Файл: Пирожников, В. Е. Автоматизация контроля и управления электросталеплавильными установками.pdf

электроде. При неизменной силе тока и увеличении напряжения дуги площадь каждого пятна возрастает. По мере увеличения силы тока площадь каждого пятна также увеличивается. При вторичных напряжениях трансформатора 120— 190 В и силах тока 6— 18 кА диаметры пятен на электроде составляют 8—20 см, а на ванне 12— 28 см. При этом длина открытой части дуги обычно не превышает 4—5 см. При увеличении силы тока отношение размеров пятен к длине открытой части дуги возрастает. Таким образом, геометрические размеры пятен на электроде и ванне заметно превосходят расстояние между нижним торцом электрода и ванной.

Известно, что температура и плотность тока имеют наибольшие значения на оси дуги и уменьшаются по мере удаления от нее [2]. Поэтому можно лишь весьма условно ввести понятие о средней плот­ ности тока J в столбе или пятне дуги, полагая, что

где d — диаметр столба или пятна;

5 — площадь соответствующего круга.

На рис. 7 показано влияние силы тока и напряжения на условную среднюю плотность тока в пятнах дуги. Из рис. 7 видно, что на лю­ бых ступенях напряжения печного трансформатора при увеличении

16

магнитными усилиями, от силы тока и напряжения дуги.

В уравнении (1-7) учтена зависимость S B(U; /), представленная на рис. 6.

Анализ рис. 8 показывает, что чем больше сила тока и чем меньше напряжение на дуге, тем больше плотность тока и глубина погруже­ ния дуги в ванну, обусловленная электромагнитными силами, воздействующими на дугу.

В результате исследования влияния электрического режима на погружение дуги в металл и шлак, выполненного на дуговой печи емкостью 20 т установлено [3], что при силе тока 45 кА глубина погружения дуги в металл превышает 60 мм.

При погружении электрода в металл вплоть до момента корот­ кого замыкания между электродом и металлом образуется дуговой разряд. Наименьшее значение напряжения на дуге перед коротким замыканием (КЗ) составляет 17—27 В. Эта величина, примерно, характеризует аноднокатодное напряжение. Когда вся дуга погру­ жается в шлак и заостренный конец электрода приближается к уровню металла, дуга с центрального участка электрода перебра­ сывается на заостренный конец электрода, этим обусловлено умень­ шение длины и напряжения дуги и увеличение силы тока.

Выполненные исследования позволили также установить, что мощность, выделяемая тремя дугами, погруженными в металл, может при силе тока 25—35 кА достигать 3500—6000 кВт, этим обеспечивается очень большая скорость нагрева металла при высо­ ком тепловом к. п. д. Таким образом, на основе работ по исследова­ нию дуги установлено, что под влиянием электромагнитных сил, сжимающих столб дуги, а также аэродинамического действия паров и газов в ванне под дугой образуется мениск, на котором попеременно возникают катодное и анодное пятна.

18

Высокая температура пятна и мениска вызывает бурное испаре­ ние материала ванны, и, что осо­ бенно важно, возникновение мощ­ ного теплового потока, направлен­ ного от пятна и мениска к ванне металла. Увеличение силы тока и мощности дуги обусловливает увеличение размеров пятна и мениска и глубины погружения дуги в ванну. При этом сущест­ венно возрастает тепловой поток, направленный от дуги к ванне. Таким образом, можно полагать, что при прочих равных условиях чем больше поверхность пятна

электрических параметров дуги, физико-химических свойств шлака, толщины его слоя и др. Можно

полагать, что при непрерывном увеличении силы тока глубина ме­ ниска в ванне непрерывно возрастает, причем сначала электрод достигает зеркала металлической ванны, после чего дуга все больше погружается в металл.

Горение дуги переменного тока в сталеплавильной печи проис­ ходит в условиях периодического изменения питающего напряжения.

На рис. 9, а изображены идеализированные кривые изменения силы тока і, напряжения дуги е и напряжения сети U для случая, когда индуктивность печи равна нулю. При синусоидальном питаю­

где Е — напряжение зажигания дуги.

Из уравнения (1-8) видно, что время перерыва в горении дуги уменьшается с понижением Е и увеличением Ем. С момента зажига­ ния дуги в цепи появляется ток і. При увеличении силы тока иони­ зация дуги вследствие нагрева усиливается и проводимость ее суще­ ственно увеличивается. Поэтому напряжение е, необходимое для поддержания дуги, уменьшается, что видно из рис. 9, а. При боль­ шой силе тока напряжение дуги стабилизируется и уже от него не зависит.