Вакуумно-дуговые печи используются для получения чистых редкоземельных металлов. Единственный путь получения этих металлов - переплав в вакууме или инертном газе, т.к. при нагреве они растворяют в себе газы и реагируют с другими материалами.
Для плавки губку или порошок формуют в виде круглого или прямоугольного электрода. Для исключения соприкосновения с огнеупорным материалом плавка в вакуумной дуговой печи (ВДП) ведется в медной водоохлаждаемом кристаллизаторе 3. Плавку ведут, как правило, на постоянном токе, который подается с помощью токоподвода 11 через шток с электрододержателем 1 на переплавляемый электрод 2. При прохождении тока дуги 12 электрод расплавляется, металл каплями стекает в жидкометаллическую ванну 4. Так как упругость пара примесей выше, чем упругость основного металла, то примеси испаряются и удаляются из печи с помощью вакуумной системы. В ВДП осуществляется глубокое рафинирование металла, глубокая дегазация продукта и очистка его от неметаллических включений. Плавку начинают на металлзатравку 5, которую располагают на поддоне 6. По мере наплавления слитка 7 система автоматического регулирования тока дуги поднимает электрод 2. Для стабилизации горения дуги служит соленоид 8, который крепится на кожухе печи 9. Обычно ВДП располагают в отдельном помещении, а наблюдения за плавкой ведут с помощью перископической системы через окна-гляделки 10. Это вызвано тем, что при появлении боковой дуги на кристаллизатор она может прожечь последний, на жидкий металл попадает вода. |
При этом пар разлагается, на кислород и водород, образуя взрывоопасный "гремучий газ". Для исключения появления боковых дуг плавки ведут на коротких дугах, длиной 30 - 50 мм.
|
|
Плазма - ионизированный газ, состоящий из электронов, ионов и нейтральных частиц. Плазма существует при электрическом разряде в газе. Однако плазменной дугой принято называть не обычный дуговой разряд, а дополнительно сжатую в поперечном сечении дугу. При этом возрастает степень ионизации газа и температура дуги, которая достигает 10000 - 30000 °С. Сжатие осуществляется давлением газа или магнитным полем. В качестве плазмообразующих применяются инертные газы: аргон, гелий, а также водород, азот.
Плазменно-дуговой нагрев применяется для следующих электротехнологических процессов: выплавка и переплав металлов, в том числе тугоплавких и химически активных; восстановление металлов из руд; проведение в плазме химических реакций, требующих высоких температур (синтез ацетилена из природного газа; пиролиз нефти; получение азота и др.); резка и сварка металлов, сплавов, графита и неэлектропроводных материалов; атомарное напыление любых металлов с целью создания защитных (антикоррозионных, жаростойких износостойких) покрытий.
|
|
Плазму получают в плазмотронах. Различают два типа плазмотронов: струйные и плавильные (рис.3.21).
В плавильных плазмотронах (плазмотронах прямого действия) дуга и струя плазмы занимают общий объем, слиты воедино, анодом является переплавленный металл. Дуга и струя плазмы находятся в рабочем пространстве плавильной установки, а не в камере плазмотрона, за счет чего повышается его долговечность.
Большинство плазмотронов работают на постоянном токе, что вызвано более стабильным горением дуги. Однако находят применение и однофазные, а также трехфазные плазмотроны. В настоящее время наряду с трехфазными ДСП используются плазменно-дуговые сталеплавильные печи (ПДСП).
Небольшие изменения напряжения на дуге, вызванные, например, кабельными короткими замыканиями, могут привести к резкому изменению тока, а следовательно и мощности дуги. Для получения качественных слитков плавку необходимо вести с постоянной мощностью. Этого можно достичь используя источники, обладающие крутопадаюшей характеристикой источника тока. Работа параметрического источника тока (рис. 3.20, а) основана на явлении резонанса напряжений, т.е. Lω= 1/Cω = X.
Для параметрического источника тока (ПИТ) можно составить на основании законов Кирхгофа следующую систему уравнений:
Uab=zНIН-jxIД
Uca=jxIC-zНIН
IН+I1+IC=0
Решение этой системы уравнения относительно тока нагрузки (тока дуги) имеет вид:
IН=jUbc/x.
Таким образом, в ПИТ ток нагрузки не зависит от параметров нагрузки (величины сопротивления дуги, напряжения на ней) и определяется сопротивлением резонансных элементов. Этот вывод подтверждает также построение векторных диаграмм ПИТ, которые можно сделать самостоятельно для трех случаев:
a) zH = 0(Rg = 0) - короткое замыкание дуги;
б) хc = xl= √3Rg - симметричная нагрузка;
в) Rg > xl = xc - несимметричная нагрузка.
Построение показывают, что во всех трех случаях ток дуги не изменяется. Из трех однофазных ПИТ, соединенных вместе, получают трехфазный. Электротехнической промышленностью выпускают ПИТ на токи Ig = 12,; 25; 37,5; 50 кА. UH = 75 В.
Кроме ПИТ в качестве источников питания ВДП используются мощные выпрямительные агрегаты секции ВАКП, АВП на диодах и выпрямительные агрегаты на тиристорах Т серии ТВ (рис.3.20). Система регулирования тока агрегатов ТВ построена по принципу сравнения фактического и заданного значений токов дуги. При уменьшении тока дуги ниже заданного угол отпирания тиристоров уменьшается, напряжение увеличивается, ток возрастает до заданного значения. И наоборот, при увеличении тока выше заданного значения угол отпирания тиристоров увеличивается, напряжение на дуге уменьшается, ток уменьшается. Реакторы P1, P2 предохраняют источник от бросков тока при капельных коротких замыканиях. Параметры выпрямительных агрегатов на тиристорах: U1 = 6; 10 кВ; Uпост=75; 115 В; РН = 1000 - 5750 кВт. Точность стабилизации тока + - 1%. |