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上海凱朗儀器設(shè)備廠
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電爐介紹
2017-2-22 閱讀(812)
電爐介紹
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(kāi)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(guò)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(lái)，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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)大而使功率因數(shù)過(guò)低。
大部分電阻爐是間接加熱電阻爐,，其中裝有專門(mén)用來(lái)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,。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(jiàn)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(lái)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(wú)芯感應(yīng)爐)和熔溝爐(有芯感應(yīng)爐),，。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,，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(lái)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。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(jiàn)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(jiàn)鐵合金電爐),，熔煉冰鎳,、冰銅(見(jiàn)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(guò)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(jiàn)真空冶金)。
電弧電熱可以認(rèn)為是弧阻電熱,。電弧(弧阻)穩(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(guò)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(lái)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(jiàn)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。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(yáng)極的高壓電場(chǎng)的作用而加速運(yùn)動(dòng),，轟擊位于陽(yáng)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,。
