Valokaariuuni
Rakenne

Teräksentuotantoon käytetty valokaariuuni rakentuu tulenkestävästä vesijäähdytteisestä astiasta. Tämä on peitetty kokoonvedettävällä katolla, jonka läpi työntyy yksi tai useampi grafiittielektrodi uuniin. Uuni jakaantuu pääasiassa kolmeen osaan:
Kuori, joka koostuu sivuseinistä sekä alemmasta ”teräskulhosta”
Sydän, joka koostuu tulenkestävästä aineesta ja peittää alempaa kulhoa.
Katto, joka voi olla tulenkestävällä aineella peitetty tai vesijäähdytetty ja voidaan muotoilla pallosegmentin tai katkaistun kartion muotoon. Katto myös kannattelee tulenkestävää kolmiota keskustassa, minkä läpi yksi tai useampi elektrodi työntyy.
Sydän voi olla puolipallomainen tai puolitetun munan muotoinen epäkeskisessä metallilasku-uunissa. Moderneissa sulattamoissa uuni on usein korotettu maantason yläpuolelle, jotta kauhat ja kuonapadat voidaan siirtää uunin kumpaankin päähän. Uunirakenteesta erillään on elektrodituki ja sähköinen järjestelmä sekä kallistusalusta, jonka päällä uuni lepää. Kokoonpanovaihtoehtoja on kaksi: elektrodituet ja katto kallistuu uunin mukana tai ne on asennettu kohotetulle alustalle.
Tyypillisessä vaihtovirtauunissa on kolme elektrodia. Ne ovat kierreliitännällä kiinnitettyinä segmentteinä ympyrämuodostelmassa, joten kun elektrodit kuluvat, uusia segmenttejä voidaan lisätä. Valokaari muodostuu varautuneen materiaalin ja elektrodin välille. Sekä sähkövirta että valokaaressa syntyvä säteilyenergia kuumentaa materiaalia. Automaattinen paikannusjärjestelmä tarvittaessa nostaa tai laskee elektrodeja sähköisillä nostovinsseillä tai hydraulisilla teloilla. Säätöjärjestelmä pitää kutakuinkin virran ja sisään tulevan tehon vakiona varattua materiaalia kuumennettaessa, vaikkakin metalliromua saattaa joutua elektrodien alle sulattamisprosessissa. Elektrodeja kiinnipitävät varret kannattelevat virtakiskoja. Ne voivat olla onttoja vesijäähdytteisiä kupariputkia, jotka toimivat virrankuljettimina elektrodinpitimille. Modernit järjestelmät käyttävät kuumia kiinnitysvarsia. Tällöin koko varsi toimii virrankuljettimena, mikä parantaa hyötysuhdetta. Kuumat kiinnitysvarret voidaan tehdä kuparipäällysteisestä teräksestä tai alumiinista. Koska elektrodien korkeutta vaihdellaan automaattisesti valokaaren säätelemiseksi ja elektrodit nostetaan uunikaton poistamiseksi, raskaita vesijäähdytteisiä kaapeleita käytetään yhdistämään johtimet/varret uunin läheiseen muuntajaan. Muuntaja on sijoitettu kuumuudelta suojaavaan holviin.
Uuni on rakennettu kallistettavalle alustalle, jotta nestemäinen teräs voidaan kaataa toiseen astiaan kuljetusta varten. Nestemäisen teräksen valuttamista uunia kallistamalla kutsutaan kierteittämiseksi. Alun perin kaikissa teräksentekouuneissa oli valutusnokka. Se oli suljettu tulenkestävällä aineella, joka huuhtoutui, kun uunia kallistettiin. Nykyaikaisissa uuneissa on usein epäkeskinen metallisulan laskureikä, joka vähentää kuona- ja typpisulkeumien muodostumista nestemäiseen teräkseen. Näissä uuneissa on laskureikä, joka sivuaa kohtisuorasti sydäntä ja kuorta, ja joka on asennettu epäkeskeisesti munanmuotoisen sydämen ahtaaseen ”nenään”. Suljettaessa se täytetään tulenkestävällä hiekalla, kuten oliviinilla. Nykyaikaisissa tehtaissa kahdella kuorella on yhteinen elektrodisarja, joita voidaan siirtää näiden kahden välillä; toinen kuori esilämmittää metalliromun, kun taas toista käytetään varsinaiseen sulattamiseen. Jotkin tasavirtaan pohjautuvat uunit ovat rakenteeltaan samantapaisia, mutta niissä käytetään vain yhtä elektroniikkasysteemiä ja kullakin kuorella on omat elektrodinsa.
Vaihtovirtauuneja käytetään yleensä osoittamaan kylmien ja kuumien alueiden rakenteet sydämen ympärillä. Kylmät alueet sijaitsevat elektrodien välissä. Nykyaikaisissa uuneissa on happi-polttoainereaktioihin perustuvia polttimia sivuseinämissä, jotka tuottavat kemiallista energiaa kylmille alueille. Näin uuni lämpiää tasaisemmin. Kemiallista lisäenergiaa tuotetaan myös ruiskuttamalla hiiltä ja happea uuniin.
Keskikokoisten teräksentekouunien muuntajat tavataan mitoittaa noin 60 000 000 volttiampeeriin (60 MVA) toisiojännitteen ollessa 400V–900V ja toisiovirran yli 44 000 ampeeria. Nykysulattamoissa tällainen uuni tuottaa noin 80 tonnia sulaa terästä tunnissa. Tyypillisen happiuunin kapasiteetti on 150–300 tonnia per erä. Maailman suurin, kapasiteetiltaan 300-tonninen, metalliromun sulattamiseen tarkoitettu valokaariuuni sijaitsee Turkissa.
Teoriassa tonnin teräsromuerän sulattamiseen tarvitaan 300 kWh energiaa (sulamispiste 1 520 °C ). Valokaariuuni käyttää prosessiin noin 440 kWh, minkä vuoksi sen käyttö on taloudellisesti järkevää paikoissa, joissa sähköenergiaa on helposti ja halvasti saatavilla.