Файл: Сисоян, Г. А. Электрическая дуга в электрической печи.pdf

Анализ этих процессов показал, что с понижением температуры рекомбинация растет, объемные заряды быстро исчезают из разряд­ ного промежутка и газ быстро деэлектризуется. И, наоборот, при повышении температуры газ электризуется. Таким образом, для процессов электризации и деэлектризации температура играет ре­ шающую роль.

Выше было показано, что температура в печной дуге находится на весьма высоком уровне. Можно предположить, что в периоды паузы тока она не опускается ниже 5000 К- На рис. 35 было приве­ дено температурное поле дуги. Из этого рисунка видно, что даже при

Отсюда можно сделать вывод, что рекомбинация в печной дуге протекает значительно медленнее, чем в малоамперных открытых дугах.

Вернемся еще раз к экспериментальным данным. На рис. 38 были приведены кривые зависимости падения температуры от паузы тока при условии, что дуга охлаждается только вследствие теплопровод­ ности. Из этих кривых видно, что для дуги, диаметр которой равен 1 мм, спад температуры начинается только через 1 мкс от начала паузы тока. Для дуги в азоте при диаметре 6 мм на падение темпе­ ратуры от 6500 до 5000 К требуется ~ 1 мс, а при диаметре в 1 мм

~ 0 ,1 мс.

Для кремния при 6500 К степень ионизации равна 0,22%, а при 5000 К она составляет 0,024%. Значит в дуге, атмосферу которой составляют пары кремния, ионизация уменьшается с 0,22 до 0,024% в течение 0,1 мс, если диаметр дуги равен 1 мм.

При диаметре дуги в 6 мм для такой же степени деионизации потребуется 1 мс, т. е. в 10 раз больше времени.

Еще более благоприятные результаты получаются для кальция. При 6500 К ионизация кальция составляет 14, а при 5000 К —-2%.

Так как диаметр столба дуги руднотермической печи значительно больше, чем в приведенных выше примерах, то деионизация реком­ бинацией в этом случае должна протекать значительно медленнее.

В руднотермических печах при стандартной частоте 50 Гц дли­ тельность промежутка времени от перехода напряжения через нуль до его максимума составляет 5 мс. Половины же амплитудного зна­ чения напряжение достигает через 1,66 мс. В нормальных условиях работы печи наличие тока в печи при напряжении, равном половине максимума, не подлежит никакому сомнению. Это хорошо подтвер­ ждается осциллограммами печей. Следовательно, если существуют более или менее длительные паузы тока около точки перехода через нуль, то они должны заканчиваться в течение, примерно, первой Десятой доли периода, т. е. в течение 1 мс. А между тем приведенные выше расчеты показывают, что даже через 10 мс концентрация за­ ряженных частиц не может упасть ниже той критической величины,

85

Рис. 57. Осциллограмма отключения Чтока {I —

= 265 кА; U = 500 В)

т

т

вают последующие кадры, остается ионизированным и свечение этого объема продолжается еще в течение последующих пяти кадров, т. е. 0,85 мс.

На рис. 56 приведены кадры киносъемки гашения дуги при токе 265 кА, напряжении 500 В и частоте 16,6 Гц, а на рис. 57 дана осцил­ лограмма той же дуги. Промежуток времени между двумя последова­ тельными кадрами составляет 1,33 мс. Продолжительность свечения газов после исчезновения дуги здесь равна 6,65 мс. Надо иметь в виду, что О. Б. Брон проводил исследования погасания дуги. Последняя под действием динамических усилий постоянно находилась в движе­ нии и, следовательно, ствол дуги перемещался в холодную воздуш­ ную среду.

Таким образом, несмотря на весьма благоприятные условия охла­ ждения, даже по истечении такого длительного периода времени,

период настолько снижена, что напряжение не в состоянии поддер­ живать ток в цепи и дуга гаснет, но самый факт длительного свечения газовой сферы показывает, что при дугах, характеризуемых большой силой тока, для деионизации среды и погасания дуги требуются специальные меры охлаждения дугового промежутка. Однако в элек­ тропечи, как мы видели, отнюдь нет этих условий охлаждения. Наоборот, там существуют условия, способствующие изоляции газовой сферы тигля, что препятствует процессу деионизации газо­ вого столба. Следовательно, деионизация, как было отмечено выше, в печной дуге будет происходить значительно медленнее.

Работы О. Б. Брона подтверждают и другое, выдвинутое выше положение: чем больше сила тока дуги, тем медленнее протекает процесс деионизации. Подтверждение этого факта получено при сравнении кадров киносъемок при различной силе тока.

4« Форма кривых тока, напряжения и сопротивления дуги переменного тока

Для линейных цепей синусоидального переменного тока восполь­ зуемся понятием о полном сопротивлении

(Ш-8)

90

где г — активное сопротивление цепи; L — индуктивность цепи;

С — емкость цепи.

Полное сопротивление Z характеризует отношение комплексов эффективных значений силы тока и напряжения.

В отношении электрической дуги, являющейся нелинейным эле­ ментом цепи, понятие о полном сопротивлении может быть применено при интегральном рассмотрении процесса, когда действительные зна­ чения силы тока и напряжения можно заменить эквивалентными синусоидами. При подробном же рассмотрении процесса необходимо пользоваться понятием о мгновенных значениях силы тока и напря­ жения. В связи с этим необходимо ввести понятие и о мгновенном сопротивлении.

Будем различать три вида такого сопротивления — статическое, динамическое и дифференциальное.

Статическим сопротивлением разрядного промежутка называется отношение значения постоянного напряжения дуги к соответству­ ющему значению силы тока:

Если при данных условиях в дуговом промежутке установился определенный постоянный ток, то это значит что электризация газового промежутка держится на определенном неизменном уровне и, следовательно, сопротивление разрядного промежутка будет постоянным, независимым от времени. Очевидно, статическое сопро­ тивление разрядного промежутка измеряется при постоянных зна­ чениях напряжения и силы тока дуги. При переходе от одного значения напряжения или силы тока к другому значению статиче­ ское сопротивление меняется и в целом характеристика дуги нели­ нейна.

Динамическим сопротивлением называется отношение напряже­ ния к силе тока при достаточно быстрых изменениях напряжения или силы тока, когда вследствие инерции физическое состояние среды не успевает изменяться в соответствии с изменением тока или напря­ жения. Очевидно, динамическое сопротивление должно определяться Уравнением

При изменении мгновенных значений силы тока и напряжения величина этого сопротивления меняется. Если задана вольтамперная характеристика дуги, то кривую динамического сопротивления можно построить по точкам, как это сделано дальше для ряда кривых. Вообще с изменением силы тока и напряжения дуги меняется сте­ пень электризации газа и в связи с этим изменяется и динамическое сопротивление дуги. Но для разрядного промежутка можно создать такие условия, чтобы с изменением силы тока и напряжения степень электризации разрядного газа оставалась неизменной. В этом слу­ чае величина г также останется постоянной и дуговой промежуток

91