Calentamiento de materiales en hornos eléctricos mediante hornos de arco sumergido

El calor de resistencia se genera en la capa de material a granel, y el gas del horno caliente ascendente conduce la transferencia de calor por convección hacia él, mientras que el arco también irradia transferencia de calor hacia él. Por lo tanto, el material a granel se calienta y se calienta, pero no se permite la fusión. De lo contrario, el material a granel superior se descascarará, lo que dificultará la disminución del material del horno y provocará fallas de "expansión". El material a granel precalentado cae cerca de la superficie de la escoria y es calentado por la radiación del arco, así como fundido por el calentamiento del arco a través de la transferencia de calor por convección (impacto del arco). La mayor parte del calor del arco en un horno tubular se transmite directamente a la masa fundida debajo de él a través de la radiación y la convección, lo que hace que se sobrecaliente. La masa fundida sobrecalentada fluye radialmente hacia el electrodo y calienta el material del horno que cae sobre la superficie de la escoria por convección.
El calentamiento del material y la conversión del calentamiento eléctrico en el horno de arco sumergido en el horno eléctrico se llevan a cabo simultáneamente en la capa de material, que pertenece al calentamiento de la fuente de calor interna, con baja resistencia térmica y alta eficiencia térmica. En términos generales, la eficiencia de la calefacción eléctrica está en el rango de 0,6-0.8. La fusión del material es el efecto de la conversión de calefacción eléctrica y el proceso de transferencia de calor. Aunque el material puede absorber completamente la cantidad de calentamiento eléctrico, es necesario transferir calor a través del proceso de transferencia de calor para lograr el proceso de fusión del material requerido por el proceso.
De acuerdo con la relación entre el calor del arco y el calentamiento eléctrico total, el proceso de fusión del material se puede dividir en los siguientes dos tipos:
El proceso de fusión de materiales que utiliza principalmente calor de arco es un tipo de horno con menos escoria, como el horno de ferrosilicio. La estructura de la capa de material consta de una capa de material suelto en la parte superior, una capa de fusión en la parte inferior, una capa de escoria en la parte superior y una capa de hierro y silicio en la parte inferior. El electrodo del horno de caja está enterrado en la capa a granel y se genera un arco entre su extremo y la superficie de la escoria, formando una cavidad de arco sumergido.
El horno de escoria múltiple, que utiliza principalmente calor de resistencia para la fusión del material, pertenece a este tipo de horno. En el horno de fundición de mata, el material del horno (concentrado de cobre y fundente) se agrega a través del orificio de carga superior y flota en la superficie de la escoria; El electrodo está enterrado en la capa de escoria, y el calor generado por la conversión de calentamiento eléctrico del horno eléctrico tipo caja depende principalmente de la transferencia de calor por convección para calentar y derretir el material del horno. Después de la reacción de fusión, se produce mata, que tiene una gravedad específica mayor que la escoria. Los precipitados de mata se acumulan en el fondo del horno y el horno continúa produciendo. La escoria se descarga regularmente desde la boca de la escoria y la mata se descarga desde la boca de la mata.
El electrodo se sumerge en la capa de escoria en un horno de escoria múltiple y su estructura de arco es diferente a la de un horno de escoria baja. Debido a la limitación de la capa de escoria con buena fluidez, el tamaño de la cavidad del arco es pequeño e inestable, donde el gas se escapa en forma de burbujas, lo que hace que el arco se disperse en varios microarcos inestables.
La principal fuente de calor en un horno sin escoria es el calor del arco. El proceso de fusión del material consta de dos etapas: precalentamiento y fusión. El calentamiento del material del horno se basa en la transferencia de calor por radiación y convección, entre las cuales la transferencia de calor por convección es la clave. Las condiciones necesarias para la fusión normal en un horno eléctrico tubular con menos escoria: la potencia de calentamiento eléctrico en la capa de material a granel debe ser adecuada. Si es demasiado pequeño, el precalentamiento será insuficiente, y si es demasiado grande, se producirá la sinterización; La potencia de calentamiento del arco eléctrico también debe ser adecuada. Si es demasiado grande, el arco será demasiado largo y el tamaño de la cavidad del arco enterrado será demasiado grande. Si el arco es demasiado largo, quedará demasiado expuesto, provocando que la parte superior de la cavidad se sinterice, y si el tamaño de la cavidad es demasiado grande, la capa de material será difícil de estabilizar; Debe haber una capa de escoria adecuada para el arco enterrado, que sirve como termistor de resistencia e intermediario para la transferencia de calor por convección.
Debido a que la temperatura y la densidad de los materiales en la capa de material son diferentes, el movimiento de convección de los materiales se genera para realizar la transferencia de calor por convección y mejorar la distribución de temperatura en la capa de material. El principio de la mecánica es que la ley del movimiento convectivo dentro de un fluido es que las partículas con alta densidad se hunden, mientras que las partículas con baja densidad se elevan. La convección del metal fundido en la capa de escoria es una serie de movimientos cíclicos con el extremo del electrodo como punto de referencia (puntos inicial y final). Cuanto más cerca está el electrodo, más fuerte es la circulación y más fuerte es la transferencia de calor por convección. Mediante la transferencia de calor por convección, el calor de la capa de escoria se transfiere a la capa de material a granel que se encuentra encima, que se calienta y se funde para completar una reacción química.
De acuerdo con los datos de calentamiento eléctrico del horno de mate, la distribución de la densidad de potencia de calentamiento eléctrico en la capa de material es muy desigual, y el calor del arco representa el 40,1 por ciento del calor total, que se concentra cerca de la cara final del electrodo; El 59,9 por ciento restante es calor de resistencia, que se dispersa en la capa de escoria. Por lo tanto, aunque el calor por resistencia es el método principal en los hornos de escoria múltiple, el calor por arco aún representa una proporción significativa.
La fuente de calor interna que calienta el calor eléctrico se puede transmitir a los materiales a tiempo. La temperatura de cada parte en la capa de material en el horno es diferente. La distribución de temperatura que cumple con los requisitos del proceso se puede obtener mediante una diferencia de temperatura uniforme de transferencia de calor. La temperatura en la cara final del electrodo en la capa de material es la más alta y la temperatura a la distancia más lejana del electrodo es la más baja. Si la transferencia de calor entre las diferentes partes del material es deficiente, el material a alta temperatura se quemará y el material a baja temperatura no se derretirá, lo que resultará en una disminución significativa de la eficiencia térmica.

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