電爐是一種利用電熱效應所產生的熱來進行加熱物料的設備,以實現預期的物理、化學變化。例如,煉鋼電弧爐是一座爐體有爐膛的設備,在其中利用弧光放電效應把電能變成熱能,實現爐料的熔煉過程。
能是物質的一種屬性,它反映物質做功的本領(能力)。電能是物質中電荷所具有的能量,熱能是物質中分子或原子紊亂運動所具有的能量。物質中電荷運動時,在一定條件下,電力做功,電能轉變為熱能,即電熱效應。1A電流通過1Q電阻體時電功率為1w。
工業電爐指工業生產應用的電爐,通常由爐體和配套的機電裝置組成。大型工業電爐規模宏偉,結構復雜,耗電量巨大。例如大型煉鋼電弧爐,公稱容量達400t,爐殼內徑11.6m,所配專用變壓器容量163MVA。又如某公司有六條感應加熱線,加熱300ram厚的連鑄板坯,總功率210Mw。
工業電爐品種繁多,應用廣泛。為了便于命名和研討,將電爐按其特征進行分類:
(1)按電熱方式:電阻爐、感應爐、電弧爐、等離子爐、電子束爐、介質(微波)加熱設備;
(2)按加熱方式:輻射型、對流型、傳導型;
(3)按爐內氣氛:普通氣氛、控制氣氛、真空爐;
(4)按爐體結構特點:立式、臥式、室狀、直通式、箱式、井式、環形、罩式、熔池爐、坩堝爐、 熔溝爐、凝殼爐等;
(5)按物料輸送方式:推料式、輥底式、履帶式、步進式、臺車式等;
(6)按操作方式:間歇式、連續式;
(7)按電源特點:直流、交流(工頻、中頻、高頻);
(8)按加熱用途:熔煉、軋制、鑄鍛造、熱處理、干燥等。
電阻爐包括臺車式電阻爐、雙臺車式電阻爐、箱式電阻爐、井式電阻爐和大型臺車爐等。
目前各種工業廣泛應用電爐,其應用舉例列于下頁表中。就爐子規模和耗電量而言,冶金工業是應用工業電爐量大的行業,它用于煉鋼、煉鐵合金、煉鋁、煉銅、煉鈦、合金熔煉、金屬連鑄連軋過程中的在線補充加熱等。其次是機械工業,它主要用于工件的鑄鍛造和熱處 理,所用的爐型最多。電爐在化學工業、建材工業、輕工業、實驗室等方面都有應用。
電爐煉鋼是應用工業電爐的范例。在工業化國家中,電爐鋼占粗鋼總產量的20%~40%,而且越發達的國家,電爐鋼所占的百分比越大。
電爐應用廣泛,是因為和燃料爐比較,具有許多優點:
(1)電熱功率密度特大。電爐可以在較短的時間內把物料加熱到需要的溫度,達到燃料爐不能達到的高溫。例如采用感應電熱加熱鋼材,可以在幾分鐘甚至幾秒鐘內,把工件加熱到1000~℃以上。鎢的熔點3390±60℃,只能用電爐熔煉。
(2)電爐的溫度易于準確控制。例如,鋁合金材料或工件熱處理用的空氣循環爐,爐溫偏差可以長期保持為±(3~5)℃;有的實驗室電爐,溫度控制可以精確到±ll;。
(3)電爐爐內氣氛易控,可以是需要的氣氛,也可以抽成真空。例如,硅鋼帶卷的連續退火爐的各個區段,可以控制為不同的氣氛;難熔的活性金屬,例如鈦,只能用真空電爐熔煉。
(4)電爐的電熱效率高,一般是50%~60%,有的達80%~90%。
(5)電熱清潔衛生,不污染環境。
(6)電爐較易于實現生產過程的機械化和自動化,勞動條件好,勞動生產率高。
但是,工業電爐耗電量大,必須保證電能供應;就單位熱能價格而言,一般是電熱較燃料熱價格高;電爐是成套機電設備,采用電爐通常投資較多。