Механизм пространственной стабилизации электрической дугИ на УПК при осевой подаче газа в условиях воздействия электромагнитных отклоняющих сил

Аннотация

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.