November 7, 2025
डीसी इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस का गठन और संरचना
का परिचयइलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस
इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस एक धातुकर्म बर्तन है जो धातुओं को पिघलाने और परिष्कृत करने के लिए इलेक्ट्रिक आर्क द्वारा उत्पन्न तीव्र गर्मी का उपयोग करता है। भट्ठी के भीतर, एक या अधिक निरंतर चाप स्थापित किए जाते हैं। आर्क डिस्चार्ज के माध्यम से, विद्युत ऊर्जा को चार्ज को गर्म करने और संसाधित करने के लिए आवश्यक तापीय ऊर्जा में कुशलतापूर्वक परिवर्तित किया जाता है। आर्क का असाधारण उच्च तापमान, इसकी उच्च शक्ति घनत्व, उत्कृष्ट इलेक्ट्रोथर्मल दक्षता और भट्टी के वातावरण और संचालन को नियंत्रित करने की सापेक्ष आसानी के साथ मिलकर, आर्क भट्टी को एक बहुमुखी औद्योगिक उपकरण बनाता है। यह दुर्दम्य धातुओं को पिघलाने और उच्च श्रेणी की विशेष सामग्री के उत्पादन के लिए विशेष रूप से उपयुक्त है।
इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस का वर्गीकरण
औद्योगिक चाप भट्टियों को मुख्य रूप से तीन प्रकारों में वर्गीकृत किया जाता है, जो इस आधार पर होता है कि चाप चार्ज के साथ कैसे इंटरैक्ट करता है:
1. डायरेक्ट आर्क फर्नेस: आर्क को सीधे इलेक्ट्रोड(ओं) और धात्विक चार्ज के बीच मारा जाता है, इसे सीधे टकराव के माध्यम से गर्म किया जाता है। इस श्रेणी में शामिल हैं:
तीन-चरण एसी स्टीलमेकिंग आर्क फर्नेस
डीसी (डायरेक्ट करंट) इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस
वैक्यूम उपभोज्य इलेक्ट्रोड आर्क फर्नेस (VAR)
2. अप्रत्यक्ष आर्क भट्टी: चाप दो इलेक्ट्रोडों के बीच बनता है, और चाप से विकिरण द्वारा चार्ज को अप्रत्यक्ष रूप से गर्म किया जाता है। ऐतिहासिक रूप से तांबे की मिश्रधातुओं के लिए उपयोग की जाने वाली इन भट्टियों को उच्च शोर और असंगत पिघल गुणवत्ता जैसी कमियों के कारण बड़े पैमाने पर बदल दिया गया है।
3. जलमग्न आर्क फर्नेस (एसएएफ): इलेक्ट्रोड आंशिक रूप से अयस्क और कार्बन के बोझ में दबे होते हैं, बोझ के भीतर ही आर्किंग होती है, जिसका उपयोग मुख्य रूप से फेरोलॉय उत्पादन के लिए किया जाता है।
यह दस्तावेज़ डीसी इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस के गठन और संरचना पर केंद्रित है।
इलेक्ट्रिक आर्क की प्रकृति
इलेक्ट्रिक आर्क गैस डिस्चार्ज का एक रूप है, विशेष रूप से एक आत्मनिर्भर (स्व-उत्तेजित) डिस्चार्ज। इसकी प्रमुख विशेषताओं में अपेक्षाकृत कम वोल्टेज ड्रॉप (दसियों वोल्ट), अत्यधिक उच्च वर्तमान घनत्व (प्रति वर्ग सेंटीमीटर सैकड़ों एम्पीयर), तीव्र प्रकाश का उत्सर्जन, और बहुत उच्च तापमान पर केंद्रित गर्मी का उत्पादन शामिल है।
एक चाप भट्ठी में, चाप मुख्य रूप से एक गैस (धातु वाष्प सहित) में एक चालन घटना है, जो एक गर्म कैथोड (इलेक्ट्रोड टिप) से इलेक्ट्रॉनों के थर्मिओनिक उत्सर्जन द्वारा शुरू की जाती है। गैस को प्रवाहकीय बनाने के लिए, इसे आयनीकरण से गुजरना होगा, जिससे आवेशित कण उत्पन्न होंगे: सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आयन और नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए इलेक्ट्रॉन (या, कम सामान्यतः, नकारात्मक आयन)। पदार्थ की यह आयनित, अर्ध-तटस्थ स्थिति, जहां सकारात्मक और नकारात्मक चार्ज संतुलित होते हैं, प्लाज्मा कहलाती है। इसलिए, चाप मूलतः एक चाप प्लाज्मा है।
आर्क में गैस आयनीकरण के तंत्र
आर्क प्लाज्मा को बनाए रखने के लिए आवश्यक आयनीकरण कई तंत्रों के माध्यम से उत्पन्न होता है:
1. टकराव आयनीकरण (प्राथमिक तंत्र): गर्म कैथोड से उत्सर्जित उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों को विद्युत क्षेत्र द्वारा त्वरित किया जाता है। जब ये इलेक्ट्रॉन तटस्थ गैस अणुओं से टकराते हैं, तो वे अन्य इलेक्ट्रॉनों को खत्म करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा स्थानांतरित कर सकते हैं, जिससे सकारात्मक आयन और अतिरिक्त मुक्त इलेक्ट्रॉन बनते हैं।
2. थर्मल आयनीकरण: चाप स्तंभ के भीतर अत्यधिक उच्च तापमान पर, गैस अणुओं और परमाणुओं में पर्याप्त गतिज ऊर्जा होती है। इन ऊर्जावान कणों के बीच टकराव सीधे तौर पर आयनीकरण का कारण बन सकता है।
3. फोटोआयनीकरण: परमाणु उच्च-ऊर्जा फोटॉन (चाप से प्रकाश) को अवशोषित कर सकते हैं और आयनित हो सकते हैं। वर्तमान में, यह आम तौर पर एक द्वितीयक आयनीकरण मार्ग है।
4. क्षेत्र-प्रेरित (हिमस्खलन) आयनीकरण: यह एक श्रृंखला प्रतिक्रिया प्रक्रिया है। प्रारंभ में आयनित कण (इलेक्ट्रॉन और आयन) विद्युत क्षेत्र द्वारा त्वरित होते हैं, जिससे गतिज ऊर्जा प्राप्त होती है। जब वे बाद में तटस्थ कणों से टकराते हैं, तो वे आगे आयनीकरण का कारण बनते हैं, जिससे नए आवेशित कण बनते हैं। ये नए वाहक स्वयं त्वरित हो जाते हैं, जिससे अधिक टकराव और आयनीकरण होता है - एक "हिमस्खलन" प्रभाव जो प्लाज्मा को बनाए रखता है।
इस प्रक्रिया की दक्षता विद्युत क्षेत्र की ताकत और कणों के औसत मुक्त पथ पर निर्भर करती है। एक मजबूत क्षेत्र अधिक ऊर्जा प्रदान करता है। एक लंबा औसत मुक्त पथ (कम गैस घनत्व/वैक्यूम स्थितियों और इलेक्ट्रॉनों के छोटे आकार द्वारा समर्थित) कणों को टकराने से पहले उच्च ऊर्जा में तेजी लाने की अनुमति देता है, जिससे आयनीकरण की संभावना बढ़ जाती है। इलेक्ट्रॉन, अपने छोटे द्रव्यमान और आकार के कारण, क्षेत्र-प्रेरित आयनीकरण में प्रमुख भूमिका निभाते हैं।
आयनीकरण संतुलन
यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि स्थिर चाप के भीतर, एक गतिशील संतुलन मौजूद है। आयनीकरण (आवेशित कणों का निर्माण) की निरंतर प्रक्रिया पुनर्संयोजन की विरोधी प्रक्रिया (जहां सकारात्मक आयन और इलेक्ट्रॉन तटस्थ कणों को बनाने के लिए पुनर्संयोजित होते हैं) द्वारा संतुलित होती है। यह संतुलन दी गई परिचालन स्थितियों के तहत आर्क प्लाज्मा के भीतर आयनीकरण की एक स्थिर, विशिष्ट डिग्री बनाए रखता है।
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