アーク溶解の概要

アーク溶解は、電気エネルギーを使用して電極間または電極と溶解材料の間にアークを発生させ、金属を溶解する電熱冶金法です。アークは直流または交流のいずれかを使用して生成できます。交流を使用する場合、2 つの電極間の電圧は瞬間的にゼロになります。真空溶解では、2 つの電極間のガス密度が低いため、アークが消えやすくなります。したがって、真空アーク溶解には直流電源が一般的に使用されます。

さまざまな加熱方法に応じて、アーク溶解は直接加熱アーク溶解と間接加熱アーク溶解の 2 つのカテゴリに分類できます。アーク溶解の主な技術的・経済的指標としては、溶解時間、単位時間当たりに溶解する固体炉材の量（生産能力）、単位固体炉材電力消費量、耐火物材料、電極消費量などが挙げられます。

1、 直接加熱アーク溶解

直接加熱アーク溶解によって発生する電気アークは、電極棒と溶解した炉材料の間に発生します。炉の材料は、溶解の熱源となる電気アークによって直接加熱されます。直接加熱アーク溶解には、主に非真空直接加熱三相アーク炉溶解法と直接加熱真空消耗式アーク炉溶解法の2種類があります。

(1) 非真空直接加熱三相アーク溶解法。これは製鋼において一般的に使用される方法です。製鋼電気炉は、非真空直接加熱三相電気炉の最も重要なタイプです。一般に電気炉と呼ばれるのはこのタイプの炉を指します。高合金鋼を得るには、鋼に合金成分を添加し、鋼の炭素含有量およびその他の合金含有量を調整し、硫黄、リン、酸素、窒素、および以下の非金属介在物などの有害な不純物を除去する必要があります。製品の指定範囲です。これらの製錬作業は電気アーク炉で行うのが最も便利です。電気炉内の雰囲気は、スラグ製造を通じて弱酸化または還元性になるように制御できます。電気炉内の合金組成は燃焼損失が少なく、加熱プロセスの調整が比較的容易です。したがって、アーク溶解には大量の電気エネルギーが必要ですが、この方法は現在でも業界でさまざまな高級合金鋼の溶解に使用されています。

(2) 直接加熱式真空アーク炉溶解法。主に、チタン、ジルコニウム、タングステン、モリブデン、タンタル、ニオブ、およびそれらの合金などの活性金属および高融点金属を溶解するために使用されます。耐熱鋼、ステンレス鋼、工具鋼、軸受鋼などの合金鋼の溶解にも使用されます。直接加熱真空消耗型アーク炉で溶解された金属は、ガスと揮発性不純物の含有量が減少しており、インゴットには一般に中心多孔性がありません。インゴットの結晶化がより均一になり、金属の特性が向上します。直熱式真空消耗品アーク炉溶解の問題点は、金属（合金）の組成調整が難しいことです。炉の設備コストは真空誘導炉に比べて大幅に安価ですが、電気スラグ炉に比べて高く、製錬コストも大幅に高くなります。真空自己消費型電気炉は 1955 年に初めて工業生産に適用され、当初はチタンの溶解に、その後は他の高融点金属、活性金属、合金鋼の溶解に使用されました。

2、間接加熱アーク溶解

間接加熱アーク溶解によって発生するアークは 2 つのグラファイト電極間に発生し、炉の材料はアークによって間接的に加熱されます。この精錬法は主に銅および銅合金を溶解するために使用されます。間接加熱アーク溶解は騒音が高く、金属の品質が悪いため、徐々に他の溶解方法に取って代わられつつあります。