ПЛАВИЛЬНЫЕ ПЕЧИ ЛИТЕЙНЫХ ЦЕХОВ
93
ГЛАВА 4.
ДУГОВЫЕ ЭЛЕКТРОПЕЧИ ДЛЯ ПЛАВКИ ЧЁРНЫХ И
ЦВЕТНЫХ СПЛАВОВ
4.1. Физические закономерности электрической дуги
Электрическая дуга представляет собой один из видов электрического
разряда, при котором ток проходит через ионизированные газы или пары ме-
таллов, и который характеризуется малым катодным падением потенциала (де-
сятки вольт), а также высокой плотностью и силой разрядного тока.
В дуговом промежутке наблюдается автоэлектронная эмиссия, а при темпера-
туре порядка 4000 – 6000
°
К – термоэлектронная эмиссия. При плавке металлов
с температурой не выше 2200
°
К наблюдается термоавтоэлектронная эмиссия.
Кроме эмиссии (испускания) электронов из катода, при горении электрической
дуги происходит ионизация газов и паров металла в дуговом промежутке, что
обеспечивает его электрическую проводимость. Бомбардировка поверхности
катода ионами и поверхности анода электронами сопровождается их ярким
свечением.
Дуга может гореть при постоянном и переменном токе. В случае питания
дуги переменным током она дважды зажигается и гаснет в течение периода пе-
ременного тока, когда меняется полярность на электродах и напряжение на дуге
равно нулю. Если в момент перемены полярности температура катода окажется
недостаточной для эмиссии электронов, дуга прерывается. Неспокойная, пре-
рывистая дуга нежелательна, так как при этом повышается расход электроэнер-
гии и замедляется расплавление металла.
Дуговые электропечи в металлургии широко используют для выплавки
различных металлов. Их разделяют на печи (рис. 4.1):
•
независимой дугой, или косвенного нагрева;
•
зависимой дугой, или прямого нагрева;
•
закрытой дугой.
В печах с независимой дугой (рис. 4.1,
а
) электроды располагают гори-
зонтально в рабочем пространстве над металлом; здесь же образуется электри-
ческая дуга, которая в электрическом отношении совершенно не связана с на-
греваемым металлом. Ёмкости таких печей невелики (до 1000 кг). Их, как пра-
вило, применяют в цветной металлургии для плавки меди, бронзы, реже алю-
миниевых сплавов и других цветных металлов.
Печи типа ДМ могут применяться и при выплавке чугуна. Для выплавки стали
используют печи с зависимой дугой (прямого нагрева) (рис. 4.1,
б
), работающие
на переменном токе. Дуга горит между угольными (для печей вместимостью не
более 5 т) или графитизированными электродами цилиндрической формы и ме-
таллической шихтой и ванной. В этих условиях в начале процесса плавки, когда
металлическая шихта ещё не прогрета, дуга горит прерывисто. В момент пере-
мены полярности, когда металл становится катодом, его температура оказыва-
