電爐
什么是電爐，電爐的定義：
中文名稱：電爐
英文名稱：electric furnace
電爐定義：用電加熱實現預期工藝目的(如物料的冶煉、熔化、加熱、熱處理、燒結、烘干等)的電熱設備稱為電爐。
所屬學科：電力（一級學科）；配電與用電（二級學科）

   
電爐（electric furnace）：引利用電熱效應供熱的工業爐 電爐分為工業電爐和家用電爐兩種，工業電爐又分為電阻爐、感應爐兩種，隨著現代工業技術的發展感應爐成為電爐中最為節能的電轉換加熱方式，廣泛應用家庭、醫藥、化工、冶金、等多個領域。
電爐優點
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（神光電爐）、 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。電阻爐熱效益不高時他的一個缺點。
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（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。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。國內知名生產商杭州眾匯電爐制造有限公司等
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線上。
感應爐系列加熱爐特點
加熱速度快、生產效率高、氧化脫炭少、節省材料與鍛模成本
由于中頻感應加熱的原理為電磁感應，其熱量在工件內自身產生，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工作，不需燒爐專業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。
工作環境優越、提高工人勞動環境和公司形象、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，更可達到環保部門的各項指標要求，同時樹立公司外在形象與鍛造業未來的發展趨勢。感應加熱是電加熱爐中最節能的加熱方式由室溫加熱到1100℃的噸鍛件耗電量小于360度。
加熱均勻，芯表溫差極小，溫控精度高
感應加熱其熱量在工件內自身產生所以加熱均勻，芯表溫差極小。應用溫控系統可實現對溫度的精確控制提高產品質量和合格率。
感應加熱爐具有體積小，重量輕、效率高、熱加工質量優及有利環境等優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),見圖2感應爐爐體結構示意。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,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（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。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,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。
工業上用的電爐分類為兩類：周期式作業爐和連續式作業爐。
周期式作業爐分為：箱式爐、密封箱式爐，井式爐，鐘罩爐，臺車爐，傾倒式滾筒爐。
連續式作業爐分為：窯車式爐，推桿式爐，輥底爐，振底爐，轉底爐，步進式爐，牽引式爐，連續式滾筒爐，傳送帶式爐等。其中傳送帶式爐可分為：有網帶式爐、沖壓鏈板式爐、鑄鏈板式爐等。..
電熱爐
電熱爐可使用金屬發熱體或非金屬發熱體來產生熱源，其構造簡單，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℃）。
（1） 電爐具有的優點
1） 與燃料爐相比容易得到高溫。
2） 可從材料內部加熱使其升溫。
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。
6） 能進行快速加熱。
7） 操作性能好，不污染環境。
（2） 電爐存在的缺點
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。
電爐的主要種類
1． 工業爐
工業爐：分為電爐和燃燒爐（狹義的工業爐指燃燒爐）
2． 主要產品
七大類：電阻爐、感應爐、真空爐、電子束爐、熱處理（或熔煉）機組、熱處理輔助設備、燃燒爐。
三． 電阻爐：三大部件：加熱器、爐襯、耐熱構件
1． 分為周期式及連續式兩大類
2． 周期式爐的特征：
A． 爐料同時加入同時取出
B． 加熱時爐料基本不動（特殊情況除外：如滾筒爐，輥底爐）
C． 工作區內力求溫度均勻
3． 周期式電阻爐的分類
A． 箱式爐
B． 臺車爐（分為自行式和牽引式），用作退火之用，加熱后工件隨爐冷卻
C． 井式爐
D． 罩式爐（主要用于退火，加熱罩可吊移）
E． 底升式罩式爐（罩子固定，升降底座，適用于大型爐子）
F． 轉筒式爐
G． 密封箱式爐（又稱為多用爐，可進行滲碳、光潔淬火、碳氮共滲等熱處理工藝。采用輻射管加熱，輻射管是由耐火陶瓷盤固定的電阻絲裝于一個密封耐熱鋼管中，這樣的結構使爐內氣氛對加熱元件不會有影響）
4． 連續式電阻爐
A． 推送式爐
B． 傳送帶式爐
C． 網帶爐（適用于薄小零件的退火、燒結、釬焊及固溶處理。結構類似傳送帶式爐）
D． 連續式轉筒爐 （滾筒爐）
E． 輥底爐（料盤在輥子上運動）
F． 轉底爐
電爐變壓器
電爐變壓器是指專為各種電爐提供電源的變壓器。工業用電爐變壓器大致可分為3類:電阻爐變壓器、電弧爐變壓器和感應爐變壓器。
電阻爐變壓器用于機械零件加熱、熱處理、粉末冶金燒結、有色金屬熔煉等的電阻爐和鹽浴爐。由于其發熱體的電阻太小，或者在升溫過程中發熱體電阻的變化太大，所以需要在爐子和電力網之間配備一臺電阻爐變壓器，以降低和調節電爐的輸入電壓。
電弧爐變壓器 給用于鋼鐵冶煉的電弧爐供電的專用變壓器。容量大，結構復雜，技術要求較高。其副邊電壓低，一般從數十伏到數百伏，并要求能在較大范圍內調節；副邊電流往往達數千至數萬安。此外在鋼鐵冶煉中,熔化期需要功率大,要求變壓器能在2小時內有20%的過載能力。在煉鋼過程中，由于爐料的倒塌容易造成電極短路，所以電弧爐變壓器的原邊應串入限流電抗器，或使其具有較大的阻抗，以限制短路電流。
感應爐變壓器 用于熔化黑色和有色金屬的感應爐，實質上是一臺特殊的電爐變壓器。變壓器原繞組連接電源,副繞組實際上只有一匝,它就是裝在熔化槽內的熔化金屬。當原繞組通有電流時，副繞組就產生感應電流,在槽中流通,從而發出熱量，使金屬熔化。
電爐結構：
整套電爐設備包含中頻電源柜，補償電容，爐體（兩個）及水冷電纜、減速機。爐體由爐殼、感應圈、爐襯、傾爐減速箱等四個部分組成，爐殼用非磁性材料制成，感應線圈是由矩形空心管制成的螺旋狀筒體，熔煉時管內通冷卻水。線圈引出銅排與水冷電纜連通，爐襯緊靠感應圈，由石英砂打實燒結而成，爐體的傾動由傾爐減速箱直接轉動。傾爐減速箱系二級渦輪變速，自鎖性能好，轉動平穩可靠，出現緊急斷電時看收工傾爐，避免危險。可以通過選爐開關對兩臺爐體的傾爐減速箱電動機的控制進行選擇，帶有四芯橡皮線的開關盒能使操作者站在合適位置對爐體的傾動，復位進行點動控制。