Дуга это мощный и стабильный разряд электричества в ионизированной среде газов и паров металла. Ионизация дугового промежутка происходит во процессе зажигания дуги (рис. 2.13, а). Этот процесс состоит из трёх периодов: короткое замыкание электрода 1 на металл, отвод электрода на небольшое расстояние от металла и возникновение устойчивого горения дуги. Короткое замыкание приводит к разогреву торца электрода и соприкасавшегося с ним участка поверхности металла. После отвода электрода под действием электрического поля происходит  эмиссия электронов с поверхности металла  и движение их в направлении анода. Столкновение быстро движущихся электронов  3 с молекулами газов и паров металла приводит к их ионизации. При этом возникает устойчивое горение дуги, температура которой достигает 6000оС.  Дуга может гореть как на постоянном, так и на переменном токе. При работе на переменном токе промышленной частоты электрод 50 раз в секунду становится катодом и 50 раз анодом. Для графитированных электродов, используемых в  плавильных печах, наиболее благоприятными являются периоды, когда они являются катодами  (рис. 2.13, б). В этом случае тяжелые отрицательно заряженные ионы газа 4 бомбардируют поверхность металла, сообщая ему дополнительную тепловую энергию. Торец электрода испытывает только излучение дуги. При смене полярности анионы газа соударяются с торцом электрода, что  приводит к их дополнительному разогреву и механическому разрушению. Поэтому в электродуговых  печах постоянного тока графитовые электроды являются катодами (см. главу 8).

Рис. 2.13. Электрическая дуга между электродом и металлом. 

а)- зажигание дуги;  б) –горение дуги при отрицательном потенциале на электроде.

1 – электрод; 2 – металл; 3 –электроны; 4 –анионы газа.

При вакуумной плавке зажигание и горение дуги происходит в результате движения в электрическом поле свободных электронов и ионов, образующихся при испарении металла и электродов.

          Количество ионизированных частиц (степень ионизации дуги) составляет ≈10% от общего числа частиц в дуговом промежутке. Ионизированную часть дуги, по которой протекает ток, называют столбом дуги. Столб дуги окружён светящимся пламенем, не проводящим ток, но передающим в окружающее пространство путём излучения основную часть  энергии дуги. Распределение энергии, излучаемой дугой на свод, стенки печи и металл регулируют, изменяя относительную длину дуги lд./dэл.. При увеличении длины дуги   lд  доля энергии, излучаемой на металл уменьшается, а на стенки и свод увеличивается.  Это объясняется тем, что торец электрода частично экранирует излучение дуги вверх. С  увеличением диаметра электрода этот эффект усиливается. Для увеличения длины дуги увеличивают напряжение. По практическим данным градиент напряжения в дуге, горящей на воздухе, составляет ≈ 1В на миллиметр длины дуги. Для рационального использования энергии излучения дуги и минимизации воздействия её на свод печи  режим горения дуги  изменяют различные периоды плавки (подробно об этом см. главу 8).

         В трёхфазных электродуговых печах электроды расположены в вершинах равностороннего треугольника. Поэтому электрический ток между каждой парой электродов в упрощённом представлении этого процесса проходит по кратчайшему расстоянию от электрода к жидкому металлу через дуговой промежуток, а затем по жидкому металлу  под смежный электрод и вновь через дуговой промежуток на электрод.  Таким образом, ось столба дуги находится под углом 90о к оси тока в металле. Однако в действительности столб дуги представляет собой подвижный, легко деформируемый  магнитными полями проводник тока. Взаимодействие магнитных полей пересекающихся токов приводит к отклонению (выдуванию) электрических дуг в сторону  стенок печи. Ось столба дуги под действием электромагнитных сил может отклоняться  от вертикали и составлять 30…40о по отношению к горизонту. В результате этого в жидкой ванне возникает циркуляция металла, способствующая выравниванию температуры и химического состава в объёме ванны.

Вопросы для самопроверки

1.   Какие частицы переносят электрические заряды при горении дуги на воздухе, в вакууме?

2.   Почему расход графитированных электродов при плавке на постоянном токе может быть меньшим, чем на переменном токе?

3.   Чем вызвано перемешивание металла при плавке на постоянном и на трёхфазном токе?

{{ ELEMENTS.length }}
Наименование
Цена
Количество
Артикул : {{ item.MODEL }}
{{ item.STATUS }}
{{ item.PRICE }} руб.
{{ item.OLD_PRICE }} руб.
- +
Вы экономите: {{ DATA.TOTAL_DISCOUNT_SUM }} руб.
Итого: {{ DATA.TOTAL_SUM }} руб.