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工业炉
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炼钢炉/冶金机械展厅
连铸机, 轧钢机, 熔炼炉, 水冷套, 电炉铁芯, ...
工业炉是在工业生产中,利用燃料燃烧或电能转化的热量,将物料或工件加热的热工设备。广义地说,锅炉也是一种工业炉,但习惯上人们不把它包括在工业炉范围内。

工业炉的主要组成部分有:工业炉砌体、工业炉排烟系统、工业炉预热器和工业炉燃烧装置等。机械工业应用的工业炉有多种类型,在铸造车间,有熔炼金属的冲天炉、感应炉、电阻炉、电弧炉、真空炉、平炉、坩埚炉等;有烘烤砂型的砂型干燥炉、铁合金烘炉和铸件退火炉等;在锻压车间,有对钢锭或钢坯进行锻前加热的各种加热炉,和锻后消除应力的热处理炉;在金属热处理车间,有改善工件机械性能的各种退火、正火、淬火和回火的热处理炉;在焊接车间,有焊件的焊前预热炉和焊后回火炉;在粉末冶金车间有烧结金属的加热炉等。

工业炉还广泛应用于其他工业,如冶金工业的金属熔炼炉、矿石烧结炉和炼焦炉;石油工业的蒸馏炉和裂化炉;煤气工业的发生炉;硅酸盐工业的水泥窑和玻璃熔化、玻璃退火炉;食品工业的烘烤炉等。

工业炉的创造和发展对人类进步起着十分重要的作用。中国在商代出现了较为完善的炼铜炉,炉温达到1200℃,炉子内径达0.8米。在春秋战国时期,人们在熔铜炉的基础上进一步掌握了提高炉温的技术,从而生产出了铸铁。

1794年,世界上出现了熔炼铸铁的直筒形冲天炉。后到1864年,法国人马丁运用英国人西门子的蓄热式炉原理,建造了用气体燃料加热的第一台炼钢平炉。他利用蓄热室对空气和煤气进行高温预热,从而保证了炼钢所需的1600℃以上的温度。1900年前后,电能供应逐渐充足,开始使用各种电阻炉、电弧炉和有芯感应炉。

二十世纪50年代,无芯感应炉得到迅速发展。后来又出现了电子束炉,利用电子束来冲击固态燃料,能强化表面加热和熔化高熔点的材料。

用于锻造加热的炉子最早是手锻炉,其工作空间是一个凹形槽,槽内填入煤炭,燃烧用的空气由槽的下部供入,工件埋在煤炭里加热。这种炉子的热效率很低,加热质量也不好,而且只能加热小型工件,以后发展为用耐火砖砌成的半封闭或全封闭炉膛的室式炉,可以用煤,煤气或油作为燃料,也可用电作为热源,工件放在炉膛里加热。

为便于加热大型工件,又出现了适于加热钢锭和大钢坯的台车式炉,为了加热长形杆件还出现了井式炉。20世纪20年代后又出现了能够提高炉子生产率和改善劳动条件的各种机械化、自动化炉型。

工业炉的燃料也随着燃料资源的开发和燃料转换技术的进步,而由采用块煤、焦炭、煤粉等固体燃料逐步改用发生炉煤气、城市煤气、天然气、柴油、燃料油等气体和液体燃料,并且研制出了与所用燃料相适应的各种燃烧装置。

工业炉的结构、加热工艺、温度控制和炉内气氛等,都会直接影响加工后的产品质量。在锻造加热炉内,提高金属的加热温度,可以降低变形阻力,但温度过高会引起晶粒长大、氧化或过烧,严重影响工件质量。在热处理过程中,如果把钢加热到临界温度以上的某一点,然后突然冷却,就能提高钢的硬度和强度;如果加热到临界温度以下的某一点后缓慢冷却,则又能使钢的硬度降低而使韧性提高。

为了获得尺寸精确和表面光洁的工件,或者为了减少金属氧化以达到保护模具、减少加工余量等目的,可以采用各种少无氧化加热炉。在敞焰的少无氧化加热炉内,利用燃料的不完全燃烧产生还原性气体,在其中加热工件可使氧化烧损率降低到0.3%以下。

可控气氛炉是使用人工制备的气氛,通入炉内可进行气体渗碳、碳氮共渗、光亮淬火、正火、退火等热处理:以达到改变金相组织、提高工件机械性能的目的。在流动粒子炉中,利用燃料的燃烧气体,或外部施加的其他流化剂,强行流过炉床上的石墨粒子或其他惰性粒子层,工件埋在粒子层中能实现强化加热,也可进行渗碳、氮化等各种无氧化加热。在盐浴炉内,用熔融的盐液作为加热介质,可防止工件氧化和脱碳。

在冲天炉内熔炼铸铁,往往受到焦炭质量、送风方式、炉料情况和空气温度等条件的影响,使熔炼过程难于稳定,不易获得优质铁水。热风冲天炉能有效地提高铁水温度、减少合金烧损、降低铁水氧化率,从而能生产出高级铸铁。

随着无芯感应炉的出现,冲天炉有逐步被取代的趋势。这种感应炉的熔炼工作不受任何铸铁等级的限制,能够从熔炼一种等级的铸铁,很快转换到熔炼另一种等级的铸铁,有利于提高铁水的质量。一些特种合金钢,如超低碳不锈钢以及轧辊和汽轮机转子等用的钢,需要将平炉或一般电弧炉熔炼出的钢水,在精炼炉内通过真空除气和氩气搅动去杂,进一步精炼出高纯度、大容量的优质钢水。

工业炉按供热方式分为两类:一类是火焰炉(或称燃料炉),用固体、液体或气体燃料在炉内的燃烧热量对工件进行加热;第二类是电炉,在炉内将电能转化为热量进行加热。

火焰炉的燃料来源广,价格低,便于因地制宜采取不同的结构,有利于降低生产费用,但火焰炉难于实现精确控制,对环境污染严重,热效率较低。电炉的特点是炉温均匀和便于实现自动控制,加热质量好。按能量转换方式,电炉又可分为电阻炉、感应炉和电弧炉。

工业炉按热工制度又可分为两类:一类是间断式炉又称周期式炉,其特点是炉子间断生产,在每一加热周期内炉温是变化的,如室式炉、台车式炉、井式炉等;第二类是连续式炉,其特点是炉子连续生产,炉膛内划分温度区段。在加热过程中每一区段的温度是不变的,工件由低温的预热区逐步进入高温的加热区,如连续式加热炉和热处理炉、环形炉、步进式炉、振底式炉等。

以单位时间单位炉底面积计算的炉子加热能力称为炉子生产率。炉子升温速度越快、炉子装载量越大,则炉子生产率越高。在一般情况下,炉子生产率越高,则加热每千克物料的单位热量消耗也越低。因此,为了降低能源消耗,应该满负荷生产,尽量提高炉子生产率,同时对燃烧装置实行燃料与助燃空气的自动比例调节,以防止空气量过剩或不足。此外,还要减少炉墙蓄热和散热损失、水冷构件热损失、各种开口的辐射热损失、离炉烟气带走的热损失等。

金属或物料加热时吸收的热量与供入炉内的热量之比,称为炉子热效率。连续式炉比间断式炉的热效率高,因为连续式炉的生产率高,而且是不间断工作的,炉子热制度处于稳定状态,没有周期性的炉墙蓄热损失,还由于炉膛内部有一个预热炉料的区段,烟气部分余热为由于炉膛内部有一个预热炉料的区段,烟气部分余热为入炉的冷工件所吸收,降低了离炉烟气的温度。

为了使炉温恒定和实现规定的升温速度,除必须根据工艺要求、预热器和炉用机械型式、燃料和燃烧装置类别、工业炉排烟方式等确定优良的炉型结构外,还需要对燃料和助燃空气的流量和压力,或对电功率等可控变量通过各种控制单元进行相互调节,以实现炉温、炉气氛或炉压的自动控制。
文章内容仅供参考 (投稿) (11/23/2004)
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