世界上第一臺(tái)真空自耗電弧爐是于1950 年在美國(guó)誕生的。真空自耗電弧爐是在真空室中利用電弧的能量來(lái)熔煉金屬的一種電爐。真空自耗電弧爐主要用來(lái)熔煉鈦、鋯、鉬等活潑金屬和難熔金屬，也用來(lái)熔煉耐熱鋼、不銹鋼、工具鋼、軸承鋼。上個(gè)世紀(jì)五十年代初，用來(lái)重熔高溫合金，顯示出極好的優(yōu)越性，真空技術(shù)網(wǎng)(http://203scouts.com/)認(rèn)為成為高溫合金和特殊鋼重熔的重要手段之一。

1、真空自耗電弧爐的工作原理

　　真空自耗電弧爐結(jié)構(gòu)示意圖示于圖1。在電極下端部形成熔滴和熔滴滴落過(guò)程中，產(chǎn)生一定的物理化學(xué)反應(yīng)，它能將一部分氣體雜質(zhì)去除掉。真空自耗電弧爐的工藝特點(diǎn)是在水冷銅結(jié)晶器中進(jìn)行熔煉，這樣就克服了金屬同耐火材料之間相互作用而沾污金屬的弊端。同時(shí)，在高度水冷狀態(tài)下，對(duì)鋼液進(jìn)行凝固結(jié)晶，可得到組織均勻、無(wú)縮孔和致密的鋼錠。真空自耗電弧爐熔煉過(guò)程是在直流低電壓、大電流的電弧作用下進(jìn)行的。

　　首先，在自耗電極下端部同結(jié)晶器之間燃起電弧，自耗電極下端部同熔池之間形成電弧等離子區(qū)，該區(qū)具有極高的溫度，能使自耗電極端部首先在這里被熔化掉。隨著自耗電極中一些非金屬夾雜物，如氧化物、氮化物，在真空和高溫條件下，發(fā)生離解或被碳還原而被去除掉，達(dá)到進(jìn)一步提純的目的。由于真空自耗電弧爐工藝能去除氣體和非金屬夾雜物，以及去除某些低熔點(diǎn)的有害雜質(zhì)，從而使冷、熱加工性能、塑性和力學(xué)性能、物理性能得到明顯改善。特別是改善了縱向和橫向性能的差異，這對(duì)保證材料性能的穩(wěn)定性、一致性和可靠性有著極其重要的意義。

圖1　真空自耗電弧爐結(jié)構(gòu)示意圖

2、真空自耗電弧爐的電氣設(shè)備

　　為了獲得高質(zhì)量錠子，熔煉過(guò)程中要求熔煉功率穩(wěn)定，對(duì)供電電源要求具有恒流特性的直流電流。真空自耗電弧爐用的硅整流電源主回路示于圖2。

圖2　真空自耗電弧爐用的硅整流電源主回路

　　上述硅整流裝置的參數(shù)為：

　　(1)在20-40V 工作電壓范圍內(nèi)具有恒流特性，空載電壓在70V 左右。

　　(2)電流調(diào)節(jié)范圍為1:10。

　　(3)當(dāng)各整流臂中有10%硅元件損壞時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出信號(hào)，但能在額定電流下繼續(xù)運(yùn)行。

　　(4)允許過(guò)載10%，運(yùn)行1分鐘。

　　綜上所述，真空技術(shù)網(wǎng)(http://203scouts.com/)認(rèn)為真空電弧爐有以下特點(diǎn)：

　　(1)在真空狀態(tài)下，自耗電極和錠子之間沒有渣和其他材料，因此在重熔時(shí)被熔煉材料不受污染。

　　(2)真空電弧爐熔煉時(shí)，被熔煉金屬直接暴露在真空中，所以脫氣效果非常好，能有效地除去氫、氮、氧等氣體。

　　(3)真空電弧爐熔煉時(shí)，被熔煉金屬中的非金屬夾雜物比重輕，總是浮在熔融金屬的最上面，這就導(dǎo)致錠子內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常純潔。

　　(4)由于錠子是在水冷銅坩鍋中進(jìn)行冷卻，其冷卻速度非�？欤�這就導(dǎo)致錠子內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻，不產(chǎn)生偏析。

　　(5)在真空狀態(tài)下，可添加大量合金劑，因而能熔煉高級(jí)合金鋼。

　　(6)短的出鋼到出鋼時(shí)間，因而提高了設(shè)備生產(chǎn)率和降低了生產(chǎn)成本。

　　目前，真空電弧爐的容量范圍在15-200 t 之間。集加熱、脫氣、渣處理和合金調(diào)整等工藝都是在真空狀態(tài)下連續(xù)進(jìn)行的。同蒸汽噴射真空泵相結(jié)合的完全封閉式處理站，提供了對(duì)周圍環(huán)境完全沒有污染的清潔熔煉設(shè)備。