November 5, 2025
Il forno ad arco elettrico sottovuoto è un forno industriale specificamente progettato per fondere metalli in condizioni di vuoto. In questo ambiente, il forno ad arco elettrico opera come un forno ad arco elettrico sottovuoto, utilizzando alta corrente e bassa tensione per operazioni ad arco corto.
Il processo di fusione ad arco sottovuoto è caratterizzato dalla scarica ad arco di gas, dove la tensione tra gli elettrodi è notevolmente bassa, ma la corrente che attraversa il gas è relativamente alta. Ciò si traduce in una temperatura estremamente elevata nella zona dell'arco, circa 5000K. L'elevata densità di corrente deriva dall'emissione termoionica e dall'autoemissione di elettroni. In particolare, uno strato di ioni positivi si forma attorno all'elettrodo negativo, creando un forte campo elettrico che induce il catodo a emettere elettroni automaticamente. Questi elettroni collidono con le molecole di gas tra i due poli, ionizzandole e generando più ioni positivi ed elettroni secondari. Sotto l'influenza di un campo elettrico, queste particelle collidono rispettivamente con il catodo e l'anodo, producendo alte temperature. La temperatura del catodo è inferiore a quella dell'anodo perché parte dell'energia viene utilizzata per l'emissione di elettroni. Inoltre, l'alta temperatura deriva dalla ricombinazione di alcuni ioni positivi ed elettroni.
Generalmente, la tensione dell'arco varia da 22 a 65 V, con una corrispondente lunghezza dell'arco da 20 a 50 mm (quest'ultima per lingotti più grandi). Dall'esperimento di fusione del filo di platino di successo nel 1839, passò più di un secolo prima che le persone iniziassero a ricercare la fusione di metalli refrattari. Nel 1953, i forni ad arco elettrico sottovuoto furono introdotti nella produzione industriale. Nel 1956, gli Stati Uniti e molti paesi europei stavano ancora fondendo il titanio in forni non consumabili, mentre nel 1955 iniziarono a utilizzare forni consumabili per la produzione di acciaio. Intorno al 1960, il peso dei lingotti di acciaio prodotti da forni consumabili superò le 30 tonnellate e iniziò a prendere forma. Attualmente, i forni consumabili sottovuoto prodotti dalla Kangsai Company esemplificano questa tendenza di sviluppo. Per migliorare l'efficienza della produzione e l'utilizzo delle apparecchiature, due forni condividono un'unica alimentazione principale, un sistema di vuoto e un sistema di controllo automatico.
Il trattamento termico di pezzi o materiali in un forno ad arco sottovuoto può prolungare significativamente la durata di utensili e stampi. Questo processo previene l'ossidazione e la decarburazione, con conseguente superficie brillante, deformazione minima, risparmio energetico e funzionamento senza inquinamento. Inoltre, può alterare le proprietà meccaniche e metallurgiche dei materiali.
Il forno di fusione sottovuoto viene utilizzato principalmente per la fusione di metalli reattivi e insolubili, leghe dure, materiali magnetici e acciaio inossidabile. Funziona essenzialmente in condizioni di bassa pressione (decompressione). Maggiore è il grado di vuoto, più l'ambiente si avvicina a un'atmosfera neutra, riducendo al minimo le reazioni chimiche del materiale.
Rimozione dei gas e promozione del ritiro: Le condizioni di vuoto facilitano la rimozione dei gas adsorbiti e promuovono significativamente il ritiro durante le fasi successive della fusione.
Rimozione delle impurità: Il vuoto aiuta a eliminare le impurità come silicio, alluminio, magnesio, calcio e i loro ossidi, purificando così i materiali.
Migliore bagnabilità: Il vuoto migliora la bagnabilità della fusione in fase liquida, favorendo il ritiro durante il processo di fusione e migliorando la struttura della lega.
Ambiente inerte ideale: Quando altri gas primari o inerti non sono adatti, o quando i materiali sono soggetti a decarburazione e carburazione, un forno di fusione sottovuoto funge da alternativa ideale.
Inquinamento ridotto: La fusione sottovuoto riduce la contaminazione del prodotto da componenti atmosferici dannosi come acqua, ossigeno e azoto. Ad esempio, ridurre il contenuto di acqua nell'idrogeno elettrolitico a -40°C è difficile in condizioni normali, ma la fusione sottovuoto lo raggiunge entro poche centinaia di gradi.
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