Forno di fusione a media frequenza per fonderia

Parole chiave: Forno a media frequenza, Forno a induzione per fusione, Fusione per colata, Apparecchiature per la fusione dei metalli

I. Cos'è un forno a media frequenza?

Un forno a media frequenza è un'apparecchiatura che utilizza il principio dell'induzione elettromagnetica per la fusione dei metalli. Converte la corrente alternata trifase (50Hz) in corrente alternata monofase a media frequenza (tipicamente 150-10.000Hz) tramite un alimentatore a media frequenza, che viene poi erogata alla bobina di induzione (corpo del forno). Questo induce potenti correnti parassite all'interno della carica metallica, utilizzando la resistenza elettrica del metallo stesso per ottenere il riscaldamento e la fusione.

Principio di funzionamento di base:

1. Conversione di potenza: Il sistema di alimentazione a media frequenza raddrizza e inverte la corrente di rete nella corrente alternata a media frequenza richiesta.

2. Generazione di un campo magnetico alternato: La corrente a media frequenza passa attraverso una bobina di induzione in tubo di rame raffreddata ad acqua, generando un campo magnetico forte e in rapida evoluzione.

3. Riscaldamento tramite correnti parassite: Questo campo magnetico penetra nella carica metallica (deve essere un conduttore) all'interno del crogiolo del forno, inducendo al suo interno enormi correnti parassite.

4. Fusione del metallo: A causa della resistenza elettrica del materiale metallico, le correnti parassite generano un intenso calore Joule, facendo sì che il materiale metallico stesso si riscaldi rapidamente fino a quando non si scioglie.

5. Agitazione elettromagnetica: Il campo magnetico alternato esercita anche una potente forza elettromagnetica sul metallo fuso, facendolo agitare naturalmente all'interno del forno, con conseguente composizione e temperatura più uniformi.

II. Vantaggi principali dei forni a media frequenza

Rispetto ai tradizionali forni a cupola o ai forni a frequenza di rete, i forni a media frequenza offrono vantaggi schiaccianti:

Riepilogo dei vantaggi principali:

1. Alta efficienza e risparmio energetico: Elevata efficienza termica, elevata velocità di fusione, basso consumo energetico specifico.

2. Eccellente qualità di fusione: Bassa bruciatura degli elementi (particolarmente vantaggiosa per il controllo di C, Si), composizione uniforme, basso contenuto di gas e inclusioni.

3. Flessibilità operativa: Il corpo del forno può essere inclinato per la spillatura e la rimozione delle scorie; può essere avviato o arrestato in qualsiasi momento, altamente adatto per programmi di produzione multi-varietà e piccoli lotti.

4. Rispettoso dell'ambiente: Quasi nessuna emissione di fumo, polvere o gas nocivi, migliora significativamente l'ambiente di lavoro, conforme alle normative ambientali.

5. Alto grado di automazione: Può essere integrato con sistemi di carico, misurazione della temperatura e colata per ottenere una produzione completamente o semi-automatizzata.

III. Componenti principali

Un sistema completo di forno a media frequenza comprende in genere:

1. Armadio di alimentazione a media frequenza: Il nucleo, esegue il processo di conversione AC-DC-AC, fornisce energia al corpo del forno.

2. Banco di condensatori di compensazione: Fornisce la compensazione della potenza reattiva, migliora il fattore di potenza e l'efficienza del sistema.

3. Corpo del forno (bobina di induzione e rivestimento):

   • Bobina di induzione: Avvolta da tubi di rame cavi rettangolari, raffreddati ad acqua.

   • Rivestimento del forno: Situato all'interno della bobina, compattato con materiale refrattario, funge da contenitore di fusione. La sua qualità e durata sono fondamentali.

4. Sistema di raffreddamento ad acqua: Fornisce il raffreddamento per l'alimentazione, la bobina, i condensatori, ecc.; l'ancora di salvezza per il funzionamento sicuro delle apparecchiature.

5. Sistema di inclinazione del forno: Meccanismo idraulico o elettrico per inclinare il corpo del forno per spillare il metallo fuso.

6. Sistema di carico automatico (opzionale): Consente l'aggiunta automatica della carica del forno.

IV. Principali aree di applicazione

I forni a media frequenza sono ampiamente utilizzati nell'industria della fonderia per la fusione di:

• Ghisa: Ghisa grigia, ghisa duttile, ghisa legata, ecc.

• Acciaio fuso: Acciaio al carbonio, acciaio legato, acciaio inossidabile, ecc.

• Metalli non ferrosi: Rame, alluminio, zinco, piombo e loro leghe, ecc.

Coprono quasi tutte le aree di colata che richiedono metallo fuso, come componenti automobilistici, macchinari di ingegneria, pompe e valvole, raccordi per tubi, utensili hardware, ecc.

V. Principali considerazioni tecniche e problemi comuni

1. Materiale e compattazione del rivestimento del forno:

   • Selezione del materiale: Scelto in base al metallo da fondere. Ad esempio, a base di magnesio o a base di silice materiali vibrabili a secco per ferro/acciaio; crogioli di grafite o rivestimenti a base di silice per rame; refrattari all'allumina-silicato per alluminio.

   • Durata e sicurezza: Il rivestimento del forno è un consumabile e richiede manutenzione e sostituzione regolari. Le crepe o l'eccessivo assottigliamento del rivestimento possono portare a un incidente di rottura (il metallo fuso penetra nel rivestimento, danneggiando la bobina), il che è molto pericoloso.

2. Carica di avviamento ("Avvio a freddo"):

   • Un forno a media frequenza non può avviarsi vuoto; è necessario caricare una certa quantità di carica metallica (preferibilmente pezzi voluminosi) per formare un circuito chiuso per le correnti parassite. Spesso, viene utilizzato un "blocco di avviamento" lasciato dalla fusione precedente.

3. Selezione di potenza e frequenza:

   • Potenza: Determina la velocità di fusione. Selezionato in base al ciclo di produzione e alla capacità del forno.

   • Frequenza: Influisce sull'efficienza di riscaldamento e sulla profondità di penetrazione. Il principio di base è: per la fusione di capacità minori di alta resistività metalli (ad esempio acciaio, alluminio), una frequenza più alta è preferibile; per la fusione di capacità maggiori di bassa resistività metalli (ad esempio rame, ferro), una frequenza più bassa è preferibile.

VI. Domande frequenti (FAQ)

Q1: Cos'è una "rottura" in un forno a media frequenza? Come prevenirla? A1: Una "rottura" è un grave incidente di sicurezza in cui il metallo fuso fuoriesce a causa di un rivestimento del forno compromesso, distruggendo la bobina di induzione. Misure preventive:

• Utilizzare materiali refrattari di alta qualità e garantire la compattazione e la sinterizzazione professionale e standardizzata del rivestimento.

• Ispezionare attentamente il rivestimento per usura e misurarne lo spessore prima di ogni fusione.

• Evitare che la carica impatti il rivestimento; consentire alle scorie di accumularsi sulle pareti del forno per la protezione.

• Stabilire procedure rigorose per l'uso e la sostituzione del rivestimento.

Q2: Il forno a media frequenza ha un grande impatto sulla rete elettrica? A2: L'impatto può essere significativo. A causa della sua elevata potenza, l'avvio e il funzionamento possono generare armoniche e impatto di potenza reattiva, che possono influire sulla qualità della rete. Gli alimentatori a media frequenza moderni utilizzano spesso tecnologie come raddrizzamento a 12 impulsi e aggiungono filtri armonici / dispositivi di compensazione della potenza reattiva (SVC/SVG) per mitigare efficacemente questo problema.

Q3: Le radiazioni elettromagnetiche dei forni a media frequenza sono dannose per l'uomo? A3: Quando l'apparecchiatura è conforme, correttamente installata e vengono mantenute distanze di sicurezza operative, l'intensità del campo magnetico è in genere inferiore ai limiti di esposizione pubblica stabiliti dalle linee guida internazionali (ad esempio ICNIRP), rendendola sicura per l'uomo. Tuttavia, si consiglia agli operatori di evitare di stare immediatamente accanto al corpo del forno e all'alimentatore per periodi prolungati.

Conclusione

Il forno a media frequenza per la colata, con le sue caratteristiche di alta efficienza, qualità superiore, flessibilità ed ecocompatibilità, è diventato un "cuore" indispensabile dell'industria moderna della fonderia. Ha promosso notevolmente il progresso tecnologico e l'aggiornamento industriale del settore della colata. Per qualsiasi azienda che intenda costruire nuove o aggiornare le strutture di fonderia esistenti, la selezione e l'utilizzo efficace dei forni a media frequenza è un passo fondamentale per migliorare la competitività di base.