礦熱爐(電爐)電極燒蝕、侵蝕消耗計算公式與控制技術(shù)措施

1/6礦熱爐〔電爐〕電極燒蝕、侵蝕消耗計算公式與掌握技術(shù)措施一、電極燒蝕計算公式解析電極的燒蝕過程滿足一般導熱微分方程：公式(1)中：ρ-電極密度;Cp-電極比熱容;κ-電極熱導率;T-電極溫度;Q-電極內(nèi)部產(chǎn)生熱量的速率;對于石墨電極而言，其比熱容與熱導率與溫度有關(guān)，是溫度的函數(shù)。電極內(nèi)部產(chǎn)生的熱量等于焦耳熱：公式(2)中：J一電流密度;σ—電導率。假設(shè)電極材料的熱傳導是各向同性的，因此可將上述熱傳導過程簡化為一維導熱問題：由于電極斑點處的焦耳熱遠遠小于從等離子傳入的熱通量q，因此可將焦耳熱無視不計。依據(jù)定律，將q作為導熱微分方程的邊界條件：由于石墨電極陰極斑點只有在到達相變溫度時，才會由固態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，引起電極的消耗。依據(jù)上述電極侵蝕原理，假設(shè)陰極斑點在t1時刻到達升華溫度，單個斑點的放電時間為t2在0<tt1時，電極陰極斑點被加熱至升華溫度，該階段無材料升華；在t1<tt2時電極陰極斑點被持續(xù)加熱并且伴隨有材料升華。整個階段電極的侵蝕深度為χ1。邊界條件設(shè)置如下：初始條件：電極升華過程中滿足能量守恒定律，此時陰極斑點部位電弧等離子體傳入熱通量全部用于電極材料升華。其中：γo為電極材料升華熱，γo=59.9KJ/g聯(lián)立式(3)、(5)和(6)得：其中：C為誤差自焙電極升華溫度為3652x=0時，可計算出電極加熱至升華溫度的時間。電弧的放電時間為：公式(9)中：Varcmin—最小建弧電壓，V;L—電路電感，mH;I—電路電流，A;VsV。陰極斑點參與升華過程的碳原子質(zhì)量為：其中：電流。

U為陰極壓降，I為陰極斑點承載以COCO2等為氣體介質(zhì)的等離子電弧壓降為10V/cm?？偳治g質(zhì)量為：其中：n為礦熱爐運行時間;電極消耗高度：二、電極燒蝕〔消耗快〕緣由電極的燒蝕發(fā)生在陰極斑點部位，因此有必要了解陰極斑點的形成緣由以及斑點的轉(zhuǎn)移原理。在電極兩端施加肯定電壓就可使氣體電離，隨著電離程度的增加，氣體中導電粒子的數(shù)目不斷增多，電極間的氣體在某一時刻會被擊穿從而形成導電通道，及生成電弧。而氣體電離的緣由是電極上具有較低逸出功的部位會放射熱電子，該部位我們通常稱之為陰極斑點，當其到達白熱狀態(tài)時，電子的動能大于陰極材料的逸出功，向空間中放射電子。在放電一段時間后，電弧在洛倫茲力產(chǎn)生的加速度作用轉(zhuǎn)移至下一個具有較低逸出功的位置進展放電，形成的陰極斑點。電極外表經(jīng)過電弧等離子體加熱將會在陰極斑點區(qū)域到達電極的相變溫度，但碳制非金屬電極與金屬電極不同，不會在陰極斑點部位消滅熔池，即不會消滅液碳，而是直接升華至氣態(tài)的碳顆粒；與此同時升華所產(chǎn)生的碳顆粒在洛倫茲力的作用下向背離弧根中心的方向運動，形成濺射；石墨外表在加熱及濺射的過程中其同態(tài)碳顆粒及氣態(tài)碳顆粒都會在電弧的作用下與爐內(nèi)氣氛發(fā)生化學反應(yīng)，上述過程形成了電弧對電極材料的侵蝕過程。從傳熱的角度探究電極的燒蝕過程，電極的加熱熱源主要包括：電流通過電極內(nèi)部產(chǎn)生的焦耳熱以及由電弧等離子體傳入陰極斑點的能量。而陰極斑點在持續(xù)加熱過程中，最終會到達電極材料的相變溫度，最終脫離電極外表。因此我們將電弧對電極材料的侵蝕過程分為兩個局部：電極陰極斑點加熱至升華溫度的過程和升華開頭至斑點消亡的過