Механизм пространственной стабилизации электрической дугИ на УПК при осевой подаче газа в условиях воздействия электромагнитных отклоняющих сил
DOI:
https://doi.org/10.32339/0135-5910-2026-9-12-23Ключевые слова:
установка печь-ковш, электрическая дуга, магнитное дутье, полый электрод, осевая подача газа, стабилизация дуги, электромагнитные силы, трехфазный токАннотация
В процессе доводки металла на установках печь-ковш (УПК) электрическая дуга испытывает воздействие электромагнитных сил, возникающих со стороны токов соседних фаз и жидкой ванны. Это воздействие приводит к отклонению дуги — явлению магнитного дутья, которое вызывает неравномерный конусообразный износ графитированных электродов. В результате снижается термический КПД из-за паразитного нагрева шлаковой фазы, что требует количественного обоснования эффективных методов пространственной стабилизации дуги в условиях трехфазного переменного тока. Целью работы является определение механизма влияния осевой подачи газа через полый электрод на результирующие электромагнитные силы, воздействующие на столб дуги, а также определение параметров, обеспечивающих снижение динамических отклонений дуги в горизонтальной плоскости. В ходе исследования выполнено аналитическое моделирование электромагнитного взаимодействия в системе «электрод – дуга – жидкая ванна» для трехфазной схемы соединения «треугольник». Проведен расчет векторов сил Ампера и сил, обусловленных токами в ванне, с учетом фазовых сдвигов (120°) и промышленной частоты (50 Гц). Построены годографы результирующих отклоняющих сил и определены их максимальные значения, а также оценено влияние аксиального потока нейтрального газа как дополнительного стабилизирующего фактора. В результате исследования получены аналитические выражения для суммарной отклоняющей силы, действующей на дугу фазы А. Установлено, что годограф этой силы представляет собой кривую, близкую к окружности, с максимумом, направленным под углом 45° к линии между центром ковша и осью электрода. Показано, что осевая подача газа не изменяет параметры магнитных сил, но генерирует аксиальный поток, динамический напор которого увеличивает пространственную жесткость столба дуги. На основе этого предложены зависимости для расчета телесного угла отклонения дуги для сплошных и полых электродов. Таким образом, применение полых электродов с осевой подачей инертного газа является эффективным методом пространственной стабилизации дуги в УПК, поскольку увеличение аксиального потока снижает амплитуду ее «блуждания» под слоем шлака, что уменьшает конусообразный износ электродов и повышает термический КПД установки за счет интенсификации прямой теплопередачи в расплав.
Библиографические ссылки
Сисоян Г. А. Электрическая дуга в электрической печи. — 3-е изд., испр. и доп. — М.: Металлургия, 1974. — 304 с.
Григорян В. А., Белянчиков Л. Н., Стомахин А. Я. Теоретические основы электроплавильных процессов. — М.: Металлургия, 1987. — 272 с.
Финкельнбург В., Меккер Г. Электрические дуги и термическая плазма / пер. с нем. под ред. В. Л. Грановского. — М.: Иностранная литература, 1961. — 371 с.
Ячиков И. М., Костылева Е. М., Портнова И. В. Динамика электромагнитных сил, отклоняющих дуги от вертикали в трехфазной дуговой печи // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2020. Т. 63, № 1. С. 27–33. DOI: 10.17073/0368-0797-2020-1-27-33. EDN: HNKQQY.
Ячиков И. М., Костылева Е. М. Поведение основных электромагнитных сил, действующих на дугу в трехфазной дуговой печи // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2015. Т. 58, № 7. С. 479–485. DOI: 10.17073/0368-0797-2015-7-479-485. EDN: UISKSZ.
Ячиков И. М., Вдовин К. Н., Костылева Е. М. Анализ основных электромагнитных сил, действующих на дугу в трехфазной дуговой печи // Теория и технология металлургического производства. 2014. Т. 15, № 2. С. 70–76. EDN: TNEYPT.
Кожухов А. А., Ткачев А. С., Мельников Е. Н. Экспериментальное изучение влияния полого (трубчатого) электрода на характер горения электрической дуги в дуговой сталеплавильной печи // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2015. Т. 58, № 3. С. 207–209. EDN: ROKLYQ.
Миронов Ю. М., Михадаров Д. Г. Влияние электродинамических явлений в дуговых печах на образование мениска в жидком металле // Электрометаллургия. 2012. № 6. С. 36–41. EDN: PALQYN.
Ильгачев А. Н., Михадаров Д. Г. Токи в ванне многоэлектродной установки // Вестник Чувашского университета. 2023. № 4. С. 99–108. DOI: 10.47026/1810-1909-2023-4-99-108.
Бигеев В. А., Агапитов Е. Б., Ерофеев М. М. и др. Результаты обработки расплава стали на агрегате ковш-печь с полыми электродами // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2007. № 1 (17). С. 36–37. EDN: NUOVDX.
Москалев Б. И. Разряд с полым катодом. — М.: Энергия, 1969. — 184 с.
Жуков М. Ф., Смоляков В. Я., Урюков Б. А. Электродуговые нагреватели газа (плазмотроны). — М.: Наука, 1973. — 232 с.
Салиханов П. А., Туманов Д. В., Кузьминов А. Л. и др. Увеличение стойкости графитированного электрода путем организации продувки аргоном через полый электрод // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2024. Т. 80, № 3. С. 47–56.
Zhu H.-C., Ni Z.-W., Jiang Z.-H. etc. Numerical investigation on the application of hydrogen plasma arc in electric arc furnace // Applied Thermal Engineering. 2025. V. 285, Part 1. 128607. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2025.128607.
Чередниченко М. В., Хацевский К. В. Экспериментальные исследования процессов в полости катода вакуумного плазматрона // Наука и техника Казахстана. 2002. № 1. С. 80–94. EDN: SLWGST.
Self S. A., Ewald H. N. Static theory of a discharge column at intermediate pressures // Physics of Fluids. 1966. V. 9, № 12. P. 2486–2492. DOI: 10.1063/1.1761642.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2026 ЧЕРНАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ. Бюллетень научно-технической и экономической информации

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-ShareAlike» («Атрибуция — На тех же условиях») 4.0 Всемирная.