Electrometallurgy Today, 2013, №02



2013 №02 (03)

2013 №02 (05)

---

Современная электрометаллургия,
 

ИССЛЕДОВАНИЕ СТАБИЛЬНОСТИ ДУГИ ПЛАЗМОТРОНА С ЗАГЛУБЛЕННЫМ КАТОДОМ

В. А. Шаповалов, Д. М. Жиров, В. Р. Бурнашев

Институт электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины.
03680, г. Киев, ул. Боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
 
Реферат
Препятствием на пути к широкому использованию мощных металлургических плазмотронов является малый срок их надежной эксплуатации, способом повышения которого может служить заглубление катода в сопло с целью предотвращения взаимодействия его материала с агрессивной атмосферой печи. Исследована стабильность работы экспериментального образца металлургического плазмотрона при варьировании заглубления графитированного катода в сопло и расхода плазмообразующего газа (аргона). При заглублении графитированного катода в сопло на расстояние менее 0,65 диаметра его эрозия составляет 2?10^-5 г/Кл, что соответствует известным данным об уровне эрозии. Плазменная дуга не имеет четкой точки привязки и перемещается по внешнему периметру торца катода. При заглублении графитированного катода в сопло на расстояние 0,65 диаметра его эрозия составляет 1,5?10^-6 г/Кл, т. е. уменьшается на порядок. Дуга привязана к осевому отверстию катода. Меньшую эрозию можно объяснить защитой катода от взаимодействия с атмосферой печи, а также рассредоточением пятна дуги по периметру внутреннего отверстия. При заглублении графитированного катода в сопло на расстояние более 0,65 диаметра и рас ходе плазмообразующего газа 200… 280 л/мин и меньше возникает двойное дугообразование, что недопустимо при эксплуатации плазмотрона. Таким образом, с точки зрения эрозии катода и стабильности горения дуги оптимальным заглублением катода в сопло является примерно 0,65 его диаметра. При расходе плазмообразующего газа 330, 200 и 150 л/мин градиент напряжения дуги в полости сопла плазмотрона составляет соответственно 1,25, 2,0 и 4,0 В/мм. Библиогр. 8, табл. 1, ил. 3.
 
The barrier on the way to the wide application of powerful metallurgical plasmatrons is a small period of their reliable service. The method of its increasing can be a deepening of cathode into nozzle to prevent the interaction of its material with the furnace aggressive atmosphere. Stability of operation of experimental sample of metallurgical plasmatron by varying the deepening of a graphite cathode into the nozzle and consumption of plasma-forming gas (argon) was investigated. At graphite cathode deepening into nozzle for the distance of less than 0.65 of diameter, its erosion amounts to 2?10^—5, that corresponds to known data about the level of erosion. Plasma arc has no a clear point of fixing and moved around the external perimeter of the cathode end. At graphite cathode deepening into nozzle for the distance of 0.65 of diameter, its erosion amounts to 1.5?10^—6, i.e. it is decreased by an order. The arc is fixed to the nozzle axial hole. The smaller erosion can be explained by the cathode protection from interaction with the furnace atmosphere, and also by spreading the arc spot around the perimeter of inner hole. At graphite cathode deepening into nozzle for the distance of more than 0.65 of diameter, and consumption of plasma-forming gas of 280...280 l/min and less, a double arcing is occurred that is inadmissible in plasmatron service. Thus, from the point of view of cathode erosion and stability of arc burning the optimum deepening of cathode into nozzle is approximately 0.65 of its diameter. At consumption of plasma-forming gas of 330, 200 and 150 l/min the gradient of arc voltage in the plasmatron nozzle cavity is, respectively, 1.25, 2.0 and 4.0 V/mm. Ref.6, Table 1, Figs. 3.
 
Ключевые слова: плазмотрон; сопло; ресурс работы; графитированный катод; расход плазмообразующего газа; заглубление катода; эрозия катода; двойное дугообразование
 
Key words: plasmatron; nozzle; service life; graphite cathode; consumption of plasma-forming gas; deepening of cathode; erosion of cathode; double arcing
 
Поступила 22.01.2013
Опубликовано 23.05.2013
 
1. Некоторые возможности обработки стали в дуговых и плазменных ковшах-печах / Г.А. Мельник, О.С. Забарило, М.Л. Жадкевич и др. // Пробл. спец. электрометаллургии. – 2002. – № 1. – С. 26—31.
2. Nippon Steel type tundish plasma heater «NS-Plasma I» for continuous caster / S. Kittaka, S. Wakida, T. Kanki, T. Hosokawa // Nippon Steel Techn. Rept. – 2002. – № 85. – P. 162—166.
3. Bebber H., Kranz A. A plasma tundish heater // Steel Research. – 2001. – № 11/12. – P. 460—465.
4. Синкевич О.А., Смирнов Е.П. Использование дугових плазмотронов для обеспечения температуры жидкой стали в промежуточных ковшах МНЛЗ // Сталь. – 2008. – № 10. – С. 64—68.
5. Моделирование режимов плазменного подогрева стали в промежуточном ковше на экспериментальной установке / Э.Х. Исакаев, В.А. Катаржис, В.К. Королев, А.А. Леонов // Черная металлургия. – 2008. – № 10. – С. 19—23.
6. Электродуговые генераторы термической плазмы / М.Ф. Жуков, И.М. Засыпкин, А.Н. Тимошевский и др. – Новосибирск: Наука, 1999. – 712 с.
7. Шаповалов В.А., Латаш Ю.В. Металлургические плазмотроны // Пробл. спец. электрометаллургии. – 1999. – № 4. – С. 50—56.
8. Нойшютц Д., Беббер Х.Й. Промышленное применение плазменной техники в черной металлургии // Черные металлы. – 1993. – Май. – С. 15—25.