Σχηματισμός και δομή του κλιβάνου ηλεκτρικού τόξου συνεχούς ρεύματος

Σχηματισμός και Δομή του DC Ηλεκτρικού Φούρνου Τόξου

Εισαγωγή στους Ηλεκτρικούς Φούρνους Τόξου

Ένας ηλεκτρικός φούρνος τόξου είναι ένα μεταλλουργικό δοχείο που χρησιμοποιεί την έντονη θερμότητα που παράγεται από ένα ηλεκτρικό τόξο για να λιώσει και να εξευγενίσει μέταλλα. Μέσα στον φούρνο, δημιουργούνται ένα ή περισσότερα διαρκή τόξα. Μέσω της εκκένωσης τόξου, η ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται αποτελεσματικά σε θερμική ενέργεια που απαιτείται για τη θέρμανση και την επεξεργασία της φόρτισης. Η εξαιρετικά υψηλή θερμοκρασία του τόξου, σε συνδυασμό με την υψηλή πυκνότητα ισχύος του, την εξαιρετική ηλεκτροθερμική απόδοση και τη σχετική ευκολία ελέγχου της ατμόσφαιρας και των λειτουργιών του φούρνου, καθιστά τον φούρνο τόξου ένα ευέλικτο βιομηχανικό εργαλείο. Είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για την τήξη πυρίμαχων μετάλλων και την παραγωγή υψηλής ποιότητας εξειδικευμένων υλικών.

Ταξινόμηση των Ηλεκτρικών Φούρνων Τόξου

Οι βιομηχανικοί φούρνοι τόξου κατηγοριοποιούνται κυρίως σε τρεις τύπους με βάση τον τρόπο με τον οποίο το τόξο αλληλεπιδρά με τη φόρτιση:

1.  Φούρνος Άμεσου Τόξου: Το τόξο δημιουργείται απευθείας μεταξύ του/των ηλεκτροδίου/ων και της μεταλλικής φόρτισης, θερμαίνοντάς το μέσω άμεσης πρόσκρουσης. Αυτή η κατηγορία περιλαμβάνει:

       Τριφασικοί AC Χαλυβουργικοί Φούρνοι Τόξου

       DC (Συνεχές Ρεύμα) Ηλεκτρικοί Φούρνοι Τόξου

       Φούρνοι Τόξου με Ηλεκτρόδιο Αναλώσιμου κενού (VAR)

2.  Έμμεσος Φούρνος Τόξου: Το τόξο σχηματίζεται μεταξύ δύο ηλεκτροδίων και η φόρτιση θερμαίνεται έμμεσα από την ακτινοβολία από το τόξο. Ιστορικά χρησιμοποιήθηκε για κράματα χαλκού, αυτοί οι φούρνοι έχουν σε μεγάλο βαθμό αντικατασταθεί λόγω μειονεκτημάτων όπως ο υψηλός θόρυβος και η ασυνεπής ποιότητα τήξης.

3.  Φούρνος Υποβρύχιου Τόξου (SAF): Τα ηλεκτρόδια είναι μερικώς θαμμένα σε ένα φορτίο μεταλλεύματος και άνθρακα, με το τόξο να συμβαίνει μέσα στο ίδιο το φορτίο, που χρησιμοποιείται κυρίως για την παραγωγή σιδηροκραμάτων.

Αυτό το έγγραφο επικεντρώνεται στον σχηματισμό και τη δομή του DC Ηλεκτρικού Φούρνου Τόξου.

Η Φύση του Ηλεκτρικού Τόξου

Ένα ηλεκτρικό τόξο είναι μια μορφή εκκένωσης αερίου, συγκεκριμένα μια αυτοσυντηρούμενη (αυτοδιεγειρόμενη) εκκένωση. Τα βασικά του χαρακτηριστικά περιλαμβάνουν μια σχετικά χαμηλή πτώση τάσης (δεκάδες βολτ), μια εξαιρετικά υψηλή πυκνότητα ρεύματος (εκατοντάδες αμπέρ ανά τετραγωνικό εκατοστό), την εκπομπή έντονου φωτός και τη δημιουργία συγκεντρωμένης θερμότητας σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες.

Σε έναν φούρνο τόξου, το τόξο είναι κυρίως ένα φαινόμενο αγωγιμότητας σε ένα αέριο (συμπεριλαμβανομένου του μεταλλικού ατμού), που ξεκινά από τη θερμιονική εκπομπή ηλεκτρονίων από μια καυτή κάθοδο (η άκρη του ηλεκτροδίου). Για να γίνει αγώγιμο το αέριο, πρέπει να υποστεί ιονισμό, παράγοντας φορτισμένα σωματίδια: θετικά φορτισμένα ιόντα και αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια (ή, λιγότερο συχνά, αρνητικά ιόντα). Αυτή η ιονισμένη, σχεδόν ουδέτερη κατάσταση της ύλης, όπου τα θετικά και αρνητικά φορτία εξισορροπούνται, ονομάζεται πλάσμα. Επομένως, το τόξο είναι θεμελιωδώς ένα πλάσμα τόξου.

Μηχανισμοί Ιονισμού Αερίου στο Τόξο

Ο ιονισμός που είναι απαραίτητος για τη διατήρηση του πλάσματος τόξου δημιουργείται μέσω αρκετών μηχανισμών:

1.  Ιονισμός Σύγκρουσης (Πρωτεύων Μηχανισμός): Ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας που εκπέμπονται από την καυτή κάθοδο επιταχύνονται από το ηλεκτρικό πεδίο. Όταν αυτά τα ηλεκτρόνια συγκρούονται με ουδέτερα μόρια αερίου, μπορούν να μεταφέρουν αρκετή ενέργεια για να απομακρύνουν άλλα ηλεκτρόνια, δημιουργώντας θετικά ιόντα και επιπλέον ελεύθερα ηλεκτρόνια.

2.  Θερμικός Ιονισμός: Στις εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες μέσα στη στήλη του τόξου, τα μόρια και τα άτομα του αερίου διαθέτουν σημαντική κινητική ενέργεια. Οι συγκρούσεις μεταξύ αυτών των ενεργητικών σωματιδίων μπορούν να προκαλέσουν άμεσα ιονισμό.

3.  Φωτοϊονισμός: Τα άτομα μπορεί να απορροφήσουν φωτόνια υψηλής ενέργειας (φως από το ίδιο το τόξο) και να ιονιστούν. Ενώ υπάρχει, αυτό είναι γενικά μια δευτερεύουσα οδός ιονισμού.

4.  Επαγόμενος από πεδίο (Χιονοστιβάδα) Ιονισμός: Αυτή είναι μια διαδικασία αλυσιδωτής αντίδρασης. Αρχικά ιονισμένα σωματίδια (ηλεκτρόνια και ιόντα) επιταχύνονται από το ηλεκτρικό πεδίο, κερδίζοντας κινητική ενέργεια. Όταν στη συνέχεια συγκρούονται με ουδέτερα σωματίδια, προκαλούν περαιτέρω ιονισμό, δημιουργώντας νέα φορτισμένα σωματίδια. Αυτοί οι νέοι φορείς επιταχύνονται οι ίδιοι, οδηγώντας σε περισσότερες συγκρούσεις και ιονισμό—ένα «φαινόμενο χιονοστιβάδας» που διατηρεί το πλάσμα.

       Η απόδοση αυτής της διαδικασίας εξαρτάται από την ένταση του ηλεκτρικού πεδίου και τη μέση ελεύθερη διαδρομή των σωματιδίων. Ένα ισχυρότερο πεδίο προσδίδει περισσότερη ενέργεια. Μια μεγαλύτερη μέση ελεύθερη διαδρομή (που ευνοείται από χαμηλότερη πυκνότητα αερίου/συνθήκες κενού και το μικρό μέγεθος των ηλεκτρονίων) επιτρέπει στα σωματίδια να επιταχύνονται σε υψηλότερες ενέργειες πριν από τη σύγκρουση, αυξάνοντας την πιθανότητα ιονισμού. Τα ηλεκτρόνια, λόγω της μικρής τους μάζας και μεγέθους, διαδραματίζουν τον κυρίαρχο ρόλο στον επαγόμενο από πεδίο ιονισμό.

Ισορροπία Ιονισμού

Είναι κρίσιμο να σημειωθεί ότι μέσα στο σταθερό τόξο, υπάρχει μια δυναμική ισορροπία. Η συνεχής διαδικασία ιονισμού (δημιουργία φορτισμένων σωματιδίων) εξισορροπείται από την αντίθετη διαδικασία της ανασύνθεσης (όπου θετικά ιόντα και ηλεκτρόνια ανασυνδυάζονται για να σχηματίσουν ουδέτερα σωματίδια). Αυτή η ισορροπία διατηρεί ένα σταθερό, συγκεκριμένο βαθμό ιονισμού μέσα στο πλάσμα του τόξου υπό δεδομένες συνθήκες λειτουργίας.

Είμαστε επαγγελματίας κατασκευαστής ηλεκτρικών φούρνων. Για περαιτέρω ερωτήσεις ή εάν χρειάζεστε φούρνους υποβρύχιου τόξου, ηλεκτρικούς φούρνους τόξου, φούρνους εξευγενισμού χυτών ή άλλο εξοπλισμό τήξης, μη διστάσετε να επικοινωνήσετε μαζί μας στο  susan@aeaxa.com