真空自耗電弧爐熔滴控制原理與實(shí)現(xiàn)

  真空自耗電弧爐（簡稱自耗爐）可以熔煉鈦、鉬、鋯、鈮、鎢等活性或難熔金屬及其合金，二十世紀(jì)五十年代末開始用其熔煉不銹鋼、工磨具鋼、軸承鋼、高溫合金等材料。自耗爐熔煉的材料具有同質(zhì)性高、致密性好、沒有宏觀偏析，幾乎沒有微觀偏析等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于航空、航天、能源、交通等領(lǐng)域的材料生產(chǎn)。
1.真空自耗爐熔煉原理
   如圖1所示，真空自耗爐是在真空度小于60μbar情況下，利用直流產(chǎn)生的電弧放電產(chǎn)生高溫，迅速熔化預(yù)制好的金屬自耗電極而實(shí)現(xiàn)金屬重熔的。真空重熔是一種在完全惰性條件下進(jìn)行的工業(yè)精煉過程。
  精煉發(fā)生在電極下端（陰極）和錠子頂部的金屬熔池（陽極）之間，鋼液在水冷銅坩堝中凝固再結(jié)晶。鋼錠逐漸形成的過程。
自耗爐的主要優(yōu)勢在于水冷銅結(jié)晶器中錠子的受控凝固，從而產(chǎn)生出冶金特性優(yōu)異的均勻的材料。通過爐內(nèi)抽真空和4000 - 5000oC電弧溫度下氧化物的分解實(shí)現(xiàn)脫氣和清除原材料中的非金屬。經(jīng)過自耗爐重熔的材料殘留氣體含量低、清潔度高、冷、熱加工性能優(yōu)越、橫向機(jī)械性能大大提高。 
2.真空自耗爐的恒熔速熔煉
  要想通過真空自耗重熔獲得高品質(zhì)的材料必須實(shí)現(xiàn)錠子的受控凝固。其重要一環(huán)就是自耗電極的受控恒熔速熔化。
  研究表明，當(dāng)電弧放電產(chǎn)生的溫度足夠高時，在自耗電極（陰極）底部會形成1-2mm厚的熔化金屬薄膜，在表面張力和重力的作用下逐漸形成熔滴，然后在陰極和陽極之間的縫隙搭橋形成短路，流過短路熔滴的強(qiáng)大電流產(chǎn)生洛倫茲力，在高密度電流和洛倫茲力的作用下發(fā)生熔滴爆裂，細(xì)小的金屬液滴全方位噴射，最終大部分傳遞到金屬熔池。