工业炉

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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。