Файл: Сисоян, Г. А. Электрическая дуга в электрической печи.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.10.2024
Просмотров: 70
Скачиваний: 0
контактного слоя будет незначительным и преобразующаяся в этом слое электроэнергия будет настолько мала, что в большинстве слу чаев ею можно пренебречь.
Если же между концом электрода и твердой или жидкой шихтой образуется газовая прослойка, то ток будет проходить через газы, т. е. будет происходить электрический разряд в газе. Для подавля ющего большинства руднотермических процессов, которые обычно протекают при давлениях, близких к атмосферному, это будет дуговой разряд.
Таким образом, мы видим, что параметр р в первом случае равен нулю, а во втором — энергии, выделяющейся в дуге. Поэтому в классификации М. С. Максименко параметр р можно рассматри вать как энергию, выделяющуюся при дуговом разряде.
Более неопределенными являются параметры q — поглощение энергии в шлаке (или расплаве) иг — поглощение энергии металлом. Шлак, расплав и металл появляются только после нагрева и осуще ствления ряда химических реакций, т. е. после поглощения зна чительного количества тепла. Таким образом, из приведенной клас сификации неясно, каким же параметром определяется поглощение энергии, которое приводит сырые материалы в состояние шлака или расплава.
Кроме того, в самой классификации не указано на возможность поглощения электроэнергии в шихте, а между тем в ряде процессов решающим фактором является именно этот вид преобразования электроэнергии.
Во втором разделе классификации, данной М. С. Максименко («Отдельные производства»), показано, что под параметром р следует понимать поглощение электроэнергии в дуге, а под параметром q — поглощение электроэнергии в жидких и твердых проводниках, вклю чая и шихту.
Из характеристики отдельных сплавов, по данным М. С. Макси менко, следует, что в сталеплавильной печи дуга выражена явно и поэтому р О q. В печи карбида кальция максимум поглощения энергии приходится на дугу. При производстве феррохрома наи большая часть энергии поглощается дугой. При производстве ферро силиция часть энергии поглощается шихтой, часть газовым провод ником на конце электрода, и для ферросилиция р >■ q.
Далее сказано, что при электровозгонке фосфора главное погло щение энергии имеет место в шихте со шлаком. При производстве карборунда параметр р очень мал; максимальное поглощение энер гии идет в керне. При производстве карбида серы (сероуглерода) основное количество энергии поглощается шихтой.
Все это показывает, что М. С. Максименко под параметром р понимает трансформацию электроэнергии в газовой среде, а под параметром q — в твердой или жидкой среде.
Как было отмечено выше, классификация руднотермических процессов по этим двум параметрам не всегда достаточна четка, так как во многих случаях один и тот же руднотермический процесс может быть осуществлен при различных соотношениях величин
ю
энергии дуги и энергии шихтовой проводимости, т. е. параметров р и q.
Кроме того, классификация по этим двум параметрам не отражает различия между прямой и косвенной трансформацией электроэнер гии в тепло.
Одна и та же продукция может быть получена в печах различных типов и классов.
Поэтому не следует искать однозначного решения проблемы и полагать, что для данного руднотермического процесса применим только один определенный вид трансформации электроэнергии и неприменимы другие.
Скажем больше: в некоторых случаях на различных стадиях технологического процесса требуются различною типа трансформа ции электроэнергии. В качестве иллюстрации yi ажем на производ ство муллита.
Муллитовые печи являются печами периодического действия. В начале запуска печи необходимо расплавить новую порцию шихты. Так как температура плавления шихтовых материалов относительно велика (выше 1800° С), то для форсированного хода печи необходима большая мощность при ее высоких объемных плотностях. После же того, как плавление в основном закончено, необходимо некоторое время выдержать расплав для его рафинирования.
Конечно, в первый период желательно, чтобы печь работала при мощном дуговом разряде, а во второй период лучше уменьшить мощность дуги и увеличить мощность, выделяющуюся в рас плаве.
Как видим, в первом периоде печь будет работать в дуговом ре жиме, а во втором — в смешанном.
Рассмотрим еще получение рафинированного ферромарганца. В начальный период производственного цикла печь работает по принципу смешанных печей, так как шихта характеризуется до статочно высокой электропроводностью и значительная доля тока течет от электрода к поду через шихту. Но и в этот период дуга в печи явно выражена.
Во второй период после расплавления всей шихты печь работает только в дуговом режиме.
Из сказанного можно сделать вывод, что режим работы рудно термических печей может меняться в широком диапазоне.
На практике мы встречаемся и с дуговым режимом, и с режимом сопротивления, и со смешанным режимом. Наконец, для одного и того же процесса в различных стадиях могут требоваться различ ные режимы.
Поэтому при решении вопроса об оптимальном режиме для того
или другого процесса, с одной стороны, нужно знать, |
какие требова |
||
ния |
предъявляет этот |
процесс к электропечи, |
а с другой — |
надо |
ясно представлять |
индивидуальные свойства |
отдельных ре |
жимов.
В целом вопрос следует решать для каждого процесса в отдель ности.
п
Так как режим печи в Значительной степени зависшг от ее разме ров и мощности, то при анализе работы печи должны быть учтены и эти факторы.
3« Энергетические параметры ванны электрических печей
Энергетические параметры ванны печи установим, следуя идеям М. С. Максименко. Однако дополнительно будем учитывать прямую и косвенную трансформацию энергии и объемную плотность мощно сти.
Энергетические параметры ванны выразим в относительных еди ницах. За единицу примем всю электроэнергию, трансформирую
щуюся в ванне печи. Если энергия |
выделяется |
непосредственно |
в перерабатываемом материале, т. е. |
происходит |
прямой процесс, |
то к символу, обозначающему энергию, добавляется индекс «п», если же энергия выделяется в специальном проводнике, а потом передается перерабатываемому материалу, т. е. если происходит процесс косвенного действия, то к символу добавляется индекс «к».
Введем следующие обозначения:
1)долю электрической мощности, выделяющуюся в электроде, обозначим через О. Эта величина мала и, как справедливо указывает М. С. Максименко, в приближенных расчетах ею можно пренебречь;
2)долю электрической мощности, выделяющуюся в газовой среде, обозначим через р.
Так как газовый разряд может быть и прямого и косвенного дей ствия, то в общем случае эти доли соответственно обозначим через
Ра и рк\ 3) долю электрической мощности, выделяющуюся в твердом
проводнике, обозначим через q; |
и здесь, в общем случае, для разряда |
прямого и косвенного действия |
примем обозначения qn и qK; |
4) долю электрической мощности, выделяющуюся в жидком про |
|
воднике, обозначим через t\ и здесь, в общем случае, запишем /п
и tK.
Таким образом, всю электрическую мощность, трансформиру ющуюся в ванне печи, можно выразить уравнением
О + |
р„ ~г Рк + Яа 4" Як + |
1• |
(!' 1) |
Если |
пренебречь трансформацией электроэнергии |
в электроде, |
|
то уравнение (1-1) приобретает вид |
|
||
Ра + |
Рк + Яа + Як + |
— 1 • |
0 ‘2) |
Этим уравнением можно выразить баланс преобразования элек троэнергии в любой электрической печи.
Но для всякого руднотермического процесса в конечном счете существенно важен не способ преобразования электроэнергии, а объемная плотность получаемой тепловой энергии и уровень темпе ратуры, при котором она выделяется.
Поэтому основными параметрами любого руднотермического про цесса являются объемная плотность энергии и ее мощность w, т. е.
U
энергия, выделяющаяся в единице объема в единицу времени, и
температура |
О, |
при которой происходит выделение энергии. |
Но обе |
эти |
величины — w и # — в различных точках ванны |
имеют различное значение и в то же время зависят от распределения электрического поля и плотности тока в ванне печи.
Таким образом, задача определения оптимальных режимов про цессов плавки в целом сводится к изучению электрического и тепло вого полей ванны.
В некоторых случаях однородной среды при наличии только параметра q или только параметра t оба эти поля совпадают и тогда речь идет о теплоэлектрическом поле. Но при неоднородной среде удельная теплопроводность и электрическая проводимость различ ных зон материала в ванне печи различны. Вследствие этого электри ческое и тепловое поля уже не подобны друг другу и должны рас сматриваться раздельно.
Иначе обстоит дело при наличии только параметра р, т. е. га зового разряда. В этом случае нельзя ограничиваться рассмотре нием одной теплопроводности среды, а приходится учитывать излу чение и конвекцию, в результате которых основная часть тепловой энергии передается перерабатываемому материалу.
Еще сложнее обстоит дело, когда одновременно известны два или три параметра.
Оптимальные величины необходимой температуры Ф и объемной мощности w определяются, конечно, технологией процесса. Но, чтобы достичь этих величин, необходимо знать их зависимость от р, q и t. Основная задача правильного расчета печи все же заключается в определении зависимости этих параметров печи от распределения напряжения и тока. Распределение последних в значительной сте пени зависит от геометрических размеров и конфигурации ванны. Отметим, однако, что у двух печей, даже при наличии геометриче ского подобия, электрические и тепловые поля не всегда будут подобными.
Глава 11
Теория электрической дуги (дугового разряда)
1, Открытие электрической дуги (исторический обзор)
Приоритет открытия электрической дуги принадлежит русскому ученому акад. Василию Владимировичу Петрову (1761—1834).
Результаты знаменитых опытов с лягушкой Гальвани опубликовал в 1791 г., а через восемь лет, в конце 1799 г., Вольта построил свой «вольтов» столб. Первые сообщения об открытии Вольта в печати появились в 1800 г. При помощи воль това столба ученому удалось воспроизвести электрические явления, уже известные до его открытия, но новые свойства гальванического электричества им найдены не были.
В апреле 1800 г. Никольсон построил вольтов столб из 17 пар пластинок и по вторил эксперименты Вольта.
13