标题：电弧熔炼炉原理
很多人在购买工业炉和干燥设备时都很关心电弧熔炼炉的维护，电弧炉熔炼都有哪些原理特点的问题，毕竟多数为定制产品，所以了解的越多，就越容易定制符合自己企业生产需要的设备，下面小编就针对电弧熔炼炉的维护，电弧炉熔炼都有哪些原理特点这一问题整理了些答案，供大家参考：
（1）电弧炉构造及工作原理
（2）弧炉熔炼的优缺点及其应用
电弧炉熔炼的优点是熔化固体炉料的能力强，而且铁液是在熔渣覆盖条件下进行过热和调整化学成分的，故在一定程度上能避免铁液吸气和元素的氧化。这为熔炼低碳铸铁和合金铸铁创造了良好的条件。电弧炉的缺点是耗电能多，从熔化的角度看不如冲天炉经济，故铸铁生产上常采用冲天一电弧炉双联法熔炼。由于碱性电弧炉衬耐急冷急热性差，在间歇式熔炼条件下，炉衬寿命短，导致熔炼成本高，故多采用酸性电弧炉与冲天炉相配合。
标题：真空电弧熔炼法原理
真空电弧重熔 (vacuum arc remelting)
一种利用电弧作热源在真空条件下熔炼金属的真空熔炼技术，简称VAR。它包括真空电弧双电极重熔和真空凝壳炉熔炼。真空电弧重熔的原理是：在无渣及真空条件下，金属电极在直流电弧的高温作用下迅速熔化并在水冷铜结晶器内进行再凝固。当液态金属以薄层形式形成熔滴通过近5000K的电弧区域向结晶器中过渡以及在结晶器中保持和凝固的过程中，发生一系列的物理化学反应，使金属得到精炼，从而达到净化金属、改善结晶结构、提高性能的目的。因此，真空电弧重熔法的实质就是借助于直流电弧的热能把已知化学成分的金属自耗电极在真空下进行重新熔炼并在水冷铜结晶器内凝固成锭以提高其质量的熔炼过程。
设备
真空电弧重熔炉的型式有多种多样，但它们的基本结构是相同的(见图)。真空电弧重熔炉成套设备包括炉体、电源、真空系统、电控系统、观察系统、水冷系统等几个部分。
炉体??
由炉壳(真空室)、电极升降装置(包括电极夹头、过渡电极、水冷电极杆及其升降机构)、水冷铜结晶器等几个部分组成。炉壳一般用无磁性钢(铬镍不锈钢)制作，以保证真空室的密封和减少壳体内的铁磁损耗，以提高电效率。炉壳上具有连接真空系统、结晶器和其他各种机构的孔道，以及供观察炉内工作情况用的观察孔和保证安全用的防爆孔等。炉壳和其他各部分之间的连接都是真空密封的。水冷电极杆是一根能导电、中间通水冷却的光滑直杆，杆身与炉壳之间有防漏气的真空滑动密封。电极连在电极升降装置上。电极的升降可以用液压驱动，也可以用电动机驱动，电动机的工作由电控系统自动控制。重熔用金属自耗电极，通过电极卡头与过渡电极与电极杆连接，自耗电极焊接在过渡电极的端头上。自耗电极由被重熔精炼的材料组成，它可以浇铸成型，也可以热加工(锻或轧)成型，对于无法浇铸或热加工成型的材料，例如海绵钛、钨粉、短金属棒料等，可以用压制、烧结或焊接方法制备自耗电极。上结晶器呈直筒形，是用紫铜板做成的。壁厚一般为10～20mm，外面有一个外壳(不锈钢质)，两者之间通水冷却。结晶器的顶部连在炉壳的下口上，为了充分利用电源设备和提高生产率，容量稍大的真空电弧重熔炉都配有两个结晶器，当一个结晶器熔炼结束后，就可以立即将整套装备切换到另一个结晶器上，开始新的一炉熔炼。切换的型式有两种，一种是炉体固定式，另一种是炉体旋转式。前者只能更换和移动结晶器，适用于周期性生产，后者的炉体可以旋转，而结晶器的位置是固定的，依靠炉体的旋转来更换结晶器，保持生产连续。为连续生产，也有两个炉座合用一套电源、电控系统和真空系统的。这样，更换结晶器的工作就转变成切换电源和开闭真空系统的阀门。
电源?
可采用直流电，也可用交流电。为保持电弧稳定和电网负荷的均匀，一般采用直流供电。通常，以自耗电极为阴极；结晶器和重熔金属(液态和凝固锭)为阳极，这种接法称为正接或正极性。真空电弧炉的电弧电压只有20～28V左右，使用低电压大电流的直流电源。过去用直流发电机供电。随着炉子容量的扩大对电源容量要求的提高，以及可控硅技术的发展，现在一般均用硅整流电源，它通常是由调压变压器、整流变压器和若干组硅管连成的整流柜等组成。为了提高系统的电效率，减弱或消除磁场对重熔金属质量的不利影响，一般均采用如图所示的平行布线。
真空系统?
由真空泵组、管道、相应的真空阀门以及真空测量仪表等组成。真空泵组应具有足够大的抽气能力，以迅速排出真空系统内的气体和由炉料所放出的气体，保证在规定的时间内将真空室内的压力降到要求的数值，并且能保持这个压力。在熔炼过程中，真空室内的压力应低于1．5Pa，在弧区由于金属蒸气的存在，通常压力为2～10Pa。当真空室内的压力高于15Pa时，在一个较宽的范围内，炉内会出现辉光放电现象，并可能产生边弧(自耗电极与结晶器内壁之间燃弧)，这就有把结晶器击穿的危险。在重熔含大量易挥发元素的钢或合金时，也可在一定的氩气压力下工作，为稳定电弧，氩气压力应大于20～26kPa。
电控系统??
用来控制电弧长度、稳定电弧电流和电弧电压、防止短路和边弧的产生，并对过电流和过电压进行保护。在熔炼过程中，电弧的长度除决定供电回路的电参数(电流、电压、功率等)外，还决定自耗电极的熔化速率，从而间接地影响重熔精炼的效果。所以，保持恒定的电弧长度，对于进行连续、稳定和安全的熔炼，以获得质地均匀的重熔锭是十分必要的。电弧长度和电弧电压存在一定的对应关系，可以用调节电弧电压恒定的办法来实现控制电弧长度恒定的目的。但是，由于低压环境中直流电弧的电位梯度很小，所以电弧电压变化的幅度不大，调节效果不好。对自耗电极电弧重熔过程的研究发现，金属熔滴在形成和断落过程中’会引起电压的波动(脉冲)，而脉冲的频率、振幅以及持续时间(脉冲宽度)都与电弧长度有一定的对应关系。所以可用脉冲的频率、振幅及宽度为信号来控制电弧长度恒定。这种自动控制方式反应快、准确，可以稳定地将电弧长度控制在12～18mm之间，进行短弧熔炼，甚至控制弧隙为4～6mm(这时，脉冲的频率为短路的次数)，进行超短弧熔炼。随着弧区介质压强的降低，阴极斑点面积扩大，弧区的功率密度减小，导致电弧的发散和电弧温度的降低，以及电弧的不稳定，为此，在结晶器内套侧面部位，加设一稳弧线圈，以保证在结晶器内形成一个与自耗电极轴线相平行的纵向磁场，在这一磁场的作用下，使电弧受到一个向心的约束力，使电弧收缩和抑制偏弧的形成。
观察系统????
真空电弧重熔炉备有光学系统，以观察炉内情况。过去常采用潜望镜结构，即通过棱镜的反射，将炉口的形象反映到操作台的屏幕上，随着电视技术的发展，改用工业电视进行观察越来越普遍了。
重熔炉的分类???
真空电弧重熔炉的种类很多，按照炉子的不同特征可有3种分类：(1)按熔炼形式可分为非自耗电极式和自耗电极式。前者用钨或石墨作电极，利用电弧的热量使结晶器中的金属或合金熔化，熔炼过程中电极本身不消耗或消耗很少，后者用被熔炼的金属做电极，熔炼过程中电极自身熔化消耗。自耗电极式真空电弧炉被广泛用于高级合金钢及合金的熔炼。(见彩图插页第15、16页)(2)按炉体结构形式可分为固定式和旋转式，如前所述，前者用于周期性的生产，后者用于连续性生产。(3)按铸锭的形式可分为固定铸锭式和抽锭式。前者是整个重熔和铸锭过程都在结晶器中完成，已凝固的重熔锭在结晶器中固定不动，熔炼完全结束后，重熔锭才从结晶器中吊出。后者是在重熔和凝固过程中结晶器与已凝锭有相对位移，若结晶器固定不动，则已凝锭从结晶器的下部被慢慢拉出，若已凝锭固定不动，则结晶器随重熔和凝固的进行逐渐上移。对于抽锭式炉子，设有金属熔池液面控制系统。
工艺
包括对重熔工艺过程的控制和工艺参数的选择。
重熔过程控制????
真空电弧重熔过程可分为焊接电极、引弧、正常熔炼和封顶4个时期：
(2)引弧。在自耗电极与结晶器底部的引弧剂之间形成电弧，提高弧区温度和在结晶器底部形成一定大小的金属熔池，保持自耗电极与金属熔池之间形成稳定的电弧，使自耗电极的重熔转入正常的熔炼。
(3)熔炼期。是重熔过程的主要时期，在这期间钢或合金被精炼和凝固成锭，即脱除金属中的气体及低熔点的金属杂质，去除非金属夹杂物，降低偏析程度以及获得理想的铸态组织结构。
(4)封顶。目的在于减小重熔锭头部缩孔，减轻头部“V”形收缩区的疏松程度，以及促进夹杂物的上浮和排除，减少切头量，提高成材率。
工艺参数的选择?
真空电弧重熔产品的质量，取决于重熔参数是否合理。在生产实践中，是根据所熔炼的品种、重熔的目的和要求来选择工艺参数的。对重熔产品质量有影响的工艺参数有：
(1)自耗电极质量。自耗电极的优劣对冶炼质量具有决定性的影响，其影响程度比对其他冶炼方法要直接得多。过高的估计真空电弧重熔的精炼作用而选用低质量的自耗电极是十分有害的。VAR锭子的偏析及微观结构缺陷，99％取决于自耗电极质量，可以说：再好的VAR炉子设计和操作工艺也补偿不了自耗电极质量的缺陷。铸造电极径向凝固，不能热封顶，另外，表面易形成热裂纹，在缩孔与热裂纹区，易产生电弧，使局部熔化速度变化，导致偏析。为了减少偏析及微观缺陷，采用三次熔炼来生产高要求的高温合金锭，最终的真空电弧重熔用电渣锭作自耗电极。
(2)自耗电极直径。对于一定断面的锭型，自耗电极直径直接影响着重熔锭的质量和操作的安全性，通常可用下式来选择电极直径：
d／D0．65～0．85
(1)式中d为自耗电极直径，mm；D为结晶器直径，mm。也可以用经验式来确定电极直径：
dD-2δ式中δ为电极与结晶器之间的距离，mm。确定δ值时，在保证操作安全的前提下，应尽量选取较小的数值，但应大于正常熔炼时电弧的长度。
(3)真空度。真空度对重熔过程中的脱氧、去除气体、元素挥发、夹杂物的分解和去除，以及电弧的行为和安全操作均有着直接的影响，熔炼室的压力不能过低，也不能过高，宜保持在1．3Pa左右。
(4)漏气率。漏气率对真空电弧重熔金属质量有着重要的影响，一般要求漏气率E≤6．7Pa?L／s，对难熔金属及其合金的重熔要求E≤0．4～0．6。7Pa?L／s。
(5)熔炼电流。熔炼电流决定着金属熔化速率和熔池温度，对熔池的形状、体积和深度有着最直接的影694响，最终反映到合金的精炼效果和结晶组织上。表1给出了熔炼高温合金及合金钢时简单的且比较接近于生产实际的选择熔炼电流的经验公式。表1选择熔炼电流的经验公式。
(6)熔炼电压。电弧的长度是由电弧电压来反映的，一般均采用大断面电极和短弧操作。
(7)熔化速率。单位时间内自耗电极被熔化且进入结晶器的金属液的千克数，常用单位是kg／min。熔化速率(V)可以用与自耗电极升降相联动的标尺在单位时间内下降的距离(S，mm／min)来确定。计算公式为：VKS?????????????????(3?)
式中K为熔化速率系数，kg／mm：(4)
(8)冷却强度。结晶器的冷却强度影响重熔锭的凝固过程和铸态组织。在实际生产中冷却强度受到冷却水的流量、压力、进出水温度，以及锭型、锭重、钢种、结晶器的结构和熔炼温度等因素的影响。为了加强重熔金属的径向冷却强度，可以在铜结晶器内壁与重熔锭之间的隙缝(因锭子冷却收缩而形成)通氦气，这样可以获得扁平的金属熔池。
冶金特点?
可归纳为10项：(1)在真空下进行熔炼，不仅杜绝了外界空气对钢及合金的沾污，还可以降低钢及合金中的气体和低熔点有害金属杂质，提高重熔金属的纯洁度，VAR过程能有效地降低金属中氢、铅、铋、银等的含量，并具有一定的脱氮能力。(2)由于熔炼室内氧分压很低，重熔过程中铝、钛等活泼元素烧损少，合金的化学成分控制较为稳定，但易挥发元素如镁、锰等有一定烧损。(3)由于采用真空、无渣操作，并在水冷铜结晶器内重熔，可以熔炼活泼金属锭，真空电弧重熔是熔炼钛及钛合金的主要熔炼方法。(4)弧区温度高，可以重熔难熔金属及其合金。(5)由于熔炼是在无渣、无耐火材料与金属液作用的环境下进行的，从而杜绝或减轻了外界夹杂物对合金的沾污；加上真空电弧重熔过程中金属液自下而上的顺序凝固及快速冷却可在一定程度上去除非金属夹杂物及使凝固过程中再生夹杂物尺寸细小、分布均匀，重熔金属在非金属夹杂物方面的纯洁度较高。(6)通过对合金凝固结晶过程的合理控制，可以对合金凝固组织进行改善，得到偏析程度低、致密度高的锭子。(7)合理的封顶工艺制度可以使锭子头部缩孔小，“V”形收缩区的结晶结构与锭身较一致，从而提高了锭子的成材率。(8)由于重熔过程中弧区金属液的飞溅，重熔锭表面组织粗糙多孔、夹杂物及挥发元素含量高，重熔锭热加工前表面需要扒皮。(9)重熔过程中无脱硫手段，故要求自耗电极含硫量低。(10)真空电弧重熔过程中气氛及熔炼室压力可控。
标题：
真空电弧熔炼炉价格
标题：真空电弧熔炼炉原理图
1. 真空电弧熔炼概述
?真空电弧熔炼是在真空条件下，利用电弧加热熔炼金属的一种方法。
?真空电弧熔炼电极分为自耗电极和非自耗电极两种。自耗电极是由被熔炼材料（即炉料）制成，在熔炼过程中逐渐消耗，熔化后滴进结晶器中冷凝成锭。非自耗电极是利用钨等高熔点材料制成，在炉料熔炼过程中基本不消耗，目前只在实验室中用来研究制造难熔金属和金属碳化物。
1.1 真空电弧熔炼特点
?（1）直流电源供电(电极接负极、坩埚接正极)，电弧在真空中更稳定，不易熄灭；
?（2）电极和坩埚通常为金属材料，被熔炼金属液免受耐火材料炉衬污染；
?（3）熔炼处于真空环境，被熔炼金属免受氧化，促进脱气和金属氧化物分解；
?（4）熔炼在密闭容器中，环境污染小，工作环境好。
1.2 真空电弧熔炼领域
?（1）金属或合金提纯，真空高温条件下去除杂质；
?（2）将材料铸成致密且成分均匀的金属锭；
?（3）熔炼高熔点金属、活性金属、特殊钢等。
2. 真空电弧熔炼原理
2.1 电弧性质
?电弧是气体的一种弧光放电。气体弧光放电表现为极间电压很低，但通过气体的电流却很大，有耀眼的白光，弧区温度很高（约5000k）。巨大的电流密度来自于阴极的热电子发射，以及电子的自发射，即在阴极附近有正离子层，形成强大的电场，使阴极自动发射电子。大量电子在极间碰撞气态分子使之电离，产生更大量的正离子和二次电子，在电场作用下，分别撞击阴极和阳极，结果获得高温。阴极因电子发射用去部分能量，所以温度低于阳极。极间也因部分正离子与电子复合放热而产生高温。
电弧的温度和电弧电压降
?电弧的温度分布和电弧电压降如图所示。1~2为电极温度；2~3为弧柱温度；4~5为熔池温度；5~6为锭子温度；2为阴极斑点温度；4为阳极斑点温度；5为金属熔点。Uc为阴极区电压降；Un为弧柱区电压降；Ua为阳极区电压降；Uo为电弧电压降。
2.2 电弧组成
?在真空中电弧的外形犹如一个钟罩，由三个区组成，即阴极区、弧柱区和阳极区。
（1）阴极区
????????阴极区是阴极端面很短一个区域，其纵向长度约等于电子运动的自由程（即电子发射后碰到气态分子的长度）。
????????阴极区有两个显著的特点：
????????① 在端面附近有正离子层，位于阴极区与弧柱区的交界面上，与阴极端面构成很大的电压降，维持电弧正常燃烧时电子的自发射。
????????② 阴极端面上有光亮点，称为阴极斑点，温度很高，电子集中由这里向外发射，真空中阴极斑点扩大，甚至布满整个阴极端面或更大些。斑点温度随阴极材料熔点增高而增高，达到阴极材料的沸点。斑点温度还与斑点移动有关。由于自耗电极熔滴脱落和端面温度场的变化等原因，斑点将向温度高的突出位置移动。但如果移动过于频繁，阴极斑点温度将大幅下降，以热发射为主的电弧将会不稳。
（2）弧柱区
????????弧柱区位于阴极区和阳极区之间，由于阴极区和阳极区都很短，所以弧柱区长度几乎就等于整个电弧长度。弧柱区为等离子区，存在着激烈的碰撞电离。气体分子和金属蒸气分子，一方面电离，一方面又部分复合，处于动态平衡中。建立这种平衡很迅速，即使工频交流电弧也近于稳定状态。由于电离程度高，弧柱区近似于导体，轴向电压降很小，而且均匀。由于电子较正离子轻得多，在同样电压下加速快，因此，弧柱区的电流主要是电子流（约占99%）。
（3）阳极区
????????阳极区为阳极端面附近较长的区域。在真空中阳极斑点扩大，甚至“消失”。由于大量电子碰撞，阳极斑点的温度高于阴极斑点温度。熔池温度高更利于金属熔炼，因此，熔池接阳极。
2.3 影响电弧的因素
（1）气体压力
????????电弧区气体压力包括金属蒸气压力和熔炼时放出气体压力，在动态情况下，高于炉膛压力几十倍到几千倍。
实验指出，在压力为6.6×103~105Pa时，电弧稳定，有时电弧沿电极端部移动。当气压降到66Pa~6.6×103时，电弧移动频繁，且有爬弧、边弧等产生，放电失常，电弧不稳定。当压力低于66Pa时，电弧又稳定下来。故炉膛压力应为0.67~1.3Pa。
????????氩气保护时，当氩气压力大于4.5×104Pa时，电弧不稳定；当压力降低到4.5×104Pa时，电弧相对稳定。但压力过低，电弧不稳定。
（2）稳弧线圈
????????坩埚外绕制线圈，通以直流电或交流电，产生轴向磁场，压缩弧柱，使之不散乱，维持电弧正常放电，称为稳弧线圈。交流磁场并可减弱设备固有磁场不对称的不良影响。
（3）电弧电压与弧长的关系
????????直径12mm的非自耗钨电极在炉内压力26Pa，直径为175mm的结晶器内熔炼钛时测得的电弧电压Ua、电弧电流Ia与电弧长la的关系曲线，如图所示。短路电极拉开后，随着弧长la增加，电弧电压增加，电弧电流减少。弧长较短时，电弧电压和电流变化显著；但是弧长增加到一定长度后，电弧电压和电流变化开始平缓。真空电弧熔炼采用大电流低电压，属于短弧操作。一般电弧电压为22~55V，对应弧长为20~50mm（后者为大锭）。因此，炼钛时用电弧电压控制电弧长度，以达到稳弧目的。电弧过长，会引起电弧不稳或杂散，锭子表面不光滑，气孔多，外皮有螺纹或条纹等缺陷。电弧过短，容易短路，导致电极与熔池粘在一起等。
???????
电弧电压与电弧长度的关系
参考文献：
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标题：真空电弧熔炼炉原理图解
电弧炉原理
电弧炉分为三类，三类的工作原理如下：
类是直接加热式，电弧发生在专用电极棒和被熔炼的炉料之间，炉料直接受到电弧热。主要用于炼钢，其次也用于熔炼铁、铜、耐火材料、精炼钢液等。
第二类是间接加热式，电弧发生在两根专用电极棒之间，炉料受到电弧的辐射热，用于熔炼铜、铜合金等。这种炉子噪声大，熔炼质量差，已逐渐被其它炉类所取代。
第三类称为矿热炉，是以高电阻率的矿石为原料，在工作过程中电极的下部一般是埋在炉料里面的。其加热原理是：既利用电流通过炉料时，炉料电阻产生的热量，同时也利用了电极和炉料间的电弧产生的热量。所以又称为电弧电阻炉。
电弧炉(electric arc furnace)利用电极电弧产生的高温熔炼矿石和金属的电炉。气体放电形成电弧时能量很集中，弧区温度在3000℃以上。对于熔炼金属，电弧炉比其他炼钢炉工艺灵活性大，能有效地除去硫、磷等杂质，炉温容易控制，设备占地面积小，适于合金钢的熔炼。
电弧炉熔炼都有哪些原理特点
(1)电弧炉构造及工作原理
(2)弧炉熔炼的优缺点及其应用
电弧炉熔炼的优点是熔化固体炉料的能力强，而且铁液是在熔渣覆盖条件下进行过热和调整化学成分的，故在一定程度上能避免铁液吸气和元素的氧化。这为熔炼低碳铸铁和合金铸铁创造了良好的条件。电弧炉的缺点是耗电能多，从熔化的角度看不如冲天炉经济，故铸铁生产上常采用冲天一电弧炉双联法熔炼。由于碱性电弧炉衬耐急冷急热性差，在间歇式熔炼条件下，炉衬寿命短，导致熔炼成本高，故多采用酸性电弧炉与冲天炉相配合。
电弧炉炼钢的基本原理是什么
用电极电弧产生的高温熔炼矿石和金属的电炉。气体放电形成电弧时能量很集中，弧区温度在3000℃以上.对于熔炼金属，电弧炉比其他炼钢炉工艺灵活性大，能有效地除去硫、磷等杂质，炉温容易控制，设备占地面积小，适于合金钢的熔炼。
真空电弧炉的定义
电弧是气体的一种弧光放电。气体弧光放电表现为极间电压很低，但通过气体的电流却很大，有耀眼的白光，弧区温度很高(约5000k)。巨大的电流密度来自于阴极的热电子发射，以及电子的自发射，即在阴极附近有正离子层，形成强大的电场，使阴极自动发射电子。大量电子在极间碰撞气态分子使之电离，产生更大量的正离子和二次电子，在电场作用下，分别撞击阴极和阳极，结果获得高温。阴极因电子发射用去部分能量，所以温度低于阳极。极间也因部分正离子与电子复合放热而产生高温。电弧炉即是用这种原理熔炼金属的工业炉.在真空环境下的电弧炉就是真空电弧炉.真空电弧熔炼采用大电流低电压，属于短弧操作，。一般电弧电压为22～65V，对应弧长为20～50mm(后者为大锭)。从1839年熔炼白金丝实验成功以来，在以后的一百多年人们开始研究难熔金属的熔炼。1953年真空电弧炉才正式用到工业上。直到1956年，美国和欧洲许多国家还在用非自耗炉熔炼钛，1955年开始用自耗炉炼钢。1960年左右自耗炉生产的锭重已达30多吨，初具规模。目前发展的情况可以用美国康撒克公司制造的真空自耗炉为代表。为了提高生产率和设备的利用率，两台炉子共用一套主电源、真空系统和自动控制系统。
在真空状态下对工件(或材料)进行热处理，可提高工、模具的使用寿命，无氧化、无脱炭、表面光亮、变形小、节省能源无公害，并改变机械性能和冶金性能等优点。
真空电弧炉的吸铸速度由什么因素决定
电弧炉利用电极电弧产生的高温熔炼矿石和金属的电炉。气体放电形成电弧时能量很集中，弧区温度在3000℃以上。对于熔炼金属，电弧炉比其他炼钢炉工艺灵活性大，能有效地除去硫、磷等杂质，炉温容易控制，设备占地面积小，适于合金钢的熔炼。
真空电弧炉主要分为三个部分，抽真空部分，熔炼部分和吸铸部分，其基本原理是利用炉体内和铜模具之间的压力差将坩埚中的液态金属压入到铜模中，利用循环水冷却和铜良好的散热性达到使液态金属快速冷却凝固，制备非晶态合金。
电弧炉工作原理及其对电能质量的影响
电弧炉(electric arc furnace)利用电极电弧产生的高温熔炼矿石和金属的电炉。气体放电形成电弧时能量很集中，弧区温度在3000℃以上。对于熔炼金属，电弧炉比其他炼钢炉工艺灵活性大，能有效地除去硫、磷等杂质，炉温容易控制，设备占地面积小，适于合金钢的熔炼。电弧炉按电弧形式可分为三相电弧炉、自耗电弧炉、单相电弧炉和电阻电弧炉等类型。
电弧炉炼钢是通过石墨电极向电弧炼钢炉内输入电能，以电极端部和炉料之间发生的电弧为热源进行炼钢。电弧炉以电能为热源，可调整炉内气氛，对熔炼含有易氧化元素较多的钢种极为有利 。 电弧炉炼钢发明后不久，就用于冶炼合金钢，并得到较大的发展。
随着电弧炉设备的改进以及冶炼技术的提高，电力工业的发展，电弧炉炼钢的成本不断下降，现在电弧炉炼钢不但用于生产合金钢，而且大量用来生产普通碳素钢，其产量在主要工业国家钢总产量中的比重，不断上升.
电弧炉由于加热原料时电炉的三相电极很难同时接触到高低不平的炉料，使得燃烧不稳定，引起三相负荷不平衡，产生谐波电流，经变压器的三角形连接线圈而注入电网。其中主要是2- 7次的谐波，平均可达基波的8% 20%，可达45%。 严重影响电网的电能质量。
标题：真空电子束熔炼炉原理
介绍了真空电子束熔炼炉提纯原理、主要技术参数、设备结构及特点。该设备是冶金法制备太阳能级多晶硅技术中的关键设备，已应用到了国内多家单位工业化生产中，每炉产量为750 kg，单台设备每天产量为2250 kg，通过检测，硅料中磷的含量由6 ppm 降到了≤0.1 ppm，达到了太阳能级多晶硅对磷含量的要求。
1、电子束熔炼提纯原理
2、真空电子束熔炼炉的主要技术参数
2.1、电子枪单枪设计功率：600 kW，总功率：1800 kW;
2.2、加速电压电源：45 kV、13.3 A;
2.3、电子枪室极限真空：5×10-4 Pa;
2.4、熔炼炉室极限真空：6.7×10-4 Pa;
3500 ℃;
2.6、铸锭重量：750 kg;
2.7、熔锭尺寸：铸锭准950×500 mm;
2.8、加料方式：水平整料进料、散料进料
3、设备结构及特点
3.1、炉体
圆形、卧式炉体，双层水冷夹套结构，在炉体上设置有与各分系统接口，需要集成三把电子枪、两套水平整料进料机构、两套散料进料、两套真空系统、一套拖锭系统、两套水平冷床、一套铸锭坩埚。炉体两端为活动门，在炉门上设计有水平坩埚、散料进料溜槽进退机构，以便左右电子枪所发射出的电子束能够全面覆盖到水平冷床。炉体前门设置有带闪频的观测窗，在观察窗上装有铅玻璃防护屏。炉体的一侧设两套水平整料进料机构，上部设有两套散料进料机构，在炉体内设置有水冷铜冷床、铸锭坩埚，铸锭坩埚紧挨水冷铜冷床，位置低于水冷铜冷床;在两套水冷铜冷床与铸锭坩埚的上方各设有一套电子枪。在炉体靠近水平整料进料机构一侧设有两套真空系统，在铸锭坩埚下部设有拖锭系统。
电子束熔炼炉在熔炼提纯过程中，高速电子轰击金属物料时会产生X 射线，为了防止X射线伤害操作人员，必须采取有效的屏蔽和防护措施，并使用符合要求的零部件。在电子束发生器和炉室连接的部件(如法兰、连接卡子)使用了不锈钢材料制成。在两侧活动门、前炉门、观察窗等部位均设置了迷宫型屏蔽装置，在观察窗上使用了铅玻璃。每次对熔炼室和电子束发生器进行检修或清理后，必须检测X 射线是否有泄露，防止X 射线泄漏对操作人员造成伤害。
3.2、电子枪
电子束熔炼炉的核心部件，产生电子束的关键装备，主要用来引出冶炼工艺所需要的具有一定方向和光斑直径大小的电子束。它的功率的大小直接决定了电子束熔炼炉功率大小，在2008年以前，国内单支电子枪功率只能做到300 kW，但随着熔炼工艺需要，单支300 kW 的电子枪已不能满足需要，需要研制更大功率的电子枪。目前客户要求电子束熔炼炉要具有千千瓦大功率的要求，一把电子枪的功率远远不能达到要求，所以只能在一台炉体上装有多把电子枪，本设备共设有三把电子枪，单枪功率为600 kW，总功率达到了1800 kW，本设备电子枪主要特点：
1.单支电子枪功率大，可产生600 kW 的稳定工作功率。
2.改变了偏转扫描铁芯的结构，由方型结构改为圆型结构，结构小巧且非常简单，加工制造更加方便，制造成本大大降低。
3.电子枪枪芯采用风冷却方式，偏转、扫描装置采用水冷却，风冷、水冷两种方式组合利用，整体电子枪均可以得到有效冷却，电子枪的性能更加稳定，从而延长了大功率电子枪正常工作时间。
3.3、进料装置
为适应冶金法制备太阳能级多晶硅制备工艺需要，本设备进料系统包括水平整料进料和散料进料两种进料方式。经定向凝固后的硅料经清洗、除杂后经锯床分割成块料，块料不需要破碎，可直接放入水平整料进料机构。还有一种已经破碎好的高纯工业硅散料不需要定向凝固，这种料可直接放入散料进料机构，由散料进料机构断续加入到水平冷床进行熔炼提纯。
3.4、拖锭装置
3.5、真空系统
为保证熔炼提纯过程中炉室保持在高真空状态以及电子枪能够保持在一个恒定的高真空，该系统设置了炉体真空系统和电子枪真空系统两部分，两系统独立工作，分别对对应腔体进行抽真空。
炉体真空系统主要是对炉体、整料进料箱体、散料进料舱体进行抽真空，在熔炼过程中，工业硅由固态到液态会产生一定量的放气，炉体真空系统需要迅速将这些气体抽走。该系统配置了两套真空系统，主要是由扩散泵、罗茨泵、滑阀泵组成的三级抽气系统。为避免熔炼过程中产生的气体、粉尘、飞溅对真空系统产生污染，在真空系统主抽阀前设置了捕集器，对气体、粉尘、飞溅进行了一次过滤，在扩散泵与主抽阀之间设置了冷阱，对气体、粉尘、飞溅进行了二次过滤，而且冷阱可以有效遏制扩散泵的返油现象，以保证炉体的洁净环境。
电子枪真空系统由两套分子泵对电子枪室进行两级压差排气，各级排气间通过阳极和栏孔进行气阻隔离，可保证阴极—灯丝室的工作真空度稳定在10-4 Pa。对电子枪室采用分子泵抽真空，这在国内是采用，实践已证明抽气快，操作简单，并且真空质量高。分子泵不但可获得高真空，几乎可做到无油，使系统避免受到真空泵油蒸汽的污染，分子泵所提供的清洁高真空，减少了异常气体放电，可使阴极块在高温下长期、稳定、可靠地工作。
3.6、电控系统
真空电子束熔炼炉在熔炼时要求电子枪系统、真空系统、机械传动和冷却系统按照工艺要求协调工作，尤其是真空设备和电子枪引束对工人技术要求较高，人工控制劳动强度大，操作人员在设备附近受到X 射线辐射的风险高。为避免以上问题，该系统采用了远程自动控制系统，操作人员在控制室就能对整个系统进行实时监控。
该系统主要由上位机、大型触摸屏、PLC可编程控制器、电压表、电流表、真空计、工业摄像机等组成，主要是调整和控制电子束熔炼工艺参数，实现真空系统的所有泵、阀在满足所需真空条件时开启、关闭的全自动及手动控制。送料、摆料、拖锭、转锭、料车等电机在熔炼、出料全过程的运行、定位、限位的全自动运行及手动控制。主高压电压、电流、辅助高压电压、电流、灯丝电压电流、聚焦电流、偏转电流、扫描电流、炉室真空度、料位显示等参数均由变送器经A/D 转换后送至PLC、上位机进行实时动态监控，通过工业电视观测熔炼全过程。操作台上有大型触摸屏， 可进行系统控制图显示、参数修改和手动操作。整套系统具有水压、水流、水温、电子枪、炉室真空、高压系统的保护连锁、控制功能。
4、结束语
该设备已成功应用于工业化生产中，在国内多家多晶硅生产企业已得到推广，推动了冶金法制备太阳能级多晶硅技术在中国的发展，打破了太阳能级多晶硅技术被国外垄断的现状，对多晶硅提纯生产、技术研究具有重要的现实意义。随着对冶金法制备多晶硅技术进行更深入、更全面的研究，通过各种方法的优化结合和自主创新，相信冶金法会制备太阳能级多晶硅技术会取得更大成就。
