Classificació i inventari de forns industrials comuns a la indústria de la pols

Els forns industrials es refereixen a equips tèrmics que utilitzen la calor generada per la combustió de combustible o la conversió d'energia elèctrica en la producció industrial per fondre, fondre, coure (calcinar), escalfar, retorta, gasificar, etc., materials o peces de treball. Hi ha molts tipus de forns industrials amb usos diversos. En la metal·lúrgia, la indústria química, els metalls no-ferrosos, els materials de construcció, la maquinària, la indústria lleugera, la ceràmica avançada i altres indústries, s'utilitzen diferents forns industrials per a diferents finalitats industrials. Normalment, un forn específic té més d'una característica. Per tant, el mateix forn té diferents punts de classificació i múltiples mètodes de classificació i mètodes de denominació. Per exemple, un forn de sinterització continu és alhora un forn de sinterització i un forn continu.

En els forns industrials, les fonts de calor habituals inclouen combustibles sòlids, combustibles líquids, combustibles gasosos i conversió d'energia elèctrica. Aquestes fonts de calor generalment es divideixen en dues categories durant la seva formació: les existents en forma de flama i les existents en forma no-de flama. Per tant, segons la font de calor, els forns es poden classificar en dos tipus: forns de flama i forns elèctrics.

1. Forns de flama

Un forn que utilitza la flama de la combustió del combustible com a font de calor s'anomena forn de flama. La flama dins del forn pot contactar directament amb el material per escalfar-se, amb temperatures generalment inferiors als 2000 graus. Durant la combustió, la paret del forn irradia calor i reflecteix parcialment la calor projectada, jugant un paper crucial en l'intercanvi de calor. Tanmateix, de vegades, per evitar l'oxidació del material (peça de treball), la flama s'ha de separar del material, amb la calor de la flama transferida indirectament al material a través d'una paret de separació. Els forns de flama es poden utilitzar tant per escalfar com per fondre materials.

Un forn de corrent descendent d'alta-temperatura és un tipus de forn de flama, que consta de tres parts: el cos del forn (rodona o rectangular), l'equip de combustió i l'equip de ventilació. En funcionament, s'afegeix combustible a la reixa de la cambra de combustió, s'introdueix aire a la cendra, passa per la reixa i es crema amb el llit de carbó. Els productes de la flama i la combustió s'expulsen dels broquets formats pel deflector de foc i les parets del forn a la part superior del forn, després es reflecteixen cap avall cap a la part inferior i s'aboquen al conducte de fum a través dels forats d'aspiració, els conductes de la branca i el conducte principal. A mesura que la flama flueix sobre els productes, la seva calor es transfereix als productes per convecció i radiació.

Els forns de flama es caracteritzen per una fusió ràpida i un alt rendiment, però també pateixen una baixa eficiència tèrmica i la contaminació ambiental dels gasos d'escapament.

Per tant, l'ús de forns de flama ha de garantir:

(1) combustió completa del combustible en condicions específiques de càrrega de calor;

(2) procés de combustió estable, capaç de subministrar calor contínuament al forn;

Actualment, els forns de flama s'utilitzen habitualment en ceràmica tradicional, ceràmica industrial, productes de vidre, materials refractaris, sinterització de nous materials i tractament tèrmic de metalls.

2. Forns elèctrics

Els forns elèctrics solen convertir l'energia elèctrica en energia tèrmica mitjançant elements de calefacció elèctrics. Segons el mètode de generació de corrent, es poden dividir en cinc categories: forns de resistència, forns d'inducció, forns d'arc elèctric, forns de feix d'electrons i forns d'ions. Com que no hi ha combustió de combustible, no hi ha necessitat d'equips de ventilació com ara sistemes de subministrament d'aire i d'escapament. La seva estructura és senzilla, ocupen una àrea reduïda i els productes dins del forn no es veuen afectats pels gasos de combustió o les cendres. Els forns elèctrics també poden aconseguir temperatures superiors als 2000 graus, cosa que és difícil d'aconseguir amb els forns de flama. La temperatura i l'atmosfera també són més fàcils de controlar i controlar amb precisió, donant lloc a productes cuits d'alta-qualitat. Sovint s'utilitzen per a la producció i processament de materials especials d'alta-qualitat, com ara materials d'ànode de grafit artificial per a bateries d'ions de liti-.

Tanmateix, per garantir una distribució uniforme de la temperatura a través de la-secció transversal del forn, la mida-de la secció transversal sol ser limitada. Per tant, els forns elèctrics no són adequats per a la cocció de productes grans i de parets gruixudes-, i la seva producció és relativament baixa. A més, els equips elèctrics auxiliars dels forns elèctrics són més complexos i el consum d'elements de calefacció elèctrics és més elevat, la qual cosa comporta un major equipament i costos operatius.

Els forns industrials són equips tèrmics essencials en indústries com la metal·lúrgica, química, materials de construcció, ceràmica, vidre, electrònica i alimentació. Classificats per procés industrial, es poden classificar en forns de sinterització, forns de desligament, forns de calcinació, forns d'assecat, forns de grafitització i forns de vulcanització. A la indústria ceràmica avançada, els forns de desligament i els forns de sinterització són equips tèrmics utilitzats habitualment en el procés de producció.

1. Forn de desvinculació

Les noves ceràmiques sovint incorporen una quantitat important d'aglutinants orgànics i plastificants durant la formació, com ara la cera de parafina en la colada per premsa en calent-i l'alcohol polivinílic en la formació de bobines i la colada de cinta, donant lloc a una alta porositat interna. La sinterització directa fa que una gran quantitat de matèria orgànica del cos ceràmic es fongui, es descomposi i es volatilitzi, provocant la deformació, l'esquerdament i l'adhesió del cos, afectant el rendiment i la conductivitat tèrmica del substrat. A més, l'alt contingut de carboni d'aquests materials orgànics, quan no hi ha prou oxigen per crear una atmosfera reductora, afecta negativament la qualitat de la sinterització. Per tant, abans de la cocció, el cos de ceràmica normalment es col·loca en un forn de desligament i es cou a una temperatura inferior a la que s'utilitza per a la sinterització per eliminar la matèria orgànica, assegurant que el producte compleix els requisits de forma, mida i qualitat.

2. Forn de sinterització

El cos verd de ceràmica de desvinculació es pot sinteritzar en un forn de sinterització. Al forn de sinterització, a causa de l'alta temperatura, les partícules sòlides del cos verd de ceràmica s'uneixen entre si. Els grans creixen, la porositat i els límits de gra disminueixen gradualment i, mitjançant la transferència de massa, el volum total es redueix, la densitat augmenta i, finalment, es forma un cos sinteritzat policristalí dens amb excel·lents propietats mecàniques.

Durant el procés de sinterització, la temperatura de sinterització i el temps de sinterització són els factors més importants que afecten la sinterització ceràmica. Determinen en gran mesura la mida i la distribució dels grans a la ceràmica. L'atmosfera de sinterització i la pressió de sinterització al forn poden afectar el nombre de porus dins de la ceràmica, afectant així el grau de densificació. Per tant, aquests paràmetres del forn de sinterització s'han de controlar i controlar amb precisió durant la sinterització per assegurar-se que el producte sinteritzat no s'esquerda ni es deformi.

A més dels forns que realitzen processos de desligament i sinterització per separat, els forns integrats sovint es poden utilitzar amb perfils de temperatura-preestablerts per satisfer les necessitats de producció integrada de diversos processos.

En el procés de fabricació del producte, els forns industrials funcionen principalment en dos modes: continu i intermitent (o periòdic).

1. Forns intermitents
La característica dels forns intermitents és que la cambra del forn no es divideix en zones de temperatura. Els materials es carreguen manualment al forn en lots per escalfar-los o fondre'ls. Un cop finalitzat el procés d'escalfament o fusió dins del forn, els materials es descarreguen manualment per lots. La càrrega del forn no es mou dins del forn i la temperatura del forn canvia amb el temps. Els tipus comuns inclouen els forns de fossa, els forns de caixa, els forns de campana i els forns llançadora.

① Bell Forn
Un forn de campana generalment consisteix en una campana, una base i una estructura d'elevació. L'element de calefacció s'instal·la a la paret interior del pot del forn. La seva característica és que quan es cou el blanc i es refreda a una temperatura determinada, el pot de campana es pot transferir ràpidament a una altra base per començar a disparar els blancs en un altre forn. Per tant, és molt adequat per sinteritzar components que es fan malbé fàcilment durant el moviment. En termes generals, té un bon rendiment de segellat, temperatura i atmosfera estables i uniformes dins del forn, baixa pèrdua de calor i alta eficiència tèrmica.

② Forn de caixa

Com el seu nom indica, un forn de caixa s'assembla a una caixa en forma, amb elements de calefacció distribuïts al llarg de la paret interior de la cambra del forn. Durant la producció, els blancs es col·loquen sobre una placa de suport i després es cocen junts al centre de la cambra del forn. Després de disparar un lot de blancs, s'extreuen del forn per carregar-lo i cotar el següent lot. Els forns de caixa són molt versàtils i adequats per al tractament tèrmic de peces individuals i petits lots de diverses formes. Tanmateix, a causa del mal segellat de l'obertura i la porta del forn, la pèrdua de calor és significativa, donant lloc a una distribució desigual de la temperatura. La temperatura a prop de la porta del forn és inferior a la temperatura al centre de la cambra del forn, de manera que normalment no pot funcionar a plena capacitat, la qual cosa comporta una baixa eficiència de producció. Això es pot solucionar afegint elements de calefacció a la porta del forn o instal·lant un ventilador.

③ Forn de fossa

La majoria dels forns de fossa tenen una estructura circular i les peces de treball es carreguen verticalment al forn per escalfar-les mitjançant grues especialitzades o altres eines. El cos del forn està construït amb fibra refractària-d'alta temperatura, que redueix la pèrdua de calor i estalvia energia. La seva eficiència tèrmica i el seu rendiment de segellat són més alts que els forns de caixa, però no és tan còmode d'operar i mantenir.

④ Forn llançadora

L'estructura del forn llançadora s'assembla a una caixa de llumins. Durant el funcionament, els blancs que s'han de disparar s'empenyen al forn mitjançant cotxes de forn. Després de disparar, s'extreuen en sentit contrari per descarregar els blancs disparats. Com que els cotxes del forn es mouen cap endavant i cap enrere dins del forn com una llançadora, s'anomena forn llançadora. L'estructura única del forn llançadora el fa bé-adequat per a la producció de petits-lots i diverses-varietats, oferint una gran flexibilitat en els mètodes de producció i la programació. A més, la càrrega, la descàrrega i el refredament parcial dels productes acabats es poden dur a terme fora del forn, millorant les condicions de treball i escurçant el temps de lliurament del forn. No obstant això, a causa dels cotxes del forn que es mouen constantment dins i fora del forn, les pèrdues d'emmagatzematge i dissipació de calor són importants, donant lloc a temperatures elevades dels gasos de combustió i un alt consum de calor. Aquest inconvenient normalment es mitiga afegint un dispositiu de recuperació de calor residual.

2. Forns Continus

En un forn continu, la temperatura en diversos punts del forn es manté relativament constant al llarg del temps. El cos verd passa seqüencialment per les seccions de preescalfament, alta-temperatura i refredament del forn a una velocitat controlada, completant el procés de sinterització. Aquest tipus de forn de sinterització permet una sinterització contínua ininterrompuda, és molt senzill d'operar i té una alta eficiència tèrmica, donant lloc a grans volums de producció i una qualitat uniforme del producte. No obstant això, requereix una inversió important i el seu règim tèrmic no s'ajusta fàcilment, per la qual cosa s'utilitza principalment per a productes d'alt rendiment i una varietat de productes relativament limitada. Els forns continus comuns a la indústria de la pols inclouen els forns túnel i els forns de rodets.

① Forn túnel

L'estructura d'un forn túnel s'assembla a un túnel llarg i recte, amb carros que circulen per vies col·locades al fons del túnel. L'equip de combustió es troba al mig del forn túnel, formant la zona de cocció d'alta-temperatura. A la part davantera del forn s'instal·la un ventilador d'aire induït o una xemeneia per guiar els gasos de combustió d'alta temperatura-des de la zona de cocció fins al capçal del forn, preescalfant el cos verd que s'ha de coar i formant la zona de preescalfament. A la cua del forn, normalment s'infla aire fred per refredar els productes cuits, formant la zona de refrigeració. Com que es pot utilitzar la major part de la calor residual del gas de combustió d'alta-temperatura de la zona de cocció, és més eficient-energèticament que els forns intermitents. No obstant això, encara es perd una mica de calor perquè es requereix refredament a la cua del forn.

② Forn de rodets

Un forn de rodets col·loca el producte directament o indirectament sobre rodets molt espaiats. Cada corró és accionat per una cadena mitjançant una roda dentada al seu extrem, fent que els corrons girin contínuament. Aquesta rotació dels corrons transfereix el producte del cap del forn a la cua del forn. Com que la diferència de temperatura durant el preescalfament, la cocció i el refredament és extremadament petita, el temps de producció és molt curt. A més, els forns de rodets tenen una hermeticitat molt millor que els forns de túnel, el que resulta en una millor eficiència energètica. Tanmateix, també té un inconvenient: la cocció de productes de reducció d'alta-temperatura requereix corrons d'alta-qualitat. Generalment s'utilitzen corrons de carbur de silici, que gestionen eficaçment la cocció de productes ceràmics d'alta -temperatura de fins a 1350 graus.

③ Forn d'empenta

La part inferior d'un forn d'empenta està pavimentada amb vies col·locades amb precisió fetes de maons refractaris resistents. Un mecanisme d'empenta empeny les plaques refractàries que contenen les ceràmiques en blanc cap al forn, passant successivament per la zona de preescalfament, la zona de cocció i la zona de refrigeració. De vegades, per reduir la fricció, es poden col·locar boles de ceràmica sota les plaques refractàries. Com que els principis i avantatges dels forns d'empenta són similars als dels forns de rodets, els forns d'empenta estan limitats per la capacitat de càrrega d'empenta-de les plaques refractàries i, en general, no són gaire llargs, oscil·lant entre uns pocs metres i els vint metres de longitud. S'utilitzen generalment per a la cocció de pols d'alta-temperatura o ceràmica especial, i la seva producció diària no és gran.

Amb els avenços tecnològics i la contínua implementació de polítiques de protecció del medi ambient, els forns industrials estan evolucionant de models de gamma baixa a{1}alta. Han passat de caracteritzar-se per una baixa producció i qualitat, un alt consum de combustible, una alta intensitat laboral, baixes temperatures de cocció i incapacitat per controlar l'atmosfera, a una major producció i qualitat, menor consum de combustible, temperatures de cocció més altes, atmosfera controlable i mecanització i automatització. A més de les classificacions esmentades anteriorment, els forns també es poden classificar per temperatura (alta-temperatura, mitjana-temperatura i baixa-temperatura) i per sistema de treball (radial, convecció i sistemes de treball en capes). Les empreses de producció poden triar els forns industrials adequats en funció dels requisits específics del seu producte pel que fa a la tecnologia de processament, l'atmosfera i la producció per millorar l'eficiència de la producció i la qualitat del producte.