Four à résistance
Un four à résistance est un four électrique qui utilise la chaleur Joule générée par le courant traversant un conducteur comme source de chaleur. Selon la méthode de chauffage électrique, les fours à résistance sont divisés en deux types : le chauffage direct et le chauffage indirect. Dans un four à résistance à chauffage direct, le courant traverse directement le matériau. Comme la puissance de chauffage électrique est concentrée sur le matériau lui-même, celui-ci est chauffé rapidement, ce qui le rend adapté aux processus nécessitant un chauffage rapide, tels que le chauffage de billettes forgées. Ce type de four à résistance peut chauffer des matériaux à des températures très élevées, comme le four électrique de graphitisation de matériaux carbonés, qui peut chauffer des matériaux à plus de 2 500 degrés. Le four à résistance à chauffage direct peut être utilisé comme four de chauffage à résistance sous vide ou comme four de chauffage à résistance à gaz protecteur. Dans la métallurgie des poudres, il est couramment utilisé pour fritter le tungstène, le tantale, le niobium et d’autres produits. Lors de l'utilisation de ce type de four pour le chauffage, il convient de prêter attention à :
① Pour assurer un chauffage uniforme du matériau, il est nécessaire que la section conductrice et la conductivité de chaque partie du matériau soient cohérentes ;
Four à résistance industriel
Four à résistance industriel
② En raison de la résistance relativement faible du matériau lui-même, afin d'obtenir la puissance de chauffage électrique requise, le courant de fonctionnement est assez élevé. Par conséquent, le contact entre l’électrode émettrice et le matériau est bon pour éviter la formation d’arcs et la brûlure du matériau. De plus, la résistance du jeu de barres de transmission doit être faible pour réduire les pertes dans le circuit ;
La plupart des fours à résistance sont des fours à résistance à chauffage indirect, qui sont équipés de corps de résistance spécialement conçus pour réaliser une transformation thermique électrique, appelés corps de chauffage électriques, qui transfèrent l'énergie thermique aux matériaux contenus dans le four (Figure 1 : Fours à résistance à chauffage indirect).
Refusion sous laitier électrolytique
Ce type de coque de four électrique est constitué de tôles d'acier et le four est recouvert de matériaux réfractaires tels que des fibres céramiques, avec des matériaux placés à l'intérieur.
Les éléments chauffants les plus couramment utilisés sont les éléments chauffants en fer-chrome-aluminium, les éléments chauffants en nickel-chrome, les tiges de carbure de silicium et les tiges de disiliciure de molybdène, ainsi que les tiges de carbone-silicium et les éléments chauffants composites en céramique de diborure de zirconium. Selon les besoins, l'atmosphère à l'intérieur du four peut être une atmosphère ordinaire, une atmosphère protectrice ou un vide. La tension générale d'alimentation est de 220 volts ou 380 volts, et si nécessaire, il faudra configurer un transformateur intermédiaire à tension réglable. Petit fourneau (<10 kW) single-phase power supply, large furnace three-phase power supply. For materials with a single variety and large batch size, continuous furnace heating is recommended. Resistance furnaces with furnace temperatures below 700 □ are mostly equipped with blowers to enhance heat transfer inside the furnace and ensure uniform heating. A resistance furnace used for melting fusible metals (lead, lead bismuth alloys, aluminum, magnesium and their alloys, etc.), which can be made into a crucible furnace; Alternatively, it can be made into a reflective furnace with a molten pool, and an electric heating element can be installed on the top of the furnace. An electric slag furnace is a resistance furnace that converts slag into electric heating.
Introduction au four à induction
Un four électrique qui utilise l’effet de chauffage par induction des matériaux pour les chauffer ou les faire fondre. Le composant de base d’un four à induction est une bobine d’induction enroulée avec des tubes de cuivre. Une tension alternative est appliquée aux deux extrémités de la bobine d'induction pour générer un champ électromagnétique alternatif. Des matériaux conducteurs sont placés dans la bobine d'induction et, en raison de l'induction électromagnétique, des courants de Foucault sont générés dans les matériaux. Sous l'action d'une résistance, l'énergie électrique est transformée en énergie thermique pour chauffer les matériaux ; Ainsi, on peut également considérer qu'un four à induction est un four à résistance à chauffage direct.
La caractéristique d'un four à induction est que la puissance de chauffage électrique (distribution du courant) transformée dans le matériau chauffé est très inégale, avec la plus grande surface et le plus petit centre, connu sous le nom d'effet de peau. Afin d'améliorer l'efficacité du chauffage électrique du chauffage par induction, la fréquence d'alimentation doit être appropriée. Les petits fours de fusion ou le chauffage de surface des matériaux doivent utiliser de l'électricité à haute fréquence, tandis que les grands fours de fusion ou le chauffage à pénétration profonde des matériaux doivent utiliser de l'électricité à moyenne fréquence ou à fréquence industrielle. Les bobines d'induction sont des charges dotées d'une inductance considérable et leur facteur de puissance est généralement très faible. Afin d'améliorer le facteur de puissance, les bobines d'induction sont généralement connectées en parallèle avec des condensateurs intermédiaires ou haute fréquence, appelés condensateurs résonants. L'écart entre la bobine d'induction et le matériau doit être petit. La bobine d'induction doit être constituée d'un tube de cuivre carré, avec refroidissement par eau à l'intérieur du tube. L'espace entre les spires de la bobine d'induction doit être aussi petit que possible et l'isolation doit être bonne. Le dispositif de chauffage par induction est principalement utilisé pour chauffer et couler l'acier, le cuivre, l'aluminium, le zinc, etc. Il présente un chauffage rapide, une faible perte de combustion, une mécanisation et une automatisation élevées et convient à une configuration sur des lignes de fonctionnement automatiques.
Four à induction à noyau
Les fours de fusion par induction utilisés dans l'industrie comprennent les fours à creuset (fours à induction sans noyau) et les fours à rainures (fours à induction à noyau), comme le montre la figure 2 pour le diagramme schématique du corps du four à induction. Le creuset est en matériau réfractaire ou en acier, d'une capacité allant de quelques kilogrammes à des dizaines de tonnes. La caractéristique de fusion est que le métal fondu dans le creuset est soumis à une force électrique, forçant le niveau de liquide du bain fondu à dépasser, et le métal fondu s'écoule du centre du niveau de liquide vers les zones environnantes, provoquant un écoulement cyclique. Ce phénomène est appelé effet électrique, qui peut uniformiser la composition de la matière fondue. L'inconvénient est que le laitier tend vers la périphérie et présente un faible recouvrement. Comparé au four à rainures, le four à creuset a un fonctionnement flexible, une température de fusion élevée, mais un faible facteur de puissance et une consommation d'énergie élevée. Le capteur du four à rainures de fusion se compose d'un noyau de fer, d'un anneau d'induction et d'un revêtement de four à rainures de fusion. La rainure de fusion est constituée d'une ou deux rainures annulaires en forme de bande, qui sont remplies de matériau fondu relié au bain de fusion. En principe, le four à tranchée peut être considéré comme un transformateur à noyau de fer avec un seul tour de bobine au secondaire et un court-circuit. Le courant inductif circule dans la rainure fondue, réalisant une transformation de chauffage électrique.
En production, une fois chaque four de fusion de métal terminé, le bassin de fusion ne peut pas être vidé, sinon il est facile de sécher. Il est nécessaire de conserver une partie de la masse fondue comme masse fondue de départ pour le four suivant. La température de la rainure de fusion est supérieure à celle du bain de fusion et supporte également l'érosion du flux de fusion, de sorte que le revêtement du four de la rainure de fusion est sujet aux dommages. Pour faciliter la maintenance, les capteurs de four modernes sont transformés en ensembles facilement remplaçables. La capacité du four de fusion varie de quelques centaines de kilogrammes à plus d'une centaine de tonnes. Le four de fusion fournit de l'énergie à la fréquence industrielle et, grâce à l'utilisation de noyaux de fer constitués de tôles d'acier au silicium comme chemins magnétiques, le rendement électrique et le facteur de puissance sont tous deux élevés. Le four de fusion est principalement utilisé pour la fusion de la fonte, du cuivre, du zinc, du laiton, etc. Il peut également être utilisé comme four de mélange pour stocker et chauffer des matériaux en fusion.
four à arc
Un four électrique qui utilise l'effet thermique de l'arc pour faire fondre des métaux et d'autres matériaux (Figure 3, type de four à arc). Il existe trois types de méthodes de chauffage : Four à arc électrique à chauffage indirect.
four à arc
Un arc est généré entre deux électrodes, sans toucher le matériau, et le matériau est chauffé par rayonnement thermique. Ce type de four a un bruit élevé, un faible rendement et est progressivement supprimé en chauffant directement le four à arc électrique.
Un arc est généré entre l'électrode et le matériau, chauffant directement le matériau ;
Le four à arc électrique triphasé pour la fabrication de l'acier est le four à arc électrique à chauffage direct le plus couramment utilisé. Four à arc submergé, également connu sous le nom de four de réduction ou four à arc submergé. Une extrémité de l'électrode est enfouie dans la couche de matériau, formant un arc à l'intérieur de la couche de matériau et chauffant le matériau en utilisant la résistance de la couche de matériau elle-même ; Couramment utilisé pour la fusion de ferroalliages.
Four à arc sous vide
Il s'agit d'un four électrique qui utilise un arc électrique pour chauffer et faire fondre directement les métaux dans un corps de four sous vide. Le gaz à l’intérieur du four est mince et repose principalement sur la vapeur du métal en fusion pour générer un arc. Pour stabiliser l'arc, du courant continu est généralement fourni. Selon les caractéristiques de fusion, il est divisé en fours de refusion des métaux et fours de coulée. Selon que les électrodes sont consommées (fondues) pendant le processus de fusion, elles sont divisées en fours autoconsommation et fours non autoconsommation. La plupart des applications industrielles sont des fours à autoconsommation. Le four à arc sous vide est utilisé pour fondre des aciers spéciaux, des métaux actifs et réfractaires tels que le titane, le molybdène et le niobium.
Le chauffage à l’arc peut être considéré comme un chauffage par résistance à l’arc. Une résistance stable à l’arc est une condition nécessaire à la production normale du four. Les fours à arc AC utilisent généralement de l’électricité à fréquence industrielle. Afin de stabiliser l'arc, il doit y avoir une inductance appropriée dans le circuit d'alimentation du four. Cependant, la présence d’inductance peut réduire le facteur de puissance et le rendement électrique. La réduction de la fréquence du courant est un moyen de développer des fours à arc AC. La valeur de la résistance à l'arc est assez faible et pour obtenir la chaleur nécessaire, le four nécessite un courant de fonctionnement considérable. Par conséquent, la résistance du réseau court du four doit être aussi faible que possible pour éviter des pertes excessives dans le circuit. Pour les fours à arc triphasés, il est nécessaire de s'assurer que l'impédance des trois phases est proche de la même pour éviter des charges triphasées déséquilibrées.
Four à plasma
Un four électrique qui utilise le plasma généré lorsque le gaz de travail est ionisé pour chauffer ou fondre. Le dispositif qui génère le plasma est généralement appelé pistolet à plasma, et il en existe deux types : les pistolets à plasma à arc et les pistolets à plasma à induction haute fréquence. Le gaz de travail est introduit dans un pistolet à plasma équipé d'un dispositif générant un arc ou un champ électrique à haute fréquence (5-20 MHz). Le gaz de travail est ionisé par l'action, générant un plasma composé d'électrons, d'ions positifs et d'un mélange d'atomes et de molécules de gaz. Équidistant
Four à faisceau d'électrons
Une fois que le corps fille est éjecté de la buse du pistolet à plasma, il forme une flamme d'arc plasma à haute vitesse et haute température, qui a une température beaucoup plus élevée qu'un arc typique. Le gaz de travail le plus couramment utilisé est l’argon, qui est un gaz à un seul atome facile à ioniser et un gaz inerte capable de protéger les matériaux. La température de travail peut atteindre jusqu'à 20 000 □ ; Utilisé pour fondre des aciers spéciaux, du titane et des alliages de titane, des matériaux supraconducteurs, etc. Les types de fours comprennent un four de cristallisation en cuivre refroidi à l'eau, un four à cathode creuse, un four à plasma avec chauffage par induction et un four à plasma avec revêtement réfractaire.