电加热技术的种类、应用及优点

电加热技术由于它具有许多突出的优点而得到广泛的应用。然而，也由于其耗能较大和价格昂贵的缺点，从而在大讲“节能”和“提高效益”的今天，对其节能技术的研究已日益受到了人们的重视。

目前广泛应用的电加热技术大致有以下几种：

1、电阻加热

这是利用导体直接连接电源产生的焦耳热实现的一种加热方式，有直接加热和间接加热两种形式。工业上的应用主要有电阻加热炉、淬火炉、退火炉、渗碳炉、碳氮共渗炉、氮化炉、烧结炉、焙烧炉和熔化炉等电阻炉。

2、电弧加热

这是利用电弧热实现的加热方式，也有间接和直接两种。作为主要的工业应用，有炼钢用电弧炉、熔炼炉、宾空电弧炉、电渣重熔炉等。

3、感应加热

这是利用电磁感应原理，使置于交变磁场中的导电体，因涡流损耗或磁滞损耗而实现的一种加热方式。其应用主要有低频、高频坩埚式感应炉，槽式感应妒，高频淬火等。

4、介质加热

主要是利用置于交变电场中的电介质，由于介质损耗而实现的一种加热方式。目前这类应用有木材干燥、胶合板粘合、橡胶硫化和布、塑料板及纸张的快速加热等等。

5、远红外线加热

这是由波长为0.76μm-1000μm的红外线辐射来实现热能传递的一种加热方式。目前这类应用有木材干燥、胶合板粘合、橡胶硫化和布、塑料板及纸张的快速加热等。

6、电子束加热

这是利用电子束轰击被加热物体产生的高温，在真空中实现的一种加热方式，其应用主要有电子束真空镀敷、电子束熔解和焊接等。

7、等离子加热

这是利用离子化气体的电热性质的一种加热方式。主要应用有等离子电弧焊，等离子喷镀等。

电加热主要有下列优点：

1、可获得高温

在工业上，利用一般燃料加热最高也只能获得1500℃左右的温度。可是若用电弧或直接通电的加热方式，则可达到超过2000℃的高温。

2、可对工件实行内部加热

由于能直接在被加热物体内部发热，故可获得高温和高效率。此外，因为升温快，从而易于按要求对工件实现均一加热或局部加热。

3、容易控制炉内气氛和实行真空加热

抽取真空、任意选择炉内气氛成分以及改作高(气)压加热等均容易实现。

4、温度易于控制

这主要反映在能随意地保持加热的某一温度分布，并且温度的精确调整、自动控制和远距离操纵等也容易实现。

5、无污染

不会产生燃烧气体和尘埃，由此可使被加热物体表面绝对保持清洁。

电加热技术虽有很多的优点，但也有它耗能大，价格昂贵的最大缺点。这是因为目前电能的大部分主要还是通过石油、煤和煤气等燃科燃烧产生的热能，经二次转换才获得。

在此过程中，由燃料的热能转换成电能时的发电效率以及电能从电站输送到用电场所的线路损耗，实际上只利用这些燃料所具有能量的30%左右。因此，用电加热技术熔炼或加工每一单位重量的制品，要比用其他加热方式昂贵得多。

当今较有效的节能措施归纳起来大致有以下几个方面:

1、设法提高设备运行周期的热效率

大家知道，电热设备的热效率η(%)可由下式表示：

式中，输入〔提供)的总热量=有效热量+蓄热量+热损失;

有效热量为被加热物体吸收的热量;

蓄热量为热源和保温材料积蓄的热量;

热损失为由于传递、对流及辐射引起的损失。

但是，要正确地计算或测定这些数滇是十分困难的。于是对于象电炉等电加热耗能设备，一般可采用一个简单的计算方法，即根据空炉时，为保持炉内额定温度所需要的电能关系，可由下式求得:

式中，P0-按工艺规定，最初第一次处理工艺所需的电能(度);

P1-空炉时，达到所要求的工艺温度所需要的电能(度);

P2-空炉时，在达到所需的工艺温度后保持所需的工艺处理时间所需要的电能(度)。

比较(1)、(2)式，则P0相当于输入的总热量，P1相当于蓄热量，P2相当于热损失。不过P1只是最初进行处理时需要的电能，当电炉连续使用，于第2次以后的处理均可不必考虑。所以，实际中采取设备长时间连续使用的运行周期就可大大提高热效率。

2、设法改善设备的容量使与所需的生产量相称

提高热效率，应尽可能使设备作连续或长时间的连续运行。可是，有时按生产工艺，要求的处理最不可能满足连续运行。此时，对大容量电炉每次装入少量的工件(或材料)，即使连续运行通常反而会增加电力消耗，降低热效率。

因此，装置大小不等数种规格的电热设备以适应不同加工处理量的要求是一种经济的做法。当不得不断续使用大容量设备时，则可在生产工艺允许的条件下采取等到一次加工处理量达到设备的处理能力时方始开炉处理，以此减少处理次数，提高效率。

3、加强设备保温

电炉炉壳铁板内侧通常都砌有耐火砖等材料。它们的作用除保护炉壳铁板免受高温外，主要还是防止热能散失和提高热能的有效利用。因此，应调音炉壁温度是否提高，若温度太高，则必须加强保温以防止热损失。

加强保温的方法有加厚保温材料或增加绝热层数，同时也应对保温材科的材质进行研究和改进。最好能采用机械强度高、耐高温、耐特殊气氛和膨胀系数小及气孔率高的材料。

4、实行温度自动控制

温度控制有手动和自动两种方式。手动虽然简便，但费工时，且调节不易正确，从而制品质量也不容易保证，加热损失也大。采用自动控温，则可获得符合预定要求的加工质量，且既可节约人工，又能防止过多的热损失。不过在采用自动控温时，应按制品要求的精度等级选择与处理目的相适应的控制方式。

通常的自控方式有:①以目标温度T上下½ΔT的幅度作价段性电能输入调节的开-关控制;②以与目标温度之差的一半，即于½ΔT的大小比例进行调节的比例控制;③除温度偏差外，还附加对时间过程进行调节的积分控制等。

5、设法减少输配电线的电力损失

电热设备的设置应尽可能地靠近电源以努力减少输配电线的损失。同时，还应定期检查输配电线连接部分，接触器等的连接、接触状况，以防止由于连接或接触不良产生额外的电能损失。

对于采用水冷式柔软电缆的大型电炉，当用提高水流量而不改变电缆尺寸来增加电缆的允许电流的办法使用时，由于此时电流密度提高，使电缆中的损失增加，因此从节能角度看并非是有利的。从而还是采取不使电流密度太大，而增加电缆根数等措施为好。

6、采用高效率的变压器和变换器

电热设备的负载变化一般都较大，而变压器的损失主要由与负载电流无关的固定的空载损耗和正比于该值二次方的负载损耗两部分组成。

为此，对于低负载率的电热设备特别应选择空载损耗低的供电变压器。此外，供感应炉使用的高频变换器也应向高效率的可控硅变频器过度或替换。

7、对生产工艺和合适的处理温度作重新研究

感应炉一到出钢温度就出钢，最为经济。然而在一定要等特出钢时，则可暂缓升温，在低温下等待出钢可减少热损失。另外，对以以往被当作标准的处理温度，也可作降低温度的试验验正，若试验证明工艺及制品的质量上确无问题，则降低处理温度是经济的。

8、对被加热物休作预热处理

在未进行电加热处理之前，可利用其他热源对被加热物体(或工件)进行预热，这对于拥有高温废热源的份况是最为经济的。

但是，应当指出作为目前十分重要的节能措施，随着生产技术的迅速发展正在出现新的突破。据有关文献报导，采用一种“耐火纤维-空气层”的绝热结构，不仅简单、廉价，而且隔热行之有效，可获得良好的节能的效果。

据文献介绍，在大型连续式气体渗碳炉上使用“电热辐射管”的加热结构，不仅可给维修工作带来很大方便，不必停炉即可更换辐射管中任何一部分组件，而且还不用带变压器供电，从而能大大减少不必要的能量损耗。