中頻爐（又叫中頻熔煉電爐），一種將工頻50Hz交流電轉變為中頻（150Hz以上至20kHz）的電源裝置。工作時，中頻爐把三相工頻交流電，整流后變成直流電，再把直流電變為可調節的中頻電流，供給由電容和感應線圈里流過的中頻交變電流，在感應圈中產生高密度的磁力線，并切割感應圈里盛放的金屬材料，在金屬材料中產生很大的渦流。利用電磁感應原理，加熱金屬直至融化。
中頻爐主要由電源、感應圈及坩堝（或稱為爐襯）組成。坩堝位于感應圈和被加熱融化的金屬之間，一般由耐火層、隔熱層、絕緣層組成。中頻爐具有重量輕、體積小、熱效率高、加熱均勻、熔煉耗損少、熔煉選材廣、更綠色環保、操作簡單、控制精確、安全可靠和人工成本低等優點。中頻爐多用于有色金屬和黑色金屬的熔煉和加熱、機械零件局部熱處理、航空航天、汽車制造、冶金、鍛造以及機械加工上，工作頻率在50~2000 Hz之間。中頻爐分為有芯爐和無芯爐，常見類型有晶閘管并聯型、晶閘管串聯型、IGBT 并聯型、ICBT 串聯型。
1890年，瑞典研制出第一臺感應爐——開槽式有芯爐。1961年，美國發明了閉槽有芯爐。1966年，瑞士英國廣播公司公司研制出第一臺晶閘管中頻電源。1969年，中國第一機械工業部開始組織研制中頻電源。2003年以來，中國為實現工業可持續發展，確保完成節能減排約束性目標的綠色發展理念，生產“地條鋼”的中頻爐被列為淘汰的落后生產設備。
歷史沿革
19世紀末期，工程技術人員開始將感應加熱作為一種取代傳統加熱的方法。1890年，瑞典研制出第一臺感應爐一開槽式有芯爐。10多年后，出現火花式中頻電源。20世紀30年代，相繼出現了性能上優于火花式中頻電源的中頻機組電源和固體式可控硅變頻電源。1961年，美國發明了閉槽有芯爐。1966年，瑞士英國廣播公司公司研制出第一臺晶閘管中頻電源，其他主要工業國家也相繼推出晶閘管中頻電源。1969年，中國第一機械工業部開始組織研制中頻電源。1996年，中國中頻電源設備研發仍處于僅有1000KW功率左右設備的控制水平低、爐子容量小的低技術水平。中國中頻爐水平取得了重要突破，爐子容量、功率、可靠性、控制水平等均有提高。2009年，中國工信部發布《鋼鐵產業發展政策》，中頻感應爐被列為加快淘汰的落后工藝技術裝備。2010年，《部分工業行業淘汰落后生產工藝裝備和產品指導目錄（2010年本）》中，中頻爐再次被列為需要淘汰的落后生產工藝裝備和產品。2012年，《工業節能“十二五”規劃》計劃加快淘汰落后的無磁軛（≥0.25）鋁殼無芯中頻感應電爐、中頻發電機感應加熱電源等生產設備。2016年，《鋼鐵工業調整升級規劃（2016-2020年）》要求全面關停、取締生產“地條鋼”的中頻爐。
工作原理
中頻爐的主電路采用的都是交流-直流-交流的換流方式，先用整流器把工頻市電整流成脈動直流電，再用濾波器把其變成平滑直流電，最后由逆變器逆變成單相中頻交流電。感應圈在單相中頻交流電通過時，利用變壓器原理，將感應電感線圈電流和爐體的感生電流類比為變壓器的原、次極電流，感應線圈產生與爐體軸線平行的交變磁場，金屬爐料在交變磁場作用下產生感生電動勢，在金屬爐料內部形成渦流，鋼料等鐵磁材料在交變磁場作用下會被交變磁化，由于磁滯作用而產生磁滯損耗，爐料在渦流和磁滯作用下產生了熱量，根據焦耳楞次定律，輸人線圈的電流越大，產生的熱量越多，巨大的熱量致使爐料升溫、熔化。
三大效應
中頻爐加熱過程中，交流電流通過被加熱金屬時，金屬表層電流密度最大，而金屬中心線上的電流密度最小甚至沒有，沿金屬截面上的電流密度分布是不均勻的，這種電流集聚在金屬外皮的現象叫做集膚效應。
當兩塊被加熱技術靠近時，在相互磁場作用下，兩金屬內的電流會擠聚在磁通量最少的部位通過，這種現象叫做鄰近效應。交流電通過圓形電感線圈時，最大電流密度出現在線圈導體的內側，這種現象稱為圓環效應。臨近效應和圓環效應只是集膚效應的特殊表現形式，中頻爐綜合利用這三種效應來加熱熔煉金屬。
主要結構
中頻爐主要由電源、爐體（感應圈及感應圈內用耐火材料筑成的坩堝）、電容器組、冷卻系統、控制和操作系統組成。
冷卻系統
中頻爐電源由可控硅或IGBT等電力電子元件組成，這些器件功率較大，須在風冷或水冷條件下工作。中頻爐的并聯補償電容器采用電熱電容器，也需要通水冷卻。爐體的電感線圈工作電流很大，可達幾千甚至上萬安培，其自身電阻引起的發熱量加上爐膛內高溫金屬液的熱傳導，決定了感應線圈必須通水冷卻。由此可見中頻爐全封閉水冷系統占有十分重要的地位。如果水冷系統出現故障，會直接引起設備故障，造成元器件損壞，甚至引起設備安全事故或造成人身傷害。
中頻爐的冷卻系統通常有水池+水泵的開放式冷卻系統件、使用軟化水或純凈水的閉路循環冷卻系統、封閉冷卻塔方式冷卻系統、封閉式和敞開式雙重冷卻系統。
常見分類
中頻爐分為有芯爐和無芯爐，有鐵芯穿過被融化金屬的為有芯感應爐，只有熔化金屬沒有鐵芯穿過的成為無芯感應爐。常見類型有晶閘管并聯型、晶閘管串聯型、IGBT 并聯型、ICBT 串聯型。
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設備特點
優點
中頻爐具有熔煉耗損少、熔煉選材廣、更綠色環保、操作簡單、控制精確、安全可靠和人工成本低等優點。
中頻爐是基于電磁感應原理加熱金屬的設備，中頻加熱比重油加熱節能31.5%～54.3%，比煤氣加熱節能5%～40%，能夠有效節能減排，提高利用率。中頻爐的加熱速度快，有效的降低了被加熱金屬表面氧化層的損耗，通常會比傳統加熱方式節約2%的材料損耗。
中頻爐設備體積小，重量輕，效率高，耗電少，熔化升溫快，熱加工質量優等優點，替代燃煤爐、燃氣爐、燃油爐及普通電阻爐，是新一代的金屬加熱設備。
中頻爐感應加熱的方式芯表溫差極小，在鍛造時增加了鍛模的壽命。中頻爐是鍛造及熱處理車間的主要設備，與燃料爐、電阻爐、電弧爐等傳統的加熱爐相比，中頻爐具有加熱速度快、氧化還原反應脫炭少、節省材料與鍛模成本、無污染、低耗能、加熱均勻、芯表溫差小等優點。感應爐燒損少、熱損失較小、車間溫度相對較低，在改善勞動條件、降低勞動強度、凈化車間環境等方面效果顯著。
缺點
中頻爐中應用廣泛的晶閘管整流器電流型高頻設備還存在調節范圍小、功率因數低、啟動能力低、控制電路不可靠等缺點。
中頻爐的負載與電源通常被看做一個整體，負載會直接影響到電源整機的運行狀態。在處理表面熱處理一類的負載時通常采用變壓器來連接負載與電源。對于超音頻以及更高頻率的電源時其匹配變壓器的漏電抗很小。如何選擇匹配變壓器來提高輸入效率，絕大部分的感應加熱電源都選擇用品閘管作為主功率器件，采用雙閉環比值控制系統方式。外環常為電壓環，將系統負載反饋電壓值與其給定值比較之后通過PI輸出調節后的電壓外環量。以電流環為內環，通過將負載反饋的電流值與給定值作比較之后通過PI調節器輸出電流調節量，從而改變整流橋觸發角，這樣就能改變輸出的直流電壓從而改變了輸出功率的大小。雖然能夠調節輸出功率，但是由于其是在直流側調節，當負載改變時通常不能夠很好的匹配電源，電源的輸出功率往往達不到要求。
技術規格
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應用領域
中頻電爐采用 200-2500Hz中頻電源進行高頻，熔煉保溫，中頻電爐主要用于熔煉碳鋼，合金鋼，特種鋼，也可用于銅，鋁等有色金屬的熔煉和提溫。
中頻感應爐適合熔煉鑄鐵，特別適合熔煉合金和非合金鑄鐵、球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵。中頻爐停止向大容量發展，中頻爐的熔化率遠遠超過了工頻感應爐，小容量的中頻感應爐代替大容量的工頻感應爐，既減少了占地、降低了投資，又保證了鐵液的連續供應，對于生產能力較大的鑄鐵生產尤為有利，例如，用于連續鑄造或離心鑄造球墨鑄鐵管生產，以中頻感應爐取代沖天爐或以中頻感應爐與高爐或沖天爐雙聯，并配以相應的保溫爐，能充分發揮中頻感應爐的生產能力。
使用與維護
熔煉流程
在使用中頻爐進行熔煉時，需要經過爐料準備、裝爐、熔化、扒渣、繼續升溫、加難熔成分、全部熔化后加人冷卻料、攪拌扒渣、出爐鑄造等步驟。
安全事項
開爐前的注意事項
中頻電爐在開爐前必需要對電氣設備、水冷卻系統、感應器銅管等進行檢查，只有在這幾個設備完好的情況下才能開爐，確保熱處理的安全性，否則禁止開爐；確定專門負責送電和開爐的人員，并且負責人員不得擅自離開崗位，工作期間必需對感應器和堝的外部情況進行監管，以防止有人在送電后觸碰感應器和電纜，影響中頻電爐的正常作業或發生安全意外。
開爐后的注意事項
中頻電爐開爐后，爐內的鋼模是不取出來的。烤爐時要采用加小料并填實的原則，避免局部打火而化掉內膽，使干料坍塌。在烤爐前盡量積攢一些小料。同時在升溫過程中要嚴格觀察鋼模情況，出現打弧嚴重時應減小電流，避免電流過大引起鋼模被電弧擊穿而導致耐火材料的坍塌。連續開爐時，為減少因為反復驟熱驟冷而導致爐襯的開裂，如果中頻爐不能夠連續使用，在一次使用完之后要在爐內加入金屬爐料，并蓋好爐蓋，給金屬爐料進行預熱，防止因快速冷卻造成爐襯的裂紋。鐵液出爐時，爐內剩余的鐵液在不影響材質及加料不飛濺的情況下可以適當多些，不但可以加快金屬爐料的熔化速度，還可避免爐料直接撞擊爐底，一包鐵液出爐后，應將爐體搖回，以減少爐內鐵液對中頻爐后壁的烘烤。
維護保養
中頻爐要定期（2星期或半個月）停機進行系統全面的檢查，通過調試各種性能，及時了解設備狀況。檢查通常包含一下方面：
1、設備運行初期，應更多注意其運行情況，因為這些設備有很多電子元件，往往要運行一段時間后才能穩定下來，及時發現問題，消除隱患。
2、檢查逆變阻容保護是否完好，上面的線槽是否發生掉落，發現掉落必須立刻用扎帶扎好。
3、定期檢查連接導體有無氧化發熱現象，螺是否松動，門開關是否可靠，繼電器、接觸器的引線是否松動，觸頭是否燒損。若出現松動或接觸不良現象，則需要修理更換。
4、檢查中頻爐電源柜內的水路分配器的水嘴。水嘴出現嚴重老化堵塞，直接更換全套水分配器，將整個水分配器全部換下。水嘴單獨拆除再水路分配器上進行焊接，耗時會非常長，造成高昂的時間成本。對于針對敞開式水路系統而言，水分配器的更換周期大概在3個月左右，如果全封閉系統，更換周期不要超過1年。
5、檢查水冷系統，檢查冷卻水管有無老化、彎折、水流不暢或滲漏，中頻電爐使用自來水、地下水作為冷卻的，必須經常清理水垢。發現塑料水管等制品老化產生裂紋時，應第一時間更，。
6、定期調校保護電器元件的工作性能，高低壓熔斷器是否合乎要求，均壓元件、浪涌吸收元件等有無脫落、松動現象。更換或清洗中頻爐相關設備的關鍵部件。
7、定期險查各單元電壓、脈沖波形以及整流器、逆變器中各環節的波形，檢測中頻爐的額定電壓、電流，防止電路出現不靈的情況。
8、透熱感應圈內不能有氧化皮積存，要做好清理工作；隔熱爐襯出現裂紋要及時更換；熔煉爐在更換新爐襯后，必須加強后續觀察；絕緣變頻裝置的負載易出現故障，而不容易被發現一旦發生問題，引發連鎖反應的概率極大，往往還會波及變頻電源。對負載的維護是重中之重，也是防止故障擴大重要舉措。
9、經常檢查接地系統的可靠性，每年在干燥季節中測量接地電阻，查明是否符合要求。
10、經常傾聽裝置中各部分的聲音，如整流橋或逆變橋在個別橋臂上未參加工作，有關的電抗器有會發出異常聲響。
11、注意環境衛生和設備清潔，對擺放中頻爐的房間進行定期性的打掃與清理，清除積塵。
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延長爐齡
爐齡又稱爐襯壽命，是指中頻感應爐爐襯從投入使用到更換新爐襯為止，一個爐襯在役期間所煉合金的總爐數。是衡量中頻感應爐生產水平的一項綜合性指標。代表了中頻爐的技術裝備、操作水平、生產管理的水平，也決定了生產能力和生產成本的高低。為了延長爐襯的使用壽命，需要正確的選擇適合熔煉的優質爐襯材料，一般來說，熔煉普通鋼采用經過技術處理的冶金鎂砂也就是中頻感應爐專用鎂砂，熔煉高錳鋼采用中頻感應爐專用鎂砂加中檔鎂砂或高純鎂砂，熔煉不銹鋼則采用電熔鎂砂。中頻爐的容積大小也會影響爐襯的使用壽命，容積越大，爐襯壽命越短。控制熔煉的溫度、適當增加爐襯厚度、控制爐渣的堿度和提升爐襯的打結密度等措施能有效提高爐襯的使用壽命。
操作規范
1、操作工必須熟悉中頻電源設備性能，技術要求，熟練掌握電爐的所有開關、按鈕、水閥的操作方法和操作程序。
3、開爐前必須對水泵水路，電器進行嚴格檢查，檢查確認設備完好后，方可通電開爐。
4、中頻爐爐膛沖刷不得大于壁厚的三分之一。否則，停止使用。
5、往爐內投料時，嚴禁將密封容器，易燃物品和帶有水的物體投爐，以防傷人。應使用專用鉗子加料，不可用手直接投放，加入的物料應予熱，防止加料時造成飛濺。
6、電源應緩慢啟動，啟動后仔細觀察各功能儀表，確認正常后才可緩慢升功率，功率只能緩升緩降，不允許突升突降，以免損壞加熱元件。
7、電爐在運行中應經常檢查、巡視，觀察水溫、水流量是否有異常變化，是否有滲、漏水現象，聽聲音是否正常，聞氣味是否有焦臭味，觀察各功能儀表是否平穩變化。
8、中頻爐在工作期間，要按人員分工堅守工作崗位，不準在爐前打鬧聊天。
9、溶液出爐時，應有專人統一指揮。
10、電爐在維修或取料時，必須斷電，嚴禁帶電作業。
11、應經常注意檢查爐襯，爐膛和爐底，發現侵蝕及裂紋應立即停爐進行修補。
12、下班前先切斷電源，再清理設備、整理工具、打掃場地。
13、中頻爐電氣或油類起火時，應采用干粉滅火器滅火，同時通知消防部門滅火。
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相關事件
自2009年工信部發布《鋼鐵產業發展政策》到2016年工信部發布的《鋼鐵工業調整升級規劃（2016-2020年）》，明確要求全面取締生產“地條鋼”的中頻爐、工頻爐產能。中國各省份展開全面排查“地條鋼”行動，在河北省、江蘇省、山東省、四川省、安徽、遼寧省、湖北和甘肅省等8個省份的整治行動涉及中頻爐產能達9322萬噸，僅唐山地區中頻爐企業涉及產能就達1281萬噸，綜合各機構數據顯示，目前中國中頻爐產能約在0.9億至1.2億噸之間。分析師表示，此次行動力度之大致各地中頻爐廠家紛紛叫停，短期內廢鋼需求驟降，但長期來看，對整個鋼鐵行業利好遠超利空。2024年5月，天津市開展中頻爐使用安全專項整治，全面梳理摸排中頻爐底數，掌握中頻爐數量及分布情況。
參考資料 >
關于印發《工業節能“十二五”規劃》的通知.工業和信息化部.2024-06-08
如何全面“歸零”？——“地條鋼”引發的討論.新華網.2024-06-08
鋼鐵產業發展政策.工業和信息化部.2024-06-08
《部分工業行業淘汰落后生產工藝裝備和產品指導目錄（2010年本）》發布.工業和信息化部.2024-06-08
工業和信息化部關于印發鋼鐵工業調整升級規劃(2016-2020年)的通知.工業和信息化部.2024-06-08
中頻爐的應用及維護.中國知網.2020-06-24
中頻爐安全操作規程.南通大學工程訓練中心.2024-06-04
中頻爐安全操作規程.晉中市應急管理局 晉中市地方煤炭安全監督管理局.2024-06-04
“地條鋼”面臨全面“圍剿”.中國政府網.2024-06-08
“地條鋼”非法產能大限將至 中頻爐工頻爐全面取締.人民網.2024-06-08
中頻爐淘汰加速利好行業發展.海外網.2024-06-08
我市開展中頻爐使用安全專項整治.北方網.2024-06-08