Во всех современных дуговых печах плавку ведут в вакууме с расходуемым молибденовым или вольфрамовым электродом и охлаждаемым медным тиглем – кристаллизатором. Металл плавится в дуге, возникающей между верхним (расходуемым) электродом и нижним электродом - расплавленным металлом в медном кристаллизаторе. Плавку ведут большей частью на постоянном токе при полярности: расходуемый электрод - катод, расплав - анод. Однако для вольфрама в случае плавки на переменном токе дуга вполне устойчива (в отличие от плавки менее тугоплавких металлов).
Наиболее распространены печи, в которых расходуемый электрод предварительно приготовляют из спеченных молибденовых или вольфрамовых штабиков. Стыковой сваркой штабики соединяют в электрод длиной 1 - 2,5 м. Затем их объединяют в пакет (4 - 16 штабиков и больше в зависимости от размеров кристаллизатора).
Перемещение расходуемого электрода при плавке и подвод к нему тока большей частью осуществляют с помощью штанги, на конце которой укреплен электрод. Плавку ведут вытягиванием слитка путем опускания поддона. Перед плавкой на дно кристаллизатора помещают диск из металла, подлежащего плавке. Плавку осуществляют в вакууме (0,13 - 0,013 Па) в рабочей камере печи. В зоне дуги давление примерно на два порядка выше. Постоянство напряжения дуги (30 - 60 В) поддерживается автоматически за счет регулирования расстояния между электродами.
Для регулирования формы дуги и исключения побочных дуг (например, дуг между электродом и стенкой кристаллизатора) кристаллизатор окружен электромагнитной катушкой (соленоидом).
Для раскисления металлов (содержание кислорода в плавленых молибдене и вольфраме не должно превышать 0,002 %) в состав электрода при его изготовлении вводят небольшие количества углерода, циркония, титана или их карбидов.
Легирующие добавки можно вводить в состав расходуемого электрода или вносить в зону дуги (в форме таблеток, крупного порошка). Так как при дуговой плавке в расплавленном состоянии находится кратковременно небольшая доля металла, легирующие добавки распределяются неравномерно. Для получения однородного по составу слитка обычно проводят повторную плавку.
После вакуумной дуговой плавки с раскислением содержание примесей в молибдене и вольфраме снижается. Получающиеся слитки имеют крупнокристаллическую структуру, что усложняет обработку давлением. С целью получения слитков с мелкозернистой структурой иногда используют гарниссажную дуговую плавку с разливом металла в изложницу.
Дуговая плавка ниобия и тантала
В качестве расходуемых электродов используют спеченные в вакууме штабики. Рафинирование ниобия происходит в малой степени. При дуговой плавке тантала, благодаря высокой температуре его плавления, примеси удаляются более полно. Удаление углерода при дуговой плавке тантала обеспечивается при его содержании, достаточном лишь для связывания ~50 % кислорода в СО. Оставшийся кислород удаляется с другими примесями и в форме низших оксидов.
Для достижения более высокой чистоты и однородности слитков дуговую плавку обычно проводят дважды с увеличением диаметра слитка при вторичной переплавке.
