アーク溶解プロセスは、一般的に金属鉱石や金属スクラップなどの帯電した材料を、電気アークを使用して溶解する方法です。溶解炉内の電極に交流電流を流します。アークによって発生する熱により、金属ベース上の残留物が溶融する。
アーク溶解炉の主なコンポーネントは電気溶接機で、高電圧を低電圧・高電流に変換する大型変圧器の役割を果たす。電気溶接機は、正極と負極の間に瞬間的な短絡回路を作ることでアークを誘発する。アークは自立放電現象で、高電圧を必要とせず、比較的長いアーク安定燃焼を維持する。
アーク溶解炉は、最高温度3000℃という超高温で作動する。一般的な熱プラズマであるアークを利用して、材料の溶解に必要な熱を発生させます。炉は、プールの形状や溶融速度などの要因を制御することにより、一貫した溶融プロセスを保証します。
アーク溶解プロセスでは、溶解する電極が炉に装入されます。特殊鋼や超合金の場合、電極はあらかじめ空気中または真空中で鋳造されます。チタンのような一次反応性金属の場合、電極は圧縮されたスポンジやスクラップ、またはプラズマや電子ビームのような炉心溶融プロセスから製造されます。
溶融が行われる真空容器は、可動炉頭と固定溶融ステーションという2つの主要な機械設備から構成されています。可動ファーネスヘッドは容器の上部で、サーボドライブに接続された一体型ラムアセンブリを備えています。このアセンブリは電極を支持し、その動きを制御する。水冷ラムはヘッド内の真空シールを通って延び、電極はその下端にクランプされ、アーク溶解操作の陰極となる。
固定溶融ステーションは真空容器の下半分を形成し、固定ステンレス鋼製ウォータージャケット内に置かれた、取り外し可能な銅製るつぼで構成されています。電極がラムアセンブリにクランプされると、ラムが電極を持ち上げ、その間にファーネスヘッドが下降して、るつぼの上に真空シールを作ります。
真空が確立されると、DC電源が作動し、制御システムが消耗電極（陰極-）とるつぼベース（陽極+）の間に高電流アークを発生させます。これにより、金属の溶融プールが素早く形成される。溶解電極と金属プール間のアークギャップは正確に維持され、制御された溶解速度が確立される。アークギャップを通って落下する金属液滴は、真空環境とアークゾーンの極端な温度にさらされ、溶存ガスの除去、浮遊元素の気化、酸化物の清浄度の向上につながります。
水冷るつぼは、溶融プールの方向性凝固を可能にし、マクロ偏析を防止し、ミクロ偏析を低減します。これにより、凝固したインゴットの材料特性が向上する。プロセスの終盤では、出力を徐々に下げてホットトップを制御し、有用な製品の歩留まりを最大化します。
全体として、電気アーク溶解炉のアーク溶解プロセスは、電気アークの適用による帯電材料の溶解を可能にし、制御された効率的な金属溶解方法をもたらします。
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