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

Стабилизация электрической дуги

Промышленные дуговые печи питаются, как правило, переменным током. Преимущественное использование переменного тока для питания печей объясняется более низкой стоимостью его получения и возможностью передачи на значительные расстояния со сравнительно небольшими потерями. Постоянный ток используют для питания дуговых печей лишь в исключительных случаях, когда применение переменного тока либо невозможно, либо не обеспечивает необходимого качества металла.

По сравнению с дугой постоянного тока дуга в цепи переменного тока менее устойчива. В течение каждого периода напряжение источника переменного тока и значение силы тока в дуге дважды переходят через нулевое значение. Это означает, что в цепи переменного тока дуга дважды за период исчезает и возбуждается вновь. Непрерывное горение дуги отличается от прерывистого лишь длительностью пауз, в течение которых дуга отсутствует. При непрерывном горении значение силы тока плавно переходит через нулевое значение, и длительность пауз равна нулю. Конечное значение длительности пауз отвечает прерывистому, но устойчивому горению дуги. При неустойчивом горении пауза стремится к бесконечности и происходит гашение дуги.

Дуга переменного и постоянного тока
Рис.2 Дуга переменного и постоянного тока;

Неспокойная, прерывистая дуга в электропечах нежелательна, так как в этом случае мощность трансформатора используется неполностью, вследствие чего замедляется плавление металла, снижается производительность установки.

Появление пауз при смене полярности связано с деионизацией разрядного промежутка и с потерей эмиссионной способности катода. Ферросплавные и сталеплавильные дуговые электропечи являются печами прямого действия, в которых дуга горит между электродом и поверхностью нагреваемого металла. Тепловое состояние электрода в таких печах бывает достаточно стабильным, а температура металла может изменяться в значительных пределах, особенно в печах периодического действия. В зависимости от периода плавки дуга горит между электродом и твердой холодной шихтой, электродом и прогретой твердой шихтой и, наконец, между электродом и поверхностью жидкой ванны.

Наименее устойчивое горение дуги наблюдается в первом случае, когда электрическая дуга горит на поверхности твердой холодной шихты. При переходе напряжения источника через нуль шихта в зоне дуги благодаря высокой теплопроводности металла успевает остыть и в тот полупериод, когда она служит катодом, эмиссия электронов оказывается недостаточной для получения необходимой степени ионизации газов в разрядном промежутке при нормальном напряжении на дуге. Ионизация начинается при более высоком напряжении; напряжение на дуге сильно колеблется даже в течение полупериода. На осциллограмме напряжения появляются «пики».

По мере разогрева шихты и появления озерка жидкого металла горение дуги становится более устойчивым, уменьшается напряжение зажигания, пики напряжения сглаживаются, сокращается продолжительность пауз. После полного расплавления металла осциллограмма напряжения дуги приближается по форме к синусоиде, а значение силы тока плавно переходит через нуль. Горение дуги стабилизируется, паузы практически отсутствуют.

Напряжение и ток электрической дуги в печи
Рис.2 Напряжение и ток электрической дуги в печи
а - в начале плавления шихты, б - в конце плавления, в - в восстановительный период


Для повышения стабильности горения дуги необходимо принимать меры по теплоизоляции зоны разряда с тем, чтобы поддерживать требуемую степень ионизации газа в разрядном промежутке и улучшить условия эмиссии электронов катодом.

Возможности активного воздействия на тепловое состояние разрядной зоны в промышленных электропечах, особенно в период наименее устойчивого горения дуги (в период проплавления шихты) практически отсутствуют. Холодная шихта хорошо поглощает тепло и благодаря высокой теплопроводности быстро отводит его от зоны горения дуги.

Несколько уменьшить отвод тепла в шихте от зоны электрической дуги и тем самым несколько улучшить условия ее возбуждения можно рациональным подбором и укладкой шихты. Для этого под электродами шихту надо расположить таким образом, чтобы в начале плавления дуга горела на мелких кусках шихты, которые быстрее нагреваются и оплавляются. В этом случае горение дуги стабилизируется сравнительно быстро. Если же под электродом окажется массивный кусок шихты, на прогрев которого требуется много тепла, то дуга горит неустойчиво в течение длительного периода времени.

Повысить устойчивость горения дуги можно в результате изменения условий ионизации газа в межэлектродном промежутке. Обычно дуга горит в газах, характеризуемых довольно высоким потенциалом ионизации. Если под электроды поместить материал, содержащий легкоионизируемый элемент, то в разрядном промежутке появятся пары этого элемента, суммарная степень ионизации газа при прочих равных условиях увеличится, и дуга станет более устойчивой.

Наиболее распространенным в металлургических цехах элементом со сравнительно низким потенциалом ионизации является кальций, потенциал ионизации которого в два с лишним раза меньше, чем у основных компонентов воздуха (U2 = 15,8 В; U= 12,5 В). Присадка под электроды кальцийсодержащих материалов, например извести или силикокальция, оказывает на дугу стабилизирующее действие.

Источник [4] → список литературы.

Читать далее: Основы стабилизации дуги 2

Читайте также:

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