इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस

इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस (ईएएफ) औद्योगिक फर्नेस है जो इलेक्ट्रिक आर्क के माध्यम से सामग्री को गर्म करती है।

औद्योगिक चाप भट्टियां आकार में लगभग -टन क्षमता की अल्प इकाइयों (कच्चा लोहा उत्पादों के उत्पादन के लिए फाउंड्री में उपयोग की जाती हैं) से लेकर लगभग 400-टन इकाइयों तक होती हैं, जिनका उपयोग द्वितीयक इस्पात निर्माण के लिए किया जाता है। अनुसंधान प्रयोगशालाओं और दंत चिकित्सा द्वारा उपयोग की जाने वाली चाप भट्टियों में केवल कुछ दर्जन ग्राम की क्षमता हो सकती है। औद्योगिक इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस तापमान 1,800 °C तक पहुंच सकता है, जबकि प्रयोगशाला इकाइयों का तापमान 3,000 °C से अधिक हो सकता है।

विद्युत चाप भट्टियों में, आवेशित सामग्री (भट्ठी में हीटिंग के लिए प्रवेश की गई सामग्री, विद्युत आवेश के साथ भ्रमित नहीं होना) सीधे विद्युत चाप के संपर्क में आती है, और भट्ठी के टर्मिनलों से विद्युत आवेशित सामग्री से होकर निकलती है। आर्क भट्टियां इंडक्शन भट्टियों से भिन्न होती हैं, जिसमें एड़ी धाराओं के अतिरिक्त चार्ज को गर्म किया जाता है।

इतिहास
19वे दशक में, कई लोगों ने लोहे को पिघलाने के लिए इलेक्ट्रिक आर्क का उपयोग किया था। सर हम्फ्री डेवी ने 1810 में प्रायोगिक प्रदर्शन किया; 1815 में विलियम हैसेल्डिन पेपिस द्वारा वेल्डिंग का परीक्षण किया गया। पिंचन ने 1853 में इलेक्ट्रोथर्मिक भट्टी बनाने का प्रयत्न किया और 1878-79 में, सर कार्ल विल्हेम सीमेंस ने चाप प्रकार की विद्युत भट्टियों के लिए पेटेंट निकाले।

1888 में स्कॉटलैंड के एडिनबरा में जेम्स बर्गेस रीडमैन द्वारा प्रथम सफल और परिचालन भट्टी का आविष्कार किया गया था और 1889 में पेटेंट कराया गया था। यह विशेष रूप से फास्फोरस के निर्माण के लिए था। 1907 में संयुक्त राज्य अमेरिका में स्थापित वाणिज्यिक संयंत्र के साथ फ्रांस के पॉल हेराउल्ट द्वारा आगे की इलेक्ट्रिक आर्क भट्टियां विकसित की गईं। यह भट्टी अब स्टेशन स्क्वायर, पिट्सबर्ग, पेंसिल्वेनिया में प्रदर्शित है। प्रारंभ में इलेक्ट्रिक स्टील मशीनी टूल्स और स्प्रिंग स्टील जैसे उपयोगों के लिए विशेष उत्पाद था। कार्बाइड लैंप में उपयोग के लिए कैल्शियम कार्बाइड प्रस्तुत करने के लिए आर्क भट्टियों का भी उपयोग किया जाता था। स्टैसानो भट्टी चाप प्रकार की औद्योगिक भट्टी है, जो सामान्यतः स्नान को मिश्रित करने के लिए घूमती है। जिरोड भट्टी हेरॉल्ट भट्टी के समान है। जबकि द्वितीय विश्व युद्ध में एलॉय स्टील्स के उत्पादन के लिए ईएएफ का व्यापक रूप से उपयोग किया गया था। यह केवल पश्चात में ही इलेक्ट्रिक स्टील निर्माण का विस्तार प्रारम्भ हुआ। स्टील मिल के लिए कम पूंजी वित्त लगभग US$140–200 प्रति टन वार्षिक स्थापित क्षमता, जबकि एक एकीकृत स्टील मिल के लिए प्रति टन वार्षिक स्थापित क्षमता US$1,000 अमेरिकी डॉलर की अपेक्षा में - मिलों को युद्ध-ग्रस्त यूरोप में शीघ्र ही से स्थापित करने की अनुमति देती है, और उन्हें कम वित्त, कार्बन स्टील लंबे उत्पादों (संरचनात्मक स्टील, रॉड और बार, तार, और बांधनेवाला पदार्थ) के लिए बेथलहम स्टील और यू.एस. स्टील जैसे बड़े संयुक्त राज्य स्टील निर्माताओं के साथ सफलतापूर्वक प्रतिस्पर्धा करने की अनुमति भी दी।

जब नूकोर- जो अब अमेरिका में सबसे बड़े इस्पात उत्पादकों में से है — ने 1969 में लंबे स्टील उत्पादों के लिए बाजार में प्रवेश किया, उन्होंने इस्पात बनाने की भट्टी के रूप में ईएएफ के साथ मिनी-मिल का उपयोग किया, शीघ्र ही अन्य निर्माताओं ने इसका अनुसरण किया। जबकि नूकोर ने पूर्वी अमेरिका में तीव्रता से विस्तार किया, जिन कंपनियों ने मिनी-मिल संचालन में उनका अनुसरण किया, वे लंबे उत्पादों के लिए स्थानीय बाजारों पर केंद्रित थीं, जहां ईएएफ ने पौधों को स्थानीय मांग के अनुसार उत्पादन में परिवर्तन करने की अनुमति दी थी। इस पैटर्न का विश्व स्तर पर पालन किया गया था, जिसमें ईएएफ स्टील उत्पादन मुख्य रूप से लंबे उत्पादों के लिए उपयोग किया जाता था, जबकि एकीकृत मिलों ने वात भट्टी और मूल ऑक्सीजन भट्टियों का उपयोग करते हुए, फ्लैट उत्पादों - धातु की चादर और भारी स्टील प्लेट के लिए बाजारों पर अधिकार कर लिया। 1987 में, नुकोर ने ईएएफ उत्पादन पद्धति का उपयोग करते हुए, फ्लैट उत्पादों के बाजार में विस्तार किया।

निर्माण
स्टील निर्माण के लिए उपयोग की जाने वाली इलेक्ट्रिक आर्क भट्टी में रिफ्रेक्ट्री-लाइन्ड वेसल होता है, जो सामान्यतः बड़े आकार में वाटर-कूल्ड होता है, जिसे वापस लेने योग्य पटल के साथ कवर किया जाता है, और जिसके माध्यम से अधिक ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड फर्नेस में प्रवेश करते हैं। भट्ठी मुख्य रूप से तीन वर्गों में विभाजित है:
 * खोल, जिसमें साइडवॉल और निचला स्टील का कटोरा होता है।
 * चूल्हा, जिसमें दुर्दम्य होता है जो निचले कटोरे को पंक्तिबद्ध करता है।
 * पटल, जो दुर्दम्य-रेखांकित या जल-ठंडा हो सकती है, और इसे वृत्त के खंड के रूप में, या छिन्नक (शंक्वाकार खंड) के रूप में आकार दिया जा सकता है। पटल अपने केंद्र में दुर्दम्य डेल्टा का भी समर्थन करती है, जिसके माध्यम से अधिक ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड प्रवेश करते हैं।

चूल्हा आकार में अर्धवृत्ताकार का हो सकता है, या विलक्षण तल टैपिंग भट्टी में (नीचे देखें), चूल्हा का आकार अर्ध अंडे के समान होता है। आधुनिक मेल्टशॉप में, भट्ठी को प्रायः भूतल से ऊपर उठाया जाता है, जिससे करछुल और स्लैग बर्तनों को भट्ठी के दोनों छोर के नीचे सरलता से चलाया जा सके। भट्ठी की संरचना से भिन्न इलेक्ट्रोड समर्थन और विद्युत प्रणाली, और झुकाव मंच है जिस पर भट्ठी टिकी हुई है। दो विन्यास संभव हैं: इलेक्ट्रोड समर्थन और भट्ठी के साथ पटल का झुकाव, या ऊंचे मंच पर निर्धारित किया गया है।

विशिष्ट प्रत्यावर्ती धारा भट्टी तीन-चरण विद्युत शक्ति आपूर्ति द्वारा संचालित होती है और इसलिए इसमें तीन इलेक्ट्रोड होते हैं। इलेक्ट्रोड सेक्शन में गोल होते हैं, और सामान्यतः थ्रेडेड कपलिंग वाले सेगमेंट में होते हैं, जिससे इलेक्ट्रोड के पहनने पर, नए सेगमेंट जोड़े जा सकें। आवेशित सामग्री और इलेक्ट्रोड के मध्य चाप बनता है। आवेश को आवेश से होकर प्रवाहित और चाप द्वारा विकसित विकिरण ऊर्जा दोनों द्वारा गर्म किया जाता है। विद्युत चाप का तापमान लगभग 3,000 °C पहुँच जाता है, इस प्रकार ऑपरेशन के समय इलेक्ट्रोड के निचले भाग, गरमागरम रूप से चमकते हैं। पोजिशनिंग प्रणाली द्वारा इलेक्ट्रोड को स्वचालित रूप से ऊपर और नीचे किया जाता है, जो या तो इलेक्ट्रिक चरखी होइस्ट या हायड्रॉलिक सिलेंडर का उपयोग कर सकता है।

रेग्युलेटिंग सिस्टम चार्ज के पिघलने के समय लगभग निरंतर करंट और पावर इनपुट को बनाए रखता है, स्क्रैप इलेक्ट्रोड के नीचे पिघल सकता है। इलेक्ट्रोड धारण करने वाली भुजाएँ या तो भारी बसबार ले जा सकती हैं (जो कि इलेक्ट्रोड क्लैम्प्स तक धारा ले जाने वाले खोखले जल-ठंडा तांबे के पाइप हो सकते हैं) या "हॉट आर्म्स" हो सकती हैं, जहां पूर्ण भुजा करंट ले जाती है, जिससे दक्षता बढ़ती है। गर्म हथियार तांबे से बने स्टील या अल्युमीनिय से बनाए जा सकते हैं। बड़े वाटर-कूल्ड केबल बस ट्यूब या आर्म्स को भट्ठी के निकट स्थित ट्रांसफार्मर से जोड़ते हैं। ट्रांसफार्मर को तिजोरी में स्थापित किया जाता है और पंप-परिचालित ट्रांसफार्मर तेल द्वारा ठंडा किया जाता है, साथ ही तेल को हीट एक्सचेंजर्स के माध्यम से पानी से ठंडा किया जाता है।

भट्ठी को झुके हुए प्लेटफॉर्म पर बनाया गया है जिससे परिवहन के लिए तरल स्टील को दूसरे बर्तन में डाला जा सके। पिघला हुआ स्टील डालने के लिए भट्टी को झुकाने की क्रिया को टैपिंग कहा जाता है। मूल रूप से, सभी स्टील बनाने वाली भट्टियों में टैपिंग टोंटी होती थी जो दुर्दम्य के साथ संवृत होती थी जो भट्टी को झुकाने पर धुल जाती थी, किन्तु प्रायः आधुनिक भट्टियों में तरल स्टील में नाइट्रोजन और लावा को सम्मिलित करने के लिए सनकी तल टैप-होल (EBT) होता है। इन भट्टियों में  टैपहोल होता है जो चूल्हा और खोल के माध्यम से लंबवत रूप से निकलता है, और अंडे के आकार की चूल्हा की संकीर्ण नाक में ऑफ-सेंटर समूह होता है। जब इसे संवृत कर दिया जाता है तो यह दुर्दम्य रेत से भर जाता है, जैसे ओलिविन। आधुनिक पौधों में इलेक्ट्रोड के समूह के साथ दो वृत्त हो सकते हैं जिन्हें दोनों के मध्य स्थानांतरित किया जा सकता है। शेल स्क्रैप को पूर्व से गरम करता है जबकि दूसरे शेल का उपयोग मेल्टडाउन के लिए किया जाता है। अन्य डीसी-आधारित भट्टियों में  समान व्यवस्था है, किन्तु प्रत्येक शेल और इलेक्ट्रॉनिक्स के समूह के लिए इलेक्ट्रोड हैं।

एसी भट्टियां सामान्यतः चूल्हा परिधि के चारों ओर गर्म और ठंडे-स्पॉट की डिज़ाइन प्रदर्शित करती हैं, जिसमें इलेक्ट्रोड के मध्य स्थित ठंडे स्थान होते हैं। आधुनिक भट्टियां फुटपाथ में ऑक्सीजन-ईंधन बर्नर को माउंट करती हैं और उनका उपयोग कोल्ड-स्पॉट को रासायनिक ऊर्जा प्रदान करने के लिए करती हैं, जिससे स्टील का ताप अधिक समान हो जाता है। भट्टी में ऑक्सीजन और कार्बन को इंजेक्ट करके अतिरिक्त रासायनिक ऊर्जा प्रदान की जाती है, ऐतिहासिक रूप से यह स्लैग दरवाजे में लांस (खोखले माइल्ड-स्टील ट्यूब ) माध्यम से किया जाता था, किन्तु अब यह मुख्य रूप से दीवार पर लगे इंजेक्शन इकाइयों के माध्यम से किया जाता है जो ऑक्सीजन-ईंधन बर्नर और ऑक्सीजन या कार्बन इंजेक्शन प्रणाली को इकाई में जोड़ते हैं।

मध्य-आकार की आधुनिक स्टील बनाने वाली भट्टी में लगभग 60,000,000 वोल्ट-एम्पीयर (60 MVA) रेटेड ट्रांसफॉर्मर होगा, जिसमें 400 और 900 वोल्ट के मध्य द्वितीयक वोल्टेज और 44,000 एम्पीयर से अधिक द्वितीयक करंट होगा। आधुनिक संस्था में इस प्रकार की भट्टी से लगभग 50 मिनट में कोल्ड स्क्रैप से चार्ज करने से लेकर भट्टी को टैप करने तक 80 टन तरल स्टील का उत्पादन करने की आशा की जाएगी। इसकी अपेक्षा में, मूल ऑक्सीजन भट्टियों में प्रति बैच 150-300 टन या गर्मी की क्षमता हो सकती है, और 30-40 मिनट में गर्मी उत्पन्न कर सकती है। अंतिम उत्पाद और स्थानीय स्थितियों के साथ-साथ भट्ठी की दक्षता में सुधार के लिए चल रहे शोध के आधार पर भट्ठी के डिजाइन विवरण और संचालन में भारी विविधताएं उपस्थित हैं। सबसे बड़ी स्क्रैप-ओनली फर्नेस (टैपिंग वेट और ट्रांसफॉर्मर रेटिंग के विषय में) जापान में टोक्यो स्टील द्वारा संचालित डीसी फर्नेस है, जिसका टैप वजन 420 टन है और 256 एमवीए संपूर्ण विद्युत के लिए आठ 32 एमवीए ट्रांसफार्मर द्वारा संचालित है।

ऊर्जा घनत्व
इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस में टन स्टील का उत्पादन करने के लिए लगभग 400 kWh (1.44 जूल) प्रति लघु टन या लगभग 440 kWh (1.6 GJ) प्रति टन की आवश्यकता होती है। टन स्क्रैप स्टील को पिघलाने के लिए आवश्यक सैद्धांतिक न्यूनतम ऊर्जा 300 kWh (1.09 GJ) (गलनांक) है 1,520 °C). इसलिए,  300-टन, 300 मवीए ईएएफ को स्टील को पिघलाने के लिए लगभग 132 मेगावाट ऊर्जा की आवश्यकता होगी, और लगभग 37 मिनट के पॉवर-ऑन टाइम (वह समय जब स्टील को आर्क से पिघलाया जा रहा है) की आवश्यकता होगी। इलेक्ट्रिक आर्क स्टीलनिर्माण केवल अल्पव्ययी है जहां उत्तम रूप से विकसित विद्युत ग्रिड के साथ विश्वसनीय विद्युत है। कई स्थानों पर, मिलें ऑफ-पीक घंटों के समय कार्य करती हैं जब उपयोगिताओं के निकट अधिशेष विद्युत उत्पादन क्षमता होती है और विद्युत का मूल्य कम होता है। यह लगभग 20 GJ प्रति टन (1 गीगाजूल लगभग 270 kWh के समान है) अनुमानित सभी उपायों से वैश्विक इस्पात उत्पादन की ऊर्जा व्यय के साथ अधिक अनुकूल अपेक्षा करता है।

संचालन
कतरन मेटल कोयला मेल्ट शॉप के निकटम में स्थित स्क्रैप बे में पहुंचाया जाता है। स्क्रैप सामान्यतः दो मुख्य ग्रेड में आता है: श्रेड (व्हाइट गुड्स, कार और इसी प्रकार के लाइट-गेज स्टील से बनी अन्य वस्तुएं) और हेवी मेल्ट (बड़े स्लैब और बीम), साथ में रासायनिक संतुलन के लिए कुछ प्रत्यक्ष कम लोहा (डीआरआई) या कच्चा लोहा। कुछ भट्टियां लगभग 100% डीआरआई पिघलाती हैं।

स्क्रैप को बड़ी बाल्टियों में लोड किया जाता है, जिन्हें टोकरियाँ कहा जाता है, जिसमें आधार के लिए क्लैमशेल दरवाजे होते हैं। भट्ठी के उत्तम संचालन को सुनिश्चित करने के लिए टोकरी में स्क्रैप की परत लगाने पर ध्यान दिया जाता है; भारी पिघल को सुरक्षात्मक कतरन की हल्की परत के ऊपर रखा जाता है, जिसके ऊपर अधिक कतरन रखा जाता है। चार्ज करने के पश्चात ये परतें भट्टी में उपस्थित होनी चाहिए। लोड करने के पश्चात, टोकरी स्क्रैप प्री-हीटर में जा सकती है, जो स्क्रैप को गर्म करने और ऊर्जा को पुनर्प्राप्त करने के लिए गर्म भट्ठी ऑफ-गैस का उपयोग करती है, जिससे संयंत्र की दक्षता बढ़ जाती है।

स्क्रैप टोकरी को तत्पश्चात मेल्ट शॉप में ले जाया जाता है, पटल को भट्टी से लटका दिया जाता है, और भट्ठी को टोकरी से स्क्रैप के साथ चार्ज किया जाता है। ईएएफ ऑपरेटरों के लिए चार्ज करना अधिक हानिकारक कार्यों में से है। गिरने वाली धातु के टन से अधिक सारी संभावित ऊर्जा निकलती है; भट्ठी में किसी भी तरल धातु को प्रायः ठोस स्क्रैप द्वारा ऊपर और बाहर विस्थापित किया जाता है, और यदि भट्ठी गर्म होती है, तो स्क्रैप पर पेट्रोलियम और धूल प्रज्वलित हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप अग्नि का गोला फट जाता है। कुछ ट्विन-शेल भट्टियों में, स्क्रैप को दूसरे शेल में चार्ज किया जाता है, जबकि प्रथम को पिघलाया जाता है, और सक्रिय शेल से ऑफ-गैस के साथ पूर्व से गरम किया जाता है। अन्य संचालन हैं निरंतर चार्जिंग—कन्वेयर बेल्ट पर प्री-हीटिंग स्क्रैप, जो तब स्क्रैप को उचित रूप से भट्ठी में डिस्चार्ज करता है, या शाफ्ट के माध्यम से निर्देशित ऑफ-गैसों के साथ भट्ठी के ऊपर स्थापित शाफ्ट से स्क्रैप को चार्ज करता है। अन्य भट्टियों को अन्य परिचालनों से गर्म (पिघली हुई) धातु से चार्ज किया जा सकता है।

चार्ज करने के पश्चात, पटल को भट्टी के ऊपर वापस घुमा दिया जाता है और मेल्टडाउन प्रारम्भ हो जाता है। इलेक्ट्रोड को स्क्रैप पर उतारा जाता है, चाप मारा जाता है और तत्पश्चात इलेक्ट्रोड को भट्टी के शीर्ष पर श्रेड की परत में बोर करने के लिए सेट किया जाता है। पटल और दीवारों को अत्यधिक गर्मी और चाप से होने वाले हानि से बचाने के लिए ऑपरेशन के प्रथम भाग के लिए कम वोल्टेज का चयन किया जाता है। जब इलेक्ट्रोड भट्टी के आधार पर भारी पिघल तक पहुँच जाते हैं और चाप को स्क्रैप द्वारा परिरक्षित कर दिया जाता है, तो वोल्टेज को बढ़ाया जा सकता है और इलेक्ट्रोड को थोड़ा ऊपर उठाया जाता है, चाप को लंबा किया जाता है और पिघलने की शक्ति बढ़ती है। यह पिघले हुए पूल को अधिक तीव्र से बनाने में सक्षम बनाता है, जिससे टैप-टू-टैप समय कम हो जाता है। स्टील को जलाने या काटने, स्क्रैप में ऑक्सीजन प्रवाहित की जाती है, और दीवार पर लगे ऑक्सीजन-ईंधन बर्नर द्वारा अतिरिक्त रासायनिक गर्मी प्रदान की जाती है। दोनों प्रक्रियाएं स्क्रैप पिघलने में तीव्रता लाती हैं। सुपरसोनिक नोजल ऑक्सीजन जेट को फोमिंग स्लैग में प्रवेश करने और तरल स्नान तक पहुंचने में सक्षम बनाते हैं।

स्टीलनिर्माण का महत्वपूर्ण भाग स्लैग का निर्माण है, जो पिघले हुए स्टील की सतह पर तैरता है। स्लैग में सामान्यतः धातु के आक्साइड होते हैं, और ऑक्सीकृत अशुद्धियों के लिए थर्मल कंबल (अत्यधिक गर्मी की हानि को रोकना) के रूप में गंतव्य के रूप में कार्य करता है और दुर्दम्य अस्तर के क्षरण को कम करने में सहायता करता है। बेस (केमिस्ट्री) रेफ्रेक्ट्रीज वाली भट्टी के लिए, जिसमें अधिकांश कार्बन स्टील बनाने वाली भट्टियां सम्मिलित हैं, सामान्य स्लैग फॉर्मर्स [[कैल्शियम ऑक्साइड]] (CaO, जले हुए चूने (खनिज) के रूप में) और मैग्नीशियम ऑक्साइड (MgO, डोलोमाइट के रूप में) (खनिज) और मैग्नेसाइट) होते हैं। इन स्लैग फॉर्मर्स को या तो स्क्रैप से चार्ज किया जाता है, या मेल्टडाउन के समय भट्टी में उड़ा दिया जाता है। ईएएफ स्लैग का अन्य प्रमुख घटक स्टील से लौह ऑक्साइड है जो इंजेक्ट ऑक्सीजन के साथ जलता है। पश्चात में गर्मी में, कार्बन (कोक (ईंधन) या कोयले के रूप में) को इस लावा परत में इंजेक्ट किया जाता है, लोहे के ऑक्साइड के साथ प्रतिक्रिया करके धातु का लोहा और कार्बन मोनोआक्साइड गैस बनाता है, जो तब झाग का कारण बनता है, जिससे अधिक थर्मल की अनुमति मिलती है। दक्षता, और उत्तम चाप स्थिरता और विद्युत दक्षता स्लैग ब्लैंकेट आर्क्स को भी कवर करता है, जिससे फर्नेस की पटल और साइड को होने वाले हानि से बचाया जा सकता है।

बार प्रारंभिक स्क्रैप चार्ज पिघल जाने के पश्चात, स्क्रैप की और बाल्टी भट्टी में चार्ज की जा सकती है, चूंकि ईएएफ का विकास सिंगल-चार्ज डिज़ाइन की ओर बढ़ रहा है। आवश्यक ताप भार तक पहुँचने के लिए स्क्रैप-चार्जिंग और मेल्टडाउन प्रक्रिया को जितनी बार आवश्यक हो उतनी बार दोहराया जा सकता है - शुल्कों की संख्या स्क्रैप के घनत्व पर निर्भर है; कम घनत्व वाले स्क्रैप का अर्थ है अधिक शुल्क। सभी स्क्रैप चार्ज पूर्ण प्रकार से पिघलने के पश्चात, स्टील के आधार (रसायन विज्ञान) और सही करने के लिए रिफाइनिंग ऑपरेशन होते हैं और टैपिंग की प्रस्तुती में पिघलने को उसके ठंड के तापमान से ऊपर गर्म करते हैं। अधिक स्लैग फॉर्मर्स प्रस्तुत किए जाते हैं और अधिक ऑक्सीजन स्नान में उड़ा दी जाती है, जिससे सिलिकॉन, गंधक, फास्फोरस, एल्यूमीनियम, मैंगनीज और कैल्शियम जैसी अशुद्धियों को जला दिया जाता है और उनके ऑक्साइड को स्लैग में विस्थापित कर दिया जाता है। इन तत्वों के पूर्व जलने के पश्चात कार्बन को विस्थापित किया जाता है, क्योंकि उनमें ऑक्सीजन के लिए अधिक आकर्षण होता है। जिन धातुओं में लोहे की अपेक्षा में ऑक्सीजन के लिए कम आत्मीयता होती है, जैसे निकल और तांबा, उन्हें ऑक्सीकरण के माध्यम से विस्थापित नहीं किया जा सकता है और उन्हें अकेले स्क्रैप रसायन के माध्यम से नियंत्रित किया जाना चाहिए, जैसे कि पूर्व में बताए गए सीधे कम किए गए लोहे और पिग आयरन को प्रस्तुत करना। फोमिंग स्लैग सम्पूर्ण समय बनाए रखा जाता है, और प्रायः स्लैग दरवाजे से स्लैग पिट में डालने के लिए भट्ठी को ओवरफ्लो करता है। स्वचालित लांस के माध्यम से तापमान नमूनाकरण और रासायनिक नमूनाकरण होता है। ऑक्सीजन और कार्बन को स्वचालित रूप से स्टील में डुबकी लगाने वाली विशेष परिक्षण के माध्यम से मापा जा सकता है, किन्तु अन्य सभी तत्वों के लिए, स्टील का  छोटा, ठोस नमूना -  चाप-उत्सर्जन स्पेक्ट्रोमीटर पर विश्लेषण किया जाता है।

तापमान और रसायन सही होने के पश्चात, भट्टी को झुकाकर स्टील को पूर्व से गरम करछुल में टैप किया जाता है। प्लेन-कार्बन स्टील भट्टियों के लिए, जैसे ही टैपिंग के समय स्लैग का पता चलता है, फर्नेस को तीव्रता से डीस्लैगिंग साइड की ओर झुका दिया जाता है, जिससे करछुल में स्लैग का प्रवाह कम हो जाता है। स्टेनलेस स्टील सहित कुछ विशेष स्टील ग्रेडों के लिए, स्लैग को करछुल में भी डाला जाता है, जिससे मूल्यवान मिश्र धातु तत्वों को पुनर्प्राप्त करने के लिए करछुल भट्टी में उपचारित किया जा सके। टैपिंग के समय कुछ मिश्रधातुओं को धातु की धारा में डाला जाता है, और नई स्लैग परत का निर्माण प्रारम्भ करने के लिए करछुल के शीर्ष पर चूना जैसे अधिक फ्लक्स जोड़े जाते हैं। प्रायः, "हॉट हील" बनाने के लिए भट्टी में कुछ टन तरल स्टील और स्लैग त्याग दिया जाता है, जो स्क्रैप के आगामी चार्ज को पूर्व से गरम करने और उसके पिघलने में तीव्रता लाने में सहायता करता है। टैपिंग के समय और पश्चात में, भट्ठी को "चारों ओर घुमाया जाता है": स्लैग दरवाजे को ठोस स्लैग से साफ किया जाता है, दृश्यमान अपवर्तक का निरीक्षण किया जाता है और लीक के लिए पानी-ठंडा घटकों का निरीक्षण किया जाता है, और नए खंडों को जोड़कर इलेक्ट्रोड को क्षति या लम्बाई के लिए निरीक्षण किया जाता है; टैपिंग के पूर्ण होने पर टैपहोल को रेत से भर दिया जाता है। 90-टन, मध्यम-शक्ति भट्टी के लिए, पूर्ण प्रक्रिया में सामान्यतः ताप के दोहन से दूसरे ताप के दोहन (टैप-टू-टैप समय) तक लगभग 60-70 मिनट लगेंगे।

भट्ठी को नियमित रूप से स्टील और लावा से पूर्ण प्रकार से रिक्त कर दिया जाता है जिससे रेफ्रेक्टरीज का निरीक्षण किया जा सके और यदि आवश्यक हो तो बड़ी त्रुटिनिवारण किया जा सके। चूंकि अपवर्तक प्रायः पकाना कार्बोनेट से बने होते हैं, वे पानी से जलयोजन के लिए अतिसंवेदनशील होते हैं, इसलिए संभावित भाप विस्फोट की तत्काल चिंता से परे, जल-ठंडा घटकों से किसी भी संदिग्ध रिसाव को अत्यंत गंभीरता से माना जाता है। अत्यधिक दुर्दम्य पहनने से ब्रेकआउट हो सकता है, जहां तरल धातु और स्लैग दुर्दम्य और भट्ठी के खोल में प्रवेश करते हैं और निकटतम के क्षेत्रों में निकल जाते हैं।

स्टीलनिर्माण के लिए लाभ
ईएएफ का उपयोग 100% स्क्रैप मेटल फीडस्टॉक से स्टील बनाने की अनुमति देता है। अयस्कों से प्राथमिक इस्पात बनाने की तुलना में यह इस्पात बनाने के लिए आवश्यक ऊर्जा को अधिक कम कर देता है।

अन्य लाभ लचीलापन है: चूंकि ब्लास्ट फर्नेस अपने उत्पादन में अधिक परिवर्तन नहीं कर सकते हैं और समय में वर्षों तक संचालन में रह सकते हैं, ईएएफ को तीव्रता से प्रारम्भ और संवृत किया जा सकता है, जिससे स्टील मिल मांग के अनुसार उत्पादन में परिवर्तन कर सकती है।

चूंकि स्टीलनिर्माण आर्क भट्टियां सामान्यतः अपने प्राथमिक फीडस्टॉक के रूप में स्क्रैप स्टील का उपयोग करती हैं, यदि ब्लास्ट फर्नेस या डायरेक्ट-रिड्यूस्ड आयरन से गर्म धातु आर्थिक रूप से उपलब्ध है, तो इन्हें फर्नेस फीड के रूप में भी उपयोग किया जा सकता है।

चूंकि ईएएफ को बड़ी मात्रा में विद्युत शक्ति की आवश्यकता होती है, इसलिए कई कंपनियां ऑफ-पीक विद्युत मूल्य निर्धारण का लाभ लेने के लिए अपने संचालन का समय निर्धारित करती हैं।

विशिष्ट स्टीलनिर्माण आर्क फर्नेस मिनी-मिल के लिए स्टील का स्रोत है, जो बार या स्ट्रिप उत्पाद बना सकता है। स्टील उत्पादों के लिए मिनी-मिल अपेक्षाकृत बाजारों के निकट स्थित हो सकते हैं, इसलिए परिवहन आवश्यकताएं एकीकृत मिल की अपेक्षा में कम होती हैं, जो सामान्यतः शिपिंग की उत्तम पहुंच के लिए बंदरगाह के निकट स्थित होती हैं।

इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस स्टीलनिर्माण का परिणाम लगभग 0.62 टन सीओ के कम कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन में होता है प्रति टन स्टील का उत्पादन होता है, जो ब्लास्ट फर्नेस और बेसिक ऑक्सीजन फर्नेस के माध्यम से पारंपरिक उत्पादन मार्ग से अत्यधिक कम है। सिद्धांत रूप में, विद्युत चाप भट्टियों को केवल निम्न-कार्बन ऊर्जा स्रोतों जैसे पवन, सौर, जलविद्युत और परमाणु ऊर्जा का उपयोग करके संचालित किया जा सकता है। यह स्टीलनिर्माण से जुड़े उत्सर्जन और सन्निहित ऊर्जा को और भी कम कर देगा, या ग्लास सहित भट्टियों की आवश्यकता वाली कई अन्य सामग्रियों में से कोई भी, यह ईएएफ को हरित उद्योग के लिए आकर्षक विकल्प बनाता है।

उद्देश्य
चूंकि आधुनिक इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस स्टील स्क्रैप का अत्यधिक कुशल रिसाइकलर है, आर्क फर्नेस शॉप के संचालन से पर्यावरण पर प्रतिकूल प्रभाव पड़ सकता है। नई स्थापना की अधिकांश पूंजीगत वित्त इन प्रभावों को कम करने के संकल्प से प्रणाली के लिए समर्पित होगी, जिसमें निम्न सम्मिलित हैं:
 * उच्च ध्वनि स्तरों को कम करने के लिए बाड़े
 * फर्नेस ऑफ गैस के लिए धूल कलेक्टर
 * लावा
 * ठंडे पानी की मांग
 * स्क्रैप, सामग्री प्रबंधन और उत्पाद के लिए भारी ट्रक यातायात
 * विद्युत उत्पादन के पर्यावरणीय प्रभाव

आर्क फर्नेस लोड की अत्यधिक गतिशील गुणवत्ता के कारण, विद्युत प्रणालियों को अन्य ग्राहकों के लिए विद्युत की गुणवत्ता बनाए रखने के लिए प्रौद्योगिकी उपायों की आवश्यकता हो सकती है; पावर-लाइन झिलमिलाहट और हार्मोनिक विरूपण आर्क फर्नेस ऑपरेशन के सामान्य पावर सिस्टम साइड-इफेक्ट्स हैं।

अन्य इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस
स्टीलनिर्माण के लिए, दिश धारा (DC) आर्क भट्टियों का उपयोग किया जाता है, जिसमें पटल में इलेक्ट्रोड होता है और बेस में कंडक्टिव बॉटम लाइनिंग या कंडक्टिव पिन के माध्यम से करंट रिटर्न होता है। डीसी का लाभ उत्पादित स्टील के प्रति टन कम इलेक्ट्रोड व्यय है, क्योंकि केवल इलेक्ट्रोड का उपयोग किया जाता है, साथ ही साथ कम विद्युत हार्मोनिक्स और अन्य समान समस्याएं होती हैं। डीसी चाप भट्टियों का आकार उपलब्ध इलेक्ट्रोड की वर्तमान वहन क्षमता और अधिकतम स्वीकार्य वोल्टेज द्वारा सीमित है। डीसी चाप भट्टी के विस्तारित संचालन में प्रवाहकीय भट्टी चूल्हे का संरक्षण एक बाधा है।

स्टील प्लांट में, ईएएफ से टैपिंग के पश्चात या मिश्र धातु संरचना को परिवर्तित करने के लिए प्रसंस्करण के समय तरल स्टील के तापमान को बनाए रखने के लिए लैडल फर्नेस (एलएफ) का उपयोग किया जाता है। स्टील बनाने की प्रक्रिया में देरी होने पर पूर्व उद्देश्य के लिए करछुल का उपयोग किया जाता है। लैडल भट्टी में अग्नि रोक पटल, हीटिंग प्रणाली और, जब प्रारम्भ हो, सरगर्मी के लिए पिघल के तल में आर्गन गैस को इंजेक्ट करने का प्रावधान होता है। स्क्रैप पिघलने वाली भट्टी के विपरीत, लैडल भट्टी में झुकाव या स्क्रैप-चार्जिंग प्रणाली नहीं होती है।

इलेक्ट्रिक आर्क भट्टियों का उपयोग कैल्शियम कार्बाइड, फेरोलॉयज और अन्य अलौह मिश्र धातुओं के उत्पादन और फास्फोरस के उत्पादन के लिए भी किया जाता है। इन सेवाओं के लिए भट्टियां स्टील बनाने वाली भट्टियों से भौतिक रूप से भिन्न हैं और बैच के आधार पर निरंतर कार्य कर सकती हैं। निरंतर-प्रक्रिया भट्टियां इलेक्ट्रोड परिवर्तनों से बाधाओं को रोकने के लिए पेस्ट-प्रकार, सॉडरबर्ग इलेक्ट्रोड का भी उपयोग कर सकती हैं। इस प्रकार की भट्टी को जलमग्न चाप भट्टी के रूप में जाना जाता है, क्योंकि इलेक्ट्रोड युक्तियाँ धातुमल/आवेश में दब जाती हैं, और धातुमल (धातुकर्म) और इलेक्ट्रोड के मध्य धातुमल के माध्यम से उत्पन्न होती हैं। इलेक्ट्रोड के आवरण और आवरण पंख इलेक्ट्रोड आवरण से प्रवाहित होने वाली विद्युत धारा और भट्ठी से निकलने वाली गर्मी के माध्यम से इलेक्ट्रोड पेस्ट को पिघला देते हैं। तुलनात्मक रूप से, इस्पात निर्माण चाप भट्टी विवृत में चाप बनाती है। कुंजी विद्युत प्रतिरोध है, जो आवश्यक गर्मी उत्पन्न करती है: स्टील बनाने वाली भट्टी में प्रतिरोध वातावरण है, जबकि जलमग्न-चाप भट्टी में, स्लैग (या चार्ज) प्रतिरोध की आपूर्ति करता है। किसी भी भट्ठी में बनी तरल धातु प्रभावी गर्मी उत्पन्न करने वाला प्रतिरोध बनाने के लिए अधिक प्रवाहकीय होती है। शौकीनों ने विभिन्न प्रकार की चाप भट्टियों का निर्माण किया है, जो प्रायः सिलिका ब्लॉकों या फूलों के बर्तनों में निहित इलेक्ट्रिक आर्क वेल्डिंग किट पर आधारित होती हैं। चूंकि कच्चा, ये साधारण भट्टियां सामग्री की विस्तृत श्रृंखला को पिघला सकती हैं, कैल्शियम कार्बाइड और अधिक कुछ बना सकती हैं।

शीतलन की प्रविधि
शेल और पटल के संरचनात्मक तत्वों पर वायु के संचलन द्वारा अल्प चाप भट्टियों को पर्याप्त रूप से ठंडा किया जा सकता है, किन्तु बड़े प्रतिष्ठानों को सुरक्षित संचालन सीमाओं के अंदर संरचना को बनाए रखने के लिए गहन मजबूर शीतलन की आवश्यकता होती है। भट्ठी के खोल और पटल को या तो पाइप के माध्यम से परिचालित पानी से ठंडा किया जा सकता है, जो पैनल बनाता है, या पैनल तत्वों पर पानी का छिड़काव किया जाता है। जब वे टूट जाते हैं या उनके थर्मल तनाव जीवन चक्र तक पहुंच जाते हैं तो ट्यूबलर पैनल को परिवर्तित किया जा सकता है। स्प्रे कूलिंग सबसे अल्पव्ययी और उच्चतम दक्षता वाली शीतलन विधि है। उपकरण के स्प्रे कूलिंग पीस को लगभग अंतहीन रूप से रिलाइन किया जा सकता है; उपकरण जो 20 वर्ष तक चलता है वह आदर्श है। चूंकि, पैनल पर प्रेशर लॉस अलार्म के कारण ऑपरेटिंग भट्टी में ट्यूबलर रिसाव देखा जाता है, इस समय अधिक कम मात्रा में स्प्रे कूलिंग रिसाव की जानकारी ज्ञात करने की कोई तत्काल विधि उपस्थित नहीं है। ये सामान्यतः स्लैग कवरेज के पीछे छिप जाते हैं और चूल्हा में दुर्दम्य को हाइड्रेट कर सकते हैं जिससे पिघली हुई धातु टूट जाती है या सबसे निकृष्ट स्थिति में भाप विस्फोट हो जाता है।

प्लाज्मा आर्क फर्नेस
प्लाज्मा आर्क फर्नेस (पीएएफ) ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड के अतिरिक्त प्लाज्मा (भौतिकी) मशालों का उपयोग करता है। इन मशालों में से प्रत्येक में प्लाज्मा बनाने वाली गैस (या तो नाइट्रोजन या आर्गन) और टयूबिंग के अंदर ज्वलनशील बेलनाकार ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड को खिलाने के लिए नोजल और अक्षीय टयूबिंग के साथ आवरण होता है। ऐसी भट्टियों को पीएएम (प्लाज्मा आर्क मेल्ट) भट्टियां कहा जा सकता है, वे टाइटेनियम-पिघलने वाले उद्योग और इसी प्रकार के विशेष धातु उद्योगों में बड़े स्तर पर उपयोग किए जाते हैं।

वैक्यूम आर्क रीमेल्टिंग
वैक्यूम आर्क रीमेल्टिंग (वीएआर) उत्तम रासायनिक और यांत्रिक रूपता के साथ सिल्लियों के वैक्यूम रिफाइनिंग और निर्माण के लिए माध्यमिक रीमेल्टिंग प्रक्रिया है। महत्वपूर्ण सैन्य और वाणिज्यिक एयरोस्पेस अनुप्रयोगों में, सामग्री इंजीनियर सामान्यतः वीआईएम-वीएआर स्टील्स निर्दिष्ट करते हैं। वीआईएम का अर्थ वैक्यूम इंडक्शन मेल्टेड और वीएआर का अर्थ वैक्यूम आर्क रीमेल्टेड है। वीआईएम-वीएआर स्टील्स जेट इंजनों के लिए बियरिंग्स, सैन्य हेलीकॉप्टरों के लिए रोटर शाफ्ट, फाइटर जेट्स के लिए फ्लैप एक्चुएटर्स, जेट या हेलीकॉप्टर ट्रांसमिशन में गियर, जेट इंजनों के लिए माउंट या फास्टनरों, जेट टेल हुक और अन्य मांग वाले अनुप्रयोगों के लिए बन जाते हैं।

स्टील के अधिकांश ग्रेड को पिघलाया जाता है और तत्पश्चात व्यापक फोर्जिंग या मेटलर्जिकली-साउंड फॉर्म में रोलिंग से पूर्व ठोस रूप में जोड़ा जाता है। इसके विपरीत, वीआईएम-वीएआर स्टील्स वैक्यूम के अनुसार दो और अत्यधिक शुद्ध करने वाले मेल्ट्स से निकलते हैं। इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस में पिघलने और आर्गन ऑक्सीजन डीकार्बराइजेशन पोत में मिश्र धातु डालने के पश्चात, वैक्यूम रीमेल्टिंग के लिए निर्धारित स्टील्स को इनगॉट मोल्ड्स में डाला जाता है। जमी हुई सिल्लियां तब वैक्यूम इंडक्शन मेल्टिंग फर्नेस के लिए जाती हैं। यह वैक्यूम रीमेल्टिंग प्रक्रिया रासायनिक संरचना को अनुकूलित करते हुए स्टील को समावेशन और अवांछित गैसों से मुक्ति दिलाती है। वीआईएम ऑपरेशन इन ठोस सिल्लियों को निर्वात के दूषित-मुक्त शून्य में पिघले हुए अवस्था में लौटाता है। नियंत्रित पिघलने में प्रायः 24 घंटे तक की आवश्यकता होती है। अभी भी वैक्यूम से घिरा हुआ है, गर्म धातु वीआईएम फर्नेस क्रूसिबल से विशाल इलेक्ट्रोड मोल्ड्स में प्रवाहित होती है। विशिष्ट इलेक्ट्रोड लगभग 15 फीट (5 मीटर) लंबा होता है और विभिन्न व्यासों में होगा। इलेक्ट्रोड वैक्यूम के अनुसार जम जाते हैं।

वीआईएम-वीएआर स्टील्स के लिए, आगामी वैक्यूम रीमेल्ट से प्रथम सतह की अनियमितताओं और अशुद्धियों को दूर करने के लिए कूल्ड इलेक्ट्रोड की सतह को ग्राउंड किया जाना चाहिए। तत्पश्चात ग्राउंड इलेक्ट्रोड को वीएआर भट्टी में रखा जाता है। वीएआर भट्टी में, स्टील मंद-मंद वैक्यूम-सील्ड चैंबर में बूंद-बूंद करके पिघलता है। वैक्यूम आर्क रीमेल्टिंग उत्तम स्टील की सफाई प्रदान करने और ऑक्सीजन, नाइट्रोजन और हाइड्रोजन जैसी गैसों को विस्थापित करने के लिए सुस्त समावेशन को विस्थापित कर देता है। उस दर को नियंत्रित करना जिस पर ये बूंदें बनती हैं और जम जाती हैं, सम्पूर्ण वीआईएम-वीएआर पिंड में रसायन और सूक्ष्म संरचना की स्थिरता सुनिश्चित करती है, जिससे स्टील फ्रैक्चर या थकान के लिए अधिक प्रतिरोधी बन जाता है। हेलीकॉप्टर रोटर शाफ्ट, सैन्य जेट पर फ्लैप एक्चुएटर, या जेट इंजन में बीयरिंग जैसे भागों की प्रदर्शन विशेषताओं को पूर्ण करने के लिए यह शोधन प्रक्रिया आवश्यक है।

कुछ वाणिज्यिक या सैन्य अनुप्रयोगों के लिए, स्टील मिश्र धातु केवल वैक्यूम रीमेल्ट, अर्थात् वीएआर के माध्यम से जा सकती है। उदाहरण के लिए, ठोस रॉकेट विषयो के लिए स्टील, लैंडिंग गियर, या लड़ने वाले वाहनों के लिए मरोड़ बार में सामान्यतः वैक्यूम रीमेल्ट सम्मिलित होता है।

वैक्यूम आर्क रीमेल्टिंग का उपयोग टाइटेनियम और अन्य धातुओं के उत्पादन में भी किया जाता है जो प्रतिक्रियाशील होती हैं या जिनमें उच्च शुद्धता की आवश्यकता होती है।

यह भी देखें

 * फ्लोडिन प्रक्रिया
 * वैक्यूम आर्क रीमेल्टिंग

अग्रिम पठन

 * J.A.T. Jones, B. Bowman, P.A. Lefrank, "Electric Furnace Steelmaking", in The Making, Shaping and Treating of Steel, R.J. Fruehan, Editor. 1998, The AISE Steel Foundation: Pittsburgh. p. 525–660.
 * Thomas Commerford Martin and Stephen Leidy Coles, The Story of Electricity, New York 1919, no ISBN, Chapter 13 "The Electric Furnace", available on the Internet Archive

बाहरी संबंध

 * Recognition of first foundry as historical site
 * Home made small scale arc furnace using a welder (Caution with experiments!)
 * Electric Arc Furnace module at steeluniversity.org, including a fully interactive simulation
 * Process models demonstrate the EAF operation and control (MPC)
 * YouTube video of a small EAF in New Zealand