Электрическое поле шлаковой ванны

В шлаковой ванне печи ЭШП так же, как и в ванне ФСП (см. гл. III), электрическое поле имеет сложную конфигурацию, зависящую от размеров и расположения электродов, УЭС неоднородной шлаковой ванны и др. На токораспределение в шлаковой ванне также значительно влияет металлическая стенка кристаллизатора, соприкасающаяся с жидким шлаком и электрически связанная с поддоном кристаллизатора, т.е. с наплавляемым слитком. Картину токораспределения можно получить на электролитических моделях шлаковой ванны ЭШП.

В шлаковой ванне одноэлектродной печи ЭШП (рис. 65, а) возможно протекание тока на стенку кристаллизатора I_кл. Наибольшая плотность этого тока J_кл имеет место в зоне контакта жидкого шлака на глубине h_max ≈ 1...3 мм. По мере формирования гарнисажа до установившейся толщины Δ_гр J_кл резко убывает практически до нуля (УЭС твердого шлака на несколько порядков выше, чем жидкого) на глубине h₀ от зеркала ванны. Для разных шлаков h₀ составляет (0,2...0,6) h_шл, где h_шл – глубина шлаковой ванны (см. рис. 62, а).

Рис 65. Схемы протекания тока в шлаковой ванне печей ЭШП разной конструкции: а – одноэлектродная (см. рис. 63, а); б – двухэлектродная, параллельное включение; в – двухэлектродная бифилярная (см. рис. 63, б)

Величина тока I_кл зависит от соотношения сопротивлений на участках «электрод – металлическая ванна» R_эд–м и «электрод – стенка кристаллизатора» R_эд–кл (рис. 66, а). Увеличение отношения R_эд–м/R_эд–кл повышает долю тока, протекающего к стенке кристаллизатора, и изменяет тепловое состояние шлаковой ванны. Это происходит при увеличении расстояния между электродами и металлической ванной h (см. рис. 62, а), глубины шлаковой ванны h_шл (вследствие расширения зоны протекания I_кл высотой h₀), диаметра электрода D_эд (вследствие уменьшения радиального зазора Δ). По данным ИЭС, доля тока кристаллизатора I_кл от рабочего тока I_шл одноэлектродной печи ЭШП определяется соотношением

I_кл/I_шл ≈ 0,34h/Δ. (125)

Рис. 66. Схемы токовых цепей одноэлектродной печи ЭШП: через металл и кристаллизатор (а); через шлак и металл (б); через кристаллизатор при электрическом пробое гарнисажа (в и д); через шлак и кристаллизатор (г)

Ток I_кл также возрастает при использовании шлаков с более низким УЭС при температуре затвердевания, когда уменьшается сопротивление шлакового гарнисажа и расширяется зона h₀ (см. рис. 65).

По данным ВНИИЭТО, при определенных условиях ЭШП с одним электродом через боковую поверхность шлаковой ванны может протекать до 90 % рабочего тока по электрическим цепям (рис. 66, в, г).

При достаточной разности потенциалов между слитком и стенкой кристаллизатора при наличии дефекта в шлаковом гарнисаже (трещина, «королек» металла) появляется токовая цепь между слитком и кристаллизатором (рис. 66, в и д) и может возникнуть дуговой разряд, приводящий к образованию в слитке кристаллизационных дефектов. Во избежание пробоев рекомендуется обеспечивать хороший контакт кристаллизатора и слитка с поддоном (см. рис. 66, а, б).

Изучение токораспределения позволило получить зависимость величины активного сопротивления шлаковой ванны R_шл (Ом) от вышерассмотренных факторов:

(126)

где (табл. 21); (табл. 21); k₃ и k₄ учитывают расположение (рис. 67) и форму поперечного сечения электродов; ρ_шл – УЭС жидкого шлака при средней температуре шлаковой ванны Т_шл, Ом·м; D_кл – диаметр кристаллизатора, м.

Таблица 21