Che cos'è una fornace ad arco?
Un forno ad arco, noto anche come forno ad arco elettrico (EAF), è un'installazione che utilizza un arco elettrico per riscaldare materiali, in genere metalli, fino al punto di fusione. Una tipica fornace ad arco fonde il materiale, o "carica" come è noto, facendo passare una corrente elettrica attraverso la carica attraverso un set di elettrodi. Una combinazione del calore generato dal passaggio corrente e l'arco sulla superficie di carica fonde il materiale. Gli EAF si trovano in laboratori di ricerca e protesi dentali, fonderie di ghisa e impianti di produzione di acciaio e possono avere capacità interne che vanno da un paio di sterline a 400 tonnellate o più. I forni ad arco presentano numerosi vantaggi distinti rispetto ad altri tipi di forni.
Una fornace ad arco elettrico è tipicamente costituita da una conchiglia con pareti laterali e una ciotola bombata sul fondo. Una sezione del tetto retrattile, attraverso la quale vengono abbassati gli elettrodi di grafite, copre la fornace. La sezione della ciotola del guscio è rivestita con uno strato di materiale refrattario noto come focolare. Il rubinetto o beccuccio utilizzato per drenare il metallo fuso è montato sul lato del guscio o sul fondo della ciotola. Gli elettrodi sono generalmente rotondi in sezione trasversale e costituiti da sezioni filettate che consentono di aggiungere nuove sezioni quando l'elettrodo si brucia.
In una fornace ad arco possono essere utilizzate fonti di corrente alternata (CA) o corrente continua (CC). La fornace ad arco media di acciaierie opera con un'alimentazione da 400 a 900 volt a 44.000 ampere o più fornita da trasformatori con valori nominali di circa 60.000.000 volt-ampere (60 MVA). Una fornace ad arco di questo tipo può produrre circa 80 tonnellate di acciaio fuso all'ora. Le fornaci ad arco variano in dimensioni da piccole unità utilizzate nei laboratori di ricerca che trattengono circa una libbra di carica a enormi impianti di acciaierie in grado di fondere centinaia di tonnellate di materiale. Il più grande di questi forni ha capacità superiori a 300 tonnellate e utilizza alimentatori di almeno 300 MVA.
Il processo di fusione dell'arco è abbastanza semplice. Una volta riempita la vasca o il focolare del forno, gli elettrodi vengono abbassati fino a quando non entrano in contatto con la carica. Viene quindi applicata la corrente elettrica, in genere a tensioni più basse per avviare il processo. Il flusso di corrente attraverso la carica in combinazione con l'energia radiante proveniente dall'arco aumenta il calore in carica fino a un punto in cui si scioglie. Una volta che la carica si è completamente sciolta, la sua temperatura e composizione chimica vengono controllate tramite sonde o lance remote; se tutto è corretto, il metallo fuso può essere sfruttato o versato.
Le materie prime utilizzate nei forni sono spesso accompagnate dall'aggiunta di ghisa, calce bruciata e dolomite. Questi additivi promuovono il corretto equilibrio chimico nell'acciaio fuso e formano scorie superficiali che galleggiano sulle impurità e isolano la carica. Le installazioni di forni ad arco offrono molta più flessibilità rispetto ad altri tipi di forni; possono utilizzare una fornitura esclusiva di materiale di scarto e la loro produzione può essere variata per soddisfare la domanda. Gli altiforni possono anche essere chiusi e riavviati rapidamente, cosa che non avviene con gli altiforni. Sono inoltre più economici da installare e utilizzano meno energia per operare per tonnellata di prodotto finito.