Struttura e funzionamento di base delle fornaci ad arco sommerso

La fornace ad arco sommerso rappresenta un tipo sofisticato di forno elettrico, che integra vari componenti tra cui il corpo del forno, il trasformatore del forno, i conduttori ad alta corrente (rete corta), il sistema elettrodico, il sistema di alimentazione, il sistema di raffreddamento, i sistemi di distribuzione dell'energia ad alta e bassa tensione, i sistemi di monitoraggio e automazione, il sistema di gestione delle scorie di ferro e il sistema di scarico fumi e rimozione polveri. Questa complessa apparecchiatura elettrometallurgica è progettata per processi di fusione efficienti e controllati.

In funzione, l'energia elettrica ad alta tensione fornita dalla rete elettrica viene trasformata in elettricità a bassa tensione e alta corrente tramite un trasformatore specializzato su misura per la fornace ad arco sommerso. Questa corrente viene quindi convogliata agli elettrodi tramite conduttori ad alta corrente e introdotta nel forno attraverso elettrodi di carbonio. Intorno a questi elettrodi, l'adesione elettrica e il calore dell'arco vengono generati alle estremità degli elettrodi, convertendo efficacemente l'energia elettrica in energia termica. Questa trasformazione crea una zona di reazione ad alta temperatura all'interno del corpo del forno, facilitando la reazione di riduzione dei minerali di ossido di metallo.

Tipicamente, nel processo vengono utilizzati agenti riducenti a base di carbonio come il coke. L'aggiunta continua di coke e materie prime di minerali di ossido di metallo ridotto sostiene la reazione all'interno della zona. Di conseguenza, i prodotti liquidi si accumulano nel bagno fuso. Periodicamente, l'uscita del forno viene aperta per scaricare il metallo fuso, che viene successivamente raffinato in prodotti in lega. La scoria viene spenta o utilizzata dopo la colata, a seconda delle esigenze specifiche.

Le fornaci ad arco sommerso sono principalmente classificate in tipi rotondi e rettangolari. Data la notevole quantità di gas di forno (gas di combustione) prodotto durante la fusione e la produzione, le fornaci ad arco sommerso rotonde sono ulteriormente classificate in forni aperti con cappa alta, forni semi-chiusi e forni chiusi. Il corpo del forno può essere fisso o rotante in queste configurazioni. Al contrario, le fornaci ad arco sommerso rettangolari presentano generalmente una struttura chiusa con un corpo del forno fisso.

Storicamente, i forni aperti dotati di cappe alte hanno posto notevoli problemi ambientali a causa del grave inquinamento, dell'elevato consumo energetico e della non conformità alle normative sul lavoro e sulla salute. Di conseguenza, questi progetti di forni aperti sono stati gradualmente eliminati a favore di alternative più ecologiche ed efficienti dal punto di vista energetico. Le moderne fornaci ad arco sommerso ora privilegiano i progetti chiusi o semi-chiusi per ridurre al minimo le emissioni, migliorare l'efficienza energetica e garantire la conformità a rigorosi standard ambientali e di sicurezza.

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