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

показан момент, когда напряжение и ток второй фазы проходят через максимум, на рис. 176, б — через нуль.

Ниже приведены результаты исследования эффективного распре­ деления поля прямоугольной печи, выполненного на модели.

Модель ванны была построена в виде прямоугольного ящика длиной 72, шириной 30 и высотой 24 см. Электроды были изготов­ лены диаметром в 8, 9 и 10 см. В качестве проводящей среды в одних опытах использован дробленый кокс, а в других — слабый раствор поваренной соли. Модель питали от трехфазного воздушного транс­ форматора мощностью в 10 кВА, напряжением 220/11 В.

Опыты были разделены на несколько серий. В первой серии было определено строение электрического поля вокруг электрода, а в по­ следующих — зависимость токов от различных параметров ванны.

Б. Конфигурация поля трехфазной печи

Для определения конфигурации поля были проведены две серии опытов.

В первой из них в качестве проводящей среды был использован раствор поваренной соли. Ящик, имитирующий ванну, заполняли раствором и в него опускали электроды, к которым подводили на­ пряжение. Таким образом, ток стекал в проводящую среду со всей поверхности, погруженной в жидкость.

Один зажим вольтметра подключали к подовому электроду, представляющему нулевую точку системы, а второй при помощи щупа опускали в жидкость.

Строение полей в различных горизонтальных и вертикальных сечениях ванны разное. Поэтому эквипотенциальные поверхности не являются плоскими и линии тока не совпадают с горизонтальными сечениями ванны. Вследствие этого потребовался комплекс изме­ рений. Прежде всего были проведены измерения под торцами элек­ тродов в направлении к подовому электроду. Как и следовало ожи­ дать, градиент потенциала под торцом остается постоянным, и раз­ ность потенциалов меняется пропорционально расстоянию. Это значит, что эквипотенциальные поверхности под торцами лежат в горизонтальных плоскостях и параллельны одна другой. У краев торца эквипотенциальные поверхности загибаются и идут вверх. Между двумя соседними электродами имеются плоскости нулевого потенциала, параллельные вертикальным сечениям ванны. Наличие этих плоскостей и определяет строение поля трехфазной печи и отличие последнего от полей однофазной печи.

На рис. 177, а—в даны вертикальные разрезы полей при электро­

электрода диаметром 10 см на глубине 3 см от поверхности колош­ ника. Сравнение этих рисунков показывает, что линии тока от элек­ трода к электроду (ток, текущий по схеме «треугольник») идут почти параллельно и при уменьшении диаметра электрода или межэлек­ тродного расстояния почти никаких изменений они не претерпевают.

24?

Рис. 177. Поле трехфазной печи

Рис. 178. Горизонтальный разрез поля трехфазной печи

243

16*

схеме «звезда» не принимает. Это положение непосредственно

деляется расстоянием от электрода до пода. Но таким же нулевым потенциалом обладают и симметричные плоскости, проходящие между электродами, и ток, текущий по схеме «треугольник», можно рассматривать как ток, текущий по схеме «звезда» между данным электродом и этой нулевой плоскостью. Так как расстояние между электродом и этой симметричной плоскостью меньше, чем между электродом и подовой плоскостью, то, естественно, токи, текущие от электрода к электроду, должны быть больше; а для верхних зон электрода токи, текущие на под, уменьшаются до нуля.

Г. Величины токов, замыкающихся по схемам «звезда» и «треугольник»

Для определения величины токов, текущих по схемам «звезда» и «треугольник», был проведен ряд опытов, при различных диаме­ трах электродов и различных межэлектродных расстояниях. В каж­ дом опыте сначала регистрировали общие линейные токи, текущие по электродам. Затем между электродами вдоль нейтральных плокостей ставили изолирующие перегородки и определяли токи, текущие только через под, следовательно, определяли только токи

\ д

Рис. 180. Зависимость токов, протекающих по схемам «треугольник» «звезда», от диаметра электродов и глубины погружения их в ванну

245

межДу электродами, т. е. текущие по схеме «треугольник». Во всех опытах торцы электродов были изолированы.

На рис. 180, а приведена зависимость токов от диаметра электро­ дов, которая показывает, что с увеличением диаметра ток между электродами растет. При увеличении D3 с 8 до 11 см ток увеличивается почти вдвое.

Ток, текущий по схеме «звезда», наоборот, с увеличением диа­ метра электродов уменьшается. Из этого рисунка видно, что ток, текущий по схеме «звезда» от второго электрода, значительно меньше, чем от первого и третьего.

На рис. 180, б приведена зависимость тока от глубины погруже­ ния электродов в ванну. Эта зависимость носит иной характер: с уве­ личением глубины погружения электродов токи обоих видов растут. Ток, текущий по схеме «треугольник», меняется по линейному за­ кону, а кривая тока, текущего по схеме «звезда», по мере увеличе­ ния dM. э приближается к горизонтальной линии. Однако распреде­

ление токов в ванне действительной печи значительно отступает от этих закономерностей, вследствие образования под электродами

в ванне, является ее электропроводность. Главными компонентами шихты, опре­ деляющими состав последней, являются восстановитель, окислы и металлы.

Рассмотрим прежде всего восстановитель, так как во многих случаях общая электропроводность ванны определяется именно им.

А. Электропроводность восстановителей

Вкачестве восстановителя в ферросплавном и карбидном производстве исполь­ зуют антрациты, каменные и древесные угли и коксы (каменноугольный, нефтяной,

торфяной).

Все эти группы материалов сильно отличаются друг от друга по свойствам. Но и внутри каждой группы различие восстановителей в зависимости от месторожде­ ния и способа обработки настолько велико, что трудно характеризовать группу каким-либо определенными цифровыми данными. Поэтому приходится в каждом случае устанавливать пределы, внутри которых меняются те или иные физико­ химические свойства данной группы восстановителей.

Классификации и изучению физико-химических свойств восстановителей по­ священа обширная литература. Рассмотрение вопроса в целом выходит за пределы данной работы. Поэтому в табл. 24 приведена только основные данные физико-хими­ ческих свойств интересующих нас восстановителей.

Однако в этой таблице не учтены такие важные факторы, влияющие на электро­ проводность, как модификация материала и температура. Но если их не учитывать, то сопротивление углеродистых материалов является не менее колеблющейся вели­ чиной, чем сопротивление дуги. Так, сопротивление древесного угля (см. табл. 24, по данным Берля для порошка под давлением 350 ат) в 1000 раз меньше сопротив­ ления нефтяного кокса, а между тем в электропечах при одинаковой кусковатости удельная проводимость этих материалов одна и та же.

Такое резкое различие в физико-химических свойствах углеродистых материа­ лов современная теория объясняет их структурой.

По данным ряда авторов, антрациты состоят из мелких слабоориентированных кристаллов графита, в которых имеются включения органических веществ. Эти включения обусловливают высокое удельное электрическое сопротивление антра­ цита.

246

ТАБЛИЦА 24

СРЕДНИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ВОССТАНОВИТЕЛЕЙ

Аналогичную структуру имеют и каменные угли. Различие в величине электро­ проводности, по-видимому, объясняется степенью дисперсности кристаллов и физи­ ческими свойствами углеродистых включений.

При коксовании углей образуются кристаллы значительно большей величины. Одновременно происходит разложение органических веществ, вследствие чего значи­ тельно повышается электропроводность продукта коксования. Чем выше темпера­ тура коксования, тем полнее происходит карбонизация органических включений и тем, следовательно, ниже должно быть удельное сопротивление кокса. Нефтяной кокс, например, образуется при 350—400° С, а литейный при 900—1100° С, поэтому

впоследнем и разложение и удаление органических включений происходит полнее

иего электропроводность выше.

Отказываясь от общих цифровых характеристик, можно сказать, что при низ­ ких температурах порядка 200—300° С удельное сопротивление антрацитов и ка­ менных углей очень высокое, сопротивление древесного угля и нефтяного кокса несколько меньше, каменноугольные же коксы и графиты характеризуются значи­ тельно более высокой проводимостью.

Это различие в удельном сопротивлении между восстановителями отдельных видов сильно влияет на величину тока шихтовой проводимости и распределение мощ­ ности в ванне, но прежде, чем рассмотреть этот вопрос, остановимся на основных

стых материалов уменьшается. Однако его изменение в интервале от 0 до 500—600° С незначительно. В следующем интервале До 1000—1200° С удельное сопротивление

турное изменение материала: органичес­ кие соединения разлагаются и размеры кристаллов углеродистых материалов рас­ тут. При 1000—1200° С заканчивается

первая стадия графитирования материа­ лов.

247