November 5, 2025
O forno elétrico a arco a vácuo é um forno industrial projetado especificamente para fundir metais em condições de vácuo. Nesse ambiente, o forno elétrico a arco opera como um forno elétrico a arco a vácuo, utilizando alta corrente e baixa voltagem para operações de arco curto.
O processo de fusão a arco a vácuo é caracterizado por descarga de arco de gás, onde a voltagem entre os eletrodos é notavelmente baixa, mas a corrente que passa pelo gás é relativamente alta. Isso resulta em uma temperatura extremamente alta na zona do arco, aproximadamente 5000K. A alta densidade de corrente decorre da emissão termiônica e autoemissão de elétrons. Especificamente, uma camada de íons positivos se forma ao redor do eletrodo negativo, criando um forte campo elétrico que leva o cátodo a emitir elétrons automaticamente. Esses elétrons colidem com as moléculas de gás entre os dois polos, ionizando-as e gerando mais íons positivos e elétrons secundários. Sob a influência de um campo elétrico, essas partículas colidem com o cátodo e o ânodo, respectivamente, produzindo altas temperaturas. A temperatura do cátodo é menor do que a do ânodo porque parte da energia é utilizada para a emissão de elétrons. Além disso, a alta temperatura surge da recombinação de certos íons positivos e elétrons.
Geralmente, a voltagem do arco varia de 22 a 65V, com um comprimento de arco correspondente de 20 a 50mm (este último para lingotes maiores). Desde o experimento bem-sucedido de fusão de fio de platina em 1839, passou-se mais de um século antes que as pessoas começassem a pesquisar a fusão de metais refratários. Em 1953, os fornos elétricos a arco a vácuo foram introduzidos na produção industrial. Em 1956, os Estados Unidos e muitos países europeus ainda estavam fundindo titânio em fornos não consumíveis, enquanto em 1955, começaram a usar fornos consumíveis para a produção de aço. Por volta de 1960, o peso dos lingotes de aço produzidos por fornos consumíveis excedeu 30 toneladas e começou a tomar forma. Atualmente, os fornos consumíveis a vácuo produzidos pela Kangsai Company exemplificam essa tendência de desenvolvimento. Para aumentar a eficiência da produção e a utilização do equipamento, dois fornos compartilham uma única fonte de alimentação principal, sistema de vácuo e sistema de controle automático.
O tratamento térmico de peças ou materiais em um forno a arco a vácuo pode prolongar significativamente a vida útil de ferramentas e moldes. Esse processo evita a oxidação e a descarburação, resultando em uma superfície brilhante, deformação mínima, economia de energia e operação livre de poluição. Além disso, pode alterar as propriedades mecânicas e metalúrgicas dos materiais.
O forno de fusão a vácuo é usado principalmente para fundir metais reativos e insolúveis, ligas duras, materiais magnéticos e aço inoxidável. Ele opera essencialmente em condições de baixa pressão (descompressão). Quanto maior o grau de vácuo, mais próximo o ambiente se aproxima de uma atmosfera neutra, minimizando as reações químicas do material.
Remoção de Gás e Promoção da Contração: As condições de vácuo facilitam a remoção de gases adsorvidos e promovem significativamente a contração durante os estágios posteriores da fusão.
Remoção de Impurezas: O vácuo ajuda a eliminar impurezas como silício, alumínio, magnésio, cálcio e seus óxidos, purificando assim os materiais.
Melhoria da Molhabilidade: O vácuo aumenta a molhabilidade da fusão em fase líquida, auxiliando na contração durante o processo de fusão e melhorando a estrutura da liga.
Ambiente Inerte Ideal: Quando outros gases primários ou inertes são inadequados, ou quando os materiais são propensos à descarburação e carburização, um forno de fusão a vácuo serve como uma alternativa ideal.
Poluição Reduzida: A fusão a vácuo reduz a contaminação do produto por componentes atmosféricos nocivos, como água, oxigênio e nitrogênio. Por exemplo, reduzir o teor de água no hidrogênio eletrolítico para -40°C é desafiador em condições normais, mas a fusão a vácuo consegue isso em algumas centenas de graus.
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