Un horno de resistencia es un horno eléctrico que utiliza calor Joule generado por la corriente que pasa a través de un conductor como fuente de calor. Según la forma en que se genera el calor eléctrico, los hornos de resistencia se dividen en dos tipos: calentamiento directo y calentamiento indirecto. En el horno de resistencia de calentamiento directo, la corriente eléctrica pasa directamente a través del material. Dado que la potencia de calentamiento eléctrico se concentra en el material mismo, el material se calienta muy rápidamente. Es adecuado para procesos que requieren un calentamiento rápido, como el calentamiento de la forja. billetes. Este tipo de horno de resistencia puede calentar materiales a temperaturas muy altas. Por ejemplo, un horno eléctrico de grafitización de material de carbono puede calentar materiales a más de 2500 °C. El horno de resistencia al calentamiento directo se puede convertir en un horno de calentamiento por resistencia al vacío o en un horno de calentamiento por resistencia al gas protector. En pulvimetalurgia, se utiliza a menudo para sinterizar tungsteno, tantalio, niobio y otros productos. Al utilizar este tipo de horno para calentar, se debe prestar atención a:
① Para calentar el material de manera uniforme, se requiere que la sección transversal conductora y la conductividad de cada parte del material sean consistentes;
② Dado que la resistencia del material en sí es bastante pequeña, para lograr la potencia de calentamiento eléctrico requerida, la corriente de trabajo es bastante grande, por lo que el contacto entre el electrodo de transmisión de energía y el material debe ser bueno. para evitar la quema del material por arco, y la resistencia del bus de transmisión de energía debe ser pequeña para reducir las pérdidas del circuito;
La mayoría de los hornos de resistencia son hornos de resistencia de calentamiento indirecto, que están equipados con una resistencia utilizada específicamente para lograr conversión de calor eléctrico, llamada elemento calefactor eléctrico, que transfiere energía térmica a los materiales en el horno (Figura 1 Horno de resistencia de calentamiento indirecto).
La carcasa del horno de este tipo de horno eléctrico está hecha de placas de acero y el horno está revestido con materiales refractarios como fibra cerámica y contiene materiales.
Los elementos calefactores eléctricos más utilizados son elementos calefactores eléctricos de hierro, cromo y aluminio, elementos calefactores eléctricos de níquel-cromo, varillas de carburo de silicio y varillas de disiliciuro de molibdeno, varillas de carbono de silicio y elementos calefactores compuestos cerámicos de diboruro de circonio. . Dependiendo de las necesidades, la atmósfera en el horno puede ser una atmósfera normal, una atmósfera protectora o un vacío. El voltaje de alimentación general es de 220 voltios o 380 voltios, y si es necesario se proporciona un transformador intermedio con voltaje ajustable. Los hornos pequeños (lt; 10 kW) se alimentan con energía monofásica y los hornos grandes, con energía trifásica. Para materiales de una sola variedad y lotes grandes, se debe utilizar calentamiento continuo en horno. La mayoría de los hornos de resistencia con temperaturas inferiores a 700 °C están equipados con ventiladores para mejorar la transferencia de calor en el horno y garantizar un calentamiento uniforme. El horno de resistencia utilizado para fundir metales fusibles (plomo, aleación de plomo-bismuto, aluminio, magnesio y sus aleaciones, etc.) puede convertirse en un horno de crisol o en un horno de reverbero con un baño fundido y un horno; El elemento calefactor eléctrico está instalado en la parte superior del horno. Un horno de electroescoria es un horno de resistencia que realiza una conversión electrotérmica mediante escoria fundida (ver refundición de electroescoria). Introducción al horno de inducción
Un horno eléctrico que utiliza el efecto de calentamiento eléctrico por inducción de materiales para calentarlos o fundirlos. El componente básico de un horno de inducción es una bobina de inducción enrollada con tubos de cobre. Se aplica voltaje de CA a ambos extremos de la bobina de inducción para generar un campo electromagnético alterno. Se colocan materiales conductores en la bobina de inducción. Debido a la inducción electromagnética, se generan corrientes parásitas en los materiales debido a la acción de la resistencia, la energía eléctrica. se convierte en energía térmica para calentar los materiales, por lo tanto, también se puede considerar como Un horno de inducción es un horno eléctrico de resistencia de calentamiento directo;
La característica del horno eléctrico de inducción es que la potencia de calentamiento eléctrico (distribución de corriente) transformada en el material calentado es muy desigual, con la mayor superficie y el centro más pequeño, lo que se denomina efecto piel. Para mejorar la eficiencia del calentamiento eléctrico por inducción, la frecuencia del suministro de energía debe ser adecuada. Se utilizan pequeños hornos de fundición o electricidad de alta frecuencia para el calentamiento superficial de materiales, y grandes hornos de fundición o electricidad de frecuencia media o industrial. para calentamiento de penetración profunda de materiales. La bobina de inducción es una carga con una inductancia considerable y su factor de potencia es generalmente muy bajo. Para mejorar el factor de potencia, la bobina de inducción generalmente se conecta en paralelo con un condensador de frecuencia intermedia o de alta frecuencia, que se denomina condensador resonante. El espacio entre la bobina de inducción y el material debe ser pequeño. La bobina de inducción debe estar hecha de tubos de cobre cuadrados. El tubo debe enfriarse con agua. El espacio entre las vueltas de la bobina de inducción debe ser lo más pequeño posible. debería ser bueno. El dispositivo de calentamiento por inducción se utiliza principalmente para calentar y fundir acero, cobre, aluminio y zinc. Tiene un calentamiento rápido, baja pérdida por combustión, alto grado de mecanización y automatización, y es adecuado para configuración en líneas de operación automática.
Características de los hornos de calentamiento en serie de hornos de inducción
Velocidad de calentamiento rápida, alta eficiencia de producción, menor oxidación y descarburación, ahorro de material y costos de troqueles de forja
Debido al medio Calentamiento por inducción de frecuencia El principio es la inducción electromagnética y el calor se genera en la propia pieza de trabajo. Los trabajadores comunes que utilizan el horno eléctrico de frecuencia media pueden continuar la tarea de forjado diez minutos después de comenzar a trabajar. No es necesario que los trabajadores profesionales del horno quemen y. Selle el horno con anticipación. No hay necesidad de preocuparse por el desperdicio de palanquillas calentadas por el horno de carbón debido a cortes de energía o fallas en el equipo.
Debido a la rápida velocidad de calentamiento de este método de calentamiento, hay muy poca oxidación en comparación con los hornos de carbón, cada tonelada de piezas forjadas puede ahorrar al menos entre 20 y 50 kilogramos de materias primas de acero y su tasa de utilización del material puede alcanzar el 95. Debido a que este método de calentamiento calienta uniformemente y la diferencia de temperatura entre el núcleo y la superficie es extremadamente pequeña, también aumenta en gran medida la vida útil de la matriz de forja en términos de forja, y la rugosidad de la superficie de forja también es inferior a 50 um.
El ambiente de trabajo es superior, mejora el ambiente de trabajo de los trabajadores y la imagen de la empresa, no hay contaminación, bajo consumo de energía.
En comparación con los hornos de carbón, los hornos de calentamiento por inducción ya no exponen a los trabajadores. al sol abrasador, hornear y fumar en el horno también puede cumplir con los diversos requisitos de índice del departamento de protección ambiental y, al mismo tiempo, establecer la imagen externa de la empresa y la tendencia de desarrollo futuro de la industria de la forja. El calentamiento por inducción es el método de calentamiento que ahorra más energía entre los hornos de calentamiento eléctrico. Calentar una tonelada de piezas forjadas desde temperatura ambiente hasta 1100 °C consume menos de 360 grados de electricidad.
El calentamiento es uniforme, la diferencia de temperatura entre el núcleo y la superficie es extremadamente pequeña y la precisión del control de temperatura es alta.
El horno de calentamiento por inducción tiene las ventajas de ser de tamaño pequeño y liviano. peso, alta eficiencia, excelente calidad de procesamiento térmico y ambiente favorable. Elimina rápidamente los hornos de carbón, los hornos de gas, los hornos de petróleo y los hornos de resistencia ordinarios.
Los hornos de fusión por inducción utilizados en la industria incluyen hornos de crisol (hornos de inducción sin núcleo) y hornos de zanja (hornos de inducción con núcleo). Consulte la Figura 2 para ver un diagrama esquemático de la estructura del cuerpo del horno de inducción. Los crisoles están fabricados de materiales refractarios o de acero y tienen capacidades que van desde unos pocos kilogramos hasta decenas de toneladas. Su característica de fusión es que la masa fundida en el crisol se ve afectada por la fuerza electrodinámica, lo que obliga a que el nivel del líquido del baño fundido se abulte, y la masa fundida fluye desde el centro del nivel del líquido hacia los alrededores, provocando un flujo circular. Este fenómeno se denomina efecto electrodinámico y puede hacer que la composición fundida sea uniforme. La desventaja es que la escoria está desviada hacia la periferia y tiene una cobertura deficiente. En comparación con el horno de zanja, el horno de crisol tiene un funcionamiento flexible y una temperatura de fusión alta, pero tiene un factor de potencia bajo y un consumo de energía alto. El inductor del horno de zanja fundido se compone de un núcleo de hierro, una bobina de inducción y un revestimiento del horno de zanja fundido. La zanja fundida es una o dos zanjas anulares en forma de tira, que se llenan con masa fundida conectada al baño fundido. En principio, el horno de trinchera puede considerarse como un transformador con núcleo de hierro con una sola vuelta de bobina secundaria y un cortocircuito. La corriente inducida fluye en la zanja fundida para lograr la transformación electrotérmica.
En la producción, después de fundir cada horno de metal, el baño fundido no se puede vaciar, de lo contrario se secará fácilmente. Una parte de la masa fundida debe conservarse como masa fundida inicial para el siguiente horno. La temperatura de la zanja fundida es más alta que la del baño fundido y también está sujeta a la erosión del flujo de fusión, por lo que el revestimiento del horno de la zanja fundida se daña fácilmente. Para facilitar el mantenimiento, se utilizan sensores en los hornos modernos. fabricados en conjuntos fáciles de reemplazar. La capacidad del horno de zanja varía desde unos pocos cientos de kilogramos hasta más de cien toneladas. El horno de zanja suministra energía a frecuencia industrial. Dado que el núcleo de hierro hecho de láminas de acero al silicio se utiliza como camino magnético, la eficiencia eléctrica y el factor de potencia son muy altos. El horno de trinchera se utiliza principalmente para fundir hierro fundido, cobre, zinc, latón, etc. También se puede utilizar como fusor mixto para almacenar y calentar la masa fundida. Un horno eléctrico que utiliza el efecto térmico del arco para fundir metales y otros materiales (Figura 3 Tipos de hornos de arco eléctrico). Se divide en tres tipos según el método de calentamiento: ①Horno de arco eléctrico de calentamiento indirecto. El arco se genera entre los dos electrodos sin entrar en contacto con el material
y depende de la radiación de calor para calentar el material. Este tipo de estufas son ruidosas y de bajo rendimiento, por lo que poco a poco se están eliminando. ② Calentamiento directo del horno de arco eléctrico. El arco se genera entre el electrodo y el material para calentar directamente el material; el horno de arco eléctrico trifásico para la fabricación de acero es el horno de arco de calentamiento directo más utilizado (ver fabricación de acero con horno de arco eléctrico). ③Horno eléctrico de arco sumergido, también conocido como horno eléctrico de reducción o horno eléctrico de arco sumergido. Un extremo del electrodo está incrustado en la capa de material, formando un arco en la capa de material y utilizando la propia resistencia de la capa de material para generar calor para calentar el material. A menudo se usa para fundir ferroaleaciones (ver horno eléctrico de ferroaleaciones). un horno eléctrico que utiliza arcos para calentar directamente metales de fundición en un cuerpo de horno al vacío. El gas en el horno es fino y el arco se genera principalmente por el vapor del metal fundido. Para estabilizar el arco, generalmente se suministra energía CC. Según las características de fundición, se divide en horno de refundición de metales y horno de fundición. Según si el electrodo se consume (funde) durante el proceso de fundición, se divide en hornos consumibles y hornos no consumibles. La mayoría de los utilizados en la industria son hornos consumibles. Los hornos de arco eléctrico al vacío se utilizan para fundir aceros especiales y metales reactivos y refractarios como el titanio, el molibdeno y el niobio (ver metalurgia al vacío).
El calentamiento eléctrico por arco puede considerarse como calentamiento eléctrico por resistencia al arco. La estabilidad del arco (resistencia del arco) es una condición necesaria para la producción normal del horno. Los hornos de arco eléctrico de CA generalmente utilizan frecuencia de potencia. Para estabilizar el arco, debe haber una reactancia inductiva adecuada en el circuito de alimentación del horno. Sin embargo, la presencia de una reactancia inductiva reducirá el factor de potencia y la eficiencia eléctrica. Reducir la frecuencia actual es la forma de desarrollar un horno de arco eléctrico de CA.
La resistencia del arco es bastante pequeña. Para obtener el calor necesario, el horno requiere una corriente de funcionamiento considerable. Por lo tanto, la resistencia de la red corta del horno debe ser lo más pequeña posible para evitar pérdidas excesivas en el circuito. Para un horno de arco eléctrico trifásico, la impedancia de las tres fases debe ser casi la misma para evitar una carga desequilibrada de las tres fases. Un horno eléctrico que utiliza plasma generado cuando el gas de trabajo se ioniza para calentar o fundir. El dispositivo que genera plasma suele denominarse pistola de plasma y hay dos tipos: pistola de plasma de arco y pistola de plasma de inducción de alta frecuencia. Vierta el gas de trabajo en la pistola de plasma. La pistola tiene un dispositivo que genera un arco o un campo eléctrico de alta frecuencia (5-20 MHz). El gas de trabajo se ioniza después de actuar sobre él, generando un plasma compuesto de electrones positivos. iones y una mezcla de átomos y moléculas de gas. Plasma
Después de que el plasma es expulsado de la boquilla de la pistola de plasma, se forma una llama de arco de plasma de alta velocidad y alta temperatura, y la temperatura es mucho más alta que la de un arco general. El gas de trabajo más utilizado es el argón, que es un gas monoatómico que se ioniza fácilmente y un gas inerte que puede proteger los materiales. La temperatura de trabajo puede alcanzar los 20.000 ℃; se utiliza para fundir acero especial, titanio y aleaciones de titanio, materiales superconductores, etc. Los tipos de hornos incluyen hornos cristalizadores de cobre enfriados por agua, hornos de cátodo hueco, hornos de plasma con calentamiento por inducción, hornos de plasma con revestimientos refractarios, etc. (ver metalurgia por plasma). Un horno eléctrico que bombardea materiales con electrones de alta velocidad para calentarlos y fundirlos (Figura 4 Esquema de un horno de haz de electrones). En la carcasa del horno de vacío, se utiliza un filamento eléctrico de bajo voltaje para calentar el cátodo, lo que hace que emita electrones. El haz de electrones es acelerado por el campo eléctrico de alto voltaje que acelera el ánodo y bombardea el material metálico ubicado en el ánodo. , convirtiendo la energía eléctrica en energía térmica. Debido a que el haz de electrones puede concentrarse altamente a través del dispositivo de enfoque electromagnético, puede generar temperaturas muy altas en las partes donde se bombardea el material. Los hornos de haz de electrones se utilizan para fundir aceros especiales, metales refractarios y reactivos.
Los hornos eléctricos utilizados en la industria se clasifican en dos categorías: hornos de funcionamiento periódico y hornos de funcionamiento continuo.
Los hornos de funcionamiento cíclico se dividen en: hornos de caja, hornos de caja sellada, hornos de cuba, hornos de campana, hornos de carro y hornos de tambor basculante.
Los hornos de funcionamiento continuo se dividen en: hornos de vagoneta, hornos de varilla empujadora, hornos de solera de rodillos, hornos de solera vibratoria, hornos de solera rotativa, hornos móviles, hornos de tracción y hornos de tambor continuo, etc. . Entre ellos, los hornos de cinta transportadora se pueden dividir en: hornos de cinta de malla, hornos de placa de cadena estampada, hornos de placa de cadena fundida, etc. 1) En comparación con los hornos de combustible, es más fácil obtener altas temperaturas.
2) El material se puede calentar desde el interior.
3) Fácil de usar en hornos de atmósfera controlada y hornos de vacío.
4) Los hornos eléctricos no tienen la pérdida de calor de escape de los hornos de combustible, por lo que tienen una alta eficiencia térmica.
5) Fácil control de temperatura, control remoto y ajuste fino.
6) Se puede calentar rápidamente.
7) Tiene buen rendimiento operativo y no contamina el medio ambiente. 1) Es necesario aumentar el costo de los equipos de distribución de energía.
2) El coste de la electricidad es elevado.
3) Cuando la temperatura de calentamiento de la resistencia supera los 1000°C, el material refractario puede conducir electricidad, por lo que se debe prestar atención a las cuestiones de aislamiento.