Informações Básicas sobre Fornos de Arco Elétrico

Um arco representa uma forma de descarga de arco dentro de um gás. Durante a descarga de arco em gás, a voltagem entre os eletrodos permanece extremamente baixa, enquanto a corrente que flui através do gás é substancial, produzindo uma luz branca deslumbrante e gerando temperaturas excepcionalmente altas na zona do arco (aproximadamente 5000K). Essa imensa densidade de corrente surge da emissão termiônica no cátodo e da autoemissão de elétrons. Especificamente, uma camada de íons positivos se forma perto do cátodo, criando um forte campo elétrico que leva o cátodo a emitir espontaneamente elétrons.

Uma grande quantidade de elétrons colide com moléculas gasosas entre os eletrodos, ionizando-as e gerando um número ainda maior de íons positivos e elétrons secundários. Sob a influência de um campo elétrico, essas partículas carregadas atingem o cátodo e o ânodo, respectivamente, resultando em temperaturas elevadas. O cátodo, devido à energia gasta na emissão de elétrons, mantém uma temperatura mais baixa em comparação com o ânodo. Além disso, a região intereletrodo experimenta altas temperaturas devido à recombinação de alguns íons positivos e elétrons.

Fornos de arco elétrico são fornos industriais que aproveitam esse princípio para fundir metais. Quando operados em um ambiente de vácuo, são referidos como fornos de arco a vácuo. A fusão por arco a vácuo é caracterizada por alta corrente e baixa voltagem, constituindo uma operação de arco curto. Tipicamente, a voltagem do arco varia de 22 a 65V, com um comprimento de arco correspondente de 20 a 50mm (este último sendo aplicável para lingotes maiores).

Desde o experimento bem-sucedido de fusão de fio de platina em 1839, os pesquisadores dedicaram mais de um século ao estudo da fusão de metais refratários. O forno de arco elétrico a vácuo foi oficialmente adotado em aplicações industriais em 1953. Até 1956, fornos não consumíveis eram predominantemente usados nos Estados Unidos e em muitos países europeus para fundir titânio. No entanto, em 1955, o uso de fornos consumíveis para a produção de aço começou. Por volta de 1960, o peso dos lingotes produzidos por fornos consumíveis havia ultrapassado 30 toneladas, marcando um marco significativo em seu desenvolvimento.

O estado atual do avanço neste campo pode ser exemplificado pelos fornos consumíveis a vácuo fabricados pela Consack Company dos Estados Unidos. Para aumentar a produtividade e a utilização do equipamento, esses fornos são projetados de forma que dois fornos compartilhem um único conjunto de fonte de alimentação principal, sistema de vácuo e sistema de controle automático. Essa abordagem inovadora não apenas simplifica as operações, mas também otimiza a alocação de recursos, refletindo a evolução contínua e a sofisticação da tecnologia de fornos de arco elétrico.

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