Formazione e struttura del forno ad arco elettrico CC

Formazione e struttura del forno ad arco elettrico a corrente continua

IntroduzioneForni ad arco elettrici

Un forno ad arco elettrico è un recipiente metallurgico che utilizza l'intenso calore generato da un arco elettrico per fondere e raffinare i metalli..Attraverso la scarica di arco, l'energia elettrica viene trasformata in modo efficiente nell'energia termica necessaria per riscaldare e elaborare la carica.combinato con la sua elevata densità di potenza, eccellente efficienza elettrotermica, e la relativa facilità di controllo dell'atmosfera del forno e delle operazioni, rendono il forno ad arco uno strumento industriale versatile.È particolarmente adatto per la fusione di metalli refrattari e la produzione di materiali speciali di alta qualità.

Classificazione dei forni ad arco elettrico

I forni ad arco industriali sono principalmente classificati in tre tipi in base a come l'arco interagisce con la carica:

1. Forno ad arco diretto: l'arco viene colpito direttamente tra gli elettrodi e la carica metallica, riscaldandola mediante impatto diretto.

Forni ad arco a tre fasi per l'acciaio

Forni ad arco elettrico a corrente continua

Forni ad arco ad elettrodi a vuoto (VAR)

2Forno ad arco indiretto: l'arco si forma tra due elettrodi e la carica viene riscaldata indirettamente dalla radiazione dell'arco.Questi forni sono stati in gran parte sostituiti a causa di svantaggi quali il rumore elevato e la qualità incoerente della fusione..

3Forno ad arco sommerso (SAF): gli elettrodi sono parzialmente sepolti in un carico di minerale e carbonio, con arco che si verifica all'interno del carico stesso, utilizzati principalmente per la produzione di ferroleghe.

Questo documento si concentra sulla formazione e la struttura del forno ad arco elettrico a corrente continua.

La natura dell'arco elettrico

Un arco elettrico è una forma di scarica di gas, in particolare una scarica autosufficiente (auto-eccitata).una densità di corrente estremamente elevata (centinaia di amperes per centimetro quadrato), l'emissione di luce intensa e la generazione di calore concentrato a temperature molto elevate.

In un forno ad arco, l'arco è principalmente un fenomeno di conduzione in un gas (compreso il vapore metallico), avviato dall'emissione termionica di elettroni da un catodo caldo (la punta dell'elettrodo).Per rendere il gas conduttivo, deve subire ionizzazione, producendo particelle cariche: ioni carichi positivamente ed elettroni carichi negativamente (o, meno comunemente, ioni negativi).quando le spese positive e negative sono bilanciatePer questo l'arco è fondamentalmente un plasma d'arco.

Meccanismi di ionizzazione dei gas nell'arco

L'ionizzazione necessaria per sostenere il plasma di arco è generata attraverso diversi meccanismi:

1Ionizzazione da collisione (meccanismo primario): gli elettroni ad alta energia emessi dal catodo caldo sono accelerati dal campo elettrico.possono trasferire energia sufficiente per abbattere altri elettroni, creando ioni positivi e elettroni liberi aggiuntivi.

2Ionizzazione termica: alle temperature estremamente elevate all'interno della colonna di arco, le molecole di gas e gli atomi possiedono una notevole energia cinetica.Le collisioni tra queste particelle energetiche possono causare direttamente ionizzazione..

3. Fotoionizzazione: gli atomi possono assorbire fotoni ad alta energia (luce dall'arco stesso) e diventare ionizzati.

4. Ionizzazione indotta da campo (Avalanche): Questo è un processo di reazione a catena. Inizialmente le particelle ionizzate (elettroni e ioni) vengono accelerate dal campo elettrico, guadagnando energia cinetica.Quando successivamente si scontrano con particelle neutre, causano ulteriore ionizzazione, creando nuove particelle cariche.che porta a più collisioni e ionizzazione, un effetto "avalanche" che sostiene il plasma..

L'efficienza di questo processo dipende dalla forza del campo elettrico e dal percorso libero medio delle particelle.Un percorso libero medio più lungo (favorito da una minore densità di gas / condizioni di vuoto e dalle piccole dimensioni degli elettroni) consente alle particelle di accelerare a energie più elevate prima della collisioneGli elettroni, a causa della loro piccola massa e dimensione, svolgono il ruolo dominante nell'ionizzazione indotta dal campo.

Equilibrio di ionizzazione

È fondamentale notare che all'interno dell'arco stabile esiste un equilibrio dinamico.Il processo continuo di ionizzazione (creazione di particelle cariche) è bilanciato dal processo opposto di ricombinazione (dove ioni positivi ed elettroni si ricombinano per formare particelle neutre)Questo equilibrio mantiene un grado di ionizzazione stabile e specifico all'interno del plasma di arco in determinate condizioni di funzionamento.

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