Das Lichtbogenschmelzen ist ein elektrothermisches metallurgisches Verfahren, bei dem elektrische Energie verwendet wird, um einen Lichtbogen zwischen Elektroden oder zwischen Elektroden und dem geschmolzenen Material zu erzeugen, um Metalle zu schmelzen. Lichtbögen können entweder mit Gleichstrom oder Wechselstrom erzeugt werden. Bei Verwendung von Wechselstrom liegt zwischen den beiden Elektroden momentan eine Nullspannung an. Beim Vakuumschmelzen kann es aufgrund der geringen Gasdichte zwischen den beiden Elektroden leicht zum Erlöschen des Lichtbogens kommen. Daher wird beim Vakuumlichtbogenschmelzen im Allgemeinen eine Gleichstromversorgung verwendet.
Je nach Heizmethode kann das Lichtbogenschmelzen in zwei Kategorien unterteilt werden: Lichtbogenschmelzen mit direkter Erwärmung und Lichtbogenschmelzen mit indirekter Erwärmung. Zu den wichtigsten technischen und wirtschaftlichen Indikatoren des Lichtbogenschmelzens gehören die Schmelzzeit, die Menge des pro Zeiteinheit geschmolzenen festen Ofenmaterials (Produktionskapazität), der Stromverbrauch pro Einheit des festen Ofenmaterials, feuerfeste Materialien, der Elektrodenverbrauch usw.
1、 Direkter Heizlichtbogenschmelzen
Der beim direkten Heizlichtbogenschmelzen erzeugte Lichtbogen befindet sich zwischen dem Elektrodenstab und dem geschmolzenen Ofenmaterial. Durch den Lichtbogen wird das Ofenmaterial direkt erhitzt und dient als Wärmequelle zum Schmelzen. Es gibt zwei Haupttypen des Lichtbogenschmelzens mit direkter Erwärmung: das Schmelzverfahren im dreiphasigen Lichtbogenofen ohne Vakuum-Direktheizung und das Schmelzverfahren im Vakuum-Lichtbogenofen mit direkter Erwärmung.
(1) Dreiphasen-Lichtbogenschmelzverfahren ohne Vakuum-Direktheizung. Dies ist eine häufig verwendete Methode in der Stahlherstellung. Der Elektrolichtbogenofen für die Stahlherstellung ist der wichtigste Typ eines dreiphasigen Elektrolichtbogenofens ohne Vakuum-Direktheizung. Der im Volksmund häufig als Lichtbogenofen bezeichnete Elektrolichtbogenofen bezieht sich auf diesen Ofentyp. Um hochlegierten Stahl zu erhalten, ist es notwendig, dem Stahl Legierungskomponenten hinzuzufügen, den Kohlenstoffgehalt und andere Legierungsgehalte des Stahls anzupassen und schädliche Verunreinigungen wie Schwefel, Phosphor, Sauerstoff, Stickstoff und unten stehende nichtmetallische Einschlüsse zu entfernen die angegebene Reichweite des Produkts. Diese Schmelzaufgaben lassen sich am einfachsten in einem Elektrolichtbogenofen erledigen. Die Atmosphäre im Elektrolichtbogenofen kann durch die Bildung von Schlacke so gesteuert werden, dass sie schwach oxidierend oder sogar reduzierend ist. Die Legierungszusammensetzung im Elektrolichtbogenofen weist weniger Verbrennungsverluste auf und der Erhitzungsprozess lässt sich relativ einfach anpassen. Obwohl das Lichtbogenschmelzen eine große Menge an elektrischer Energie erfordert, wird dieses Verfahren in der Industrie immer noch zum Schmelzen verschiedener hochwertiger legierter Stähle eingesetzt
(2) Direkterwärmendes Vakuum-Lichtbogenofen-Schmelzverfahren. Es wird hauptsächlich zum Schmelzen aktiver und hochschmelzender Metalle wie Titan, Zirkonium, Wolfram, Molybdän, Tantal, Niob und deren Legierungen verwendet. Es wird auch zum Schmelzen von legierten Stählen wie hitzebeständigem Stahl, Edelstahl, Werkzeugstahl und Lagerstahl verwendet. Das in einem direkt beheizten Vakuum-Lichtbogenofen geschmolzene Metall weist einen geringeren Gehalt an Gasen und flüchtigen Verunreinigungen auf, und der Barren weist im Allgemeinen keine zentrale Porosität auf. Die Kristallisation des Barrens ist gleichmäßiger und die Metalleigenschaften werden verbessert. Das Problem beim Schmelzen im Vakuum-Lichtbogenofen mit Direktbeheizung besteht darin, dass es schwierig ist, die Zusammensetzung von Metallen (Legierungen) anzupassen. Obwohl die Ausrüstungskosten des Ofens viel niedriger sind als die des Vakuuminduktionsofens, sind sie höher als die des elektrischen Schlackenofens und auch die Schmelzkosten sind viel höher. Der selbstverbrauchende Vakuum-Lichtbogenofen wurde erstmals 1955 in der industriellen Produktion eingesetzt, zunächst zum Schmelzen von Titan und später zum Schmelzen anderer hochschmelzender Metalle, aktiver Metalle und legierter Stähle.
2、 Indirektes Heizlichtbogenschmelzen
Der beim indirekten Heizlichtbogenschmelzen erzeugte Lichtbogen befindet sich zwischen zwei Graphitelektroden, und das Ofenmaterial wird durch den Lichtbogen indirekt erhitzt. Dieses Schmelzverfahren wird hauptsächlich zum Schmelzen von Kupfer und Kupferlegierungen eingesetzt. Aufgrund des hohen Geräuschpegels und der schlechten Metallqualität wird das Lichtbogenschmelzen mit indirekter Erwärmung nach und nach durch andere Schmelzverfahren ersetzt.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 25. Januar 2024