Le fonderie sono magnifiche. Queste enormi fornaci irradiano calore e hanno il potere di trasformare enormi blocchi di metallo in liquidi infuocati, facilitando ogni giorno straordinarie meraviglie scientifiche.
Questo articolo esplora il processo di fusione del metallo e fa luce su diversi tipi di forni fusori da fonderia.
Sommario
Il processo di fusione del metallo
Tipi di forni fusori per fonderia
Come scegliere un forno fusorio?
La linea di fondo
Il processo di fusione del metallo
Per migliaia di anni, fondere metalli, vetro e altri materiali è stato un modo importante per le civiltà di creare cose. Il processo di trasformazione dei solidi in liquidi consente loro di essere versati stampi prima di indurirsi in forme utili. L'intero processo di fusione del metallo si basa sui seguenti passaggi:
Finalizzazione del rapporto di miscelazione del metallo
Ogni colata l'applicazione ha requisiti diversi per le loro proprietà meccaniche del metallo. I produttori stabiliscono la loro formula per la miscelazione dei metalli in base alla classe di materiali che utilizzano e ai loro requisiti specifici.
Ad esempio, il rapporto di miscelazione dell'alluminio nella maggior parte delle fonderie è del 40% lingotti di alluminio + 50% rottame di alluminio + 10% altri. Il 10% degli altri include materiali additivi come rame, silicio e zinco, ecc.
Caricamento del metallo
Prima di mettere i lingotti e gli scarti metallici nel fornace, devono essere puliti, riscaldati e asciugati. Questo è un passaggio importante, rimuove l'umidità e lo sporco dal metallo per garantire che il forno non si danneggi o si sporchi.
Una parte dell'energia può essere persa quando i materiali vengono caricati nel forno. Se il forno viene caricato quando non è abbastanza caldo, il processo sarà reso meno efficiente poiché ci vorrà più tempo per fondere tutto. Tuttavia, se una fornace è costantemente in funzione, ciò migliora l'efficienza perché non ha bisogno di essere riscaldata ogni volta che qualcosa viene fuso.
Tuttavia, molto calore può fuoriuscire quando un forno caldo viene aperto per inserire più materiali. Esistono diversi modi per risolvere questo problema, incluso l'utilizzo di un forno a pozzetto laterale, in cui il metallo caldo viene rimesso nel forno riscaldato durante il processo di caricamento.
Metallo fuso
Poiché funzionano a temperature molto elevate ed entrano in contatto diretto con metalli fusi, rivestimenti di forni, gas e combustibile bruciato, i forni devono essere particolarmente resistenti. Inoltre, devono essere in grado di resistere al calore prodotto da fonti combustibili come coke, gas naturale o elettricità utilizzate per fondere i materiali.
In generale, i forni devono essere in grado di produrre ovunque da 350°C a 2000°C di calore per fondere il metallo o raggiungere il punto di fusione di un metallo, il punto in cui passa da solido a liquido.
Affinamento e trattamento del metallo
La raffinazione è quando si pulisce e si migliora la qualità del metallo fuso rimuovendo eventuali irregolarità indesiderate come pezzi solidi rimanenti o bolle di gas. L'idea è di garantire che il metallo abbia il giusto mix di materiali.
Prima che il metallo sia modellato in una forma solida, l'aggiunta di altri materiali o una pulizia aggiuntiva può aiutare a renderlo più forte, più flessibile o più robusto. Questo passaggio è importante perché può influire sulla qualità del prodotto finale.
Trasporto di metallo fuso
Una volta fuso, il metallo viene trasferito dal forno alla linea di formatura mediante un sistema di colata.
Tipi di forni fusori per fonderia
Forni fusori vengono utilizzati per riscaldare materiali solidi a tal punto da trasformarli in liquidi. Questa trasformazione fisica dipende sia dalla pressione che dalla temperatura; il forno fusorio deve essere in grado di creare e mantenere una determinata temperatura in modo che il materiale all'interno si sciolga in modo uniforme.
Diversi tipi di forno vengono utilizzati per eseguire variazioni su questo processo. I più notevoli di questi includono:
Forni a crogiolo
Forni a crogiolo sono un semplice tipo di forno utilizzato per la fusione del metallo. Un crogiolo è un contenitore in grado di gestire temperature estremamente elevate ed è solitamente realizzato in ceramica o altro materiale ad alta resistenza al calore.
Al giorno d'oggi, gioiellieri, hobbisti e alcune piccole fabbriche usano forni a crogiolo per fondere il metallo in piccoli lotti. I crogioli sono disponibili in diverse dimensioni, da quelli minuscoli per fondere il metallo con una fiamma ossidrica a varietà più grandi che possono contenere fino a 50 libbre di metallo.
Forni a cupola
I forni a cupola sono stati utilizzati per molto tempo per fondere il ferro per fare la ghisa, che è di migliore qualità rispetto alla ghisa. La parte superiore di un cubilotto è spesso dotata di un tappo per impedire la fuoriuscita di gas cattivi e per tenere fuori l'acqua piovana.
La fusione del ferro in un cubilotto e l'aggiunta di coke, carbonio e altri materiali crea diversi tipi di ferro e acciaio. Al giorno d'oggi, i forni a cubilotto non sono generalmente utilizzati perché i metodi ad arco elettrico ea induzione sono più efficienti nel produrre il calore necessario.
Forni elettrici ad arco
I forni elettrici ad arco sono usati per produrre ferro dal minerale di ferro. Il forno produce calore da un arco elettrico scaricato come parte di una reazione tra due elettrodi. L'ossigeno viene soffiato nel forno così come la calce e gli elementi in modo da eliminare gli elementi indesiderati e produrre scorie. Il ferro fuso viene quindi versato da un beccuccio.
I forni ad arco elettrico fondono il materiale attraverso il contatto diretto con l'elettricità dell'arco, che passa attraverso il materiale. Ciò rende il processo di fusione più efficiente rispetto ad altri metodi che si basano sul calore esterno.
Forni ad induzione
Forni ad induzione hanno un contenitore o una camera di metallo che è circondato da una bobina attraversata da una corrente elettrica. Questo crea correnti parassite nel metallo, che produce le alte temperature necessarie per fonderlo e realizzare leghe con composizioni precise.
Il calore è generato da molecole eccitanti nel ferro stesso senza l'aggiunta di ossigeno o altri gas. Mentre questo rende più facile fondere i materiali perché ci sono meno variabili di cui preoccuparsi, significa anche che il forno non può essere utilizzato per produrre acciaio fuso di alta qualità, poiché tutto ciò che viene messo nella fornace esce uguale.
Come scegliere un forno fusorio?
Quale forno fusorio viene utilizzato avrà un impatto sull'efficacia della fonderia e sui getti finali. Pertanto, è essenziale considerare quali risultati sono richiesti in quanto ciò influenzerà le tecnologie di fornace necessarie.
I seguenti fattori aiuteranno a decidere quale forno fusorio si adatta a specifiche operazioni di fonderia:
- Spazio disponibile
- Leghe bersaglio e loro punto di fusione
- Investimento finanziario
- Efficienza energetica
- Requisiti di manutenzione
- Quantità di metallo necessaria
- Questioni ambientali
Si noti che non esiste una taglia unica per tutte le operazioni di fusione. Ogni fonderia può avere criteri diversi per la sua scala di produzione e le richieste del mercato. È fondamentale controllare tutte le caselle prima di effettuare la decisione finale su quale tecnologia del forno e processo di fusione complessivo sia necessario.
La linea di fondo
Gli ultimi decenni hanno assistito a numerosi progressi nelle tecnologie di fusione dei metalli. Tuttavia, ci sono molti passaggi e processi di base che possono aiutare le macchine per colata continua in metallo a migliorare l'efficienza di fusione del metallo e ridurre la perdita di metallo durante la produzione. Pertanto, è essenziale che le fonderie tengano d'occhio le tecnologie in evoluzione e si adattino alle tendenze del mercato.
