无锡市斗山电炉有限公司

 electric furnace 引利用电热效应供热的工业炉 电炉分为工业电炉和家用电炉两种，工业电炉又分为电阻炉、感应炉两种，随着现代工业技术的发展感应炉成为电炉中最为节能的电转换加热方式，广泛应用家庭、医药、化工、冶金、等多个领域。

 感应加热是一门年轻的学科。虽然它的原理发现的较早，但人类真正广泛应用该项技术还是近三十年的事情。现在它的重要性越来越被人们所认识。
早在19 世纪科学家就发现了电磁感应现象：1831 年法拉第（Michael Faraday）发现电磁感应规律；1868 年福考特（Foucault）提出涡流理论；1840年焦耳-楞茨确定了电阻发热的关系式Q=I2Rt，这些都是感应加热的理论基础。
感应加热装置由两部分组成，一部分是提供能量的交流电源，也称变频电源；另一部分是完成电磁感应能量转换的感应线圈，称感应炉。早期的感应加热电源，工频有（50 Hz或60 Hz）固态电源，中频有发电机旋转和固态电源，高频则有电子管电源。第二次世界大战前后的感应加热设备基本上是上述的初级发展水平。
制约感应加热发展的主要原因是感应加热电源，而电源又受制于高频或大功率的开关器件。因此电力电子功率器件的发展，才真正促进了感应加热电源的发展。1957年美国研制出世界上第一只普通的阻断型可控硅，我们现在称为晶闸管（SCR），经过20世纪60 至70年代的工艺完善和产品开发，70 年代后期已形成从低电压小电流到高压大电流的系列产品，从而使固态感应加热电源，走向了实用化阶段。与此同时，世界各国研制了大量的派生器件。如逆导晶闸管（RCT），门极辅助关断晶闸管（GATT），光控晶闸管（LTSCR）、以及80 年代发展的可关断晶闸管（GTO）等。
今天的电力半导体功率器件的发展更是琳琅满目，简单归纳有：大功率二极管；晶闸管（SCR）；双向晶闸管；门极关断（GTO）晶闸管（最大8 500 V，3 500 A）；双极结型晶体管（BTT 或BPT）；功率MOSFET；静电感应晶体管（SIT），（最大1 000 V，300 A，50 MHz）；绝缘双极型晶体管（IGBT）（最大6 500 V，2 500 A）；MOS 控制晶闸管（MCT）；集成门极换向晶闸管（IGCT）。这些器件还正在不断更新和完善中，这些电力半导体器件是现代电力电子设备的核心，更是感应加热电源赖以发展的基础。它们为感应加热电源设备带来前所未有的活力和广阔的发展前景。
1 感应加热应用范围和优越性
感应加热的历史，算起来也不过一百多年，在我国大规模应用，也是改革开放以后的事，但发展前景非常看好。
1890年瑞典人发明了第一台感应炉———开槽式有心炉。1916年美国人制造出闭槽式有心炉，用于有色金属冶炼。无心炉是1921年在美国出现，当时采用的是火花式中频电源。后来才出现了中频机组电源和固体式晶闸管变频电源。工频炉和工频电源产生于20世纪30年代，高频电源等由于不同的工艺要求而后相继问世。
感应加热早期主要用于有色金属熔炼和热处理工艺，现在已广泛应用于各种领域，如表1 所列。
感应加热的广泛应用，究其原因，主要是它本身相对于别的加热方式所具有的一些独特性。
1）加热速度快，可节能。感应加热是从金属内部，透入深度层开始加热，大大节省了热传导时间。
其它加热是从外到内，导热时间长。据实验，加热同一坯料到一定温度，感应加热只需火焰炉加热时间的1/10。
2）加热温度高，是非接触式的电磁感应加热。
3）可进行局部加热，容易控制加热部位。被加热产品质量稳定，加热工件的质量再现性与重复性好，各种参数容易控制。
4）控制温度的精度高，可保证温差在±0.5%～1%范围内。
5）感应加热的热效率高，一般可达50%~70%，而火焰炉的热效率一般只有30%左右。
6）容易实现自动化控制。
7）作业环境好，环保，几乎无热、噪声、粉尘等污染。作业占地少，生产效率高。
8）能加热形状复杂的工件，加热或熔炼都能间歇工作。
9）熔炼中溶液有电磁搅拌作用。可以均匀地调整金属液成分，溶液温度均匀，不会出现局部高温。
金属烧损少，这一点，对熔炼稀有金属更为重要。
 
2 国外感应加热电源现状
1）工频（50 Hz或60 Hz）感应加热电源这种电源比较实用，用于大型工件的整体透热、大容量炉的熔炼和保温。国外的工频感应加热装置单台可达数百MW，用于数10 t的大型工件透热或数百t的钢水保温。目前虽然固态功率器件构成的电源有取代工频感应加热电源的趋势，但短期内，在电源的容量、价格和可靠性方面还难以与构造简单的工频感应电源竞争。
2）中频电源（50 Hz 或60 Hz 以上~10 kHz） 晶闸管感应加热电源已完全取代了传统的中频发电机组和电磁倍频器。国外的单台容量已达数十MW。
3）超音频电源（10耀100 kHz） 早期采用晶闸管———时间分割电路和倍频电路构成超音频电源。20 世纪80 年代开始，随着新型器件（GTO、GTR、MCT、IJBT、BSIT、SITH 和IGBT）的相继问世，由这些器件构成的简单逆变桥电路得到了很大的发展，占据了感应加热电源主导地位。其中IGBT更是一支独秀，受到了开发者的重视。90年代初期，日本就采用IGBT 研制出了1 200 kW/50 kHz 的电流型感应加热电源。我国1998年进口日本的3 200 kW/80 kHz感应加热线在上海运行，是当时国际上最先进的电源之一。一些发达国家如美国，英国，法国，瑞士等都研制出了超音频感应加热电源，已达数千kW。
4）高频电源（100 kHz 以上） 目前正处在传统的电子管振荡器向固态电源的过度阶段。领先的国家有日本，西班牙，德国，比利时，美国等，采用的器件有SIT和MOSFET，感应加热电源可达到1MW/15~600 kHz。

     感应加热设备的工作原理就是把需要加热的工件放到感应器内，感应器一般是输入中频或高频交流电 (1000-300000Hz或更高)的空心铜管，产生交变磁场同时在工件中产生出同频率的感应电流，这种感应电流在工件的分布是不均匀的，在表面强，而在内部很弱，到心部接近于0，利用这个集肤效应，可使工件表面迅速加热，在几秒钟内表面温度上升到800-1000°C，而心部温度升高很小。
    感应加热频率的选择：根据热处理及加热深度的要求选择频率，频率越高加热的深度越浅。
    高频(10KHZ以上)加热的深度为0.5-2.5mm，一般用于中小型零件的加热，如小模数齿轮及中小轴类零件等。
    中频炉(1~10KHZ)加热深度为2-10mm，一般用于直径大的轴类和大中模数的齿轮加热。
    工频(50HZ)加热淬硬层深度为10-20mm，一般用于较大尺寸零件的透热，大直径零件（直径300mm以上，如轧辊等）的表面淬火。
    感应加热表面淬火具有表面质量好，脆性小，淬火表面不易氧化脱碳，变形小等优点，所以感应加热设备在金属表面热处理中得到了广泛应用。
    感应加热设备是产生特定频率感应电流，进行感应加热及表面淬火处理的设备。

公司位于江苏无锡市八士镇,距市区仅十公里，离无锡机场十五公里，锡港公路贯穿镇区，地理环境优美，水陆交通十分便利。 

     感应加热设备的工作原理就是把需要加热的工件放到感应器内，感应器一般是输入中频或高频交流电 (1000-300000Hz或更高)的空心铜管，产生交变磁场同时在工件中产生出同频率的感应电流，这种感应电流在工件的分布是不均匀的，在表面强，而在内部很弱，到心部接近于0，利用这个集肤效应，可使工件表面迅速加热，在几秒钟内表面温度上升到800-1000°C，而心部温度升高很小。
    感应加热频率的选择：根据热处理及加热深度的要求选择频率，频率越高加热的深度越浅。
    高频(10KHZ以上)加热的深度为0.5-2.5mm，一般用于中小型零件的加热，如小模数齿轮及中小轴类零件等。
    中频炉(1~10KHZ)加热深度为2-10mm，一般用于直径大的轴类和大中模数的齿轮加热。
    工频(50HZ)加热淬硬层深度为10-20mm，一般用于较大尺寸零件的透热，大直径零件（直径300mm以上，如轧辊等）的表面淬火。
    感应加热表面淬火具有表面质量好，脆性小，淬火表面不易氧化脱碳，变形小等优点，所以感应加热设备在金属表面热处理中得到了广泛应用。
    感应加热设备是产生特定频率感应电流，进行感应加热及表面淬火处理的设备。

     同燃料炉比较，电炉的优点有：炉内气氛容易控制，甚至可抽成真空；物料加热快，加热温度高，温度容易控制；生产过程较易实现机械化和自动化；劳动卫生条件好；热效率高；产品质量好；且更加环保对与日趋严重的环境问题是一个很好的产品等。
    冶金工业上电炉主要用于钢铁、铁合金、有色金属等的熔炼、加热和热处理。19世纪末出现了工业规模的电炉，20世纪50年代以来，由于对高级冶金产品需求的增长和电费随电力工业的发展而下降，电炉在冶金炉设备中的比额逐年上升。电炉可分为电阻炉、 感应炉（神光电炉）、 电弧炉、等离子炉、电子束炉等。

 　　面对行业的现状和客户需求，作为拥有50年工业电炉制造经验的武汉市汉口电炉有限责任公司指出，因为热处理炉是热处理生产过程中重要工具，是决定工件热处理质量的关键，应该根据工艺等要求合理选择热处理炉，基本应该满足一下五点：
 
　　1、满足热处理工艺的要求；
 
　　2、保证工件热处理质量；
 
　　3、有利于提高生产效率和降低生产成本；
 
　　4、确保使用寿命和维护方便；
 
　　5、节能减排和安全生产。
 
　　这样就能在工业生产中完成降低加工成本和实现节能减排的目标。
 
　　面对许多企业的更高需求，热处理炉制造企业纷纷着眼于工艺先进、可靠性和自动化程度高、节能和无污染的设备。作为中国电炉制造行业的领军企业的武汉市汉口电炉有限责任公司，拥有50年工业电炉制造经验、5万平米大型国际化工业厂房、专业电炉设计研发中心、配套先进工业电炉制造用专业设备，年产中大型工业电炉近千台，成为我国出口工业电炉的重要基地。

目前国家一直提倡绿色环保，无锡斗山电炉有限公司也建议广大工业电炉使用者在使用过程中也需要注重工业电炉节能途径与措失要求。
由工业电炉的能源构成可知，在能源总耗量中燃料耗量占90%以上，电能的耗量只占7.9，所以重点阐述以燃料为热源的各种工业电炉(统称燃料炉)的节能是必要的。

设计优良和操作正确的燃料炉与电炉相比在热工性能上同样也能取得较高的技术经济效益。燃料炉的一些节能措施，例如改进生产管理和操作方法、采用轻质或超轻质耐火材料炉衬、提高炉子密封性能、改进炉子结构和合理布置燃烧装置(对电炉则是电热元件)等，同样也适用于工业电炉的节能要求。
国家标准GB3485-83规定了企业合理用电的技术导则，其中对电能转化为热能的合理化方面提出了如下要求:

据介绍，无锡熔铜炉目前已在生活当中或者企业成功使用。从使用效果来看，底吹砖平均寿命达到600炉，寿命基本满足与炉壳同步；吨钢钢铁料消耗降低6kg/t~10kg/t，吨钢节约石灰10kg/t，吨钢电耗降低10kWh/t，吨钢氧耗下降3~5Nm3/t，合金收得率显著提高；改善电弧炉冶炼动力学条件，减少喷溅的发生，在降低成本的同时，更有利于安全生产；吨钢钢铁料消耗成本降低15元/t~20元/t。无锡熔铜炉炼钢复吹技术能有力推动企业降低生产成本，提高综合竞争力。
近年来，钢铁市场竞争激烈，如何最大限度地节能降耗、提高电炉设备的生产能力、降

 当前，中频电源及中频感应电炉、保温炉、热处理炉等金属熔炼生产设备，因其具有易于变换熔炼品种、便于控制熔炼质量，操作灵活简单和功率密度大、熔炼速度快、热效率高、起熔方便等诸多优点而受到了冶金铸造和轧辊生产厂家的青睐。很多铸造厂和轧辊生产厂都相继购买并安装了工频电炉以替代传统的冲天炉和工频电炉。例如，以强科技、兴大业而著称的斗山电炉有限公司，因新建了现代化的全工频电炉车间而取得了可喜的生产经营业绩及显著的技术经济效益。
    为了进一步推动工频电炉的普及推广工作，我们约请了长期从事工频电炉技术研究开发工作的专家撰写了这篇文章，供广大读者参考。 自1966年瑞士公司BBC研制成功第一台感应熔炼的晶闸管工频电源装置以来，各工业发达国家相继推出了系列产品，并很快替代了传统的中频发电机旋转式变频电源和各种陈旧的冶炼设备和加热设备。由于晶闸管中频电源效率高，制造周期短，安装简单，易于实现自动化控制，其应用范围遍及感应熔炼、保温、透热、淬火、烧结钎焊等各工业领域，近期又在环保、粮食储存、种子处理、殡葬等领域获得了应用，显示出强大的生命力。 随着微电子技术的快速发展，中频电源发生了很大的变革，应用微电子技术，使中频电源的控制功能大为扩展和增强，提高了可靠性、稳定性，电源功率越做越大，体积越做越小，成本也越来越少，受到了工业界人士的一致认可和欢迎。目前世界上中频熔炼炉容量已超过20吨，保温炉容量已超过50吨，各种金属自动化加热更是广泛使用。
     一、工频电炉的特点和优势工频感应电炉的成套装置，是把三相工频交流电，整流后变成直流电，再把直流电变为可调节的中频电流，供给由电容和感应线圈里流过的中频交变电流，在感应圈中产生高密度的磁力线，并切割感应圈里盛放的金属材料，在金属材料中产生很大的涡流。这种涡流同样具有中频电流的一些性质，即，金属自身的自由电子在有电阻的金属体里流动要产生热量。例如，把一根金属圆柱体放在有交变中频电流的感应圈里，金属圆柱体没有与感应线圈直接接触，通电线圈本身温度已很低，可是圆柱体表面被加热到发红，甚至熔化，而且这种发红和熔化的速度只要调节频率大小和电流的强弱就能实现。如果圆柱体放在线圈中心，那么圆柱体周边的温度是一样的，圆柱体加热和熔化也没有产生有害气体、强光污染环境。正因为中频感应电炉有以上的优点，在各种行业得到了广泛推广使用。例如，在轧辊行业：3年前多数轧辊厂使用冲天焦炭炉冶炼铁水，冲天炉出来的铁水成分无法调节，温度难控制，浇铸成的轧辊质量差，成品率低、效益差。而且这种冲天炉的铁水温度无法升到1600℃，因此也不能生产高档的钢轧辊，使我国高档轧辊都依赖进口。在这一二年中，我国主要轧辊生产厂相继采用了工频电炉冶炼铁水、合金钢水生产轧辊，使我国轧辊生产水平上了一个大台阶，取得了明显的效益。 在铸造行业，由于国外的中频电炉价格昂贵，使国内很多用户望而却步，只能购买工频电炉来冶炼铁水、钢水。由于工频50周频率太低，因此第一炉启动后，功率补偿困难，只能慢慢地补偿，要过几小时才能满功率输出，浪费了时间，降低了效率。铁水冶炼好后不能把铁水全倒光，还需留一部分铁水在炉子里，否则第二次无法启动冶炼。由于频率低，铁水在炉内翻滚太厉害，把渣和夹杂物都搅拌在液体中，影响钢水质量。使用这种设备用户有苦难言，因此最近把工频电炉改造成工频电炉的单位越来越多。某一铸造厂把一套3吨工频炉改为工频电炉后，使用得心应手，效益明显提高，因此工频炉逐步被冶炼行业所淘汰，由工频电炉替代为大势所趋。
    在冶炼行业早期电弧炉使用也很多，这种设备是电极通过碳棒相互短路产生短路大电流再产生高温来熔化铁水或钢水。这种设备不足之处是，在产生高温同时会产生刺眼的弧光，刺伤操作工的眼睛，同时产生有害的粉末气体，污染环境，在产生1000℃以上高温的同时，把钢水中的宝贵元素也烧损，使钢水和元素的有效收得率下降，增加了成本，同时烧损炉壁。特别是小吨位电炉炉衬寿命很低，国家经贸委有关部门已明确规定不能使用10吨以下电弧炉，因此这些使用单位纷纷用中频电炉来取代电弧炉，以提高企业效益。
     二、我国工频感应电炉的发展情况 我国工频感应电炉的研究制造也比较早，在1969年原一机部已开始有组织的研制，但由于种种原因，直到1996年前我国工频感应电炉还处于低水平的生产状态，中频电源功率在1000kW左右徘徊，电炉在2吨左右，中频关键的触发系统普遍采用分立元件，控制交流采用开环控制，使用稳定性普遍较差。