- •Вопросы для экзамена по курсу «эмСиФ»
- •1. Принцип действия и классификация электроплавильных печей. Состав электропечной установки.
- •2. Принцип действия дсп. Экзотермические электрофизические процессы дугового разряда
- •3. Принцип действия дсп. Электро-магнито-гидродинамические (эмгд) явления в дуговом разряде.
- •4. Теплообмен в рабочем пространстве дсп. Возможности управления направленностью радиационного теплообмена.
- •5. Теплообмен в ванне дсп. Теплотехнически рациональные размеры ванны дсп.
- •6. Теплообмен в «свободном» пространстве дсп. Теплотехнически рациональное расположение графитированных электродов.
- •7. Теплообмен в «свободном» пространстве дсп. Теплотехнически рациональные размеры «свободного» пространства в дсп.
- •8. Футеровка подины дсп. Теплотехнически рациональная толщина подины. Особенности конструкции дсп с донным выпуском.
- •9. Конструкция и футеровка стены дсп разных поколений.
- •10. Конструкция и футеровка свода дсп разных поколений.
- •11. Особенности технологии производства и рабочие свойства графитированных электродов.
- •12. Причины расхода графитированных электродов. Меры экономии электродов для дсп.
- •13. Структура энергетического баланса дсп. Технико-экономические показатели эксплуатации современных дсп.
- •14. Мероприятия по интенсификации работы дсп (интенсификация и снижение энергоемкости написаны вместе). Технико-экономические показатели эксплуатации современных дсп.
- •15. Мероприятия по снижению энергоемкости технологического процесса в дсп (интенсификация и снижение энергоемкости написаны вместе). Технико-экономические показатели эксплуатации современных дсп.
- •17. Принцип действия, классификация, особенности конструкции, электрооборудования, техники безопасности и эксплуатации дуговых вакуумных печей для вакуумно-дугового переплава.
- •18. Принцип действия, типы, особенности конструкции, электрооборудования и эксплуатации печей электрошлакового переплава.
- •19. Принцип действия, типы, особенности конструкции, электрооборудования, техники безопасности и эксплуатации индукционных тигельных печей. (с281,283)
- •20. Принцип действия, типы, особенности конструкции и эксплуатации индукционных вакуумных печей для вакуумно-индукционной плавки и для плавки во взвешенном состоянии («бестигельная плавка»).
- •8. При увеличении напряжения возрастает биологическая опасность за счет укорачивания длины волны тормозного излучения.
- •22. Принцип действия, классификация, особенности конструкции, электрооборудования и эксплуатации ферросплавных (рудовосстановительных) печей.
3. Принцип действия дсп. Электро-магнито-гидродинамические (эмгд) явления в дуговом разряде.
а) Принцип действия ДСП основан на преобразовании электрической энергии в тепловую в результате экзотермических электрофизических процессов дугового разряда, существующего между одним (ДСП ПТ) или тремя (ДСП) графитированными электродами и нагреваемым (расплавляемым) металлом, выполняющим роль нулевой точки элетрической схемы «звезда» в ДСП или анода в ДСП ПТ. Дуговой разряд является зоной генерации тепла.
б) Электро-магнито-гидродинамические (ЭМГД) явления в дуговом разряде.
Ток дуги создает собственное магнитное поле. Поэтому на столб дуги действует электромагнитная (Амперова) сила взаимодействия между током дуги и собственным магнитным полем, т.е. столб дуги испытывает давление, направленное радиально от внешней поверхности столба радиусом r к его оси (сжимающий пинч-еффект). Пинч-эффект действует не только радиально, но и аксиально, создавая силу, действующую на электродные пятна дуги на электроде и на зеркале ванны металла в ДСП. В мощных ДСП осевая сила дуги может деформировать зеркало ванны жидкого металла и формировать вогнутый мениск.
На столб дуги также оказывает воздействие магнитное поле тока, протекающего между электродами через жидкий металл перпендикулярно току дуги. Усиление поля во внутреннем углу перпендикулярных токов и ослабление поля снаружи угла создают электромагнитную силу Fвыд, действующую на дугу и жидкий металл. Такая угловая сила выдувает дугу из-под электрода в сторону футеровки, вызывая резкое повышение тепловой нагрузки стены против электродов. Вследствие выдувания столб дуги занимает наклонное положение по отношению к зеркалу ванны (45-70о).
Столб дуги испытывает также воздействие магнитных полей параллельных токов, протекающих в соответствии с чередованием фаз трехфазной системы токов по соседним электродам, так называемой ЭМ силы отталкивания Fотт. Данная сила составляет всего 2-5% от Fвыд
4. Теплообмен в рабочем пространстве дсп. Возможности управления направленностью радиационного теплообмена.
а) Плавку в ДСП делят на 4 этапа:
-зажигание дуги: лом лежит почти на уровне свода; неустойчивое горение дуги, толчки тока. Во избежание разрушения футеровки свода из-за прямого излучения дуг в непосредственной близости необходимо работать на пониженных значениях напряжения и мощности (50-70% от номинала);
-проплавление колодца: нестабильное горение; возможны к.з.; работает с недобором электроэнергии;
-закрытое горение дуги: благоприятные тепловые условия; дуга горит между катодом и жидким металлом; выделяется максимально возможная мощность; возможность работы с перегрузкой;
-открытое горение дуги; продолжается до конца периода расплавления. Во избежание недопустимого перегрева футеровки необходимо мощность дуг снижать, понижая напряжение, т.е. работать на коротких дугах.
Соотношение тепловых потоков от дуги мощностью Рд на ванну Фвн и на футеровку Ффут можно выразить ур-ми:
Фвн/Рд=(1+k)/(1+2k)
Ффут/Рд=k/(1+2k)
Фвн/Ффут=(1+k)/k
Теплообмен устроен следующим образом:
1. В рабочем пространстве ДСП существует направленный теплообмен (Фвн/Ффут>1) в результате экранирования теплового излучения дуг на футеровку торцами вертикально расположенных электродов;
2. При обычных для практики значениях lд/Dэд =0,2-0,4 даже незначительное изменение этого отношения резко меняет направленность тепловых потоков;
3. Возможность изменения при эксплуатации ДСП соотношения Фвн/Ффут позволяет управлять направленным теплообменом по ходу плавки;
4. Направленный теплообмен в рабочем пространстве можно регулировать путем изменения ступени вторичного напряжения U2л, силы тока дуги Iд, толщины слоя шлака Δшл на зеркале ванны, основности шлака.
Возможны 2 схемы теплообмена «дуга-футеровка-ванна»:
Направленный косвенный радиационный теплообмен, когда из-за незначительного экранирования дуги (при больших значениях lд/Dэд, т.е. при более высокой степени вторичного напряжения, меньшей силе тока, тонком слое шлака и тд) ванна нагревается в основном эффективным излучением футеровки. Тем-ра футеровки будет выше тем-ры шлака и металла: Тфут>Тшл>Тмет.
При косвенном теплообмене обеспечивается равномерное температурное поле шлака по всей площади зеркала ванны. Однако передача тепла жидкому металлу может лимитироваться тепловым сопротивлением слоя шлака, что ограничивает допустимую его толщину. Данная схема менее благоприятна для тепловой работы огнеупорной футеровки стены свода и создает опасность перегрева и разрушения.
Направленный прямой радиационный теплообмен, когда из-за сильного экранирования дуги (при малых lд/Dэд) металл в ванне нагревается непосредственно теплопередачей от дуг при интенсивной электродинамической конвекции под электродами, шлак и футеровка получают тепло от металла, при такой схеме соотношения тем-р будут следующими: Тфут<Тшл<Тмет. Прямой теплообмен менее благоприятен для технологического процесса, так как создает неравномерное температурное поле по зеркалу ванны. Слишком низкая Тфут может стать причиной замедления расплавления шихты на откосе ванны и снижения эффективности нагрева металла.