ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ ФОРМИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ КОЛЛИМАЦИЕЙ СТОЛБА «ЗАТОПЛЕННОЙ» ДУГИ В УСТАНОВКАХ ПЕЧЬ-КОВШ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ СПЛОШНЫХ И ПОЛЫХ ЭЛЕКТРОДОВ

Аннотация

Работа посвящена исследованию фундаментальных механизмов формирования и методам управления геометрическими характеристиками высокоамперного дугового разряда в установках печь-ковш (УПК). Основная задача исследования заключалась в разработке комплексного аналитического аппарата для количественной оценки трансформации пространственной структуры плазменного столба в специфических условиях «затопленной» дуги. В статье детально рассмотрены физические процессы, определяющие газодинамическую конфигурацию разряда при переходе от использования традиционного сплошного электрода к полой конструкции, функционирующей под слоем высокотемпературного шлакового расплава. Для решения поставленной задачи автором разработана математическая модель, базирующаяся на функционале градиента магнитных напряженностей и строгом балансе радиальных сил. Модель учитывает нелинейное совместное влияние гидростатического давления расплава шлака и внутренних электродинамических эффектов на сжатие дугового столба. Особое внимание уделено эффекту перераспределения давления, при котором плазменный поток трансформируется в активную оболочку, окружающую поток нейтрального газа. Данный подход позволил теоретически обосновать эффект коллимации разряда и выявить условия перехода от конической формы дуги к цилиндрической при варьировании диаметра осевого отверстия электрода. Научная новизна работы заключается в установлении зависимости между геометрией электрода и локализацией эмиссионных процессов в приосевой зоне. Полученные результаты позволяют существенно оптимизировать энергетические режимы работы УПК за счет стабилизации горения дуги и прецизионного управления направленностью тепловых потоков. Практическое внедрение предложенной модели в производственный цикл способствует снижению удельного расхода электроэнергии, минимизации угара электродов и значительному повышению эксплуатационного ресурса футеровки агрегатов.