電爐
electricfurnace
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（
電力調(diào)整器、調(diào)功調(diào)壓器、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。*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，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*大，中心*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*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(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)造簡單，用途十分廣泛是它的主要特色，可廣泛應(yīng)用於退火、正?；⒋慊?、回火、滲碳及滲碳氮化等。主要的金屬發(fā)熱體包括Ni-Cr電專線（*常見，*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（*常見，*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℃）。
?。?） 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。
