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各種冶煉電爐有什么區(qū)別?
2022-07-12
電爐是把爐內(nèi)的電能轉(zhuǎn)化為熱量對工件加熱的加熱爐,同燃料爐比較,電爐的優(yōu)點有: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。


優(yōu)點

      電爐是把爐內(nèi)的電能轉(zhuǎn)化為熱量對工件加熱的加熱爐,同燃料爐比較,電爐的優(yōu)點有: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)過程較易實現(xiàn)機械化和自動化;勞動衛(wèi)生條件好;熱效率高;產(chǎn)品質(zhì)量好;且更加環(huán)保對與日趨嚴重的環(huán)境問題是一個很好的產(chǎn)品等。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世紀末出現(xiàn)了工業(yè)規(guī)模的電爐,20世紀50年代以來,由于對高級冶金產(chǎn)品需求的增長和電費隨電力工業(yè)的發(fā)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。


種類介紹

電阻爐

      以電流通過導體所產(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;大部分電阻爐是間接加熱電阻爐,其中裝有專門用來實現(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,爐膛砌襯耐火材料如陶瓷纖維,內(nèi)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、二硼化鋯陶瓷復合發(fā)熱體。根據(jù)需要,爐內(nèi)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(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)裝置鼓風機,以強化爐內(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,在爐頂上裝設電熱體。電渣爐是由溶渣實現(xiàn)電熱轉(zhuǎn)變的電阻爐(見電渣重熔)。


感應爐

      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(chǎn)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(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(zhuǎn)變的電熱功率(電流分布)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?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。感應圈是電感量相當大的負載,其功率因數(shù)一般很低。為了提高功率因數(shù),感應圈一般并聯(lián)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制作,管內(nèi)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(yè)線上。

 

感應爐系列加熱爐特點:

  (1)加熱速度快、生產(chǎn)效率高、氧化脫炭少、節(jié)省材料與鍛模成本。

由于中頻感應加熱的原理為電磁感應,其熱量在工件內(nèi)自身產(chǎn)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(xù)工作,不需燒爐專業(yè)工人提前進行燒爐和封爐工作。不必擔心由于停電或設備故障引起的煤爐已加熱坯料的浪費現(xiàn)象。由于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(jié)約鋼材原材料20-50千克,其材料利用率可達95%。由于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于50um。


  (2)工作環(huán)境優(yōu)越、提高工人勞動環(huán)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(huán)保部門的各項指標要求,同時樹立公司外在形象與鍛造業(yè)未來的發(fā)展趨勢。感應加熱是電加熱爐中最節(jié)能的加熱方式由室溫加熱到1100℃的噸鍛件耗電量小于360度。


(3)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(zhì)量優(yōu)及有利環(huán)境等優(yōu)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(yè)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(huán)流動。這種現(xiàn)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(shù)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(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(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;煉鋼三相電弧爐是最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)


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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,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?shù)母锌?,但是存在感抗會降低功率因?shù)和電效率。降低電流頻率是發(fā)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(wǎng)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(chǎn)生的等離子體來進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。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(jié)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(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動,轟擊位于陽極的金屬物料,使電能轉(zhuǎn)變成熱能。因為電子束可經(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(fā)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℃)。


優(yōu)點:

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、細調(diào)。

6)能進行快速加熱。

7)操作性能好,不污染環(huán)境。

  

缺點:

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。


· 發(fā)展 ·

     2010年,中國制造業(yè)占全球制造業(yè)產(chǎn)出的19.8%,略高于美國的19.4%,居世界第一。中國制造業(yè)的快速發(fā)展帶動了中國烘爐、熔爐和電爐制造行業(yè)的發(fā)展。據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)統(tǒng)計,2010年全國烘爐、熔爐及電爐制造行業(yè)規(guī)模以上企業(yè)增加至308家,實現(xiàn)工業(yè)總產(chǎn)值162.88億元,同比增長30.79%;實現(xiàn)銷售收入163.87億元,同比增長32.63%;實現(xiàn)利潤總額10.43億元,同比增長79.17%。


     汽車、拖拉機工業(yè)70%-80%的零部件需要進行熱處理加工,工具、刃具和軸承產(chǎn)品則100%需要進行熱處理,一些民用輕工金屬制品的使用壽命,絕大部分也依靠熱處理得到提高。同時,緊固件行業(yè)、軸承行業(yè)、鏈條行業(yè)、工具行業(yè)、汽車、拖拉機、摩托車零部件行業(yè)都是靠熱處理質(zhì)量的提高來提升競爭實力,隨著中國工業(yè)的不斷發(fā)展,近十年內(nèi)我國每年將新增40-50萬噸熱加工量,另外國內(nèi)很大部分烘爐、熔爐和電爐設備的陳舊、落后,將趨向淘汰更新,我國對熱加工設備的需求十分強勁,我國烘爐、熔爐及電爐的發(fā)展前景看好。






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