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收藏词条   编辑词条 电炉

创建时间:2008-08-02

电炉(electric furnaces)

利用电热效应供热的冶金炉。电炉设备通常是成套的,包括电炉炉体,电力设备(电炉变压器、整流器、变频器等),开闭器,附属辅助电器(阻流器、补偿电容等),真空设备,检测控制仪表(电工仪表、热工仪表等),自动调节系统,炉用机械设备(进出料机械、炉体倾转装置等)。大型电炉的电力设备和检测控制仪表等一般集中在电炉供电室。同燃料炉比较,电炉的优点有:炉内气氛容易控制,甚至可抽成真空;物料加热快,加热温度高,温度容易控制;生产过程较易实现机械化和自动化;劳动卫生条件好;热效率高;产品质量好等。冶金工业上电炉主要用于钢铁、铁合金、有色金属等的熔炼、加热和热处理。19世纪末出现了工业规模的电炉,20世纪50年代以来,由于对高级冶金产品需求的增长和电费随电力工业的发展而下降,电炉在冶金炉设备中的比额逐年上升。电炉可分为电阻炉、感应炉、电弧炉、等离子炉、电子束炉等。

电阻炉  以电流通过导体所产生的焦耳热为热源的电炉。按电热产生方式,电阻炉分为直接加热和间接加热两种。在直接加热电阻炉中,电流直接通过物料,因电热功率集中在物料本身,所以物料加热很快,适用于要求快速加热的工艺,例如锻造坯料的加热。这种电阻炉可以把物料加热到很高的温度,例如碳素材料石墨化电炉,能把物料加热到超过2500℃。直接加热电阻炉可作成真空电阻加热炉或通保护气体电阻加热炉,在粉末冶金中,常用于烧结钨、钽、铌等制品。采用这种炉子加热时应注意:①为使物料加热均匀,要求物料各部位的导电截面和电导率一致;②由于物料自身电阻相当小,为达到所需的电热功率,工作电流相当大,因此送电电极和物料接触要好,以免起电弧烧损物料,而且送电母线的电阻要小,以减少电路损失;③在供交流电时,要合理配置短网,以免感抗过大而使功率因数过低。

大部分电阻炉是间接加热电阻炉,其中装有专门用来实现电-热转变的电阻体,称为电热体,由它把热能传给炉中物料。这种电炉炉壳用钢板制成,炉膛砌衬耐火材料,内放物料。最常用的电热体是铁铬铝电热体、镍铬电热体、碳化硅棒和二硅化钼棒。根据需要,炉内气氛可以是普通气氛、保护气氛或真空。一般电源电压220伏或380伏,必要时配置可调节电压的中间变压器。小型炉(<10千瓦=单相供电,大型炉三相供电。对于品种单一、批料量大的物料,宜采用连续式炉加热。炉温低于700℃的电阻炉,多数装置鼓风机,以强化炉内传热,保证均匀加热。用于熔化易熔金属(铅、铅铋合金、铝和镁及其合金等)的电阻炉,可做成坩埚炉;或做成有熔池的反射炉,在炉顶上装设电热体。电渣炉是由溶渣实现电热转变的电阻炉(见电渣重熔)。

感应炉  利用物料的感应电热效应而使物料加热或熔化的电炉。感应炉的基本部件是用紫铜管绕制的感应圈。感应圈两端加交流电压,产生交变的电磁场,导电的物料放在感应圈中,因电磁感应在物料中产生涡流,受电阻作用而使电能转变成热能来加热物料;所以,也可认为感应电热是一种直接加热式电阻电热。

感应电热的特点是在被加热物料中转变的电热功率(电流分布)很不均匀,表面最大,中心最小,称为趋肤效应。为了提高感应加热的电热效率,供电频率要合宜,小型熔炼炉或对物料的表面加热采用高频电,大型熔炼炉或对物料深透加热采用中频或工频电。感应圈是电感量相当大的负载,其功率因数一般很低。为了提高功率因数,感应圈一般并联电容器,称为补偿电容。感应圈和物料之间的间隙要小,感应圈宜用方形紫铜管制作,管内通水冷却,感应圈的匝间间隙要尽量小,绝缘要好。感应加热装置,主要用于钢、铜、铝和锌等的熔铸,加热快,烧损少,机械化和自动化程度高,适合配置在自动作业线上。

工业上应用的感应熔化炉有坩埚炉(无芯感应炉)和熔沟炉(有芯感应炉),。坩埚用耐火材料或钢制成,容量从几公斤到几十吨。其熔炼特点是坩埚中熔体受电动力作用,迫使熔池液面凸起,熔体自液面中心流向四周而引起循环流动。这种现象称为电动效应,可使熔体成分均匀,缺点是炉渣偏向周边,覆盖性差。与熔沟炉比较,坩埚炉操作灵活,熔炼温度高,但功率因数低,电耗较高。熔沟炉的感应器由铁芯、感应圈和熔沟炉衬组成,熔沟为一条或两条带状环形沟,其中充满与熔池相联通的熔体。在原理上,可以把熔沟炉看作是次级只有一匝线圈而且短路的铁芯变压器。感应电流在熔沟熔体中流动,而实现电热转变。

生产中,每炉金属熔炼完毕后,不能把熔池放空,一定要保留一部分熔体作为下一炉的起熔体。熔沟温度比熔池高,又承受熔体流动的冲刷,所以熔沟炉衬容易损坏,为便于维修,现代炉子的感应器制成便于更换的装配件。熔沟炉的容量从几百公斤到百余吨。熔沟炉供工频电,由于有用硅钢片制作的铁芯作磁通路,电效率和功率因数都很高。熔沟炉主要用于铸铁、铜、锌、黄铜等的熔化,还可作为混熔沪,用来贮存和加热熔体。

电弧炉   利用电弧热效应熔炼金属和其他物料的电炉。按加热方式分为三种类型:①间接加热电弧炉。电弧在两电极之间产生,不接触物料,靠热辐射加热物料。这种炉子噪声大,效率低,渐被淘汰。②直接加热电弧炉。电弧在电极与物料之间产生,直接加热物料;炼钢三相电弧炉是最常用的直接加热电弧炉(见电弧炉炼钢)。③埋弧电炉,亦称还原电炉或矿热电炉。电极一端埋入料层,在料层内形成电弧并利用料层自身的电阻发热加热物料;常用于冶炼铁合金(见铁合金电炉),熔炼冰镍、冰铜(见镍、铜),以及生产电石(碳化钙)等。

真空电弧炉是在抽真空的炉体中用电弧直接加热熔炼金属的电炉。炉内气体稀薄,主要靠被熔金属的蒸气发生电弧,为使电弧稳定,一般供直流电。按照熔炼特点,分为金属重熔炉和浇铸炉。按照熔炼过程中电极是否消耗(熔化),分为自耗炉和非自耗炉,工业上应用的大多数是自耗炉。真空电弧炉用于熔炼特殊钢、活泼的和难熔的金属如钛、钼、铌(见真空冶金)。

电弧电热可以认为是弧阻电热。电弧(弧阻)稳定是炉子正常生产的必要条件。交流电弧炉通常采用工频电,为使电弧稳定,炉子供电电路中要有适当的感抗,但是存在感抗会降低功率因数和电效率。降低电流频率是发展交流电弧炉的途径。弧阻阻值相当小,为获得必要的热量,炉子需要相当大的工作电流,因此炉子短网的电阻要尽量小,以免电路损耗过大。对于三相电弧炉,要使三相的阻抗接近一致,以免三相负荷不平衡。

等离子炉   利用工作气体被电离时产生的等离子体来进行加热或熔炼的电炉。产生等离子体的装置,通常叫作等离子枪,有电弧等离子枪和高频感应等离子枪两类。把工作气体通入等离子枪中,枪中有产生电弧或高频(5~20兆赫)电场的装置,工作气体受作用后电离,生成由电子、正离子以及气体原子和分子混合组成的等离子体。等离子体从等离子枪喷口喷出后,形成高速高温的等离子弧焰,温度比一般电弧高得多。最常用的工作气体是氩,它是单原子气体,容易电离,而且是惰性气体,可以保护物料。工作温度可高达20000℃;用于熔炼特殊钢、钛和钛合金、超导材料等。炉型有配置水冷铜结晶器炉、中空阴极式炉、配置感应加热的等离子炉、有耐火材料炉衬的等离子炉等(见等离子冶金)。

电子束炉  用高速电子轰击物料使之加热熔化的电炉。在真空炉壳内,用通低压电的灯丝加热阴极,使之发射电子,电子束受加速阳极的高压电场的作用而加速运动,轰击位于阳极的金属物料,使电能转变成热能。因为电子束可经电磁聚焦装置高度密集,所以可在物料受轰击的部位产生很高的温度。电子束炉用于熔炼特殊钢、难熔和活泼金属。

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