Topienie łukowe to elektrotermiczna metoda metalurgiczna, która wykorzystuje energię elektryczną do wytworzenia łuku między elektrodami lub między elektrodami a stopionym materiałem w celu stopienia metali. Łuki można wytwarzać przy użyciu prądu stałego lub prądu przemiennego. Podczas korzystania z prądu przemiennego pomiędzy dwiema elektrodami pojawi się chwilowe napięcie zerowe. Podczas topienia próżniowego, ze względu na niską gęstość gazu pomiędzy dwiema elektrodami, łatwo jest spowodować zgaśnięcie łuku. Dlatego do topienia łukiem próżniowym powszechnie stosuje się zasilacz prądu stałego.
Według różnych metod ogrzewania, topienie łukiem grzewczym można podzielić na dwie kategorie: topienie łukiem grzewczym bezpośrednim i topienie łukiem grzewczym pośrednim. Do głównych wskaźników technicznych i ekonomicznych topienia łukowego zalicza się czas topienia, ilość stopionego materiału pieca stałego w jednostce czasu (zdolność produkcyjna), jednostkowe zużycie energii elektrycznej przez materiał pieca stałego, materiały ogniotrwałe, zużycie elektrody itp.
1. Bezpośrednie topienie łukiem grzejnym
Łuk elektryczny wytwarzany w wyniku bezpośredniego topienia łukiem grzejnym powstaje pomiędzy prętem elektrody a stopionym materiałem pieca. Materiał pieca nagrzewa się bezpośrednio za pomocą łuku elektrycznego, który jest źródłem ciepła do topienia. Istnieją dwa główne rodzaje topienia łukowego z bezpośrednim ogrzewaniem: metoda topienia w trójfazowym piecu łukowym z ogrzewaniem bezpośrednim bez próżni i metoda topienia w piecu łukowym z bezpośrednim ogrzewaniem.
(1) Metoda topienia łukiem trójfazowym z bezpośrednim ogrzewaniem bez próżni. Jest to metoda powszechnie stosowana w produkcji stali. Elektryczny piec łukowy do produkcji stali jest najważniejszym rodzajem trójfazowego elektrycznego pieca łukowego z bezpośrednim ogrzewaniem bez próżni. Elektryczny piec łukowy, powszechnie nazywany przez ludzi, odnosi się do tego typu pieca. Aby otrzymać stal wysokostopową należy dodać do stali składniki stopowe, dostosować zawartość węgla i innych stopów w stali, usunąć szkodliwe zanieczyszczenia takie jak siarka, fosfor, tlen, azot oraz wtrącenia niemetaliczne poniżej określonego asortymentu produktu. Te zadania wytapiania najwygodniej jest wykonywać w elektrycznym piecu łukowym. Atmosferę wewnątrz elektrycznego pieca łukowego można kontrolować tak, aby była słabo utleniająca lub nawet redukująca poprzez wytwarzanie żużla. Skład stopu w elektrycznym piecu łukowym ma mniejsze straty podczas spalania, a proces ogrzewania jest stosunkowo łatwy do dostosowania. Dlatego też, chociaż topienie łukowe wymaga dużej ilości energii elektrycznej, metoda ta jest nadal stosowana w przemyśle do topienia różnych wysokogatunkowych stali stopowych
(2) Metoda topienia w próżniowym piecu łukowym z bezpośrednim ogrzewaniem. Stosowany jest głównie do topienia metali aktywnych i o wysokiej temperaturze topnienia, takich jak tytan, cyrkon, wolfram, molibden, tantal, niob i ich stopy. Służy również do topienia stali stopowych, takich jak stal żaroodporna, stal nierdzewna, stal narzędziowa i stal łożyskowa. Metal stopiony w piecu łukowym z bezpośrednim ogrzewaniem próżniowym charakteryzuje się zmniejszoną zawartością gazów i zanieczyszczeń lotnych, a wlewek na ogół nie ma porowatości centralnej. Krystalizacja wlewka jest bardziej jednolita, a właściwości metalu ulegają poprawie. Problem z topieniem w piecu łukowym z bezpośrednim ogrzewaniem próżniowym polega na tym, że trudno jest dostosować skład metali (stopów). Chociaż koszt wyposażenia pieca jest znacznie niższy niż w przypadku próżniowego pieca indukcyjnego, jest wyższy niż w przypadku elektrycznego pieca żużlowego, a koszt wytapiania jest również znacznie wyższy. Próżniowy, samozużywający się elektryczny piec łukowy został po raz pierwszy zastosowany w produkcji przemysłowej w 1955 roku, początkowo do topienia tytanu, a później do topienia innych metali o wysokiej temperaturze topnienia, metali aktywnych i stali stopowych.
2. Pośrednie topienie łukiem grzejnym
Łuk wytwarzany w wyniku pośredniego topienia łuku grzejnego powstaje pomiędzy dwiema elektrodami grafitowymi, a materiał pieca jest pośrednio podgrzewany przez łuk. Ta metoda wytapiania stosowana jest głównie do topienia miedzi i stopów miedzi. Pośrednie topienie łukiem grzewczym jest stopniowo zastępowane innymi metodami topienia ze względu na wysoki poziom hałasu i złą jakość metalu.
Czas publikacji: 25 stycznia 2024 r