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A 電弧中的電壓降
真空自耗電弧熔煉利用的是弧光放電，這種放電是在低電壓（十幾伏到幾十伏）和大電流（幾千安到幾萬安）條件下產生的放電，放電過程產生強烈的白熾光和高溫。弧光放電時兩極間的電壓降稱為電弧電壓。電弧電壓U由陰極壓降UK弧柱壓降和Uc陽極壓降組成：
U=Uk+Uc+UA
式中，Uk+UA=Us，稱為表面壓降。
表面壓降與電極材料、氣體成分、壓力和電流強度等有關，與兩極的距離無關。在電極材料、氣體及壓力不變的情況下，電弧電壓的變化取決于弧柱壓降Uc,但Uc值很小，兩極間距離的變化對電弧電壓的影響很小，不成直線關系（見圖1-6).

在真空自耗電弧熔煉過程中，電弧電壓U主要受極性、電流、電極直徑與坩堝直徑之比值（d/D)、電極材料和電弧長度的影響。其中，以電流強度對表面壓降影響最大，而對弧柱壓降影響較小。即：
U=Uo+al
式中
Uo-電弧電壓的不變分量，V;
a-常數；
I-電流，A.
真空自耗電弧熔煉鈦時，在一定的弧長（電極下端與熔池表面間的距離）范圍內，弧長每變化10mm便會引起0.5V的電壓變化。熔煉不同金屬，電弧長度的變化也不一樣，真空自耗電弧熔煉鈦和鋼的電弧電壓與弧長的特性曲線如圖1-7所示。實踐表明，真空自耗電弧熔煉鈦的電弧壓降約為30~40V.

當電極材料和尺寸一定時，電弧壓降U隨電流大小（即隨電流密度）而變，如圖1-8所示。當電流小時，增加電流，電弧壓降變小；當進一步增加電流時，電弧壓降幾乎成直線增加。電弧壓降中主要是表面壓降增加，弧柱壓降增加不多。

B 電弧的溫度場和能量分配
電弧中溫度場的溫度分布情況很復雜，具體的溫度值與電極材料、電流大小和氣相組成有關。一般來說，當以鈦陰極作自耗電極（稱為正極性熔煉）時，陰極端的溫度約為1775℃,金屬熔池表面的工作溫度約為1850℃,而弧柱區的溫度最高，可達4700℃.
正極性自耗熔煉時熔煉區的溫度場如圖1-9所示。圖中給出了溫度的分布情況，從其溫度分布可知，電弧的能量一部分消耗于弧柱，其余大部分則消耗于兩極。電弧能量消耗在弧柱區的能量值約為弧柱壓降與電流的乘積。部分能量由于輻射而損耗，是無效的。消耗于兩極的能量與電極熔點有關。試驗結果表明，金屬熔點越高，分配于陽極的能量與陰極的能量之比越高。對熔煉鈦而言，此比值約為1:3.

C 電弧的穩定性
真空熔煉時，爐內壓力自弧區至排氣口依次遞降，如圖1-10所示。熔煉時所測爐室壓力比弧區壓力低10/11~40/41.
氣相壓力對電弧的穩定性有很大影響。當氣相壓力和其他工藝參數控制不好時，電弧便不穩定，易產生邊弧（即自耗電極和銅址堝之間產生的電弧）和擴散弧，嚴重時會燒穿坩堝，造成嚴重事故因此，在工藝設計和熔煉過程中都必須設法確保電弧的穩定性。

實踐表明，氣相壓力在6..7x103~105Pa范圍內電弧是穩定的；壓力在67~6.～6.7x103Pa時，電弧在坩堝內嚴重漂移，易產生邊弧和散弧，這個氣相壓力范圍稱為危險區；氣相壓力降低至67Pa以下，電弧又恢復穩定，稱67Pa這個恢復穩定的氣相壓力為臨界壓力。在真空熔煉作業中，氣相壓力必須避開危險區，常保持在臨界壓力以下。
雖然鈦的自耗電弧熔煉可以在惰性氣體的保護下于常壓中進行，但與常壓熔煉相比，真空熔煉加熱溫度更均勻，弧柱壓降小，因而具有熱效率高的優點，正常生產中多采用真空熔煉工藝。如前所述，臨界壓力隨電流減少而降低。如用鋼電極試驗時，發現電流為1500A時臨界壓力約為67Pa,電流為600A時臨界壓力為4Pa.因此，宜選用大的電流。
生產實踐中，為了使電弧工作穩定，通常在坩堝外加穩弧線圈。穩弧線圈的作用是當通入直流電（或交流電）時便會產生縱向磁場，減少邊弧，穩定電弧。穩弧線圈示意圖如圖1-11所示。
縱向磁場除能減少邊弧外，也能使熔池中液態鈦旋轉產生攪拌作用，有利于液態鈦中合金組元或雜質的擴散，使鈦錠質量均勻化和結晶細化。外加縱向磁場對金屬熔池的影響如圖1-12所示。

使用穩弧線圈時，應選用合適的穩弧電流。電流過小穩弧作用不明顯；電流過大則由于電弧被壓縮得厲害而導致熄滅，并因熔池旋轉激烈而影響鈦錠質量。合適的安匝數應是以電弧穩定燃燒、熔池平穩或微微旋轉為準。

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