Доменное пр-во
Электрометаллургия
Конвертерное пр-во
Разливка стали
Популярные материалы

электрическая дуга в вакууме

Большинство промышленных дуговых вакуумных печей работает при давлении 0,1333—13,33 Па (10" 4г - 10" 2 мм рт. ст.).При незначительном перегреве металла выше температуры плавления упругость пара переплавляемых металлов заметно выше такого остаточного давления газа в печи. Поэтому в вакуумных дуговых печах в зоне горения электрической дуги наблюдается интенсивное испарение металлов, и в разрядном промежутке давление паров обычно на 1—3 порядка превышает давление остаточных газов.

Теоретический анализ уравнения Саха для случая ионизации смеси газов показывает, что если смесь состоит из двух компонентов, то газ с меньшим потенциалом ионизации ионизируется сильнее, а газ с большим потенциалом — слабее, чем каждый из них в отдельности при том же общем давлении.

Потенциал ионизации металлов заметно меньше потенциала ионизации газов. У металлов потенциал ионизации не превышает 8 В, у азота, кислорода, водорода лежит в пределах 12,5—15,8 В, а у инертных газов достигает 24,5 В. Из этого следует, что в дуговых вакуумных печах пары металлов должны ионизироваться намного сильнее, чем газы.

Действительно, анализ спектров дугового разряда в вакуумных печах свидетельствует о том, что ни остаточные, ни выделяющиеся в процессе плавки из металла газы в процессе проведения тока через разрядный промежуток не участвуют. В спектрах таких разрядов присутствуют лишь линии однократно ионизированного металла. В вакуумных печах дуга горит фактически не в вакууме, а в разреженных парах переплавляемого металла. Этим объясняются некоторые особенности дугового разряда в вакуумных печах.

В частности, сравнительно низкий потенциал ионизации металлов является причиной слабой зависимости напряжения от длины дуги. В дуговых вакуумных печах градиент напряжения в столбе электрической дуги независимо от мощности печи и остаточного давления в пределах от 0,1333 мПа до 133,3 Па (от 0,5 до 1 мм рт. ст.) составляет 0,6—1,0 В/см для всех переплавляемых металлов. Однако если давление газов в печи повысить до 660—920 кПа (50—70 мм рт. ст.), то вероятность столкновения электронов с атомами газа значительно возрастает, и в столбе дуги появляется ионизированный газ. При этом увеличивается и напряжение на дуге, причем чем выше потенциал ионизации, тем больше падение напряжения на дуге, больше градиент напряжения в столбе дуги и больше выделяющаяся в дуге мощность.

Для достижёния некоторых специальных целей, например для уменьшения угара, плавление металла в вакуумных дуговых печах иногда приходится вести при повышенном давлении. Повышенное давление создают, как правило, напуском в плавильную камеру инертных газов, которым свойствен самый высокий потенциал ионизации. Поэтому напуск инертных газов существенно изменяет режим горения электрической дуги. В частности, после напуска инертных газов напряжение на дуге возрастает в несколько раз.

Необходимо отметить еще одну особенность дугового разряда в вакууме. В отличие от разряда при нормальном давлении дуга в вакуумных печах горит при значительном градиенте давления в газовой фазе. В атмосферу постоянно поступают новые порции выделяющихся при плавлении металла и образующихся в результате химических процессов газов. В то же время из объема плавильной камеры вакуумными насосами непрерывно откачивается газ, и в плавильной камере поддерживается поэтому направленный газовый поток от зоны плавления металла к патрубкам вакуумной системы. Вследствие сопротивления, оказываемого движению газов ограничивающими объем камеры стенками, концентрация газов в зоне плавления несколько выше средней по всему объему печи.

Еще более неравномерно распределены пары металлов. Испаряющийся в зоне дуги металл быстро конденсируется на сравнительно холодных элементах установки, которые для конденсирующейся фазы служат мощным вакуумным насосом. Концентрация паров металла на небольшом удалении от зоны дуги становится равной нулю.

При нормальном течении процесса такие концентрационные условия в газовой фазе поддерживаются сами по себе. Благодаря этому максимальная концентрация частиц, которые могут служить переносчиками зарядов в межэлектродном пространстве, наблюдается там, где она необходима, а именно, в зоне горения дуги.

Если же по какой-либо причине концентрация частиц не только в зоне горения электрической дуги, но и в окружающем пространстве повысится до критического предела, при котором может начаться цепная реакция ионизации, то концентрированный дуговой разряд может превратиться в размытый объемный разряд. Это превращение сопровождается резким изменением концентрации тепла в разряде и изменением теплового воздействия разряда на металл.

Резкое повышение давления в окружающем дугу пространстве может произойти, например, в результате бурного выделения газов из металла. Для предотвращения нежелательных последствий этого процесса и обеспечения устойчивого горения дуги в вакууме необходимо, чтобы мощность вакуумных насосов при любом возможном газовыделении была достаточна для поддержания стабильного давления во всем объеме вакуумной печи.

Таким образом, для устойчивого дугового разряда в вакууме не только существуют пределы давления, но необходимо также и поддержание рабочего давления возможно более стабильным.

Источник [4] → список литературы.

Вернуться в начало: Горение электрической дуги в вакууме

Читайте также:

Вернуться в начало раздела: Электропечи
Вернуться на главную: Черная металлургия