電爐熔煉原理

電爐熔煉的實(shí)質(zhì)是將爐料加入礦熱電爐中，在電熱作用下將爐料熔化并發(fā)生與反射爐熔煉相同的各種物理化學(xué)變化，形成銅锍、爐渣和煙氣。

電爐熔煉加熱和熔化

將電極從爐頂插入熔池渣層，通電后電能就會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。在電極附近，電流密度和電極與爐渣之間的氣膜電阻都很大，因此在電極附近會(huì)產(chǎn)生微弧放電并集中了大量的熱量，使電極附近爐渣的溫度很高；而在距離電極遠(yuǎn)的區(qū)域，則由于電流密度小和爐渣電阻比氣膜電阻小的緣故，熱量較少，溫度也低，至爐墻處溫度最低。由于電爐內(nèi)溫度分布不均，電極附近爐渣過熱大、密度小，所以它向上流動(dòng)到熔體表面，其流動(dòng)至電極周圍與爐料接觸時(shí)傳熱給爐料，使之熔化；形成的熔體溫度低、密度大，容易下沉。因此，在電極周圍熔池內(nèi)形成爐渣的對(duì)流循環(huán)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而不斷地發(fā)生傳熱和熔化以及與反射爐熔煉相同的各種物理化學(xué)變化。由此可見，電爐的傳熱是依靠過熱爐渣加熱爐料，而熔化和反應(yīng)過程在爐料內(nèi)部進(jìn)行。由于這個(gè)緣故，電爐爐氣溫度低，爐氣不直接參加反應(yīng)，而且電能效率高。

電爐熔煉供電和調(diào)節(jié)

大型礦熱電爐有6根電極，每對(duì)電極與一個(gè)單相變壓器相連接，變壓器的一次線圈具有幾個(gè)接觸點(diǎn)（擋數(shù)），可以使二次電壓有不同的數(shù)值。隨著二次電壓的不同，供給爐內(nèi)的功率也不同，電壓越高，功率越高，因而熱量越多，故當(dāng)開爐、停爐或者改變爐料、床能力時(shí)，就可以用改變電壓的方法來調(diào)節(jié)供入爐內(nèi)的電功率，亦即改變供入的熱量。但是當(dāng)電爐在一定的電壓下工作時(shí)，由于熔池負(fù)荷的變動(dòng)，會(huì)使二次電流的數(shù)值發(fā)生波動(dòng)。當(dāng)電流達(dá)到變壓器的最大電流時(shí)，電流的波動(dòng)會(huì)迫使變壓器保護(hù)裝置自動(dòng)跳閘；而不在最大電流工作時(shí)，電流的波動(dòng)又會(huì)使變壓器效率降低。為了改變這種情況，常用升降電極的辦法來調(diào)整熔池的負(fù)荷。為了保持一定的電流值，熔池的負(fù)荷必須保持不變，當(dāng)爐渣的比電阻因氣膜狀態(tài)、料堆大小及位置、爐渣成分和深度變化而發(fā)生改變時(shí)，就可以相應(yīng)地用增大或減小電極埋人深度的辦法來維持平衡。電極的升降可自動(dòng)控制或用卷揚(yáng)機(jī)械來進(jìn)行。

電爐熔煉是利用電流通過熔融爐料產(chǎn)生的高溫進(jìn)行熔煉的過程，只能熔煉干燥過的生精礦或焙燒礦，20世紀(jì)初（1903年）電爐在銅工業(yè)中開始應(yīng)用。其優(yōu)點(diǎn)是：可利用爐氣的SO₂，適合處理難熔物料，電能效率高。其缺點(diǎn)是：不能利用精礦反應(yīng)的熱能，電能消耗大，費(fèi)用高。因此，電爐熔煉僅在電能供應(yīng)方便的地區(qū)采用。

電爐用電由三根電極供給三相交流電，還原熔煉所需熱量靠電極與熔渣接觸產(chǎn)生電弧和電流通過爐料和爐渣產(chǎn)生，即熱量在爐料內(nèi)部產(chǎn)生，所以爐料受熱熔化和化學(xué)反應(yīng)是在爐料內(nèi)部進(jìn)行，因此，電爐的熔煉是還原反應(yīng)和造渣同時(shí)進(jìn)行的，靠近電極的爐渣，由于溫度升高和渣中存在反應(yīng)所產(chǎn)生的氣體使其密度降低而沿電極上浮，到達(dá)表面后便向四周水平擴(kuò)散，而溫度較低的爐料則吸收過熱爐渣的熱量而熔化，已熔化的爐料和已降溫的爐渣混合在一起，因?yàn)槠涿芏仍黾佣鲁?，?dāng)降到電極插入的深度時(shí)，一部分向電極作水平運(yùn)動(dòng)而成為連續(xù)循環(huán)的一部分，而其他的部分則繼續(xù)沉降到料堆的末端，而沿著爐料下部熔化表面作水平運(yùn)動(dòng)，就這樣大部分熔體往下落入下部比較平靜的渣層，而進(jìn)行渣和目標(biāo)的分離。

電爐熔煉的優(yōu)點(diǎn)是：

(1)熔池溫度易于調(diào)節(jié)，并能獲得較高的溫度，可處理含難熔物較多的物料，爐渣易于 過熱，有利于四氧化三鐵的還原，渣含有價(jià)金屬量較低。

(2)爐氣量較小，含塵量較低。完善的電爐密封，可提高煙氣二氧化硫濃度，并可加以 利用。

(3)對(duì)物料的質(zhì)量適應(yīng)范圍大，可以處理一些雜料、返料。

(4)容易控制，便于操作，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。

(5)爐氣溫度低，熱利用率達(dá)45%～60%，爐頂及部分爐墻可以用廉價(jià)的耐火黏土磚 砌筑。

電爐熔煉的缺點(diǎn)是：

(1)電能消耗大，需要費(fèi)用高。

(2)對(duì)爐料含水分要求嚴(yán)格(不高于3%)。

(3)脫硫率低(16%～20%)，處理含硫量高的物料時(shí)，應(yīng)在熔煉前采取必要的脫硫措施。

國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的生產(chǎn)基地武漢紅巨星電爐有限公司生產(chǎn)的中頻電爐廣泛用于：

有色金屬的熔煉[主要用在熔煉鋼、合金鋼、特種鋼、鑄鐵等黑色金屬材料以及不銹鋼、鋅等有色金屬材料的熔煉，也可用于銅、鋁等有色金屬的熔煉和升溫，保溫，并能和高爐進(jìn)行雙聯(lián)運(yùn)行。]

鍛造加熱[用于棒料、圓鋼，方鋼，鋼板的透熱，補(bǔ)溫，蘭淬下料在線加熱，局部加熱，金屬材料在線鍛造（如齒輪、半軸連桿、軸承等精鍛）、擠壓、熱軋、剪切前的加熱、噴涂加熱、熱裝配以及金屬材料整體的調(diào)質(zhì)、退火、回火等。]

調(diào)質(zhì)熱處理[主要供軸類（直軸、變徑軸，凸輪軸、曲軸、齒輪軸等）；齒輪類；套、圈、盤類；機(jī)床絲杠；導(dǎo)軌；平面；球頭；五金工具等多種機(jī)械（汽車、摩托車）零件的表面熱處理及金屬材料整體的調(diào)質(zhì)、退火、回火]等。

中頻熔煉電爐加熱裝置具有體積小，重量輕、效率高、熱加工質(zhì)量?jī)?yōu)及有利環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)正迅速淘汰燃煤爐、燃?xì)鉅t、燃油爐及普通電阻爐，是新一代的金屬加熱設(shè)備。

中頻熔煉電爐是鑄造鍛造及熱處理車間的主要設(shè)備， 其工作的穩(wěn)定性、可靠性及安全性是流水作業(yè)的鑄造鍛造及熱處理生產(chǎn)線正常穩(wěn)定工作的保證。

中頻熔煉電爐把三相工頻交流電，整流后變成直流電，再把直流電變?yōu)榭烧{(diào)節(jié)的中頻電流，供給由電容和感應(yīng)線圈里流過的中頻交變電流，在感應(yīng)圈中產(chǎn)生高密度的磁力線，并切割感應(yīng)圈里盛放的金屬材料，在金屬材料中產(chǎn)生很大的渦流。這種渦流同樣具有中頻電流的一些性質(zhì)，即，金屬自身的自由電子在有電阻的金屬體里流動(dòng)要產(chǎn)生熱量。例如，把一根金屬圓柱體放在有交變中頻電流的感應(yīng)圈里，金屬圓柱體沒有與感應(yīng)線圈直接接觸，通電線圈本身溫度已很低，可是圓柱體表面被加熱到發(fā)紅，甚至熔化，而且這種發(fā)紅和熔化的速度只要調(diào)節(jié)頻率大小和電流的強(qiáng)弱就能實(shí)現(xiàn)。如果圓柱體放在線圈中心，那么圓柱體周邊的溫度是一樣的，圓柱體加熱和熔化也沒有產(chǎn)生有害氣體、強(qiáng)光污染環(huán)境。