Расхождения дугогасительных

В металлургии при плавке металлов, в частности стали, потоки плазмы можно применять как для переплава расходуемого электрода в кристаллизатор ( 4.30), так и для плавки шихты в футерованной ванне. Печи должны быть герметизированы; в первом случае плавка проводится в вакууме, во втором — в атмосфере защитного газа, например аргона. В результате может быть получен продукт плавки, приближающийся по качеству к металлу, получаемому в ВДП или вакуумных индукционных печах. Особенно интересна конструкция плазменной

4.30. Плазменная установка для переплава расходуемого электрода в кристаллизатор.

Процесс плавки начинается с опускания расходуемого электрода до крайнего нижнего положения. После короткого замыкания или пробоя промежутка между расходуемым электродом (катодом) и темплетом, уложенным на поддон кристаллизатора (анода), возникает электрическая дуга. Тепло дуги расплавляет расходуемый электрод, и

Некоторые сплавы оказалось целесообразным подвергнуть двойному переплаву, в связи с чем была предложена схема печи, в которой осуществляются последовательно оба переплава. Идея конструкции заключалась в том, что слиток, полученный в результате первого переплава, без извлечения из печи приваривается к огарку расходуемого электрода и подвергается второму переплаву в кристаллизаторе большого диаметра. Схема такой печи представлена на 7-4. Здесь к рабочей камере / присоединяется кристаллизатор 2 для слитка первого переплава. Поддон 3, движущийся на штоке 4, проходящем через вакуумное уплотнение 5, запирает кристаллизатор первого переплава. После наплавления слитка 7 он приваривается к огарку электрода 9, и второй переплав осуществляется ,в кристаллизаторе 6 большего размера. Откачка системы осуществляется через патрубок 8.

Однако если в состав расходуемого электрода ввести небольшое количество металла с низкой величиной работы выхода электронов (цезия, иттрия, неодима, солей кальция или натрия), то величина катодного падения напряжения будет определяться именно этими добавками. Следовательно, произойдет уменьшение доли мощности, выделяющейся на электроде, и его плавление будет происходить медленнее или практически прекратится. Такой электрод называют квазирасходуе-мым. В этом случае возрастает доля мощности, выделяющейся на аноде (жидкой ванне), что позволяет увеличить ее объем и температуру. На 7-6 показана схема такой печи. В корпусе печи /, снабженном патрубком для откачки 2, размещен вакуумируемый бункер 3 с шихтой, подвергаемой переплаву. Квазирас-ходуемый электрод 4, подвешенный на подвижном штоке 5, проходящем через вакуумное уплотнение 6, входит в соприкосновение с шихтой, заполняющей гарниссажный тигель в виде воронки 7. Зажигается дуга, и шихта плавится. После накопления жидкой ванны проплавляется

Здесь: ия — напряжение на дуге, в; UK.U — сумма катодного и анодного напряжений, в; Д> — диаметр расходуемого электрода, м; 1Я— длина дуги, м; /д —ток дуги, а, и К — коэффициент, равный 2 • КН для стали, 4-Ю-3 для титана и 5,5 • 10-3 для молибдена.

Установлено, что в плавящей дуге механизм эмиссии зависит от температуры плавления расходуемого электрода (катода). С этой точки зрения металлы, переплавляемые в ВДП, можно разделить на имеющие температуру плавления до 1 700° С (Fe, Ti, Be) и имеющие более высокую температуру плавления (Mb, Mo, Та, W, Re). У первых электронный ток в области катодного падения практически полностью обусловлен механизмом автоэлектронной эмиссии. Поэтому здесь наблюдаются четко выраженные катодные пятна. В частности, на стали плотность тока в катодных пятнах достигает 4,5 — 5 ка/см2, а температура в пятнах (2,7ч-3)Х Х103°С. Установлено, что с увеличением тока растет и площадь ка/-тодных пятен, что приводит к выводу о постоянстве для каждого металла в данных условиях величины плотности тока ,в катодном пятне.

Образовавшаяся на торце расходуемого электрода пленка жидкого металла под влиянием силы тяжести собирается в капли. Отрыв капли от электрода произойдет тогда, когда силы поверхностного натяжения, удерживающие жидкий металл в виде капли, будут преодолены силой тяжести. Очевидно, это может произойти, только если температура жидкого металла на торце расходуемого электрода несколько превышает температуру плавления. Величина этого превышения расчетом не может быть определена, и ее необходимо установить экспериментально. Один из возможных методов определения ее, примененный автором, заключался в киносъемке процесса каплеобразования и фото-метрировании полученных пленок. При этом опорная точка для отсчета температур создавалась засветкой пленки от эталонной лампы.

Измеренные температуры жидкого металла на поверхностях расходуемого электрода и жидкой ванны, *С

На 7-14 представлен примерный энергетический баланс печи для плавки в гарниссаже [Л. 41]. Статьи баланса распределяются следующим образом: Рк.изл —поте-ри расходуемого электрода излучением, воспринимаемые стенками камеры печи; Яа.изл — потери ванны жидкого металла излучением, также воспринимаемые стенками камеры; Ра.конв — конвективные потери ванны жидкого металла через гар-ниссаж, отводимые водяным охлаждением ТИГЛЯ. МОЩНОСТИ РК.ШОЛ,

2. На отметке 2,5—5 м с площадки ведутся обслуживание и чистка рабочей камеры и наблюдение за процессом через гляделки; у небольших печей отсюда целесообразно производить и загрузку расходуемого электрода.

В приближенных расчетах используется метод типовых кривых* [1.10, 1.21]. Например, при выборе высоковольтных выключателей определяется по типовым кривым периодическая составляющая тока КЗ в момент расхождения дугогасительных контактов (см. 1.28).

случаях через т обозначено время начала расхождения дугогасительных контактов, а через ыпр — электрическая прочность промежутка между контактами. Как видно, в первом случае процесс отключения цепи облегчен, так как здесь восстанавливающееся напряжение на контактах выключателя определяется характером изменения напряжения сети и скорость восстановления напряжения относительно невелика. Во втором случае переходный процесс восстановления напряжения характеризуется большой амплитудой и скоростью восстанавливающегося напряжения.

где ^с.в.р.з — собственное время релейной защиты; t3 — выдержка времени, установленная на защите; 2с.в.в — собственное время выключателя, т. е. время от подачи импульса на катушку отключения до момента начала расхождения дугогасительных контактов выключателя; tn— время горения дуги; tv — полное время отключения выключателя.

Тяжесть отключения цепи существенно зависит от фазы отключаемого тока. На 7.6 показано отключение чисто активного тока ( 7.6, а) и чисто индуктивного тока ( 7.6, б); в обоих случаях через т обозначено время на* чала расхождения дугогасительных контактов, а через ыпр — электрическая прочность промежутка между контак-

теля, т. е. время от подачи импульса на катушку отключения до момента начала расхождения дугогасительных контактов выключателя; /я —• время горения дуги; ^>,откл — полное время отключения выключателя. Для защит, действующих без выдержки времен'и, в зависимости от типов реле и выключателей время отключения оказывается равным *отк«=/с,р,з + 'в,о«л = (0,02-^0,04)+ (0,04н-0,2)=0,06-г-0,24 с. Таким образом, при существующих типах реле и выключателей нижний предел времени отключения коротких замыканий может составлять 3—12 периодов тока частотой 50 Гц.

где 1а,ном- номинальное допускаемое значение апериодической составляющей в отключаемом токе для времени т; 3Н— нормированное значение содержания апериодической составляющей в отключаемом токе, % (по каталогам или по 4.54); iait - апериодическая составляющая тока КЗ в момент расхождения контактов т; т — наименьшее время от начала КЗ до момента расхождения дугогасительных контактов:

10-3. Расчет для выбора выключателей по отключающей способности По вновь введенному у .нас в СССР стандарту на выключатели переменного тока высокого напряжения (ГОСТ 687-67) их отключающая способность характеризуется двумя величинами, соответствующими моменту расхождения дугогасительных контактов:

где iax и \2/иг—мгновенное значение апериодической слагающей и амплитуда периодической слагающей тока в момент расхождения дугогасительных контактов.

Тяжесть отключения цепи существенно зависит от фазы отключаемого тока. На 7.6 показано отключение чисто активного тока ( 7.6, а) и чисто индуктивного тока ( 7.6, б); в обоих случаях через т обозначено время начала расхождения дугогасительных контактов, а через «пр — электрическая прочность промежутка между контак-

теля, т. е. время от подачи импульса на катушку отключения до момента начала расхождения дугогасительных контактов выключателя; (л — время горения дуги; (в1ИКЛ — полное время отключения выключателя. Для защит, действующих без выдержки времени, в зависимости от типов реле и выключателей время отключения оказывается равным Л>тк* = *с,р,э + гв,откл=(0,02-^0,04) + (0,04-7-0,2)=0,(Ю-г0,24 с. Таким образом, при существующих типах реле и выключателей нижний предел вре!чени отключения коротких замыканий может составлять 3—12 пе-риодов тока частотой 50 Гц.

Наибольшее гарантируемое значение симметричного тока отключения выключателя 1^, кА, в момент начала расхождения дугогасительных контактов при наибольшем рабочем напряжении и прочих нормированных условиях работы выключателя