铸造车间各熔炼用炉的介绍

工业炉
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、坩埚炉等下面介绍一下各种炉子的特点及应用。

一、冲天炉
冲天炉，是铸造生产中熔化铸铁的重要设备，将铸铁块熔化成铁水后浇注到砂型中待冷却后开箱而得到铸件。

冲天炉是一种竖式圆筒形熔炼炉，分为前炉和后炉。

前炉又分为出铁口，出渣口，炉盖前炉缸和过桥。

后炉又分为三个部分，顶炉，腰炉和炉缸。

腰炉与热风围管分开，修炉之后合上，用泥巴密封。

顶炉上是热交换器。

主要用于铸铁件生产，也用以配合转炉炼钢，因炉顶开口向上，故称冲天炉。

简介
一种竖式圆筒形熔炼铸铁的铸造设备。

主要用于铸铁件生产，也用以配合转炉炼钢，有时还用来化铜，因炉顶开口向上，故称冲天炉。

工作过程
冲天炉的工作过程：先将一定量的装入炉内作为底焦，它的高度一般在一米以上。

点火后，将底焦加至规定高度，从风口至底焦的顶面为底焦高度。

然后按炉子的熔化率将配好的石灰石、金属炉料和层焦按次序分批地从加料口加入。

在整个开炉过程中保持炉料顶面在加
料口下沿。

经风口鼓入炉内的空气同底焦发生燃烧反应，生成的高温炉气向上流动，对炉料加热，并使底焦顶面上的第一批金属炉料熔化。

熔化后的铁滴在下落到炉缸的过程中，被高温炉气和炽热的焦炭进一步加热，这一过程称为过热。

随着底焦的烧失和金属炉料的熔化，料层逐渐下降。

每批炉料熔化后，燃料由外加的层焦补充，使底焦高度基本上保持不变，整个熔化过程连续进行。

应用领域：冲天炉主要应用于钢铁、冶金、矿山等行业。

炉料中的石灰石在高温炉气的作用下分解成石灰和二氧化碳。

石灰是碱性氧化物，它能和焦炭中的灰分和炉料中的杂质、金属氧化物等酸性物质结合成熔点较低的炉渣。

熔化的炉渣也下落到炉缸，并浮在铁水上。

在冲天炉内，同时进行着底焦的燃烧、热量的传递和冶金反应 3个重要过程。

根据物理、化学反应的不同，冲天炉以燃烧区为核心，自上而下分为：预热带、熔化带、还原带、氧化带和炉缸等 5个区域。

由于炉气、焦炭和炉渣的作用，熔化后的金属成分也发生一定的变化。

在铸铁的5大元素中,碳和硫一般会增加，硅和锰一般会烧损，磷则变化不大。

铁水的最终化学成分，就是金属炉料的原始成分和熔炼过程中成分变化的综合结果。

分类
卡腰冲天炉
国家科技二等将产品，重点推广节能型冲天炉，具有炉温高(14501500)，元素烧损少(Mn<13%，Si<8%)，焦耗低(1:7~9)，能使用劣质焦炭等特点。

1970年通过部定型，20年来，经历考验，深得用户好评，为该厂传统产品。

新型二排大间距冲天炉
采用最新设计，符合“三化”标准，操作、维护方便，除烧损略高于卡腰炉外，其余指标与卡腰炉相近，为各地采用最多的炉型。

开过式冲天炉
交风带(熔化段)做成对开式，可以象开一扇窗户一样方便地将炉膛打开进行维修，此项发明获86 20 41 70号专利，第二届全国防大学明展示会《黄鹤发明奖》，具有90年代水平。

高温冲天炉
采用耐热铜高热风炉胆，风温可达300，铁水温度可达1500。

结构形式公以风带部分分为卡腰、大排距二种，其余部分相同。

3吨以下冲天炉以风带，前后炉移动式为主，3吨以上以固定前炉为主。

除尘以干式火花捕集器为主，也可根据用户要求配置湿式除尘器，环保要求高的可配置旋风式除尘器。

种竖式圆筒形熔炼铸铁的铸造设备。

主要用于铸铁件生产，也用以配合转炉炼钢，有时还用来化铜，因炉顶开口向上，故称冲天炉。

简史
古代生产铸铁，铁水直接来自炼铁炉。

公元10世纪前后，中国宋代已有因移动方便而称为"行炉"的化铁炉。

当时行炉不仅被用作化铁设备，而且还用作守城武器。

1330年元代陈椿所著《敖波图》描绘了有铸铁盘的化铁炉，称为搀炉，炉身可以倾斜以便出铁。

以后又加高炉身成为三节炉，这种炉已脱离了炼铁炉结构，是冲天炉的雏形。

17～18世纪，欧洲流行一种用于补锅的小型化铁炉。

1794年，英国J.威尔金森仿补锅化铁炉制造了第一座近似现代的冲天炉，并配备了用蒸汽机驱动的鼓风机。

20世纪以来，冲天炉结构和熔炼工艺有了很大发展，主要有：①多排风口送风冲天炉，它是为强化灰分高、块度小、强度低的劣质焦炭的燃烧而出现的两排或两排以上的小风口冲天炉，风口总面积只占炉子内截面积的5%左右，风口区炉径缩小,向熔化带逐渐扩大。

②双排风口大排距送风冲天炉，它的风口排距比正常大2～3倍，在500～900毫米之间，每排进风可由单独风箱供给,也可由一个总风箱提供。

③冲天炉-电炉双联熔炼，能充分发挥冲天炉优异的熔化能力和电炉良好的过热能力。

④提高送风温度，或增加送风中的含氧量。

结构
冲天炉(见彩图)炉身下部坐在底座上，上部侧面开有加料口，底部安有带铰链的门供熔化结束后清炉用。

离炉底350～700毫米处有1～2排空气进口，称为风口，沿炉身圆周均匀分布。

风口下部是炉缸，开有出铁口和出渣口。

从加料口以下至风口为金属炉料的预热带和熔化带。

冲天炉圆筒形炉身外壳用钢板制成，钢板壳内壁用耐火材料砌成炉衬。

在熔化带周围，由于炉温高，有些场合，这一部分不用耐火材料炉衬，而在炉壳外面设环形水管，向炉壳喷淋冷却水。

在中国，有的冲天炉还在炉身外部设置积蓄铁水的固定式前炉，前炉与冲天炉炉缸相连，从前炉中出铁水和排渣。

前炉可利用电、油或煤气加热，用以对铁水进行保温或升温。

二、感应炉
感应炉，induction furnace利用物料的感应电热效应而使物料加热或熔化的电炉称为感应炉。

感应炉采用的交流电源有工频( 50或60赫)、中频(150～10000赫）和高频（高于10000赫）3种。

感应炉的主要部件有感应器、炉体、电源、电容和控制系统等。

在感应炉中的交变电磁场作用下，物料内部产生涡流从而达到加热或着融化的效果。

在这种交变磁场的搅拌作用下，炉中材质的成分和温度均较均匀，锻造加热温度可达1250℃，熔炼温度可达1650℃。

感应炉除能在大气中加热或熔炼外，还能在真空和氩、氖等保护气氛中加热或熔炼，以满足特殊质量的要求。

感应炉在透热或熔炼软磁合金、高阻合金、铂族合金、耐热、耐蚀、耐磨合金以及纯金属方面具有突出的优点。

感应炉通常分为感应加热炉和熔炼炉。

熔炼炉有芯感应炉和无芯感应炉两类。

有芯感应炉有铁芯穿过感应器，用工频电源供电，主要用于各种铸铁、黄铜、青铜、锌等金属的熔炼和保温，电效率达90%以上，能利用废炉料，熔炼成本低，最大炉容达270吨。

无芯感应炉无铁芯穿过感应器，分为工频感应炉、三倍频感炉、发电机组中频感应炉、可控硅中频感应炉、高频感应炉。

感应炉的优点在于损耗原料比其他设备要小很多。

感应加热炉包括锻造加热炉，感应调质炉，感应淬火炉。

主要用于金属加热和熔炼。

特点：
节约特点
●加热速度快、生产效率高、氧化脱炭少、节省材料与锻模成本由于中频感应加热的原理为电磁感应，其热量在工件内自身产生，普通工人用中频电炉上班后十分钟即可进行锻造任务的连续工作，不需烧炉专业工人提前进行烧炉和封炉工作。

不必担心由于停电或设备故障引起的煤炉已加热坯料的浪费现象。

由于该加热方式升温速度快，所以氧化极少，每吨锻件和烧煤炉相比至少节约钢材原材料20-50千克，其材料利用率可达95%。

由于该加热方式加热均匀，芯表温差极小，所以在锻
坩埚型高频感应炉
造方面还大大的增加了锻模的寿命，锻件表面的粗糙度也小于50um。

环保特点
●工作环境优越、提高工人劳动环境和公司形象、无污染、低耗能感应加热炉与煤炉相比，，工人不会再受炎炎烈日下煤炉的烘烤与烟熏，更可达到环保部门的各项指标要求，同时树立公司外在形象与锻造业未来的发展趋势。

感应加热是电加热炉中最节能的加热方式由室温加热到1100℃的吨锻件耗电量小于360度。

精准特点
●加热均匀，芯表温差极小，温控精度高感应加热其热量在工件内自身产生所以加热均匀，芯表温差极小。

应用温控系统可实现对温度的精确控制提高产品质量和合格率。

其它特点
中频炉加热装置具有体积小，重量轻、效率高、热加工质量优及有利环境等优点正迅速淘汰燃煤炉、燃气炉、燃油炉及普通电阻炉，是新一代的金属加热设备。

利用感应线圈产生的感应电流加热物料的一种电炉。

若加热金属物料，则将其放在耐火材料制作的坩埚中。

若加热非金属材料，则将物料放在石墨坩埚中。

增加交流电频率时，感应电流频率则相应提高，产生的热量增多。

感应电炉加热迅速，温度高，操作控制方便，物料在加热过程中受污染少，能保证产品质量。

主要用于熔炼特种高温材料，也可作为由熔体生长单晶的加热和控制设备。

工频
工频感应炉是以工业频率的电流(50或60赫兹)作为电源的感应电炉。

工频感应电炉已发展成一种用途比较广泛的冶炼设备。

它主要作为熔化炉用来冶炼灰口铸铁、可锻铸铁、球
墨铸铁和合金铸铁。

此外，还作为保温炉使用，同前，工频感应炉已代替冲天炉成为铸造生产方面的
沟型低频感应炉
主要设备，和冲天炉相比，工频感应炉具有铁水成分和温度易于控制、铸件中的气体与夹杂物的合量低、不污染环境、节约能源和改善了劳动条件等许多优点。

因此，近年来工频感应炉得到迅速发展。

工频感应炉全套设备包括四大部分。

1．炉体部分
冶炼铸铁的工频感应炉炉体部分由感应炉(两台，一台用于冶炼，另一台备用)、炉盖、炉架、倾炉油缸、炉盖移动启闭装置等组成。

2．电气部分
电气部分由电源变压器、主接触器、平衡电抗器、平衡电容器、补偿电容器和电气控制台等组成。

3．水冷系统
冷却水系统包括电容器冷却，感应器冷却和软电缆冷却等。

冷却用水系统是由水泵和循环水池或冷却塔以及管道阀门等组成。

4．液压系统
液压系统包括油箱、油泵、油泵电机、液压系统管道与阀门和液压操作台等。

中频
中频感应炉所用电源频率在150一10000赫兹范围内的感应炉称为中频感应炉，其主要频率在150一2500赫兹范围。

国产小频感应炉电源频率为150、1000和2500赫兹三种。

中频感应炉是一种适用于冶炼优质钢与合金的特冶设备，和工额感应炉相比具有以下优点：
1)熔化速度快，生产效率高。

中频感应炉的功率密度大，每吨钢液的功率配置比工频感应炉约大20一30%。

因此，在相同条件下中频感应炉的熔化速度快，生产效率高。

2)适应性强，使用灵活。

中频感应炉每炉钢液可以全部出净，更换钢种方便；而工频感应炉每炉钢液不允许出净，必须保留一部分钢液供下炉启动，因此更换钢种不方便，只适用于冶炼单一品种钢。

3)电磁搅拌效果较好。

由于钢液承受的电磁力是与电源频率的平方根成反比，因此中频电源的搅拌力比工频电源小。

对于去除钢中杂质和均匀化学成分、均匀温度来说，中频电源的搅拌效果比较好。

工频电源过大的搅冲力使钢液对炉衬的冲刷力增大，不仅降低精炼效果而且会降低坩埚寿命。

4)起动操作方便。

由于中频电流的集肤效应远大于工频电流流，因此中频感应炉在起动时，对炉料没有特殊要求，装料后即可迅速加热升温；而工频感应炉则要求有专门制作的开炉料块(与坩埚尺寸近似，约以坩埚高度一半的铸钢或铸铁块)才能启动加热，而且升温速度很慢。

因此，在周期作业的条件下大多使用中频感应炉。

起动方便带来的另一个优点是，在周期作业时可以节约电力。

由于以上优点，中频感应炉近几年来，不仅广泛地用于钢与合金的生产领域，而且在铸铁生产中，特别是在周期作业的铸造车间也得到很快的发展。

三、电阻炉
电阻炉是利用电流使炉内电热元件或加热介质发热，从而对工件或物料加热的工业炉。

电阻炉在机械工业中用于金属锻压前加热、金属热处理加热、钎焊、粉末冶金烧结、玻璃陶瓷焙烧和退火、低熔点金属熔化、砂型和油漆膜层的干燥等。

介绍
电阻炉(resistance furnace)
自从发现电流的热效应(即楞茨-焦耳定律)以后，电热法首先用于家用电器，后来又用于实验室小电炉。

随着镍铬合金的发明，到20世纪20年代，电阻炉已在工业上得到广泛应用。

工业上用的电阻炉一般由电热元件、砌体、金属壳体、炉门、炉用机械和电气控制系统等组成。

加热功率从不足一千瓦到数千千瓦。

工作温度在 650℃以下的为低温炉;650～1000℃为中温炉;1000℃以上为高温炉。

在高温和中温炉内主要以辐射方式加热。

在低温炉内则以对流传热方式加热，电热元件装在风道内，通过风机强迫炉内气体循环流动，以加强对流传热。

电阻炉有室式、井式、台车式、推杆式、步进式、马弗式和隧道式等类型。

可控气氛炉、真空炉、流动粒子炉等也都是电阻炉。

电热元件具有很高的耐热性和高温强度，很低的电阻温度系数和良好的化学稳定性。

常用的材料有金属和非金属两大类。

金属电热元件材料有镍铬合金、铬铝合金、钨、钼、钽等，一般制成螺旋线、波形线、波形带和波形板。

非金属电热元件材料有碳化硅、二硅化钼、石墨和碳等，一般制成棒、管、板、带等形状。

电热元件的分布和线路接法，依炉子功率大小和炉温要求而定。

电阻炉与火焰炉相比，具有结构简单、炉温均匀、便于控制、加热质量好、无烟尘、无噪声等优点，但使用费较高。

分类
工业电阻炉的分类：工业电阻炉分二类，周期式作业炉和连续式作业炉。

周期式作业炉分为：箱式炉、密封箱式炉，井式炉，钟罩炉，台车炉，倾倒式滚筒炉。

连续式作业炉分为：窑车式炉，推杆式炉，辊底炉，振底炉，转底炉，步进式炉，牵引式炉，连续式滚筒炉，传送带式炉等。

其中传送带式炉可分为：有网带式炉、冲压链板式炉、铸链板式炉等
加热机理
电阻炉以电为热源，通过电热元件将电能转化为热能，在炉内对金属进行加热。

电阻炉和火焰比，热效率高，可达50-80℅，热工制度容易控制，劳动条件好，炉体寿命长，适用于要求较严的工件的加热，但耗电费用高。

功率
电阻炉的功率是根据电阻炉的热平衡原则确定的，通过热平衡计算，可以比较精确地算出电阻炉的功率。

电炉所需的功率应包括炉子蓄热，工件加热需要热量、工件保温需要的热量、气氛裂解所需的热量，热损失等。

其中炉子蓄热由电炉的规格、构造和主要尺寸、炉衬厚度，材料导热系数决定。

一般地说，炉子越大，炉子蓄热越大，反之亦然。

工件加热需要热量、工件保温需要的热量由炉子的产量、工件的性质和规格尺寸、工作温度、时间决定。

炉子的产量越大，功率越大，反之亦然。

气氛裂解所需的热量，由气氛的性质决定。

热损失的热量，包括进料口部位、落料口部位的散热和其它部位的辐射损失等。

炉子功率计算有利用热平衡原则确下的理论计算法、经验计算法。

理论计算法，主要参数是产量、温度、升温时间。

经验计算法常用三种：根据炉膛容积和工作温度计算功率或根据炉膛内表面积和工作温度计算功率或根据相同品种的炉子产量的类比推算功率。

一般计算功率，经一种方法为主，以另一种或二种方法验算并进行修正。

功率确定之后，根据电阻炉的分区情况，进行功率分配，选定加热元件的形式，选用材料，计算其参数，包括冷态电阻、电源电压、线径、长度。

具体选材料要考虑材料的抗氧化性、抗高温性、抗渗碳性、加工艺性，表面负荷等。

带状加热元件承受的表面负荷比丝状加热元件大一点，最高可增加50℅。

修理维护
围绕炉体的修理
砖砌炉常见故障主要是加热体和砌体的局部修理;盐浴炉常见故障是漏盐和电极腐蚀;真空炉常见故障是加热体损坏和炉体泄漏。

针对常见故障现象和原因，应注意砌筑炉体时的方法、结构和选材。

1.整体筑炉
普通热处理电阻炉整体筑炉时，砖砌炉的原砌搁加热体高铝搁砖尺寸处应留下插搁砖的槽。

日常的修理主要是换炉丝搁砖和炉丝。

对盐浴炉故障――漏盐和电极腐蚀，采用浇筑法解决炉体漏盐;针对电动机易腐蚀，将炉体浇筑成两体，即电极单独浇筑成一个阶梯形的块，电极腐蚀后，只拆除需更换电极部分。

2.砖砌炉方式
(1)采取针对性修理，注意较大砖砌炉的后墙、侧墙、炉门拱、炉膛拱顶等彼此之间不
要互相咬合压死，这样局部损坏时不用扒炉整体重砌，可对以上几部分单独修理。

如炉子拱脚不一定要支在侧墙上，可支在炉子两侧钢结构的拱脚梁上，使炉墙不受拱顶的力，对炉墙和拱顶都有好处。

但考虑拱脚梁的受热膨胀，要留有空隙。

砌拱顶砖时，从两侧拱脚同时向中心对称砌筑。

拱顶锁砖不得砍削，锁砖应准确地按拱顶的中心线进行分布。

(2)对炉体外露、温度有急剧变化和活动的部分，如炉门、炉门拱等，应采取以下方法：砌炉时兑高模数水玻璃，增加烧结后的炉门、炉口整体性，并在其外漏部分用高温粘合剂粘贴上耐火纤维毡条(根据对炉子气氛的影响和炉子的工作温度选择粘合剂和耐火纤维种类)。

在砌炉门时，将炉门平放在地面，从两端向中间砌，最后一层砖“挤”进去。

如果炉墙是用两种或两种以上的砖砌筑时，当墙的每一种砖单独砌，则犹如一组单墙。

经过多次加热和冷却，不同种砖砌的炉墙易分离。

为保持炉墙的整体性和稳固性，采取每隔5～8层，在砌砖层高度相同重合的地方，内外墙互相拉固的砌筑法，即将耐火砖的一半插入另一砖层中，或用金属锚固件固定。

设计炉衬时，炉衬的每层炉丝搁砖应“嵌”在炉衬墙中，不要压死。

在搁砖断裂时，可换搁砖。

最底层的炉丝高铝搁砖炉底直接砌成一体，不悬空。

(3)砌体要求错缝砌筑、泥浆饱满、横平竖直，砌体砌好以后不能有内外串通气体。

砌砖必须跟着准线走，俗语“上跟线，下跟楞，左右相跟要对平”，不要“游顶走缝”。

砌在墙上的砖必须放平，且砖缝不能一边厚、一边薄产生倾斜。

半砖厚的墙完全用顺砖砌筑;一砖厚的墙用顶顺砖砌筑;一砖半厚的墙用一列顶砌、一列顺砌的砖来砌筑;两砖厚的墙采用一层是由两列顺砖的砖和他们中间的一列顶砖，另一层由两列顶砖砌筑。

在砌的过程中，要经常检查砌砖层的水平，全面检查砌墙的垂直和平整。

(4)砖缝是砌体最薄弱的地方，其位置应避开砌体的受力部位、隔热砖层和炉子骨架。

砖缝以耐火泥浆填满，干砌时以耐火粉料填满，使耐火砌体成为一个整体。

膨胀缝不能贯通砌体，不能有冒火、漏气等现象，要上下左右错开留设。

膨胀缝处塞耐火纤维、石棉制品等，不要掉入泥浆、碎砖等杂物。

砌体内有金属构件时，要在金属构件和砌体之问留出膨胀缝。

(5)引出棒用耐火管必须对正炉壳上的孔，如果孔的中心高度不对，一般可适量磨去支撑炉丝搁砖的粘土砖下部。

炉丝搁砖采用高铝材质，高铝砖 Fe2O3<1.5%。

氧化铁在450～550℃时，是促进气氛中一氧化碳析出碳黑反应的催化剂。

碳黑沉积在砖中后使其体积胀大，从而导致砌体的强度下降和早期破坏。

轻质耐火砖的使用温度要低于该砖烧结温度70～100℃，以免产生大的重烧收缩而引起
砖缝裂开和砖的破裂。

对于炉底和拱基等承受较大负荷的部分，要用耐火粘土砖砌。

箱式炉炉门口砖因工件进出易损坏，底层砖可用重质高铝砖。

3.砌炉时其他注意事项
(1)环境温度方面严格按照《工业炉砌筑工程施工及验收规范》的有关要求。

对关键之处可预砌，检验各项技术参数，在合适后再正式砌。

(2)对局部进行的针对性修理时，拆除要保证砌体不修理部分的完整和不松动，消除砌体倒塌，或个别砖块掉落的可能。

炉内拆修部分浇水时，可用细水喷溅，要避免使水积存在炉内和流到不需进行修理的部位;留用的旧砌体要找平、找齐;如有阶梯形凸台，要认真清理干净;要注意新旧砌体间的结合，当旧泥浆粘接牢固，不易除去，在咬砌阶梯形砖体时必须使用稀泥浆;对于低洼不平的地方，可用带碎砖的浓稠泥浆填堵。

拔取断裂搁砖时，不能直接拔取已经断头的搁砖，首先拔取断头附近完好的一块搁砖，左右摇晃，轻轻取出，最后再取断头搁砖。

不能用硬物强敲硬取，以免炉衬产生裂缝。

修换耐火管时，首先拆除绝缘体，取走引出棒，然后用专门的钩子轻轻敲击管子，使其松动，插入管子末端，将其钩出。

注意别弄碎硅藻土砖。

在砌墙过程中，如有停歇或砌砖有暂时性的阻障时，不要留垂直的插口，要将砌层砌成阶梯形的退台或探出形的错台。

砌好的墙不能用砸砖调整的方法，墙有较大偏差，应拆掉重砌。

砍砖要砍得整齐准确，泥浆要随拌随用。

(3)砌时要注意选砖。

对将要砌在同一层的砖进行挑选，要尽量选择外形尺寸相同的砖(国标规定一级砖的质量要求允许砖的尺寸偏差是±2mm)。

要检查砖面，观察外形、颜色，检查尺寸公差、扭曲、缺角、缺棱、熔洞、渣蚀及裂纹等，其表面必须平滑、不应有裂纹、渣蚀和玻璃化，没有缺棱掉角，其断而组织必须均匀一致，不应有大的杂物，不允许有孔隙、裂纹和层状组织，各熟料颗粒不应脱落和破裂，不能受潮。

把烧结良好、无缺陷的砖块，摆在正手端面，砌在炉膛里面。

缺棱掉角的或经过加工的砖面，不能砌于炉膛直接与火焰、钢液或炉渣接触的地方(不应朝向炉膛或是与炉气接触的地方)，以及承受重力的部位。

四、电弧炉。