November 9, 2025
아크는 가스 아크 방전의 한 형태를 나타내며, 전극 사이의 전압은 매우 낮지만 가스를 통과하는 상당한 전류로 구별됩니다. 이 현상은 아크 영역 내에서 눈부신 백색광과 강렬한 열을 발생시켜 약 5000K의 온도에 도달합니다. 높은 전류 밀도는 자발적인 전자 방출과 결합된 음극에서 뜨거운 전자의 방출로 인해 발생합니다. 특히, 음극 근처의 양이온 층은 강력한 전기장을 형성하여 음극이 자동으로 전자를 방출하도록 합니다. 이러한 전자는 전극 사이의 가스 분자와 충돌하여 이온화되고 추가적인 양이온과 2차 전자를 생성합니다. 전기장의 영향으로 이러한 입자가 음극 및 양극과 충돌하여 고온이 발생합니다. 음극의 온도는 전자 방출의 에너지 소비로 인해 양극의 온도보다 낮게 유지됩니다. 또한, 양이온과 전자의 발열 재결합으로 인해 전극 사이에도 고온이 발생합니다. 이러한 원리를 이용한 전기로는 금속 제련에 사용되는 공업용로이다. 진공 환경에서 작동하는 경우 이를 진공 아크로라고 합니다.
진공 아크 용해는 짧은 아크 작동의 특징인 고전류 및 저전압 조건에서 작동합니다. 일반적으로 아크 전압 범위는 22~65V이며 해당 아크 길이는 20~50mm입니다(대형 잉곳의 경우 후자). 1839년 백금선 제련 실험이 성공한 이후로 사람들은 내화성 금속 제련에 대한 100년이 넘는 연구에 착수했습니다. 진공 아크로는 1953년에 공식적으로 산업용으로 도입되었습니다. 1956년에는 미국과 유럽 여러 국가의 비소모성로에서 티타늄이 제련되었고, 1955년에는 강철이 소모성로에서 제련되었습니다. 1960년경 자가소모로에서 생산된 잉곳의 무게가 30톤을 초과하여 중요한 이정표를 세웠습니다. 현재의 발전은 미국 회사 Consarc에서 제조한 진공 자가 소비로를 예로 들 수 있습니다. 생산성과 장비 활용도를 높이기 위해 두 개의 용광로가 주 전원 공급 장치, 진공 시스템 및 자동 제어 시스템을 공유하는 경우가 많습니다.
전극 하단에서 물방울이 형성되고 하강하는 동안 특정한 물리적, 화학적 반응이 일어나 일부 가스 불순물의 제거가 용이해집니다. 진공 소모성 아크로는 수냉식 구리 결정화기 내에서 제련하는 것이 특징이며, 내화물과의 상호 작용으로 인한 금속 오염의 단점을 극복합니다. 강렬한 물 냉각 하에서 용융된 강철은 응축 및 결정화되어 입자 배열이 균일하고 수축 공동이 없으며 구조가 컴팩트한 강철 잉곳을 생성합니다. 진공 소모성 아크로 내의 용융 공정은 직류(DC) 저전압, 고전류 아크에 의해 구동됩니다.
초기에는 소모성 전극의 하단과 결정화기 사이, 그리고 소모성 전극의 하단과 용융 풀 사이에 아크 플라즈마 존이 형성됩니다. 이 영역은 매우 높은 온도를 나타내므로 소모성 전극의 끝 부분이 먼저 녹습니다. 진공 및 고온 조건에서 탄소 환원을 통해 소모성 전극 내의 산화물, 아질산 화합물 등의 비금속 개재물을 분해하거나 제거하여 더욱 정제됩니다. 일부 저융점 유해 불순물과 함께 가스 및 비금속 개재물을 제거하는 진공 소모성 아크로의 능력을 고려하면 냉간 및 열간 가공 능력, 가소성, 기계적 특성 및 물리적 특성이 크게 향상됩니다. 특히 주목할 만한 점은 수직과 수평 특성의 차이가 개선된 점입니다. 이는 재료 특성의 안정성, 일관성 및 신뢰성을 보장하는 데 중요합니다.
고품질의 스핀들을 생산하기 위해서는 안정적인 제련력이 필수이며, 정전류 특성을 지닌 DC 전원 공급 장치가 필요합니다.
요약하면, 진공 아크로는 다음과 같은 특성을 제공합니다.
