Исследование стабильности дуги плазмотрона с заглубленным катодом

Abstract

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 2х10⁻⁵ 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 1,5х10⁻⁶ 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.

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 2х10⁻⁵, 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 1.5х10⁻⁶, 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.