Horno de arco al vacío : un dispositivo para obtener altas temperaturas para fundir metales en el vacío con la energía de un arco eléctrico.
Con la aparición de industrias de precisión como la espacial, la cohetería, la energía nuclear, etc., los hornos de vacío se han generalizado. Los hornos se utilizan para fundir aceros de alta calidad y alta aleación: aleaciones inoxidables, estructurales, para cojinetes de bolas , refractarios y resistentes al calor .
Los hornos de arco al vacío permiten obtener ventajas tales como un bajo contenido de gases e inclusiones no metálicas en la aleación, alta uniformidad y densidad del lingote debido a la cristalización direccional del metal líquido y mejoran significativamente las propiedades del metal. .
En los hornos de vacío, debido a su diseño (utilización de un cuerpo refrigerado por agua y acero inoxidable), es posible alcanzar condiciones especiales: las más altas temperaturas hasta 2000 °C y altas presiones. El vacío de los hornos permite una amplia gama de tratamientos térmicos: secado, sinterizado, fusión, etc. El régimen de temperatura se puede controlar tanto manualmente como con la ayuda de un regulador.
A fines del siglo XIX, la metalurgia comenzó a utilizar cada vez más la energía de una corriente eléctrica para obtener aleaciones de la más alta calidad. El descubrimiento del arco eléctrico y la posibilidad de fundir metales está asociado con el nombre del físico ruso V. V. Petrov, en 1802 creó la batería galvánica más grande a partir de celdas de cobre y zinc. La patente del primer horno electrotérmico fue obtenida en 1853 por el ingeniero francés Pichon.
En 1898, el francés P. Erou recibió una patente para un horno eléctrico con electrodos ubicados sobre el baño.
En 1909, comenzó en Rusia la producción industrial de acero en hornos eléctricos; en el primer año, se fundieron 190 toneladas de acero de alta calidad en un horno de arco diseñado por Eru, ubicado en la planta de Obukhov en San Petersburgo. En 1911 ya se habían fundido 1.120 toneladas y para 1913 ya funcionaban 4 hornos en fábricas de Rusia, produciendo 3.500 toneladas de acero al año.
En 1915, la planta de Motovilikha en Perm inauguró el primer horno de resistencia monofásico de fundición de acero con baño de calentamiento de barras de carbón ubicadas encima, creado por los ingenieros rusos S. S. Steinberg y A. F. Gramolin. En el futuro, hornos similares llevaron a cabo con éxito pedidos militares durante la Primera Guerra Mundial.
La liberación de energía térmica en los hornos de arco se produce debido a un arco eléctrico, que es una de las formas de descarga de arco en los gases. Con un volumen de arco tan pequeño, se pueden obtener temperaturas muy altas debido a la concentración de energía en el volumen. La alta concentración de calor y potencia en el arco permite calentar el metal en cortos periodos de tiempo. Existen 2 tipos de hornos, de acción directa e indirecta. En los hornos de acción directa el arco arde entre el metal y el electrodo, en los hornos de acción indirecta el metal se calienta por radiación, el arco arde entre los electrodos. Las condiciones de transferencia de calor son mucho mejores en los hornos de acción directa, en cuyo caso el punto caliente está lo más cerca posible del metal. Parte del calor de la zona de alta temperatura es absorbido por el metal, el techo del horno tiene un efecto de protección, lo que permite concentrar más energía en el arco y calentar con éxito a altas temperaturas. Los hornos de arco de acción directa no se utilizan mucho para fundir metales caros con una temperatura de evaporación baja, ya que la evaporación se produce cerca de la superficie del metal. Pero las mayores temperaturas de evaporación y el menor costo de los metales ferrosos hacen que la desventaja de un horno de acción directa sea insignificante, dadas las ventajas de este tipo, como la posibilidad de procesamiento a alta temperatura y una mayor productividad.
Los hornos de arco se utilizan ampliamente en la metalurgia ferrosa y en la industria de las ferroaleaciones. Hay dos tipos de hornos de arco al vacío, electrodo consumible y no consumible. En el primer tipo, el arco arde entre el electrodo consumible y el baño de metal, en el segundo, entre el electrodo de grafito y el metal fundido.
Ventajas: posibilidad de calentamiento no oxidante de metales; en muchos casos, el uso de ambiente de horno de baja presión en lugar de gases protectores e inertes es más económico; asegurando una alta pureza del metal debido al vacío; aumento de la temperatura de funcionamiento en el horno debido a la protección de los calentadores contra la oxidación: sin contacto del metal líquido con materiales cerámicos.
Inconvenientes: tiempo de residencia limitado del metal en estado líquido, lo que reduce significativamente las capacidades de refinado del vacío.
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