Classificação e inventário de fornos industriais comuns na indústria de pó

Fornos industriais referem-se a equipamentos térmicos que utilizam calor gerado pela combustão de combustível ou conversão de energia elétrica na produção industrial para fundir, derreter, assar (calcin), aquecer, retorta, gaseificar, etc., materiais ou peças de trabalho. Existem muitos tipos de fornos industriais com diversas utilizações. Na metalurgia, indústria química, metais não{3}}ferrosos, materiais de construção, máquinas, indústria leve, cerâmica avançada e outras indústrias, diferentes fornos industriais são usados ​​para diferentes fins industriais. Normalmente, um forno específico possui mais de uma característica. Portanto, o mesmo forno possui diferentes pontos de classificação e vários métodos de classificação e métodos de nomenclatura. Por exemplo, um forno de sinterização contínua é tanto um forno de sinterização quanto um forno contínuo.

Em fornos industriais, as fontes de calor comuns incluem combustíveis sólidos, combustíveis líquidos, combustíveis gasosos e conversão de energia elétrica. Essas fontes de calor geralmente se enquadram em duas categorias durante sua formação: aquelas que existem na forma de chama e aquelas que existem na forma sem{1}}chama. Portanto, com base na fonte de calor, os fornos podem ser classificados em dois tipos: fornos de chama e fornos elétricos.

1. Fornos de chama

Uma fornalha que usa a chama da combustão do combustível como fonte de calor é chamada de fornalha de chama. A chama dentro do forno pode entrar em contato direto com o material para aquecimento, com temperaturas geralmente abaixo de 2.000 graus. Durante a combustão, a parede do forno irradia calor e reflete parcialmente o calor projetado, desempenhando um papel crucial na troca de calor. Porém, às vezes, para evitar a oxidação do material (peça), a chama precisa ser separada do material, sendo o calor da chama transferido indiretamente para o material através de uma parede divisória. Os fornos de chama podem ser usados ​​para aquecer e fundir materiais.

Um forno downdraft de alta-temperatura é um tipo de forno de chama, que consiste em três partes: o corpo do forno (redondo ou retangular), equipamento de combustão e equipamento de ventilação. Em operação, o combustível é adicionado à grelha da câmara de combustão, o ar é introduzido no cinzeiro, passa pela grelha e entra em combustão com o leito de carvão. A chama e os produtos de combustão são ejetados dos bocais formados pelo defletor de fogo e pelas paredes do forno até o topo do forno, depois refletidos para baixo até o fundo e descarregados na chaminé através dos orifícios de sucção, condutas ramificadas e conduta principal. À medida que a chama flui sobre os produtos, o seu calor é transferido para os produtos através de convecção e radiação.

Os fornos de chama são caracterizados por fusão rápida e alto rendimento, mas também sofrem de baixa eficiência térmica e poluição ambiental causada pelos gases de exaustão.

Portanto, o uso de fornos de chama deve garantir:

(1) combustão completa do combustível sob condições específicas de carga térmica;

(2) processo de combustão estável, capaz de fornecer calor continuamente ao forno;

Atualmente, os fornos de chama são comumente usados ​​em cerâmica tradicional, cerâmica industrial, produtos de vidro, materiais refratários, sinterização de novos materiais e tratamento térmico de metais.

2. Fornos Elétricos

Os fornos elétricos geralmente convertem energia elétrica em energia térmica através de elementos de aquecimento elétrico. Com base no método de geração de corrente, eles podem ser divididos em cinco categorias: fornos de resistência, fornos de indução, fornos elétricos a arco, fornos de feixe de elétrons e fornos de íons. Como não há combustão de combustível, não há necessidade de equipamentos de ventilação, como sistemas de fornecimento de ar e exaustão. Sua estrutura é simples, ocupam uma pequena área e os produtos dentro do forno não são afetados por gases de combustão ou cinzas. Os fornos elétricos também podem atingir temperaturas superiores a 2.000 graus, o que é difícil de conseguir com fornos de chama. A temperatura e a atmosfera também são mais fáceis de controlar e monitorar com precisão, resultando em produtos queimados de alta{6}}qualidade. Eles são frequentemente usados ​​para a produção e processamento de materiais especiais de alta-qualidade, como materiais de ânodo de grafite artificial para baterias de-íon de lítio.

No entanto, para garantir uma distribuição uniforme da temperatura em toda a seção-transversal do forno, o tamanho-da seção transversal geralmente é limitado. Portanto, os fornos elétricos não são adequados para queimar produtos grandes e{3}}de paredes espessas, e sua produção é relativamente baixa. Além disso, os equipamentos elétricos auxiliares dos fornos elétricos são mais complexos e o consumo dos elementos de aquecimento elétrico é maior, acarretando maiores custos de equipamento e operação.

Os fornos industriais são equipamentos térmicos essenciais em indústrias como metalurgia, química, materiais de construção, cerâmica, vidro, eletrônica e alimentícia. Classificados por processo industrial, eles podem ser categorizados em fornos de sinterização, fornos de desligação, fornos de calcinação, fornos de secagem, fornos de grafitização e fornos de vulcanização. Na indústria cerâmica avançada, fornos de desligação e fornos de sinterização são equipamentos térmicos comumente usados ​​no processo de produção.

1. Forno de desligação

As novas cerâmicas geralmente incorporam uma quantidade significativa de ligantes orgânicos e plastificantes durante a conformação, como cera de parafina na fundição por prensagem-quente e álcool polivinílico na conformação por rolo e fundição em fita, resultando em alta porosidade interna. A sinterização direta faz com que uma grande quantidade de matéria orgânica no corpo cerâmico derreta, se decomponha e volatilize, levando à deformação, rachaduras e adesão do corpo, afetando o rendimento e a condutividade térmica do substrato. Além disso, o alto teor de carbono destes materiais orgânicos, quando há oxigênio insuficiente para criar uma atmosfera redutora, impacta negativamente a qualidade da sinterização. Portanto, antes da queima, o corpo cerâmico é normalmente colocado em um forno de desligação e cozido a uma temperatura inferior à utilizada para sinterização para remover a matéria orgânica, garantindo que o produto atenda aos requisitos de forma, tamanho e qualidade.

2. Forno de sinterização

O corpo verde cerâmico desvinculado pode ser sinterizado em um forno de sinterização. No forno de sinterização, devido à alta temperatura, as partículas sólidas do corpo cerâmico verde se unem. Os grãos crescem, a porosidade e os limites dos grãos diminuem gradualmente e, por meio da transferência de massa, o volume geral diminui, a densidade aumenta e, finalmente, forma-se um corpo sinterizado policristalino denso com excelentes propriedades mecânicas.

Durante o processo de sinterização, a temperatura e o tempo de sinterização são os fatores mais importantes que afetam a sinterização cerâmica. Eles determinam em grande parte o tamanho e a distribuição dos grãos na cerâmica. A atmosfera de sinterização e a pressão de sinterização no forno podem afetar o número de poros no interior da cerâmica, afetando assim o grau de densificação. Portanto, esses parâmetros no forno de sinterização devem ser controlados e monitorados com precisão durante a sinterização para garantir que o produto sinterizado não rache ou deforme.

Além dos fornos que realizam processos de desligação e sinterização separadamente, fornos integrados muitas vezes podem ser usados ​​com perfis de temperatura predefinidos para atender às necessidades de produção integrada de vários processos.

No processo de fabricação do produto, os fornos industriais operam principalmente em dois modos: contínuo e intermitente (ou periódico).

1. Fornos Intermitentes
A característica dos fornos intermitentes é que a câmara do forno não é dividida em zonas de temperatura. Os materiais são carregados manualmente no forno em lotes para aquecimento ou fusão. Após a conclusão do processo de aquecimento ou fusão dentro do forno, os materiais são descarregados manualmente em lotes. A carga do forno não se move dentro do forno e a temperatura do forno muda com o tempo. Os tipos comuns incluem fornos de poço, fornos de caixa, fornos de sino e fornos de transporte.

① Forno Sino
Um forno tipo campânula geralmente consiste em uma redoma, uma base e uma estrutura de elevação. O elemento de aquecimento é instalado na parede interna da jarra do forno. Sua característica é que quando o blank é queimado e resfriado a uma determinada temperatura, a redoma pode ser rapidamente transferida para outra base para iniciar a queima dos blanks em outro forno. Portanto, é muito adequado para sinterizar componentes que são facilmente danificados durante o movimento. De modo geral, possui bom desempenho de vedação, temperatura e atmosfera estáveis ​​e uniformes dentro do forno, baixa perda de calor e alta eficiência térmica.

② Forno de caixa

Como o nome sugere, um forno caixa tem o formato de uma caixa, com elementos de aquecimento distribuídos ao longo da parede interna da câmara do forno. Durante a produção, os blanks são colocados em uma placa de suporte e depois queimados juntos no centro da câmara do forno. Após a queima de um lote de blanks, eles são removidos do forno para que o próximo lote seja carregado e queimado. Os fornos tipo caixa são altamente versáteis e adequados para o tratamento térmico de peças únicas e pequenos lotes de diversos formatos. No entanto, devido à má vedação da abertura e da porta do forno, a perda de calor é significativa, resultando numa distribuição desigual da temperatura. A temperatura próxima à porta do forno é inferior à temperatura no centro da câmara do forno, de modo que geralmente não consegue operar em plena capacidade, levando a uma baixa eficiência de produção. Isso pode ser resolvido adicionando elementos de aquecimento à porta do forno ou instalando um ventilador.

③ Forno de poço

A maioria dos fornos de poço tem uma estrutura circular e as peças são carregadas verticalmente no forno para aquecimento usando guindastes especializados ou outras ferramentas. O corpo do forno é construído com fibra refratária-de alta temperatura, o que reduz a perda de calor e economiza energia. Sua eficiência térmica e desempenho de vedação são superiores aos dos fornos tipo caixa, mas não são tão convenientes de operar e manter.

④ Forno de transporte

A estrutura do forno vaivém lembra uma caixa de fósforos. Durante a operação, as peças a serem queimadas são empurradas para dentro do forno por vagões. Após o disparo, eles são puxados na direção oposta para descarregar os projéteis disparados. Como os carros do forno se movem para frente e para trás dentro do forno como uma lançadeira, ele é chamado de forno vaivém. A estrutura exclusiva do forno vaivém o torna{4}}adequado para produção de pequenos-lotes e múltiplas{6}}variedades, oferecendo grande flexibilidade nos métodos e na programação de produção. Além disso, o carregamento, o descarregamento e o resfriamento parcial dos produtos acabados podem ser realizados fora do forno, melhorando as condições de trabalho e reduzindo o tempo de resposta do forno. No entanto, devido aos carros do forno entrarem e saírem constantemente do forno, as perdas de armazenamento e dissipação de calor são significativas, resultando em altas temperaturas dos gases de combustão e alto consumo de calor. Esta desvantagem é geralmente mitigada pela adição de um dispositivo de recuperação de calor residual.

2. Fornos Contínuos

Num forno contínuo, a temperatura em vários pontos dentro do forno permanece relativamente constante ao longo do tempo. O corpo verde passa sequencialmente pelas seções de pré-aquecimento,{1}}alta temperatura e resfriamento do forno a uma velocidade controlada, completando o processo de sinterização. Este tipo de forno de sinterização permite uma sinterização contínua e ininterrupta, é muito simples de operar e possui alta eficiência térmica, resultando em grandes volumes de produção e qualidade uniforme do produto. No entanto, requer um investimento significativo e o seu regime térmico não é facilmente ajustado, pelo que é maioritariamente utilizado para produtos com elevado rendimento e uma variedade de produtos relativamente limitada. Os fornos contínuos comuns na indústria de pós incluem fornos de túnel e fornos de rolos.

① Forno de túnel

A estrutura de um forno túnel se assemelha a um túnel longo e reto, com carrinhos correndo em trilhos colocados no fundo do túnel. O equipamento de combustão está localizado no meio do forno túnel, formando a zona de queima-de alta temperatura. Um ventilador ou chaminé de tiragem induzida é instalado na frente do forno para guiar o gás de combustão de alta-temperatura da zona de queima até a cabeça do forno, pré-aquecendo o corpo verde a ser queimado, formando a zona de pré-aquecimento. Na cauda do forno, normalmente é soprado ar frio para resfriar os produtos queimados, formando a zona de resfriamento. Como a maior parte do calor residual do gás de combustão-de alta temperatura na zona de queima pode ser utilizada, ele é mais eficiente-energeticamente do que os fornos intermitentes. No entanto, algum calor ainda é desperdiçado porque o resfriamento é necessário na extremidade do forno.

② Forno de rolo

Um forno de rolos coloca o produto direta ou indiretamente em rolos bem espaçados. Cada rolo é acionado por uma corrente através de uma roda dentada em sua extremidade, fazendo com que os rolos girem continuamente. Esta rotação dos rolos transfere o produto da cabeça do forno para a cauda do forno. Como a diferença de temperatura durante o pré-aquecimento, queima e resfriamento é extremamente pequena, o tempo de produção é muito curto. Além disso, os fornos de rolos têm uma estanqueidade muito melhor do que os fornos de túnel, resultando numa melhor eficiência energética. No entanto, isso também tem uma desvantagem: a queima de produtos com alta-redução de temperatura requer rolos de alta-qualidade. Geralmente são usados ​​rolos de carboneto de silício, que lidam efetivamente com a queima de produtos cerâmicos em alta-temperatura de até 1350 graus.

③ Forno empurrador

O fundo de um forno empurrador é pavimentado com trilhos precisamente colocados, feitos de tijolos refratários resistentes. Um mecanismo de pressão empurra as placas refratárias contendo as peças cerâmicas para dentro do forno, passando sucessivamente pela zona de pré-aquecimento, zona de queima e zona de resfriamento. Às vezes, para reduzir o atrito, podem ser colocadas bolas de cerâmica sob as placas refratárias. Como os princípios e vantagens dos fornos empurradores são semelhantes aos dos fornos de rolos, os fornos empurradores são limitados pela capacidade de suporte-de impulso das placas refratárias e geralmente não são muito longos, variando de alguns metros a vinte metros de comprimento. Eles geralmente são usados ​​para queimar pólvora-de alta temperatura ou cerâmicas especiais e sua produção diária não é grande.

Com os avanços tecnológicos e a implementação contínua de políticas de proteção ambiental, os fornos industriais estão evoluindo de modelos de gama baixa-para modelos de gama alta-. Eles progrediram de serem caracterizados por baixo rendimento e qualidade, alto consumo de combustível, alta intensidade de trabalho, baixas temperaturas de queima e incapacidade de controlar a atmosfera, para maior rendimento e qualidade, menor consumo de combustível, temperaturas de queima mais altas, atmosfera controlável e mecanização e automação. Além das classificações mencionadas acima, os fornos também podem ser categorizados por temperatura (alta-temperatura, média-temperatura e baixa-temperatura) e por sistema de trabalho (radial, convecção e sistemas de trabalho em camadas). As empresas de produção podem escolher fornos industriais apropriados com base nos requisitos específicos de seus produtos em relação à tecnologia de processamento, atmosfera e produção para melhorar a eficiência da produção e a qualidade do produto.