Forno a resistenza
Un forno a resistenza è un forno elettrico che utilizza come fonte di calore il calore Joule generato dalla corrente che passa attraverso un conduttore. Secondo il metodo di riscaldamento elettrico, i forni a resistenza si dividono in due tipologie: riscaldamento diretto e riscaldamento indiretto. In un forno a resistenza a riscaldamento diretto, la corrente scorre direttamente attraverso il materiale. Poiché la potenza elettrica riscaldante è concentrata sul materiale stesso, il materiale viene riscaldato rapidamente, rendendolo adatto a processi che richiedono un riscaldamento rapido, come il riscaldamento di billette forgiate. Questo tipo di forno a resistenza può riscaldare i materiali a temperature molto elevate, come il forno elettrico per la grafitizzazione del materiale di carbonio, che può riscaldare i materiali a oltre 2500 gradi. Il forno a resistenza a riscaldamento diretto può essere utilizzato come forno a resistenza a vuoto o forno a resistenza a gas protettivo. Nella metallurgia delle polveri, è comunemente usato per la sinterizzazione di tungsteno, tantalio, niobio e altri prodotti. Quando si utilizza questo tipo di forno per il riscaldamento, è necessario prestare attenzione a:
① Per garantire un riscaldamento uniforme del materiale, è necessario che la sezione trasversale conduttiva e la conduttività di ciascuna parte del materiale siano coerenti;
Forno a resistenza industriale
Forno a resistenza industriale
② A causa della resistenza relativamente piccola del materiale stesso, per ottenere la potenza di riscaldamento elettrico richiesta, la corrente di lavoro è piuttosto elevata. Pertanto, il contatto tra l'elettrodo di trasmissione e il materiale è buono per evitare la formazione di archi e la combustione del materiale. Inoltre, la resistenza della sbarra trasmittente dovrebbe essere piccola per ridurre le perdite del circuito;
La maggior parte dei forni a resistenza sono forni a resistenza a riscaldamento indiretto, dotati di corpi resistivi appositamente progettati per ottenere la trasformazione termica elettrica, chiamati corpi riscaldanti elettrici, che trasferiscono l'energia termica ai materiali nel forno (Figura 1: Forni a resistenza a riscaldamento indiretto).
Rifusione dell'elettroscoria
Questo tipo di involucro del forno elettrico è realizzato in lamiera di acciaio e il forno è rivestito con materiali refrattari come fibre ceramiche, con materiali posti all'interno.
Gli elementi riscaldanti più comunemente utilizzati sono elementi riscaldanti in ferro-cromo-alluminio, elementi riscaldanti in nichel-cromo, barre in carburo di silicio e barre in disiliciuro di molibdeno, nonché barre in carbonio e silicio ed elementi riscaldanti compositi in ceramica di diboruro di zirconio. A seconda delle esigenze, l'atmosfera all'interno del forno può essere atmosfera ordinaria, atmosfera protettiva o vuoto. La tensione di alimentazione generale è di 220 volt o 380 volt e, se necessario, è opportuno predisporre un trasformatore intermedio con tensione regolabile. Piccola fornace (<10 kW) single-phase power supply, large furnace three-phase power supply. For materials with a single variety and large batch size, continuous furnace heating is recommended. Resistance furnaces with furnace temperatures below 700 □ are mostly equipped with blowers to enhance heat transfer inside the furnace and ensure uniform heating. A resistance furnace used for melting fusible metals (lead, lead bismuth alloys, aluminum, magnesium and their alloys, etc.), which can be made into a crucible furnace; Alternatively, it can be made into a reflective furnace with a molten pool, and an electric heating element can be installed on the top of the furnace. An electric slag furnace is a resistance furnace that converts slag into electric heating.
Introduzione al forno ad induzione
Un forno elettrico che sfrutta l'effetto di riscaldamento a induzione dei materiali per riscaldarli o fonderli. Il componente base di un forno a induzione è una bobina di induzione avvolta con tubi di rame. Ad entrambe le estremità della bobina di induzione viene applicata una tensione alternata per generare un campo elettromagnetico alternato. I materiali conduttivi sono posizionati nella bobina di induzione e, a causa dell'induzione elettromagnetica, nei materiali vengono generate correnti parassite. Sotto l'azione della resistenza, l'energia elettrica viene convertita in energia termica per riscaldare i materiali; Quindi, si può anche considerare che un forno ad induzione è un forno a resistenza al riscaldamento diretto.
La caratteristica di un forno ad induzione è che la potenza elettrica riscaldante (distribuzione di corrente) trasformata nel materiale riscaldato è molto disomogenea, con la superficie più grande e il centro più piccolo, noto come effetto pelle. Al fine di migliorare l'efficienza del riscaldamento elettrico del riscaldamento a induzione, la frequenza di alimentazione dovrebbe essere appropriata. I piccoli forni fusori o il riscaldamento superficiale dei materiali dovrebbero utilizzare elettricità ad alta frequenza, mentre i grandi forni fusori o il riscaldamento a penetrazione profonda dei materiali dovrebbero utilizzare elettricità a media frequenza o a frequenza industriale. Le bobine di induzione sono carichi con una notevole induttanza e il loro fattore di potenza è generalmente molto basso. Per migliorare il fattore di potenza, le bobine di induzione sono generalmente collegate in parallelo con condensatori a frequenza intermedia o ad alta frequenza, noti come condensatori risonanti. Lo spazio tra la bobina di induzione e il materiale dovrebbe essere piccolo. La bobina di induzione deve essere realizzata con un tubo di rame quadrato, con raffreddamento ad acqua all'interno del tubo. Lo spazio tra le spire della bobina di induzione dovrebbe essere il più piccolo possibile e l'isolamento dovrebbe essere buono. Il dispositivo di riscaldamento a induzione viene utilizzato principalmente per il riscaldamento e la fusione di acciaio, rame, alluminio, zinco, ecc. Presenta un riscaldamento rapido, una bassa perdita di combustione, un'elevata meccanizzazione e automazione ed è adatto per la configurazione su linee operative automatiche.
Forno ad induzione a nucleo
I forni fusori a induzione utilizzati nell'industria comprendono forni a crogiolo (forni a induzione senza crogiolo) e forni a scanalatura (forni a induzione con nucleo), come mostrato nella Figura 2 per il diagramma schematico del corpo del forno a induzione. Il crogiolo è realizzato in materiale refrattario o acciaio, con una capacità che varia da pochi chilogrammi a decine di tonnellate. La caratteristica di fusione è che il metallo fuso nel crogiolo è soggetto a forza elettrica, costringendo il livello del liquido della vasca fusa a sporgere e il metallo fuso scorre dal centro del livello del liquido alle aree circostanti, provocando un flusso ciclico. Questo fenomeno è chiamato effetto elettrico, che può uniformare la composizione della massa fusa. Lo svantaggio è che le scorie tendono verso la periferia e hanno una scarsa copertura. Rispetto al forno a scanalatura, il forno a crogiolo ha un funzionamento flessibile, un'elevata temperatura di fusione, ma un basso fattore di potenza e un elevato consumo energetico. Il sensore del forno a gola di fusione è costituito da un nucleo di ferro, un anello a induzione e un rivestimento del forno a gola di fusione. La scanalatura di fusione è costituita da una o due scanalature anulari a forma di striscia, riempite con materiale fuso collegato al bagno di fusione. In linea di principio, il forno a fossa può essere considerato come un trasformatore con nucleo di ferro con un solo giro di bobina nel secondario e un cortocircuito. La corrente induttiva scorre nella scanalatura fusa, ottenendo la trasformazione del riscaldamento elettrico.
Nella produzione, dopo che ogni forno di fusione del metallo è stato completato, il bagno di fusione non può essere svuotato, altrimenti è facile che si secchi. È necessario conservare una parte della fusione come fusione iniziale per il forno successivo. La temperatura della scanalatura di fusione è superiore a quella del bagno di fusione e sopporta anche l'erosione del flusso di fusione, quindi il rivestimento del forno della scanalatura di fusione è soggetto a danni. Per comodità di manutenzione, i moderni sensori dei forni sono realizzati in gruppi facilmente sostituibili. La capacità del forno fusorio varia da poche centinaia di chilogrammi a oltre un centinaio di tonnellate. Il forno fusorio fornisce energia alla frequenza di rete e, grazie all'uso di nuclei di ferro costituiti da fogli di acciaio al silicio come percorsi magnetici, l'efficienza elettrica e il fattore di potenza sono entrambi elevati. Il forno fusorio viene utilizzato principalmente per la fusione di ghisa, rame, zinco, ottone, ecc. Può anche essere utilizzato come forno miscelatore per immagazzinare e riscaldare materiali fusi.
forno ad arco
Un forno elettrico che utilizza l'effetto termico dell'arco per fondere metalli e altri materiali (Figura 3 Tipo di forno ad arco). Esistono tre tipi di metodi di riscaldamento: Forno ad arco elettrico a riscaldamento indiretto.
forno ad arco
Tra due elettrodi viene generato un arco, senza toccare il materiale, e il materiale viene riscaldato dalla radiazione termica. Questo tipo di forno ha un rumore elevato, una bassa efficienza e viene gradualmente eliminato. Riscaldamento diretto del forno ad arco elettrico.
Si genera un arco tra l'elettrodo ed il materiale, riscaldando direttamente il materiale;
Il forno ad arco elettrico trifase per la produzione dell'acciaio è il forno ad arco elettrico a riscaldamento diretto più comunemente utilizzato. Forno ad arco sommerso, noto anche come forno a riduzione o forno ad arco sommerso. Un'estremità dell'elettrodo viene immersa nello strato di materiale, formando un arco all'interno dello strato di materiale e riscaldando il materiale sfruttando la resistenza dello strato di materiale stesso; Comunemente utilizzato per la fusione di ferroleghe.
Forno ad arco sotto vuoto
È un forno elettrico che utilizza un arco elettrico per riscaldare e fondere direttamente i metalli nel corpo del forno sotto vuoto. Il gas all'interno del forno è sottile e si basa principalmente sul vapore del metallo fuso per generare un arco. Per stabilizzare l'arco viene generalmente fornita corrente continua. In base alle caratteristiche di fusione, è suddiviso in forni di rifusione dei metalli e forni di colata. A seconda che gli elettrodi vengano consumati (fusi) durante il processo di fusione, si dividono in forni ad autoconsumo e forni a non autoconsumo. La maggior parte delle applicazioni industriali sono forni ad autoconsumo. Il forno ad arco sotto vuoto viene utilizzato per la fusione di acciaio speciale, metalli attivi e refrattari come titanio, molibdeno e niobio.
Il riscaldamento ad arco può essere considerato un riscaldamento con resistenza all'arco. La resistenza stabile all'arco è una condizione necessaria per la normale produzione del forno. I forni ad arco CA di solito utilizzano elettricità a frequenza industriale. Per stabilizzare l'arco è necessario che nel circuito di alimentazione del forno sia presente un'adeguata induttanza. Tuttavia, la presenza di induttanza può ridurre il fattore di potenza e l’efficienza elettrica. Ridurre la frequenza della corrente è un modo per sviluppare forni ad arco CA. Il valore della resistenza all'arco è piuttosto piccolo e per ottenere il calore necessario il forno necessita di una notevole corrente di esercizio. Pertanto, la resistenza della rete corta del forno dovrebbe essere la più piccola possibile per evitare eccessive perdite nel circuito. Per i forni ad arco trifase è necessario garantire che l'impedenza delle tre fasi sia prossima alla stessa per evitare carichi trifase sbilanciati.
Forno al plasma
Un forno elettrico che utilizza il plasma generato quando il gas di lavoro viene ionizzato per il riscaldamento o la fusione. Il dispositivo che genera plasma è solitamente chiamato pistola al plasma e ne esistono di due tipi: pistole al plasma ad arco e pistole al plasma a induzione ad alta frequenza. Il gas di lavoro viene introdotto in una pistola al plasma, dotata di un dispositivo che genera un arco o un campo elettrico ad alta frequenza (5-20 MHz). Il gas di lavoro viene ionizzato dall'azione, generando un plasma composto da elettroni, ioni positivi e una miscela di atomi e molecole di gas. Equidistante
Forno a fascio di elettroni
Dopo che il corpo figlia è stato espulso dall'ugello della pistola al plasma, forma una fiamma ad arco plasma ad alta velocità e ad alta temperatura, che ha una temperatura molto più elevata rispetto a un arco tipico. Il gas di lavoro più comunemente utilizzato è l'argon, che è un gas a singolo atomo facile da ionizzare ed è un gas inerte in grado di proteggere i materiali. La temperatura di lavoro può arrivare fino a 20000 □; Utilizzato per la fusione di acciaio speciale, titanio e leghe di titanio, materiali superconduttori, ecc. I tipi di forno includono forno cristallizzatore di rame raffreddato ad acqua, forno a catodo cavo, forno al plasma con riscaldamento a induzione e forno al plasma con rivestimento refrattario.