В процессе выплавки стали в электродуговых печах зажигание дуги и проплавление (также известное как проникновение) на этапе плавления являются критически важными операциями, которые напрямую влияют на эффективность плавки, расход электродов и общую стабильность работы печи. Четкое понимание физических механизмов, лежащих в основе этих двух явлений, а также соответствующих методов подачи электроэнергии, имеет важное значение для обеспечения безопасной, стабильной и высокоэффективной выплавки стали.
1. Что такое «зажигание дуги» в процессе выплавки стали в электродуговой печи?
В начале процесса выплавки стали в электродуговой печи электроды опускаются под управлением системы регулирования до тех пор, пока не войдут в контакт с металлоломом в печи. Когда кончик электрода касается металлолома, возникает короткое замыкание, и между электродом и металлоломом образуется и поддерживается высокотемпературная электрическая дуга. Это явление называется зажиганием дуги.
Зажигание дуги знаменует собой формальное начало периода плавки в электродуговой печи при производстве стали. На этом этапе печь еще заполнена твердыми шихтовыми материалами, и дуга относительно открыта. В результате стабильность дуги низкая, а тепловая нагрузка на свод печи относительно высока, что делает зажигание дуги этапом, требующим тщательного контроля как электрической мощности, так и перемещения электродов.
2. Характеристики стадии зажигания дуги и принципы включения питания.
На начальном этапе включения питания и зажигания дуги печь полностью заполнена металлоломом, и расстояние между дугой и сводом печи невелико. Если в это время подается чрезмерная мощность или слишком высокое напряжение (т.е. образуется слишком длинная дуга), свод печи, особенно небольшие крышки печи, могут быть серьезно повреждены. Поэтому для включения питания во время зажигания дуги обычно выбирается минимальное напряжение, чтобы обеспечить безопасную и стабильную работу.
Стадия зажигания дуги обычно непродолжительна и длится примерно от 1 до 5 минут. В тех случаях, когда в верхний слой загружается большое количество легкого и тонкого металлолома, допустимо подавать более высокую мощность с самого начала, чтобы ускорить плавление лома.
В момент первоначального включения питания металл под электродом подвергается внезапному высокотемпературному воздействию, что может вызвать локальное растрескивание или отслаивание. Кроме того, на этом этапе дуга крайне нестабильна, и часто происходят её прерывания. Более того, из-за зазоров между отдельными кусками лома после подачи напряжения может происходить эмиссия и бомбардировка электронами между металлическими поверхностями. Все эти факторы в совокупности приводят к чрезвычайно высокому уровню шума в начальный период зажигания дуги. После нескольких минут работы, когда дуга погружается в лом, стабильность дуги значительно улучшается, и уровень шума постепенно снижается.
3. Что означает термин «прожигание (проникновение)» в процессе выплавки стали в электродуговой печи?
После зажигания дуги лом, окружающий дугу под электродом, быстро плавится под воздействием интенсивного дугового нагрева. С помощью системы регулирования положения электрода электрод поддерживает необходимое расстояние до расплавляемого материала и непрерывно опускается по мере плавления лома.
По мере плавления под электродом постепенно образуется полость, диаметр которой превышает диаметр электрода. В электродуговых печах переменного тока обычно образуются три такие полости, а в электродуговых печах постоянного тока — одна. Этот процесс, при котором дуга фактически «пробивает» слой металлолома, называется проплавлением или проникновением. Когда электрод приближается ко дну печи и начинает образовываться расплавленная ванна, электрод начинает динамически подниматься под действием регулятора, что знаменует собой окончание стадии проплавления.
4. Характеристики включения питания и особенности эксплуатации на этапе проникновения.
Отличительной особенностью стадии проплавления является то, что электрическая дуга полностью окружена ломом. В этих условиях почти вся тепловая энергия дуги поглощается шихтой, и прямое тепловое воздействие на огнеупорную футеровку минимально. В результате, на стадии проплавления обычно подается максимальная мощность, чтобы в полной мере использовать высокую плотность мощности и высокую эффективность плавки в электродуговой печи.
Следует отметить, что во время проплавления часто происходит обрушение металлолома, что приводит к быстрым изменениям длины дуги и электрических параметров. Вследствие этого ток и напряжение становятся крайне нестабильными, и стрелка амперметра на панели управления часто сильно колеблется. Такое поведение характерно для стадии проплавления и требует как быстродействующих систем автоматического регулирования, так и внимательной работы оператора для поддержания общей стабильности работы печи.
