El proceso de fusión por arco es un método para fundir material cargado, normalmente mineral metálico o chatarra, utilizando un arco eléctrico. Implica la aplicación de corriente alterna a un electrodo dentro de un horno de fusión. El calor generado por el arco hace que se fundan los residuos de la base metálica.
En un horno de fusión por arco, el componente principal es un soldador eléctrico, que actúa como un gran transformador para convertir la alta tensión en baja tensión y alta corriente. El soldador eléctrico activa el arco creando un cortocircuito instantáneo entre los polos positivo y negativo. El arco es un fenómeno de descarga autosostenida que mantiene una combustión estable relativamente larga sin necesidad de alta tensión.
El horno de fusión por arco funciona a temperaturas extremadamente altas, con una temperatura máxima de 3000℃. Utiliza el arco, que es un plasma térmico común, para generar el calor necesario para fundir el material. El horno garantiza un proceso de fusión uniforme controlando factores como la geometría del baño y la velocidad de fusión.
Durante el proceso de fusión por arco, el electrodo que se va a fundir se carga en el horno. Para aceros especiales y superaleaciones, el electrodo se funde previamente en aire o vacío. En el caso de los metales reactivos primarios, como el titanio, el electrodo se fabrica a partir de esponja compactada y/o chatarra, o de un proceso de fusión en el hogar, como plasma o haz de electrones.
El recipiente de vacío en el que se produce la fusión consta de dos conjuntos mecánicos principales: el cabezal móvil del horno y la estación de fusión fija. El cabezal móvil del horno es la sección superior del recipiente y contiene un conjunto de ariete integral conectado a un servomotor. Este conjunto soporta y controla el movimiento del electrodo. El ariete refrigerado por agua se extiende a través de un sello de vacío en el cabezal, y el electrodo se sujeta a su extremo inferior, convirtiéndose en el cátodo de la operación de fusión por arco.
La estación de fusión fija constituye la mitad inferior del recipiente de vacío y consiste en un crisol de cobre extraíble colocado en una camisa de agua fija de acero inoxidable. Una vez que el electrodo se sujeta al conjunto del ariete, éste eleva el electrodo mientras se baja el cabezal del horno para crear un sello de vacío en la parte superior del crisol.
Una vez establecido el vacío, se activa la fuente de alimentación de CC y el sistema de control dispara un arco de alta corriente entre el electrodo consumible (cátodo -) y la base del crisol (ánodo +). Esto forma rápidamente un baño de metal fundido. La separación del arco entre el electrodo de fusión y el baño de metal se mantiene con precisión y se establece una velocidad de fusión controlada. Las gotas de metal que caen a través de la separación del arco están expuestas al entorno de vacío y a las temperaturas extremas de la zona del arco, lo que provoca la eliminación de gases disueltos, la vaporización de elementos residuales y la mejora de la limpieza del óxido.
El crisol refrigerado por agua permite la solidificación direccional del baño de fusión, evitando la macrosegregación y reduciendo la microsegregación. Esto mejora las propiedades del material del lingote solidificado. Hacia el final del proceso, la potencia se reduce gradualmente para proporcionar un tope caliente controlado, maximizando el rendimiento de producto útil.
En general, el proceso de fusión por arco en el horno de fusión por arco eléctrico permite la fusión de material cargado mediante la aplicación de un arco eléctrico, lo que da como resultado un método controlado y eficaz de fusión de metales.
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