1） 電爐具有的優(yōu)點(diǎn)

　　1） 與燃料爐相比容易得到高溫,。

　　2） 可從材料內(nèi)部加熱使其升溫,。

　　3） 便于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，便于遙控,、細(xì)調(diào),。

　　6） 能進(jìn)行快速加熱。

　　7） 操作性能好,，不污染環(huán)境,。

　　（2） 電爐存在的缺點(diǎn)

　　1） 需要增加配電設(shè)備費(fèi)用,。

　　2） 電力成本高,。

　　3） 電阻加熱溫度超過1000℃時(shí)，耐火材料有可能導(dǎo)電,，需要注意絕緣問題,。