1794年,世界上出現了熔化鑄鐵的直型沖天爐。後來在1864年,法國人馬丁利用英國西門子公司的蓄熱爐原理,建造了第壹座用氣體燃料加熱的平爐。他利用蓄熱室對空氣和煤氣進行高溫預熱,從而保證煉鋼所需的1600℃以上的溫度。1900左右,電力供應逐漸充足,各種電阻爐、電弧爐、有芯感應爐開始使用。
20世紀50年代,無芯感應爐迅速發展。後來出現了電子束爐,利用電子束沖擊固體燃料,可以強化表面加熱,熔化高熔點材料。
用於鍛造加熱的爐最初是手鍛爐,其工作空間是壹個充滿煤的凹形槽,從槽的下部供給燃燒用的空氣,將工件埋在煤中加熱。這種爐熱效率低,加熱質量差,只能加熱小工件。後來又發展成半封閉或全封閉的爐膛由耐火磚制成的室式爐,可以用煤、氣或油作燃料或用電作熱源,工件在爐膛內加熱。
為了便於加熱大型工件,出現了適合加熱鋼錠和鋼坯的臺車式爐,還出現了加熱長棒材的井式爐。20世紀20年代以後,出現了各種機械化和自動化的爐型,可以提高爐子的生產率和工作條件。
隨著燃料資源的開發和燃料轉換技術的進步,工業爐的燃料逐漸由塊煤、焦炭、煤粉等固體燃料向發生爐煤氣、城市煤氣、天然氣、柴油、燃料油等氣體和液體燃料轉變,並開發了與所用燃料相適應的各種燃燒裝置。
工業爐的結構、加熱工藝、溫度控制和爐內氣氛將直接影響加工產品的質量。在鍛造加熱爐中,提高金屬的加熱溫度可以降低變形抗力,但過高的溫度會引起晶粒長大、氧化或過熱,嚴重影響工件質量。在熱處理過程中,如果將鋼加熱到臨界溫度以上,然後突然冷卻,可以提高鋼的硬度和強度;如果將其加熱到臨界溫度以下的某壹點,然後緩慢冷卻,可以降低鋼的硬度,提高韌性。
為了獲得尺寸準確、表面光滑的工件,或者為了減少金屬氧化保護模具、減少加工余量,可以使用各種少氧化加熱爐。在氧化很少的明焰爐中,燃料不完全燃燒產生還原性氣體,加熱工件可使氧化損失率降至0.3%以下。
可控氣氛爐是人工配制的氣氛,可用於氣體滲碳、碳氮共滲、光亮淬火、正火、退火等熱處理,改變工件的金相組織,提高工件的機械性能。在流化粒子爐中,從外部施加的燃料或其它流化劑的燃燒氣體強制流過爐膛上的石墨粒子或其它惰性粒子層,工件可以埋在粒子層中實現強化加熱,也可以進行滲碳、滲氮等各種非氧化加熱。在鹽浴爐中,使用熔鹽作為加熱介質可以防止工件氧化脫碳。
沖天爐熔煉鑄鐵常受焦炭質量、送風方式、爐料狀況和風溫的影響,難以穩定熔煉過程和獲得優質鐵水。熱風沖天爐能有效提高鐵水溫度,減少合金燒損,降低鐵水氧化率,從而生產出高品位鑄鐵。
隨著無芯感應電爐的出現,沖天爐有逐漸被取代的趨勢。這種感應爐的冶煉工作不受任何牌號鑄鐵的限制,可以從冶煉壹個牌號的鑄鐵快速切換到冶煉另壹個牌號的鑄鐵,有利於提高鐵水質量。壹些特殊合金鋼,如超低碳不銹鋼、軋輥用鋼、汽輪機轉子用鋼等,需要在精煉爐中通過真空脫氣和氬氣攪拌,去除平爐或普通電弧爐熔煉的鋼水中的雜質,以進壹步精煉出高純度、大容量的優質鋼水。
火焰爐燃料來源廣泛,價格低廉,便於因地制宜采用不同結構,有利於降低生產成本。然而,火焰爐難以實現精確控制,造成環境汙染嚴重,熱效率低。電爐具有溫度均勻、易於自動控制、加熱質量好的特點。根據能量轉換方式,電爐可分為電阻爐、感應爐和電弧爐。以單位時間和單位底面積計算的爐子的加熱能力稱為爐子生產率。熔爐加熱速度越快,熔爐負載能力越大,熔爐生產率越高。壹般來說,爐子的生產率越高,每公斤物料的單位熱耗就越低。因此,為了降低能耗,要滿負荷生產,盡可能提高爐子的生產率,同時自動調節燃燒裝置中燃料和助燃空氣的比例,防止空氣過剩或不足。此外,還要減少爐墻的蓄熱散熱損失、水冷部件的熱損失、各種開孔的輻射熱損失、離開爐膛的煙氣帶走的熱損失。
金屬或材料受熱時吸收的熱量與供給爐子的熱量之比稱為爐子的熱效率。連續爐的熱效率比間歇爐高,因為連續爐生產率高,連續工作,爐的熱力系統處於穩定狀態,不存在爐墻的周期性蓄熱損失。還有,由於爐內有預熱爐料的工段,煙氣的部分余熱被入爐的冷工件吸收,降低了出爐煙氣的溫度。
從而實現爐溫、爐內氣氛或爐內壓力的自動控制。
煤氣是指液化氣、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。