O processo de fusão por arco é um método de fusão de material carregado, normalmente minério metálico ou sucata metálica, utilizando um arco elétrico. Envolve a aplicação de corrente alternada a um elétrodo no interior de um forno de fusão. O calor gerado pelo arco elétrico provoca a fusão dos resíduos na base metálica.
Num forno de fusão por arco, o componente principal é um soldador elétrico, que actua como um grande transformador para converter a alta tensão em baixa tensão e alta corrente. O soldador elétrico desencadeia o arco criando um curto-circuito instantâneo entre os pólos positivo e negativo. O arco é um fenómeno de descarga auto-sustentado que mantém uma combustão estável relativamente longa sem necessidade de alta tensão.
O forno de fusão a arco funciona a temperaturas extremamente elevadas, com uma temperatura máxima de 3000℃. Ele utiliza o arco, que é um plasma térmico comum, para gerar o calor necessário para derreter o material. O forno assegura um processo de fusão consistente, controlando factores como a geometria da piscina e a taxa de fusão.
Durante o processo de fusão por arco, o elétrodo a ser fundido é carregado no forno. Para aços especiais e superligas, o elétrodo é previamente fundido em ar ou vácuo. Para os metais reactivos primários, como o titânio, o elétrodo é fabricado a partir de esponja compactada e/ou sucata, ou a partir de um processo de fusão em forno, como o plasma ou o feixe de electrões.
O recipiente de vácuo no qual ocorre a fusão é constituído por dois conjuntos mecânicos principais - a cabeça móvel do forno e a estação de fusão fixa. A cabeça móvel do forno é a secção superior do recipiente e contém um conjunto de aríete integral ligado a um servo-acionamento. Este conjunto suporta e controla o movimento do elétrodo. O êmbolo arrefecido a água estende-se através de um selo de vácuo na cabeça e o elétrodo prende-se à sua extremidade inferior, tornando-se o cátodo da operação de fusão por arco.
A estação de fusão fixa forma a metade inferior do recipiente de vácuo e consiste num cadinho de cobre amovível colocado numa camisa de água fixa de aço inoxidável. Assim que o elétrodo é fixado ao conjunto do êmbolo, o êmbolo levanta o elétrodo enquanto a cabeça do forno é baixada para criar um selo de vácuo no topo do cadinho.
Com o vácuo estabelecido, a fonte de alimentação de corrente contínua é activada e o sistema de controlo estabelece um arco de alta corrente entre o elétrodo consumível (cátodo -) e a base do cadinho (ânodo +). Isto forma rapidamente uma poça de metal fundido. A distância do arco entre o elétrodo de fusão e a poça de metal é mantida com precisão e é estabelecida uma taxa de fusão controlada. As gotículas de metal que caem através da abertura do arco são expostas ao ambiente de vácuo e às temperaturas extremas da zona do arco, levando à remoção dos gases dissolvidos, à vaporização dos elementos residuais e à melhoria da limpeza do óxido.
O cadinho arrefecido a água permite a solidificação direcional da poça de fusão, evitando a macro segregação e reduzindo a micro segregação. Isto melhora as propriedades do material do lingote solidificado. Perto do final do processo, a potência é gradualmente reduzida para proporcionar um topo quente controlado, maximizando o rendimento do produto útil.
Em geral, o processo de fusão por arco no forno de fusão por arco elétrico permite a fusão de material carregado através da aplicação de um arco elétrico, resultando num método controlado e eficiente de fusão de metais.
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