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

0,67—2,50 Ом-см. По-видимому, эта величина характеризует эффективное соп­ ротивление дугового промежутка и всего объема, занятого газами под элек­ тродом. Интересна еще величина удельного сопротивления «участка стенок горна карбидной печи». Ее величина определена равной 0,065—0,095 Ом-см. К сожале­ нию, в работе не освещено, как авторы брали пробу и измеряли эту величину. Ви­ димо, этот слой является основной зоной реакций, понятие о которой было введено нами выше, т. е., это зона, в которой протекают основные реакции карбидообразования.

Сравнивая результаты отдельных исследователей, можно сделать вывод, что удельное сопротивление расплава карбида кальция при 1800—1900° С должно коле­ баться около 0,08—0,10 Ом-см.

В карбидной печи мощностью 7500 кВА между двумя выпусками под каждой фазой накапливается 0,5—0,6 т расплава. Если принять его удельное сопротивление в указанных выше пределах, то в расплаве должно выделиться —30% энергии, под­ водимой к ванне. В этом случае при соприкосновении электрода с расплавом или погружении его в расплав уже не происходит короткое замыкание, как в стале­ плавильных или ферросилициевых печах.

Следует отметить, что анализ распределения мощности в ванне карбидной печи приведен в упомянутой статье А. С. Микулинского и Л. В. Юмашевой. В ней пока­ зано, что энергия, выделяющаяся в расплаве, по данным, полученным этими авто­ рами, составляет— 10% всей энергии, выделяющейся в ванне, т. е. по величине сов­ падает с цифрами, приведенными выше. Следует заметить, что меняя режим печи, можно в определенных пределах добиться перераспределения энергии. Как было отмечено, за последнее время в практике эксплуатации карбидных печей применяют слив с одной летки. Это значит, что тигли всех трех фаз сливаются в один общий ти­ гель и в ванне печи образуется расплав с одним общим для всех трех фаз зеркалом. В этом случае наиболее горячие зоны расплава будут находиться под электродами и в достаточно узких зонах между ними. Эти же зоны будут характеризоваться наи­ большей проводимостью; в этом случае ток не проникает глубоко в расплав. Он бу­ дет перетекать от фазы к фазе по сравнительно узкой и неглубокой полосе расплава, вследствие чего еще больше уменьшится количество энергии, выделяющейся в рас­ плаве. Таким образом уменьшается прогрев расплава в нижних зонах ванны, что повышает вязкость расплава и затрудняет его выпуск. Кроме того, перегревается зеркало расплава и колошник получает горячий ход.

Рис. 190. Распределение температур в ванне кар­ бидной печи

В заключение укажем на опыты, проведенные О. С. Арутюновым, М. Б. Меграбяном и Э. Б. Симоняном. В подину карбидной печи были вмонтированы металли­ ческие электроды, охлаждаемые водой. Их располагали под электродами печи на глубине 15—20 см от поверхности подового электродного блока. Измерения показали, что разность потенциалов между соседними фазами составляет 3—4 В. Это значит, что ток не проникает в подовые электроды и последние представляют почти экви­ потенциальные объемы. Токи между фазами замыкаются в верхней зоне расплава, где господствуют высокие температуры и проводимости.

Г. Расплавы при наличии шлаков

Вряде случае в ванне печи образуется значительное количество шлаков, играю­ щих важную роль в энергетических процессах ванны. Шлак покрывает сверху жид­ кий расплав и выполняет определенные технологические функции. Вместе с тем

происходит постоянный теплообмен между шлаком и расплавом. В шлаке же про­ исходит преобразование части электрической энергии в тепловую. В зависимости от вида сплава и режима работы печи эта доля энергии может быть больше или меньше. Удельное сопротивление жидких шлаков значительно больше, чем метал­ лов. Оно примерно совпадает с удельным сопротивлением расплавленных электро­ литов; температурный коэффициент у них положителен.

Как известно, металлы характеризуются электронной проводимостью, а элек­ тролиты — ионной. Природа проводимости шлаков недостаточно уяснена. Наряду с ионной проводимостью в шлаках, по-видимому, имеет место и электронная прово­ димость. В пользу того, что шлакам свойственна также электронная проводимость, указывает и то, что у шлаков, богатых окислами FeO и МпО, как и у металлов, скачок проводимости в точке плавления незначителен. В электропечах дело ослож­ няется еще тем, что процессы образования жидких шлаков и металла идут парал­ лельно. Образующиеся капельки металла находятся во взвешенном состоянии в шлаке и влияют на интегральную электропроводность последнего. Характерным примером такого взаимодействия металла и шлака могут служить процессы в печи для выплавки малоуглеродистого ферромарганца. В начале процесса, в период рассплавления шихты на поверхности колошника наблюдаются открытые дуги, как

всталеплавильной печи. После расплавления шихты концы электродов погружаются

вкипящий шлак, и независимо от того, горит дуга у концов электродов или не го­

рит, ток ответвляется от поверхности электродов через окружающий их шлак. Ве­ личина тока, очевидно, зависит от электропроводности шлака.

Поскольку электроды, срабатываясь, приобретают форму конуса, это также является еще одним признаком тесного контакта между электродами и шлаком. Весьма важно, что в процессе плавления в ванне в соприкосновении с электродами находится не чистый шлак и не металл, а их смесь в виде тонкой эмульсии. Ее элек-

258

тропроводность больше электропро­ водности шлака, но, конечно, меньше электропроводности металла. После окончания процесса плавления металл осаждается и шлак становится одно­ родным. Исследования проб расплава и шлака показывают разницу в эле­ ктропроводности шлаков в различные периоды работы печи.

На рис. 191, по данным Л. Г. Рошояна, показано, что при изменении температуры от 900 до 1200° С значе­ ние р изменяется в 104 раз. Следова­

резкое изменение электрических свойств шлаков. В зависимости от характера сплава и толщины слоя шлака преобразование электрической энергии в тепло может про­ текать тремя путями.

1. Если толщина шлакового слоя невелика и вместе с тем в соответствии с тре­ бованиями технологии требуется высокая температура, то электрическая энергия будет преобразовываться в тепловую в дуге. В шлаке в этом случае выделяется весьма незначительное количество энергии. Такой процесс протекает в сталепла­ вильных печах в период рафинирования. Поверхность жидкого металла бывает покрыта тонким слоем шлака, а дуга горит непосредственно между металлом и элек­ тродом. Основания дуг находятся в небольших углублениях в шлаке, образующихся вследствие осевого давления столба дуги. Энергетический эффект шлака в этом слу­ чае невелик.

2. Если толщина шлака достаточно велика и вместе с тем под шлаком горит дуга, то шлак шунтирует дугу. Часть энергии выделяется в дуге, часть — в шлаке.

Характерным примером такого процесса является выплавка свинца. На рис. 193 приведена ванна такой печи по данным Г. Ф. Платонова. На поду ванны находится штейн и свинец /, над ними расположен

будет гореть дуга и электрическая энергия целиком будет преобра­ зовываться в шлаке по закону проводимости и передаваться пере­ рабатываемому материалу.

За последнее время некоторое распространение получили так называемые печи Любатти, работа которых основана на этом прин­ ципе. Они обычно являются много­ электродными. Энергия выделяется в шлаке, а шихта подается сверху на шлак. По существу эти печи являются печами косвенного дейст­ вия, так как энергия в них выде-

ляется вне шихты. Некоторым преимуществом этих печей является снижение требований к качеству шихты и особенно к ее грануляции. Но они характеризуются низкой производительностью и в этом их основной недостаток.

Д. Расплав в стекловаренной печи

Хотя описание стекловаренных печей не входит в объем данной работы, рас­ смотрим их расплав, так как он представляет типичный пример расплава с очень высоким удельным сопротивлением.

Электрический ток через стекло и в твердом и в жидком состоянии осуществ­ ляется ионами, поэтому электропроводность стекла по своему характеру является электролитической. Электропроводность стекла в сильной степени зависит от его химического состава и агрегатного состояния. Проводимость твердого стекла на­ столько мала, что его используют в качестве изолятора. С повышением темпера­ туры проводимость стекла резко увеличивается. Зависимость проводимости от темпе­ ратуры для стекла можно выразить экспоненциальной функцией. Из ряда таких фор­

мул наиболее приемлемой считается формула

230