Файл: Электрометаллургия стали и ферросплавов учебное пособие..pdf

неустойчивом горении пауза стремится к бесконечности и происходит гашение дуги.

Неспокойная, прерывистая дуга в электропечах нежелательна, так как в этом случае мощность трансформатора используется не­ полностью, вследствие чего замедляется плавление металла, сни­ жается производительность установки.

Появление пауз при смене полярности связано с деионизацией разрядного промежутка и с потерей эмиссионной способности ка­ тода. Ферросплавные и сталеплавильные дуговые электропечи являются печами прямого действия, в которых дуга горит между электродом и поверхностью нагреваемого металла. Тепловое состоя­ ние электрода в таких печах бывает достаточно стабильным, а темпе­ ратура металла может изменяться в значительных пределах, осо­ бенно 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 электро­ дом и поверхностью жидкой ванны.

Наименее устойчивое горение дуги наблюдается в первом случае, когда дуга горит на поверхности твердой холодной шихты. При пере­ ходе напряжения источника через нуль шихта в зоне дуги благо­ даря высокой теплопроводности металла успевает остыть и в тот полупернод, когда она служит катодом, эмиссия электронов оказы­ вается недостаточной для получения необходимой степени иони­ зации 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» (рис. 15, а).

По мере разогрева шихты и появления озерка жидкого металла горение дуги становится более устойчивым, уменьшается напря­ жение зажигания, пики напряжения сглаживаются, сокращается продолжительность пауз (рис. 15, б). 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

(рис. 15, в).

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

Возможности активного воздействия на тепловое состояние раз­ рядной 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 дуги и тем самым несколько улучшить условия ее возбуждения можно рацио­ нальным подбором и укладкой шихты. Для этого под электродами шихту надо расположить таким образом, чтобы в начале плавления

41

дуга горела на мелких кусках шихты, которые быстрее нагреваются н оплавляются. В этом случае горение дуги стабилизируется сравни­ тельно 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 изме­ нения условий ионизации газа в межэлектродном промежутке. Обычно дуга горит в газах, характеризуемых довольно высоким потенциа­ лом ионизации (см. табл. 2). Если под электроды поместить материал, содержащий легкоионизируемый элемент, то в разрядном проме­ жутке появятся пары этого элемента, суммарная степень иониза­ ции газа при прочих равных условиях увеличится, и дуга станет более устойчивой.

Наиболее распространенным в металлургических цехах элемен­ том со сравнительно низким потенциалом ионизации является каль­

U?- = 12,5 В). Присадка под электроды кальцийсодержащих мате­ риалов, например извести или силикокальция, оказывает на дугу стабилизирующее действие.

Заметно повысить устойчивость дуги, особенно в печах неболь­ шой емкости, можно изменяя параметры электрической цепи дуго­ вых печей.

Рассматривая условия возбуждения и гашения дуги, до сих пор принимали, что в электрической цепи печей дуге свойственно только активное сопротивление, и поэтому индуктивным и реактивным сопротивлением цепи пренебрегали. Фактически же электрическая цепь реальных печей характеризуется значительным индуктивным сопротивлением, величина которого увеличивается с ростом мощности печи. Поэтому электрическую цепь дуговых печей можно изобразить в виде эквивалентного контура, включающего источник тока, дугу, активное и индуктивное сопротивления (рис. 16).

Наличие в контуре дуги индуктивности несколько изменяет условия гашения и возбуждения дуги при смене полярности. В цепи

42

переменного тока индуктивность аккумулирует запас потенциаль­ ной электромагнитной энергии. Образуемая этой энергией электро­ движущая сила препятствует изменению тока в цепи. Во время увеличения силы тока увеличи­

.43

С увеличением мощности электропечиых установок их индук­ тивное сопротивление увеличивается быстрее активного. Поэтому на мощных электропечах это отношение больше, чем на маломощ­ ных печах небольшой емкости, и на крупных печах дуга более устой­ чива. Для повышения стабильности дуги малых печей на период ее наиболее неустойчивого горения в цепь целесообразно включать дополнительную индуктивность. Однако индуктивность уменьшает коэффициент мощности (cos ф) установки, в связи с чем установлен­ ная мощность трансформатора используется неполностью и ухуд­ шаются технико-экономические показатели работы установки. По­

ходу плавки в дуговых печах, особенно в печах периодического действия, необходимо изменять подводимую мощность. Во многих случаях мощность, выделяющуюся в дуге, целесообразно перераспре­ делять определенным образом между различными нагреваемыми объектами, регулируя тем самым скорость их нагрева. В этой связи

в тепловую в дуге происходит в результате ускорения в электри­ ческом поле заряженных частиц, которые в дальнейшем передают часть полученной энергии нейтральным атомам и молекулам. По­ этому мощность, выделяющаяся в дуге, определяется количеством заряженных частиц и ускоряющим напряжением. В целом мощность дуги может быть охарактеризована произведением силы тока на величину падения напряжения в дуге, т. е.

Так как основное падение напряжения приходится на столб дуги, то и преобразование электрической энергии в тепловую также происходит в основном в столбе. В среднем на каждую единицу длины дуги (/д) приходится мощность

Р 1 = Е1, ( П )

-где Е — градиент напряжения в дуге.

Из выражения (10) следует, что изменять количество выделяю­ щегося в дуге тепла можно изменением силы тока или напряжения. Последнее же можно изменить либо за счет изменения длины дуги при прежнем градиенте потенциала в дуге, либо за счет изменения градиента напряжения при постоянной длине дуги.

При прочих равных условиях градиент напряжения в дуге опре­ деляется составом газа, в котором происходит разряд. Градиент напряжения тем больше и, следовательно, тем больше удельная

44