埋弧是指埋在料層中的電弧。它和電弧爐中的電弧類似,基本規(guī)律相同.但是它受周圍料層的限制,而且導(dǎo)電途徑較復(fù)雜,所以有自己的特點。和敞弧比較。它的燃弧斑點容易移動,弧易分散而不穩(wěn)定。這里討論埋弧的結(jié)構(gòu)、存在埋弧的條件和埋弧電阻。
圖5-2表示硅鐵爐中的埋弧結(jié)構(gòu),它是根據(jù)觀測數(shù)據(jù)繪制的。在散料層中電極附近插入石墨制的窺視管,觀測電極端部存在的現(xiàn)象。在電極端部有個氣體空腔,電極末端燃弧,燃弧斑點經(jīng)常移動,弧光閃爍,弧不穩(wěn)定。觀測數(shù)據(jù)列入表5—2,表中v為空腔體積,H為空腔高度,R為空腔半徑,H’為空腔以上的料層高度,H”為電極埋人料層深度,h為爐底上熔體層厚度,矗’為電弧長度。
表5-2中的觀測數(shù)據(jù)揭示了埋弧的結(jié)構(gòu)特點,在埋入料層的電極端部存在一個氣體空腔,其中閃動著若干個微弧。把這個包含閃弧的氣體空腔稱為電弧空腔。
電弧空腔的大小反映在埋入電極周圍可能儲存的氣體量,其尺寸和形狀取決于電弧空腔所受的力。物料的理化反應(yīng)和電極燃弧產(chǎn)生氣體,聚集電極表面形成氣體空腔,氣體沿電極向上逸出。作用于氣體空腔的力有驅(qū)使氣體膨脹的自身壓力和電弧電子沖擊力,另一方面,同時存在壓縮氣體空腔的爐料層壓力和限制氣體流動的阻力,當這兩方面力平衡時,電弧空腔就有了穩(wěn)定的形狀和尺寸。
如圖5—2所示,硅鐵礦中電弧空腔是白熾燈泡形,下大上小,成因可根據(jù)力平衡原理說明。在這種爐子中,散料的電阻率約為1012·cm,埋弧電阻率約為0.5n·cm,而熔體的電阻率約為1×10叫Q·cm。在這種條件下,電流基本由電極經(jīng)熔體流至另一電極,在電極末端和熔體的氣隙間產(chǎn)生電弧。硅鐵熔煉是還原熔煉,產(chǎn)生相當數(shù)量的爐氣,而散料層的松動性又差,容易崩料,所以電弧空腔相當大。電弧主要存在電極末端,空腔受電弧沖擊推力的作用,把物料推開,所以空腔下部直徑較大,呈燈泡形。
并非電極埋入料層都產(chǎn)生電弧。顯然,如果把電極插到硅鐵熔體中,電流短路,就不能存在埋弧。這就指明,存在埋弧的一個重要條件是埋沒電極的料層的導(dǎo)電性不能良好。
并非所有電弧空腔都是燈泡形。在電極插在導(dǎo)電性不良的渣層中,例如冰銅熔煉爐,由于渣中氣體量少,熔渣又有一定流動性,只可能在電極末端形成碗狀空腔,并且電弧是短而分散而且閃爍不穩(wěn)的許多微弧。氣體沿電極上升,形成“氣袋”。
綜上所述,產(chǎn)生埋弧的條件原則上和敞弧相同,即電極溫度高到足以發(fā)射電子,電極附近電場強度大,足以加速電子而使氣體電離。從后者派生一個條件,埋人電極的料層的導(dǎo)電性應(yīng)較差。埋弧是受爐料層制約的電弧。埋弧的形狀和尺寸隨其制約條件而定。埋弧中靠電弧導(dǎo)電,靠電弧實現(xiàn)電熱轉(zhuǎn)換。但是,埋弧中的電弧閃爍,容易分散,難以穩(wěn)定。
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