Cuptoarele de topire electrometalurgice sunt clasificate pe mai multe criterii. În funcție de destinație, acestea se împart în cuptoare de feroaliaj pentru topirea feroaliajelor, cuptoare de topire a oțelului și cuptoare de topire a zgurii.
În general, un cuptor electric de topire este o unitate în care căldura generată prin conversia energiei electrice în energie termică este transferată materialului care urmează să fie topit. În acest sens, una dintre principalele caracteristici ale clasificării cuptoarelor electrometalurgice este metoda de conversie a energiei electrice în energie termică. În funcție de această caracteristică, cuptoarele electrice de topire sunt împărțite în cuptoare cu arc, cuptoare cu rezistență, cuptoare combinate, cuptoare cu fascicul de electroni și cuptoare cu inducție.
Conținut
Cuptoare electrice cu arc
În aceste cuptoare, energia electrică a arcului electric este transformată în căldură și transferată materialului de încălzit prin radiație. În funcție de poziția arcului față de materialul care trebuie încălzit, se face distincția între cuptoarele cu arc închis și cuptoarele cu arc direct sau indirect (fig. 24). În cazul cuptoarelor cu arc indirect, arcul arde între electrozi la o anumită distanță de materialul care trebuie încălzit (fig. 24,a). Radiația termică ridicată a arcului deschis și rezistența scăzută asociată a căptușelii limitează capacitatea cuptoarelor cu încălzire indirectă. Astfel de cuptoare sunt uneori utilizate pentru topirea metalelor neferoase și a fontei în turnătorii.
În cuptoarele cu arc cu încălzire directă, care sunt cele mai frecvente în siderurgie, arcul arde între electrozii dispuși vertical și materialul care se încălzește (fig. 24,b și c).
Curentul arcului trece prin material. În funcție de direcția preferențială de curgere a curentului, se face o distincție între cuptoarele cu funduri neconductoare (fig. 24, b) și cele conductoare (fig. 24, c). În cazul cuptoarelor cu funduri neconductoare, curentul trece prin metal în direcție orizontală, în timp ce în cazul cuptoarelor cu funduri conductoare curentul trece atât orizontal, cât și vertical, de la electrozii de sus la electrozii de jos.
Cea mai rațională este schema de încălzire în cuptoare cu arc închis (Fig. 24,d), în care arcul electric arde sub stratul de sarcină, ceea ce asigură o bună protecție a căptușelii cuptorului față de efectul termic al arcului și pierderi reduse de căldură. Cuptoarele cu arc închis sunt utilizate pe scară largă pentru procesele termice ale minereurilor, de exemplu pentru producția de feroaliaje, unde sunt necesare temperaturi ridicate pentru a asigura procesele de reducere.
În funcție de natura formării arcului și de temperatura arcului, cuptoarele cu arc se împart în cuptoare cu arc, descrise mai sus, și cuptoare cu plasmă. În cuptoarele cu plasmă, încălzirea și topirea materialului se realizează prin plasmă la temperatură joasă (5000 — 20000°C), creată prin stabilizarea arcului electric cu gaz sau ca urmare a descărcării prin inducție de înaltă frecvență. Aceste cuptoare sunt concepute pentru topirea aliajelor speciale, a oțelurilor și a metalelor pure.
Cuptoare de rezistență
Cuptoarele cu rezistență se caracterizează prin generarea de căldură în elemente de încălzire speciale sau în materiale sursă ca urmare a curentului electric care trece prin acestea. În cazul cuptoarelor cu rezistență indirectă, elementele de încălzire sunt realizate sub formă de electrozi de cărbune, grafit și carborundum, sub formă de umplutură (granule de cărbune), precum și sub formă de tuburi de încălzire. Cuptoarele cu încălzire indirectă proiectate de S.S. Shteinberg și I.P. Gramolin (Fig.25, a) sunt utilizate în principal în metalurgia neferoasă. Dezavantajul acestor cuptoare este defectarea frecventă a contactelor și dificultatea înlocuirii electrozilor în timpul topirii.
Cuptorul Tamman (Fig. 25, b) este utilizat pe scară largă în laboratoare datorită construcției sale simple și a posibilității de control fără probleme al temperaturii într-un interval mare de temperatură (până la 2000° C).
Cuptoarele cu rezistență includ, de asemenea, instalațiile de retopire cu electroslag, în care căldura este eliberată prin trecerea curentului prin zgură, în urma căreia electrodul consumabil coborât în zgură se topește.
Cuptoare combinate
Cuptoarele combinate combină încălzirea direct de la arc ca urmare a trecerii curentului prin materialul care trebuie încălzit. Acest tip de cuptor include cuptoarele cu arc închis sau cuptoarele termice (a se vedea fig. 24,d). Proporția de căldură degajată în arc, material topit și topituri depinde de natura procesului, de valoarea tensiunii, de proprietățile materialelor de încărcare etc.
Cuptoare cu fascicul de electroni
Cuptoarele cu fascicul de electroni sunt caracterizate prin încălzirea unui material prin bombardarea acestuia cu electroni. Electronii transferă o parte din energia lor materialului încălzit. Sursa de electroni este un catod plasat într-un tun de electroni special. Cuptoarele cu fascicul de electroni sunt utilizate pentru a produce metale de înaltă puritate și piese turnate de înaltă calitate.
Cuptoare cu inducție
Aceste cuptoare folosesc curenți creați prin inducție electromagnetică pentru a încălzi metalul. Cuptoarele cu inducție sunt în esență cuptoare cu rezistență, dar diferă prin modul în care energia este transferată metalului încălzit. Spre deosebire de cuptoarele cu rezistență, în cuptoarele cu inducție energia electrică este transformată mai întâi în energie electromagnetică, apoi înapoi în energie electrică și în final în energie termică.
Cuptoarele cu arc și cu inducție pot fi cuptoare deschise și cuptoare cu vid. În cazul cuptoarelor cu vid, aerul și gazele sunt pompate în afara spațiului de topire. Cuptoarele cu plasmă pot funcționa ca cuptoare cu vid sau cu gaze inerte.
Cuptoare de retopire
Unele tipuri de cuptoare cu plasmă, cu fascicul de electroni, cu electroslag și cu arc în vid funcționează cu electrozi consumabili special topiți în alte unități. Prin urmare, aceste tipuri de cuptoare sunt adesea identificate ca un grup special de cuptoare de topire. Unele tipuri de cuptoare de topire, datorită concepției lor relativ simple, sunt denumite instalații, cum ar fi instalațiile de topire a zgurii electrice.
Cuptoarele electrice sunt, de asemenea, clasificate în funcție de o serie de alte caracteristici: construcție, tip de căptușeală etc.
