Formação e Estrutura do Forno Elétrico a Arco DC

Formação e estrutura do forno de arco elétrico de CC

IntroduçãoFornos de arco elétrico

Um forno de arco elétrico é um recipiente metalúrgico que utiliza o calor intenso gerado por um arco elétrico para derreter e refinar metais..Através da descarga de arco, a energia elétrica é transformada eficientemente na energia térmica necessária para aquecer e processar a carga.combinado com a sua alta densidade de potênciaO excelente rendimento electrotérmico e a relativa facilidade de controlo da atmosfera e das operações do forno tornam o forno de arco numa ferramenta industrial versátil.É particularmente adequado para a fusão de metais refratários e para a produção de materiais especiais de alta qualidade.

Classificação dos fornos de arco elétrico

Os fornos de arco industriais são principalmente classificados em três tipos com base em como o arco interage com a carga:

1Forno de arco direto: o arco é atingido diretamente entre os eletrodos e a carga metálica, aquecendo-a através de impacto direto.

Fornos de arco de aço de três fases AC

Fornos de arco elétrico de corrente contínua

Fornos de arco de elétrodo a vácuo

2Forno de Arco Indirecto: O arco é formado entre dois eletrodos, e a carga é aquecida indiretamente pela radiação do arco.Esses fornos foram em grande parte substituídos devido a desvantagens como alto ruído e qualidade de fusão inconsistente.

3Forno de arco submerso (SAF): Os eletrodos são parcialmente enterrados numa carga de minério e carbono, com arco ocorrendo dentro da própria carga, principalmente utilizados para a produção de ferroliga.

Este documento centra-se na formação e estrutura do forno de arco elétrico a corrente contínua.

A natureza do arco elétrico

Um arco elétrico é uma forma de descarga de gás, especificamente uma descarga auto-sustentável (auto-excitada).uma densidade de corrente extremamente elevada (centenas de amperes por centímetro quadrado), a emissão de luz intensa e a geração de calor concentrado a temperaturas muito elevadas.

Em um forno de arco, o arco é principalmente um fenômeno de condução em um gás (incluindo vapor de metal), iniciado pela emissão termoiônica de elétrons de um cátodo quente (a ponta do elétrodo).Para que o gás se torne condutor, deve sofrer ionização, produzindo partículas carregadas: íons carregados positivamente e elétrons carregados negativamente (ou, menos comumente, íons negativos).onde as cargas positivas e negativas são equilibradasPortanto, o arco é fundamentalmente um plasma de arco.

Mecanismos de ionização de gases no arco

A ionização necessária para manter o plasma de arco é gerada através de vários mecanismos:

1Ionização por colisão (mecanismo primário): Os elétrons de alta energia emitidos pelo cátodo quente são acelerados pelo campo elétrico.Eles podem transferir energia suficiente para derrubar outros elétrons, criando íons positivos e elétrons livres adicionais.

2Ionização térmica: Nas temperaturas extremamente elevadas dentro da coluna de arco, as moléculas de gás e os átomos possuem uma energia cinética substancial.As colisões entre estas partículas energéticas podem causar ionização directa..

3Fotoionização: Os átomos podem absorver fótons de alta energia (luz do próprio arco) e se ionizar.

4Ionização induzida por campo (Avalanche): Este é um processo de reação em cadeia.Quando eles colidem com partículas neutras, eles causam uma maior ionização, criando novas partículas carregadas.levando a mais colisões e ionização, um efeito "avalanche" que sustenta o plasma..

A eficiência deste processo depende da intensidade do campo elétrico e do caminho livre médio das partículas.Um caminho livre médio mais longo (favorecido por condições de baixa densidade de gás / vácuo e o pequeno tamanho dos elétrons) permite que as partículas acelerem para energias mais altas antes de colidiremOs elétrons, devido à sua pequena massa e tamanho, desempenham o papel dominante na ionização induzida por campo.

Equilíbrio de ionização

É importante notar que, dentro do arco estável, existe um equilíbrio dinâmico.O processo contínuo de ionização (criação de partículas carregadas) é equilibrado pelo processo oposto de recombinação (onde íons positivos e elétrons se recombinam para formar partículas neutras)Este equilíbrio mantém um grau estável e específico de ionização dentro do plasma de arco em determinadas condições de funcionamento.

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