真空自耗电弧炉

真空电弧炉是在抽真空的炉体中用电弧直接加热熔炼金属的电炉。炉内气体稀薄，主要靠被熔金属的蒸气发生电弧，为使电弧稳定，一般供直流电。按照熔炼特点，分为金属重熔炉和浇铸炉。按照熔炼过程中电极是否消耗（熔化），分为自耗炉和非自耗炉，工业上应用的大多数是自耗炉。真空电弧炉用于熔炼特殊钢、活泼的和难熔的金属如钛、钼、铌（见真空冶金）。

    1、真空自耗电弧炉的工作原理

    真空自耗电弧炉结构示意图示于图1。在电极下端部形成熔滴和熔滴滴落过程中，产生一定的物理化学反应，它能将一部分气体杂质去除掉。真空自耗电弧炉的工艺特点是在水冷铜结晶器中进行熔炼，这样就克服了金属同耐火材料之间相互作用而沾污金属的弊端。同时，在高度水冷状态下，对钢液进行凝固结晶，可得到组织均匀、无缩孔和致密的钢锭。真空自耗电弧炉熔炼过程是在直流低电压、大电流的电弧作用下进行的。

    首先，在自耗电极下端部同结晶器之间燃起电弧，自耗电极下端部同熔池之间形成电弧等离子区，该区具有极高的温度，能使自耗电极端部首先在这里被熔化掉。随着自耗电极中一些非金属夹杂物，如氧化物、氮化物，在真空和高温条件下，发生离解或被碳还原而被去除掉，达到进一步提纯的目的。由于真空自耗电弧炉工艺能去除气体和非金属夹杂物，以及去除某些低熔点的有害杂质，从而使冷、热加工性能、塑性和力学性能、物理性能得到明显改善。特别是改善了纵向和横向性能的差异，这对保证材料性能的稳定性、一致性和可靠性有着极其重要的意义。

    真空自耗电弧炉结构示意图

    2、真空自耗电弧炉的电气设备

    为了获得高质量锭子，熔炼过程中要求熔炼功率稳定，对供电电源要求具有恒流特性的直流电流。真空自耗电弧炉用的硅整流电源主回路示于图2。

   真空自耗电弧炉用的硅整流电源主回路

    上述硅整流装置的参数为：

    (1)在20-40V工作电压范围内具有恒流特性，空载电压在70V左右。

    (2)电流调节范围为1:10。

    (3)当各整流臂中有10%硅元件损坏时，系统会发出信号，但能在额定电流下继续运行。

    (4)允许过载10%，运行1分钟。

    真空电弧炉有以下特点：

    (1)在真空状态下，自耗电极和锭子之间没有渣和其他材料，因此在重熔时被熔炼材料不受污染。

    (2)真空电弧炉熔炼时，被熔炼金属直接暴露在真空中，所以脱气效果非常好，能有效地除去氢、氮、氧等气体。

    (3)真空电弧炉熔炼时，被熔炼金属中的非金属夹杂物比重轻，总是浮在熔融金属的最上面，这就导致锭子内部结构非常纯洁。

    (4)由于锭子是在水冷铜坩锅中进行冷却，其冷却速度非常快，这就导致锭子内部结构均匀，不产生偏析。

    (5)在真空状态下，可添加大量合金剂，因而能熔炼高级合金钢。

    (6)短的出钢到出钢时间，因而提高了设备生产率和降低了生产成本。

    目前，真空电弧炉的容量范围在15-200t之间。集加热、脱气、渣处理和合金调整等工艺都是在真空状态下连续进行的。同蒸汽喷射真空泵相结合的完全封闭式处理站，提供了对周围环境完全没有污染的清洁熔炼设备。