電爐介紹

利用電熱效應供熱的冶金爐。電爐設備通常是成套的，包括電爐爐體，電力設備(電爐變壓器、整流器、變頻器等)，開閉器，附屬輔助電器(阻流器、補償電容等)，真空設備，檢測控制儀表(電工儀表、熱工儀表等)，自動調節系統，爐用機械設備(進出料機械、爐體傾轉裝置等)。大型電爐的電力設備和檢測控制儀表等一般集中在電爐供電室。同燃料爐比較，電爐的優點有：爐內氣氛容易控制，甚至可抽成真空；物料加熱快，加熱溫度高，溫度容易控制；生產過程較易實現機械化和自動化；勞動衛生條件好；熱效率高；產品質量好等。冶金工業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世紀末出現了工業規模的電爐，20世紀50年代以來，由于對高級冶金產品需求的增長和電費隨電力工業的發展而下降，電爐在冶金爐設備中的比額逐年上升。電爐可分為電阻爐、感應爐、電弧爐、等離子爐、電子束爐等。

電阻爐  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氣體電阻加熱爐，在粉末冶金中，常用于燒結鎢、鉭、鈮等制品。采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由于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；③在供交流電時，要合理配置短網，以免感抗過大而使功率因數過低。

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。這種電爐爐殼用鋼板制成，爐膛砌襯耐火材料，內放物料。*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。對于品種單一、批料量大的物料，宜采用連續式爐加熱。爐溫低于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，在爐頂上裝設電熱體。電渣爐是由溶渣實現電熱轉變的電阻爐(見電渣重熔)。

感應爐  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，也可認為感應電熱是一種直接加熱式電阻電熱。

感應電熱的特點是在被加熱物料中轉變的電熱功率(電流分布)很不均勻，表面*大，中心*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采用高頻電，大型熔煉爐或對物料深透加熱采用中頻或工頻電。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，感應圈一般并聯電容器，稱為補償電容。感應圈和物料之間的間隙要小，感應圈宜用方形紫銅管制作，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，主要用于鋼、銅、鋁和鋅等的熔鑄，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。

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)，。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，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，為便于維修，現代爐子的感應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生，直接加熱物料；煉鋼三相電弧爐是*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，在料層內形成電弧并利用料層自身的電阻發熱加熱物料；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。交流電弧爐通常采用工頻電，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。對于三相電弧爐，要使三相的阻抗接近一致，以免三相負荷不平衡。

等離子爐   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。*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℃；用于熔煉特殊鋼、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(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。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，轟擊位于陽極的金屬物料，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。電子束爐用于熔煉特殊鋼、難熔和活潑金屬。