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

Дуговой разряд

Трансформация электрической энергии в тепловую в дуговых печах происходит в разрядном промежутке между торцом электрода и поверхностью металла. Электрическая цепь на этом участке замыкается дуговым разрядом.

Дуговой разряд является одной из форм электрического разряда в газах. В обычном состоянии газ состоит из электронейтральных частиц и ток не проводит. Он приобретает проводимость, когда в нем, помимо электронейтральных атомов и молекул, появляются заряженные частицы — свободные электроны и ионы. В зависимости от причин, вызывающих их появление, разряды в газах подразделяют на несамостоятельные и самостоятельные.

Несамостоятельными называют разряды, для поддержания которых на газовый промежуток требуется воздействие внешних ионизаторов, например рентгеновского излучения. Разряды, существование которых не обусловлено внешними ионизаторами, являются самостоятельными. Дуговой разряд относится к числу самостоятельных разрядов.

Кроме дугового, в газах возможны и другие формы самостоятельного электрического разряда, при определенных условиях переходящие одна в другую. Конкретная форма электрического разряда (дуговой, тлеющий и тихий) определяется плотностью разрядного тока и давлением в газовой среде. Дуговой разряд характеризуется высокой плотностью тока (сотни и тысячи А/мм2) и возможен только при определенных давлениях.

В простейшем случае для возбуждения электрической дуги концы электродов, к которым приложено напряжение, сначала приводят в соприкосновение, а затем разводят на некоторое расстояние. Так же зажигают дугу и в электропечах. При разведении электродов в точках контакта увеличивается сопротивление и растет количество выделяющегося на этом участке джоулева тепла, повышается температура концов электродов.
Электрический разряд в газах

Рисунок 1. Область существования разрядов в газах

Повышение температуры связано с увеличением кинетической энергии движущихся частиц нагреваемого тела. В материале электродов наибольшей подвижностью обладают свободные электроны. При высоких температурах кинетическая энергия электронов достигает таких значений, при которых часть их может преодолеть потенциальный энергетический барьер у поверхности и покинуть электрод.

Явление испускания электронов нагретым телом называется термоэлектронной эмиссией. Впервые предположение о термоэлектронной природе дуги было высказано в 1905 г. В. Ф. Миткевичем. Выводы его работы о природе электрической дуги легли в основу современной теории дугового разряда.

Дуговой разряд
Рис.2 Дуговой разряд

Покинуть материал электрода электрон может лишь в том случае, если его кинетическая энергия превышает работу выхода.

Материал.......Mg Al V Mo Fe С W

Работа выхода электронов ....3,46 3,74 3,80 4,27 4,36 4,39 4,50

Повышение температуры вольфрамового катода с 1500 до 3500 к приводит к увеличению плотности тока эмиссии более чем в 10 раз.

Покинуть материал катода свободные электроны могут также в результате воздействия электрического поля. Эмиссия электронов под действием электрического поля называется электростатической или холодной эмиссией. Плотность тока электростатической эмиссии можно определить по формуле, аналогичной формуле Дэшмена для термоэлектронной эмиссии:

б = аЕ2а~b/Е,

где Е — напряженность поля у поверхности катода; а и b — постоянные, зависящие от условий эмиссии. Если в области катода одновременно действуют оба фактора — высокая температура и высокая напряженность поля, то на катоде Здесь и далее через Т обозначается абсолютная температура по шкале Кельвина.

Источник [4] → список литературы.

Читать далее: Общие сведения о дуговом разряде 1

Читайте также:

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