ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับการหลอมอาร์ค

การหลอมอาร์กเป็นวิธีการทางโลหะวิทยาด้วยไฟฟ้าที่ใช้พลังงานไฟฟ้าเพื่อสร้างส่วนโค้งระหว่างอิเล็กโทรดหรือระหว่างอิเล็กโทรดกับวัสดุที่หลอมละลายเพื่อหลอมโลหะ สามารถสร้างส่วนโค้งได้โดยใช้กระแสตรงหรือกระแสสลับ เมื่อใช้ไฟฟ้ากระแสสลับ จะมีแรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์ทันทีระหว่างอิเล็กโทรดทั้งสอง ในการหลอมเหลวแบบสุญญากาศ เนื่องจากมีความหนาแน่นของก๊าซต่ำระหว่างอิเล็กโทรดทั้งสอง จึงทำให้ส่วนโค้งดับได้ง่าย ดังนั้นโดยทั่วไปจะใช้แหล่งจ่ายไฟ DC สำหรับการหลอมอาร์คสุญญากาศ

ตามวิธีการทำความร้อนที่แตกต่างกัน การหลอมอาร์กสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท: การหลอมอาร์กด้วยความร้อนโดยตรงและการหลอมอาร์กด้วยความร้อนทางอ้อม ตัวชี้วัดทางเทคนิคและเศรษฐกิจหลักของการหลอมอาร์ก ได้แก่ เวลาในการหลอม ปริมาณของวัสดุเตาหลอมแข็งที่ละลายต่อหน่วยเวลา (กำลังการผลิต) ปริมาณการใช้ไฟฟ้าของวัสดุเตาแข็งต่อหน่วย วัสดุทนไฟ การใช้อิเล็กโทรด ฯลฯ

1、 การหลอมอาร์คความร้อนโดยตรง

ส่วนโค้งไฟฟ้าที่เกิดจากการหลอมอาร์กด้วยความร้อนโดยตรงอยู่ระหว่างแท่งอิเล็กโทรดกับวัสดุเตาหลอม วัสดุเตาหลอมได้รับความร้อนโดยตรงด้วยอาร์คไฟฟ้าซึ่งเป็นแหล่งความร้อนสำหรับการหลอม การหลอมอาร์กด้วยความร้อนโดยตรงมีสองประเภทหลัก: การทำความร้อนโดยตรงด้วยเตาอาร์คสามเฟสแบบไม่ใช้สุญญากาศและการหลอมเตาอาร์คแบบใช้ความร้อนโดยตรงแบบสุญญากาศ

(1) วิธีการหลอมอาร์กสามเฟสที่ให้ความร้อนโดยตรงแบบไม่สุญญากาศ นี่เป็นวิธีการที่ใช้กันทั่วไปในการผลิตเหล็ก เตาอาร์คไฟฟ้าสำหรับการผลิตเหล็กเป็นประเภทที่สำคัญที่สุดของเตาอาร์คไฟฟ้าสามเฟสที่ให้ความร้อนโดยตรงแบบไม่สุญญากาศ เตาอาร์คไฟฟ้าที่คนทั่วไปเรียกกันหมายถึงเตาประเภทนี้ เพื่อให้ได้เหล็กโลหะผสมสูง จำเป็นต้องเพิ่มส่วนประกอบโลหะผสมลงในเหล็ก ปรับปริมาณคาร์บอนและปริมาณโลหะผสมอื่นๆ ของเหล็ก ขจัดสิ่งเจือปนที่เป็นอันตราย เช่น ซัลเฟอร์ ฟอสฟอรัส ออกซิเจน ไนโตรเจน และสารอโลหะด้านล่าง ช่วงที่กำหนดของผลิตภัณฑ์ งานถลุงเหล่านี้สะดวกที่สุดที่จะทำในเตาอาร์คไฟฟ้า สามารถควบคุมบรรยากาศภายในเตาอาร์คไฟฟ้าให้ออกซิไดซ์อ่อนๆ หรือแม้แต่ลดลงได้ด้วยการทำตะกรัน องค์ประกอบของโลหะผสมในเตาอาร์คไฟฟ้ามีการสูญเสียการเผาไหม้น้อยลง และกระบวนการทำความร้อนนั้นค่อนข้างง่ายในการปรับ ดังนั้นแม้ว่าการหลอมอาร์คจะต้องใช้พลังงานไฟฟ้าจำนวนมาก แต่วิธีนี้ยังคงใช้ในอุตสาหกรรมในการหลอมเหล็กโลหะผสมคุณภาพสูงต่างๆ

(2) วิธีการหลอมเตาอาร์คสุญญากาศแบบให้ความร้อนโดยตรง ส่วนใหญ่จะใช้ในการหลอมโลหะที่มีจุดหลอมเหลวสูงและแอคทีฟสูง เช่น ไทเทเนียม, เซอร์โคเนียม, ทังสเตน, โมลิบดีนัม, แทนทาลัม, ไนโอเบียม และโลหะผสมของพวกมัน นอกจากนี้ยังใช้ในการหลอมโลหะผสมเหล็ก เช่น เหล็กทนความร้อน สแตนเลส เหล็กเครื่องมือ และเหล็กแบริ่ง โลหะที่หลอมด้วยเตาอาร์คสิ้นเปลืองแบบสุญญากาศที่ให้ความร้อนโดยตรงจะมีปริมาณก๊าซและสารเจือปนที่ระเหยได้ลดลง และโดยทั่วไปแท่งโลหะจะไม่มีรูพรุนตรงกลาง การตกผลึกของแท่งโลหะมีความสม่ำเสมอมากขึ้นและคุณสมบัติของโลหะได้รับการปรับปรุง ปัญหาของการหลอมเตาอาร์กสิ้นเปลืองแบบใช้ความร้อนโดยตรงแบบสุญญากาศคือ การปรับองค์ประกอบของโลหะ (โลหะผสม) เป็นเรื่องยาก แม้ว่าต้นทุนอุปกรณ์ของเตาเผาจะต่ำกว่าเตาเหนี่ยวนำสุญญากาศมาก แต่ก็สูงกว่าเตาตะกรันไฟฟ้าและต้นทุนการถลุงก็สูงกว่ามากเช่นกัน เตาอาร์คไฟฟ้าแบบใช้เองแบบสุญญากาศถูกนำมาใช้ครั้งแรกในการผลิตทางอุตสาหกรรมในปี 1955 โดยเริ่มแรกสำหรับการหลอมไทเทเนียม และต่อมาสำหรับการหลอมโลหะที่มีจุดหลอมเหลวสูง โลหะแอคทีฟ และโลหะผสมเหล็ก

2、 การหลอมอาร์คความร้อนทางอ้อม

ส่วนโค้งที่เกิดจากการหลอมอาร์กด้วยความร้อนทางอ้อมอยู่ระหว่างอิเล็กโทรดกราไฟท์สองตัว และวัสดุของเตาเผาจะถูกให้ความร้อนทางอ้อมด้วยส่วนโค้ง วิธีการถลุงนี้ส่วนใหญ่จะใช้ในการหลอมทองแดงและโลหะผสมทองแดง การหลอมอาร์กการให้ความร้อนทางอ้อมจะค่อยๆ ถูกแทนที่ด้วยวิธีการหลอมแบบอื่นๆ เนื่องจากมีสัญญาณรบกวนสูงและคุณภาพของโลหะไม่ดี