تنطوي عملية صهر القطب الكهربائي القابل للاستهلاك بالقوس الكهربائي، والتي يشار إليها تحديدًا باسم إعادة الصهر بالقوس الكهربائي الفراغي، على استخدام مصدر طاقة تيار مباشر (DC) لتوليد قوس كهربائي في بيئة مفرغة من الهواء. يتم إنشاء هذا القوس بين قطب كهربائي قابل للاستهلاك وبوتقة نحاسية مبردة بالماء، والتي تعمل بمثابة أنود. تعمل الحرارة الشديدة الناتجة عن القوس على إذابة القطب الكهربائي، مما يؤدي إلى تكوين تجمع منصهر في البوتقة. بعد ذلك يتصلب هذا المعدن المنصهر بسرعة ويتبلور لتشكيل سبيكة.
الشرح التفصيلي:
-
الإعداد وتحضير القطب الكهربائي:
-
قبل بدء العملية، يتم تحميل القطب المراد صهره في الفرن. تختلف مادة القطب حسب نوع المعدن الذي تتم معالجته. بالنسبة للفولاذ المتخصص والسبائك الفائقة، عادةً ما يتم صب القطب الكهربائي في الهواء أو التفريغ. وبالنسبة للمعادن التفاعلية مثل التيتانيوم، يُصنع القطب الكهربائي من الإسفنج المضغوط و/أو الخردة، أو من خلال عملية صهر في الموقد مثل البلازما أو الحزمة الإلكترونية.أنواع الأقطاب الكهربائية:
-
الأقطاب الكهربائية المستخدمة في فرن الصهر القوسي هي في المقام الأول من ثلاثة أنواع: أقطاب الكربون، وأقطاب الجرافيت، وأقطاب الخبز الذاتي. ويعتمد اختيار المواد (الكربون أو الجرافيت) على التوصيل الكهربائي، وعدم قابليتها للذوبان، وقابليتها للذوبان، وقابليتها للذوبان، وخمولها الكيميائي، وقوتها الميكانيكية، ومقاومتها للصدمات الحرارية. يمكن أن يتراوح قطر هذه الأقطاب الكهربائية بين 18 سم و27 سم، ويمكن أن تصل درجة حرارة القوس الكهربائي إلى ما بين 3000 درجة مئوية و3500 درجة مئوية.
-
تكوين الفرن:
-
يتكون الفرن من مجموعتين ميكانيكيتين رئيسيتين: رأس الفرن المتحرك ومحطة الصهر الثابتة. ويدعم رأس الفرن المتحرك القطب الكهربائي من خلال مجموعة كبش يتم التحكم فيها بواسطة محرك مؤازر. يتم تثبيت القطب الكهربائي، الذي يعمل ككاثود، في الطرف السفلي من الكبش المبرد بالماء. تشتمل محطة الصهر الثابتة على بوتقة نحاسية قابلة للإزالة موضوعة داخل غلاف مائي ثابت من الفولاذ المقاوم للصدأ.عملية الصهر:
بمجرد تأمين القطب الكهربائي وإغلاق رأس الفرن بإحكام، يتم إنشاء فراغ داخل الوعاء. يتم بعد ذلك تنشيط مصدر طاقة التيار المستمر، ويبدأ نظام التحكم في تشغيل قوس عالي التيار بين القطب القابل للاستهلاك (الكاثود) وقاعدة البوتقة (الأنود). يقوم هذا القوس بإذابة القطب بسرعة، مكونًا بركة منصهرة. يغذي الصهر المستمر للقطب الكهربائي البركة، مما يضمن إمدادات ثابتة من المعدن المنصهر.
