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

ния. В момент включения при поднятых электродах, в случае плавки 75%-ного ферросилиция, печь забирает меньшую мощность (2000— 2500 кВт). Это объясняется тем, что шихта этого сплава содержит меньше железа, чем шихта 45%-ного ферросилиция и, следовательно, электропроводность его магмы меньше. С течением времени и там постепенно нарастают ток и мощность.

Но если электроды остаются неподвижными, мощность печи не поднимается выше 3000— 4000 кВт; для дальнейшего нарастания мощности обязательно требуется более глубокая посадка электродов. Это можно объяснить тем, что удельная электропроводность шихты 75%-ного ферросилиция при почих равных условиях меньше, чем шихты 45%-ного ферросилиция.

С началом регулирования, т. е. с углублением посадки элек­ тродов в шихту, мощность печи постепенно нарастает и, как сви­ детельствуют осциллограммы на рис. 138, з, степень искажения тока увеличивается. На последней осциллограмме степень искаже­ ния кривой тока достаточно велика и ясно выражена. Из этих осцил­ лограмм видно, что под торцом электрода появляется дуга, горящая неустойчиво и с обрывами.

Увеличение мощности при переходе к дуговому режиму составило около 1200— 1500 кВт, т. е. примерно 15—20% мощности печи. Исходя из этого, можно сделать вывод, что и при нормальной установившейся

В начале регулирования приходится осаждать электроды глу­ боко в ванну. При этом под торцами электродов появляются дуги и мощность печи нарастает. По мере возникновения и нарастания тока дуги растет и мощность, выделяющаяся в тиглях ванны. Это влечет за собою сильное газообразование в тиглях. В нормальных условиях значительная часть горячих газов удаляется через шейку вокруг электродов. В результате этого увеличивается оплавление шихты вокруг электродов и образование вокруг них устойчивого газового слоя. Этот газовый слой затрудняет переход тока от поверх­ ности электрода в шихту, т. е. влечет за собой увеличение переход­ ного сопротивления электрод— шихта и уменьшение тока шихтовой проводимости. Чем выше температура электрода и газов и чем больше количество отходящих газов, тем, очевидно, будет больше переход­ ное сопротивление и, следовательно, меньше ток шихтовой проводи­ мости. Появление газовых потоков вокруг электродов ухудшает условия горения тех перемежающихся дуг, которые обычно наблю­ даются вокруг электродов в начальный период включения печи, что в конечном счете, опять-таки приводит к уменьшению тока ших­ товой проводимости.

Работу печи обычно регулируют по току. При ручном регулиро­ вании дежурный персонал обязан поддерживать ток печи на опре­ деленном уровне. Поэтому при любом регулировании при уменьше­ нии тока ниже заданного значения электроды осаживаются в ванну печи глубже, т. е. автоматически уменьшается расстояние между подом и электродом, иначе говоря, длина дуги.

Вследствие этого соответственно нарастает ток дуги, а следовательно, и суммарный ток печи.

Таким образом, появление дуги влечет за собой уменьшение тока шихтовой проводимости и соответствующее увеличение тока дуги. Суммарный ток печи при правильном регулировании остается не­ изменным.

Это увеличение тока дуги по мере становления устойчивого режима работы печи явно отражается на степени искажения кривых тока. С течением времени доля тока дуги в суммарном токе растет, поэтому увеличивается степень искажения формы кривой суммар­ ного тока.

За весь этот период кривая тока дуги остается искаженной, т. е. тепловой режим тиглей остается неустановившимся. Чтобы после 5 ч простоя в ванне печи установился нормальный тепловой режим, требуется гораздо больше времени, чем те 2 ч, которые заняли опи­

в период пуска по принципу сопротивления. Значит, за длительный период работы печи создан весьма устойчивый тепловой режим; ионизация газовой сферы оказалась настолько высокой, что дуга не только не претерпевает разрывов, но в периоды максимума напря­ жения ток поддерживается достаточным количеством свободных электрических зарядов.

Отметим тут же, что испытания печи при выплавке 75%-ного ферросилиция дают те же результаты.

Осциллограмма тока такой печи, снятая после 15 ч непрерывной работы печи с полной нагрузкой, представляет почти чистую сину­ соиду и не содержит заметных высших гармоник.

3« Анализ работы печи при выплавке силикомарганца

Обратимся теперь к анализу результатов наблюдения над печью для производства силикомарганца.

Первые три цикла этих испытаний были проведены при необычном электроде. Он был обломан и конец его был погружен в шихту на незначительную глубину.

О возникновении под торцом электрода более или менее мощной дуги в данном случае не могло быть и речи. С момента включения здесь следовало ожидать протекания только тока шихтовой прово­ димости. Однако первая серия осциллограмм (см. рис. 141, а—г) показала, что кривые силы тока в определенной степени искажены. Особенно ясно бросается это в глаза при сравнении их с осцилло­ граммами пуска ферросилициевой печи (см. рис. 138, а— е). Там мы видели, что кривые силы тока в течение длительного периода сохраняли синусоидальную форму, и более или менее заметные иска­ жения в них начали появляться только после углубления электро­ дов в шихту.

292

Заметные искажения кривых силы тока в данном случае можно объяснить появлением значительного числа мелких перемежающихся дуг, которые возникли вокруг электрода в период пуска.

Действительно, в рассматриваемом случае небольшой конец электрода перед пуском был окружен свежей непрореагировавшей шихтой; в зоне, где находился конец электрода, не было остывшей магмы и ток проходил через свежую шихту. Эти перемещающиеся дуги нетрудно было наблюдать над поверхностью колошника. Они поочередно горели па периферии колошника вокруг электрода осле­ пительным светом. По-видимому, такой же характер носил переход тока от электрода к шихте и в нижних зонах.

Более глубокие искажения как кривой тока, так и кривых на­ пряжения, были зафиксированы на осциллограмме рис. 141, д после перепуска и посадки электрода. По-видимому, только после этого возникла дуга под торцом электрода. Но, так как тепловые условия, необходимые для непрерывного горения дуги, отсутство­ вали, то дуга горела с отрывами и со значительным искажением как кривой тока, так и кривых напряжения. Особенно сильное искаже­ ние заметно на кривой падения напряжения короткой сети. Это и понятно. Кривая падения напряжения является производной кривой тока и вследствие повышения частоты имеет относительно большие

С точки зрения сдвига фазы, во всех этих кривых дело обстоит благополучно. Кривая тока везде почти совпадает с кривой напря­ жения дуги. Это значит, что индуктивность контура дуги настолько мала, что можно ею пренебречь. Далее, кривая тока везде отстает от кривой фазного напряжения, что обусловливается индуктивно­ стью короткой сети. Этот сдвиг фазы по осциллограммам составляет ~ 10°. Измерения эффективных напряжений короткой сети и фаз­ ного напряжения дали примерно те же результаты.

На осциллограмме рис. 141, д, снятой сейчас же после посадки электрода, виден довольно резко выраженный пик тока. Кроме того, в кривой тока зафиксирован второй, менее выраженный пик.

пиков, имеет довольно резкий уклон к оси абсцисс вследствие того, что первый пик значительно выше второго. В остальной серии осцил­ лограмм эти оба пика тока сохраняются, но разница между ними

рактер.

Характеристика кривой фазного напряжения на осциллограмме рис. 141, и в области максимума также пологая, с определенным наклоном к оси абсцисс.

293

В дальнейших осциллограммах пологая часть кривых как на­ пряжения дуги, так и напряжения фазы выравнивается и на осцилло­ грамме рис. 141, и кривая напряжения дуги приобретает также тра­ пецеидальный характер. Но кривая фазного напряжения сохраняет некоторый уклон к оси абсцисс.

Наконец, группа осциллограмм, приведенных на рис. 141, к— «, показывает, что при установившемся режиме кривые силы тока и напряжения ванны весьма близки к синусоиде. Смещение нейтраль­ ной точки указывает на наличие дуги.

Таким образом, мы пришли к обычным формам тока и напряже­ ния дуги.

4. Анализ работы печи при выплавке карбида кальция

Из рассмотренных предыдущих двух групп осциллограмм видно, что в ферросплавных печах форма кривых силы тока и напряжения может меняться в весьма широких пределах в зависимости от режима работы печи, и основным фактором, влияющим на форму кривых тока и напряжения, является тепловое состояние тигля ванны печи.

Эти положения остаются в силе и для карбидных печей.

Все эти серии осциллограмм показали, что с ухудшением тепло­ вого состояния тигля искажение кривых силы тока и напряжения

к синусоиде.

Действительно, кривые на осциллограмме, данной на рис. 145, б значительно искажены именно потому, что перед их снятием печь не работала, тигли печи остыли и, конечно, дуга не могла гореть нормально. Наоборот, кривые осциллограмм на рис. 145, г искажены меньше, потому что они сняты после длительной нормальной работы печи.

Результаты неправильной эксплуатации печи и недоброкаче­ ственной шихты иллюстрируются также кривыми рис. 145, е, ж.

В целом по форме кривых силы тока и напряжения осциллограммы малых и средних карбидных печей занимают промежуточное поло­ жение. Искажение кривых на этих осциллограммах больше, чем на осциллограммах при выплавке ферросилиция, и меньше, чем при выплавке силикомарганца. Это вытекает непосредственно из данных выше характеристик тиглей печей.

Как было отмечено, наиболее устойчивыми тиглями характери­ зуются ферросилициевые печи и наименее устойчивыми — ферро­ марганцевые.

Печи для производства карбида кальция и силикомарганца зани­ мают среднее положение. Очевидно, при одинаковых эксплуатацион­ ных условиях кривые ферромарганцевой печи давали бы больше искажений и отступлений от синусоидальной формы.

294

5* О бщ ие выводы

Выше была сделана попытка установить связь между напряжен­ ностью поля и величиной дуги. Было показано, что при различных формах охлаждения зависимость между током и градиентом потен­ циала дуги различна. Если дуга охлаждается излучением или тепло­ проводностью, то с увеличением тока градиент потенциала падает, при объемном же охлаждении градиент потенциала не зависит от тока.

С увеличением герметичности дуги, т. е. с уменьшением потерь тепла, зависимость градиента потенциала от силы тока может стать противоположной: с увеличением тока градиент потенциала может расти, и отношение градиента потенциала к току, т. е. сопротивление на единицу длины дуги, может сохранить постоянную величину.

Физически протекание всего процесса можно представить себе так. В начале зажигания дуги температура как газовой полости, так и стенок тигля низкая и охлаждение столба дуги происходит интен­ сивно. В периоды прохождения тока через нуль деионизация га­ зового столба велика, дуга горит со значительными паузами, по­ этому кривая тока значительно искажена. Но с течением времени температура как газов, так и стенок тигля повышается и колебания ее уменьшаются. Благодаря этим обстоятельствам паузы тока умень­ шаются и, наконец, горение дуги становится непрерывным. Но непрерывность дуги еще не означает, что процессы ионизации могут обеспечить в разрядном промежутке ток любой величины. Процессы охлаждения, особенно объемного, к которому относятся и возмож­ ные в столбе дуги химические реакции, могут ограничить число свободных зарядов, создающих ток. Наконец, в столбе дуги могут наступить такие температурные условия, что ток вследствие доста­ точного числа заряженных частиц будет следовать непосредственно за ходом градиента потенциала в пределах всего полупериода. Такие тенденции постепенного становления температуры и формы кривых тока и напряжения явно прослеживаются на осциллограммах, при­ веденных на рис. 141, д— и. На рис. 141, д заметны значительные искажения кривых силы тока и напряжения, а на последней осцилло­ грамме (см. рис. 141, и) кривые уже значительно сглажены. Если бы удалось довести исследование этой фазы до логического конца, то должны были бы получить почти чистые синусоиды тока и напряже­ ния, как это происходило при исследованиях на ферросилициевой печи. Но получение таких кривых на силикомарганцевой печи за­ трудняется вследствие того, что тигель печи при этом сплаве легко подвергается деформации и, следовательно, нарушения теплового режима в таких тиглях возникают чаще.

Несмотря на это, следующая группа осциллограмм (рис. 141, к—м), снятая на третьей фазе, работавшей в нормальных условиях, показывает, что и при этом сплаве могут устанавливаться темпера­ турные условия, обеспечивающие более или менее чистые синусо­ идальные формы кривых силы тока и напряжения. Эта группа осцил­ лограмм еще раз показывает, что постоянство напряжения и период

295