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            分析我國真空爐的發展歷史

            2016-09-13

            真空爐的創造和發展對人類進步起著十分重要的作用。中國在商代出現了較為完善的煉銅爐,爐溫達到1200℃,爐子內徑達0.8米。在春秋戰國時期,人們在熔銅爐的基礎上進一步掌握了提高爐溫的技術,從而生產出了鑄鐵。

             

               1794年,世界上出現了熔煉鑄鐵的直筒形沖天爐。后到1864年,法國人馬丁運用英國人西門子的蓄熱式爐原理,建造了用氣體燃料加熱的第一臺煉鋼平爐。他利用蓄熱室對空氣和煤氣進行高溫預熱,從而保證了煉鋼所需的1600℃以上的溫度。1900年前后,電能供應逐漸充足,開始使用各種電阻爐、電弧爐和有芯感應爐。

               二十世紀50年代,無芯感應爐得到迅速發展。后來又出現了電子束爐,利用電子束來沖擊固態燃料,能強化表面加熱和熔化高熔點的材料。用于鍛造加熱的爐子最早是手鍛爐,其工作空間是一個凹形槽,槽內填入煤炭,燃燒用的空氣由槽的下部供入,工件埋在煤炭里加熱。這種爐子的熱效率很低,加熱質量也不好,而且只能加熱小型工件,以后發展為用耐火磚砌成的半封閉或全封閉爐膛的室式爐,可以用煤,煤氣或油作為燃料,也可用電作為熱源,工件放在爐膛里加熱。

               為便于加熱大型工件,又出現了適于加熱鋼錠和大鋼坯的臺車式爐,為了加熱長形桿件還出現了井式爐。20世紀20年代后又出現了能夠提高爐子生產率和改善勞動條件的各種機械化、自動化爐型。工業爐的燃料也隨著燃料資源的開發和燃料轉換技術的進步,而由采用塊煤、焦炭、煤粉等固體燃料逐步改用發生爐煤氣、城市煤氣、天然氣、柴油、燃料油等氣體和液體燃料,并且研制出了與所用燃料相適應的各種燃燒裝置。

               真空爐的結構、加熱工藝、溫度控制和爐內氣氛等,都會直接影響加工后的產品質量。在鍛造加熱爐內,提高金屬的加熱溫度,可以降低變形阻力,但溫度過高會引起晶粒長大、氧化或過燒,嚴重影響工件質量。在熱處理過程中,如果把鋼加熱到臨界溫度以上的某一點,然后突然冷卻,就能提高鋼的硬度和強度;如果加熱到臨界溫度以下的某一點后緩慢冷卻,則又能使鋼的硬度降低而使韌性提高。

               為了獲得尺寸精確和表面光潔的工件,或者為了減少金屬氧化以達到保護模具、減少加工余量等目的,可以采用各種少無氧化加熱爐。在敞焰的少無氧化加熱爐內,利用燃料的不完全燃燒產生還原性氣體,在其中加熱工件可使氧化燒損率降低到0.3%以下。

               可控真空爐是使用人工制備的氣氛,通入爐內可進行氣體滲碳、碳氮共滲、光亮淬火、正火、退火等熱處理:以達到改變金相組織、提高工件機械性能的目的。在流動粒子爐中,利用燃料的燃燒氣體,或外部施加的其他流化劑,強行流過爐床上的石墨粒子或其他惰性粒子層,工件埋在粒子層中能實現強化加熱,也可進行滲碳、氮化等各種無氧化加熱。在鹽浴爐內,用熔融的鹽液作為加熱介質,可防止工件氧化和脫碳。

               在沖天爐內熔煉鑄鐵,往往受到焦炭質量、送風方式、爐料情況和空氣溫度等條件的影響,使熔煉過程難于穩定,不易獲得優質鐵水。熱風沖天爐能有效地提高鐵水溫度、減少合金燒損、降低鐵水氧化率,從而能生產出高級鑄鐵。

               隨著無芯感應爐的出現,沖天爐有逐步被取代的趨勢。這種感應爐的熔煉工作不受任何鑄鐵等級的限制,能夠從熔煉一種等級的鑄鐵,很快轉換到熔煉另一種等級的鑄鐵,有利于提高鐵水的質量。一些特種合金鋼,如超低碳不銹鋼以及軋輥和汽輪機轉子等用的鋼,需要將平爐或一般電弧爐熔煉出的鋼水,在精煉爐內通過真空除氣和氬氣攪動去雜,進一步精煉出高純度、大容量的優質鋼水。

               火焰爐的燃料來源廣,價格低,便于因地制宜采取不同的結構,有利于降低生產費用,但火焰爐難于實現精確控制,對環境污染嚴重,熱效率較低。電爐的特點是爐溫均勻和便于實現自動控制,加熱質量好。按能量轉換方式,電爐又可分為電阻爐、感應爐和電弧爐。以單位時間單位爐底面積計算的爐子加熱能力稱為爐子生產率。爐子升溫速度越快、爐子裝載量越大,則爐子生產率越高。在一般情況下,爐子生產率越高,則加熱每千克物料的單位熱量消耗也越低。因此,為了降低能源消耗,應該滿負荷生產,盡量提高爐子生產率,同時對燃燒裝置實行燃料與助燃空氣的自動比例調節,以防止空氣量過?;虿蛔?。此外,還要減少爐墻蓄熱和散熱損失、水冷構件熱損失、各種開口的輻射熱損失、離爐煙氣帶走的熱損失等。

               為了使爐溫恒定和實現規定的升溫速度,除必須根據工藝要求、預熱器和爐用機械型式、燃料和燃燒裝置類別、真空爐排煙方式等確定優良的爐型結構外,還需要對燃料和助燃空氣的流量和壓力,或對電功率等可控變量通過各種控制單元進行相互調節,以實現爐溫、爐氣氛或爐壓的自動控制。燃氣為液化氣,天然氣,焦爐煤氣,城市煤氣,轉爐煤氣,混合煤氣,發生爐煤氣,高爐煤氣等。

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