La fusione ad arco con elettrodi consumabili, chiamata in particolare rifusione ad arco sotto vuoto (VAR), è un processo che prevede l'uso di un'alimentazione a corrente continua (DC) per generare un arco in un ambiente sotto vuoto.
L'arco viene creato tra un elettrodo consumabile e un crogiolo di rame raffreddato ad acqua, che funge da anodo.
L'intenso calore dell'arco fonde l'elettrodo, formando una piscina fusa nel crogiolo.
Il metallo fuso viene poi rapidamente solidificato e cristallizzato per formare un lingotto.
5 fasi chiave spiegate
1. Impostazione e preparazione dell'elettrodo
Prima dell'inizio del processo, l'elettrodo da fondere viene caricato nel forno.
Il materiale dell'elettrodo varia a seconda del tipo di metallo da lavorare.
Per gli acciai speciali e le superleghe, l'elettrodo è tipicamente fuso in aria o sotto vuoto.
Per i metalli reattivi come il titanio, l'elettrodo è realizzato con spugna compattata e/o rottami, oppure attraverso un processo di fusione al cuore come il plasma o il fascio di elettroni.
2. Tipi di elettrodi
Gli elettrodi utilizzati nel forno fusorio ad arco sono principalmente di tre tipi: elettrodi di carbonio, elettrodi di grafite ed elettrodi autocotti.
La scelta del materiale (carbonio o grafite) si basa sulla conducibilità elettrica, l'insolubilità, l'infusibilità, l'inerzia chimica, la resistenza meccanica e la resistenza agli shock termici.
Il diametro di questi elettrodi può variare da 18 a 27 cm e la temperatura dell'arco può raggiungere i 3.000 °C e i 3.500 °C.
3. Configurazione del forno
Il forno è costituito da due gruppi meccanici principali: la testa mobile del forno e la stazione di fusione fissa.
La testa mobile del forno sostiene l'elettrodo attraverso un gruppo di pistoni, controllato da un servoazionamento.
L'elettrodo, che funge da catodo, è fissato all'estremità inferiore del pistone raffreddato ad acqua.
La stazione di fusione fissa comprende un crogiolo di rame rimovibile posto all'interno di una camicia d'acqua fissa in acciaio inossidabile.
4. Processo di fusione
Una volta fissato l'elettrodo e sigillata la testa del forno, viene creato il vuoto all'interno del recipiente.
L'alimentazione in corrente continua viene quindi attivata e il sistema di controllo innesca un arco ad alta corrente tra l'elettrodo consumabile (catodo) e la base del crogiolo (anodo).
Questo arco fonde rapidamente l'elettrodo, formando una piscina fusa.
La continua fusione dell'elettrodo alimenta la piscina, garantendo una fornitura costante di metallo fuso.
5. Solidificazione e cristallizzazione
Il metallo fuso nel crogiolo viene rapidamente raffreddato e solidificato grazie al crogiolo di rame raffreddato ad acqua.
Questa rapida solidificazione aiuta a ottenere una struttura cristallina uniforme e riduce al minimo la possibilità di impurità o difetti nel lingotto finale.
Questo processo è fondamentale per la produzione di metalli e leghe di alta qualità e purezza, in particolare per le applicazioni che richiedono un'elevata forza e resistenza alla corrosione o a temperature estreme.
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