CC BY
48
УДК 621.365.22
Ю.М. МИРОНОВ, Д.Г. МИХАДАРОВ
ВЛИЯНИЕ МЕЖЭЛЕКТРОДНОГО ПРОМЕЖУТКА НА ОТКЛОНЕНИЕ СТОЛБА ДУГИ
Ключевые слова: дуга постоянного тока, вторичный токоподвод, футеровка, межэлектрод-ный промежуток.
Приведены результаты теоретического и экспериментального исследований отклонения столба дуги в дуговой печи постоянного тока. Рассмотрены причины неравномерного износа футеровки дуговой печи и предложены пути их устранения.
Yu.M. MIRONOV, D.G. MIKHADAROV INFLUENCE OF THE ELECTRODE INTERVAL ON THE DEVIATION OF THE ARC
Key words: direct current arc, secondary supply, refractory, electrode interval
Results of theoretical and experimental researches of a deviation of arc in the direct current arc furnace are resulted. The reasons of non-uniform deterioration of the refractory the arc furnace are described and ways of their elimination are offered.
Все большее распространение получают дуговые печи постоянного тока (ДППТ) прямого действия. В настоящее время ДППТ применяются для плавки как черных, так и цветных металлов (алюминий, медь, бронза) [3].
Особенностью печной дуги постоянного тока является возможность ее удлинения до значительных размеров (до 1 м) [1], что позволяет вести период расплавления с минимально заглубленным концом электрода в проплавленный колодец. В этот период футеровка экранируется от излучения дуги шихтой (рис. 1, а).
Известно, что под воздействием магнитного поля, создаваемого вторичным токоподводом, столб дуги в ДППТ отклоняется от оси электрода в сторону, противоположную от токоподвода (эффект «электромагнитного дутья»). Этот эффект приводит к возникновению холодных и горячих зон в пространстве печи (особенно в период жидкого металла) и, как следствие, - к неравномерному износу футеровки (рис. 1, б).
Целью данной работы является исследование зависимости отклонения столба дуги в функции высоты межэлектродного промежутка.
і I
Рис. 1. Дуговая печь постоянного тока в период расплавления (а) и в период жидкого металла (б): 1 - ванна, 2 - шихта, 3 - дуга, 4 - свод,
5 - сводовый электрод, 6 - вторичный токоподвод, 7 - сводовый электрод, 8 - горячая зона, 9 - холодная зона, 10 - жидкая металлическая ванна
По известной математической модели [1, 2] был проведен расчет электродинамических сил и отклонения столба дуги (рис. 2, а, б). На рис. 2, а представлена эпюра результирующей электродинамической силы, воздействующей на столб дуги. Сила минимальна у торца электрода и максимальна у поверхности металла. Анализ расчетов показал, что отклонение при заданном межэлектродном промежутке не зависит от значения тока.
Факторы, влияющие на отклонение, следующие:
- геометрические размеры участков токоподвода и их расположение по отношению к столбу дуги;
- высота межэлектродного промежутка.
Зависимость отклонения от высоты промежутка (рис. 2, б) показывает, что при относительно малых промежутках, отклонение незначительно и столб дуги горит под электродом. При больших промежутках дуга выдувается из-под электрода и происходит неравномерное облучение футеровки, что приводит к неравномерному износу последней.
И пр, мм
а б
Рис. 2. Эпюра электродинамической силы (а) и зависимость отклонения столба дуги от высоты межэлектродного промежутка (б)
Для подтверждения расчетов были проведены эксперименты на дуговой печи постоянного тока для выплавки алюминия. Напряжение источника питания составляет 230 В, ток дуги 2 кА.
Наблюдения за дугой в пространстве ДППТ позволили сделать следующие выводы. При малых промежутках, когда дуга горит преимущественно под электродом, катодное пятно располагается на поверхности лунки, образующейся в электроде и электрод изнашивается изнутри (рис. 3, а, б). Это в какой-то мере способствует стабилизации горения дуги в вертикальном положении. При увеличении промежутка происходит выдувание столба и электрод изнашивается с наружной поверхности, приобретая форму сосульки (рис. 3, в, г).
а
в
к
б
г
Рис. 3. Дуга постоянного тока (а, в) и характер износа электрода (б, г).
Таким образом, с точки зрения увеличения срока службы футеровки выгоднее работать на более коротких межэлектродных промежутках. Однако при этом не обеспечивается ввод в печь требуемой мощности, необходимой для расплавления металла и проведения технологических операций. По сравнению с дуговыми печами переменного тока, в которых горят три дуги, требуется более длинная дуга. Выходом из данной ситуации может быть проектирование ДППТ с несколькими сводовыми электродами.
1. Миронов Ю.М. Теоретическая электротехника электрических электродных печей / Ю.М. Миронов. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 1997. 232 с.
2. Михадаров Д.Г. Особенности электродинамических явлений в дуговой печи постоянного тока с расщепленными электродами / Д.Г. Михадаров, Ю.М. Миронов // Вестник Чувашского университета. 2006. № 2. С. 243-250.
3. Филиппов А.К. Использование электропечей постоянного тока в металлургии / А.К. Филиппов, М.М. Крутянский, Г.А. Фарнасов // Сталь. 2002. N° 1. С. 33-36.
МИРОНОВ ЮРИЙ МИХАЙЛОВИЧ - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой автоматизированных электротехнических установок и систем, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары (mironovu@mail.ru).
MIRONOV YURIY MIKHAYLOVICH - doctor of technical sciences, professor, automated electrotechnical installations and systems department chairman, Chuvash State University, Russia, Cheboksary.
МИХАДАРОВ ДЕНИС ГЕОРГИЕВИЧ - ассистент кафедры автоматизированных электротехнических установок и систем, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары (denis_georg@mail.ru).
MIKHADAROV DENIS GEORGIEVICH - assistant of automated electrotechnical installations and systems chair, Chuvash State University, Russia, Cheboksary.
Литература
