Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Электромагнитные способы перемешивания металлических расплавов 9
1.1. Общая характеристика электросталеплавильного производства 9
1.2. Технология выплавки стали в дуговых печах 15
1.3. Перемешивание расплава в ванне дуговой печи 19
1.3.1. Кондукционное перемешивание 21
1.3.2. Индукционное перемешивание 23
1.4. Электровихревое перемешивание металла в ванне ДППТ 26
1.5. Математические модели ЭВТ 29
1.6. Цель и задачи исследования 31
Глава 2. Моделирование электромагнитных полей и ОЭМС 34
2.7. Математическая модель электромагнитных полей и ОЭМС 34
2.1.1. Геометрия ванны с АРПЭ 35<
2.1.2. Геометрия подового электрода 37
2.1.3. Потенциал и напряженность электрического поля 39
2.1.4. Напряженность магнитного поля 41
2.1.5. Поле объемных электромагнитных сил 45
2.2. Численная реализация алгоритма 46
2.2.1. Поле электрических потенциалов 47
2.2.2. Напряженность электрического поля 53
2.2.3. Напряженность магнитного поля 56
2.2.4. Поле объемных электромагнитных сил 57
2.3. Описание программы «Ванна-ЭМП2» 58
2.3.1. Ввод и обработка исходных данных (раздел «Форма ванны») 59
2.3.2. Раздел «Поле потенциалов» 61
2.3.3. Раздел «Электрическое поле» 63
2.3.4. Раздел «Магнитное поле» 65
2.3.5. Раздел «ОЭМС» 66
2.3.6. Модуль программы «Изолинии поля» 67
2.3.7. Модуль программы «Векторное представление» 69
2.3.8. Раздел «Задание правил расчетов» 70
2.3.9. Раздел «Обработка расчетов» 71
2.4. Выводы по главе 2 72
Глава 3. Результаты численного моделирования электромагнитного поля 74
3.1. Исследование характера поля потенциалов и напрялсенности электрического поля 74
3.2. Падение напряоїсения на ванне и между электродами 80
3.3. Исследование закономерностей напряженности магнитного поля 83
3.4. Выводы по главе 3 86
Глава 4. Экспериментальные и численные исследования характера ЭВТ и ОЭМС в ванне расплава 87
4.1. Экспериментальное исследование распределения поля потенциалов и падения напряжения 88
4.2. Описание лабораторной установки для изучения ЭВТ в расплаве 91
4.2.1. Методика проведения эксперимента 96
4.3. Исследование ОЭМС и характера течения расплава в зависимости от конфигурации анодов 96
4.3.1. Осесимметричное расположение подового электрода 97
4.3.2. Асимметричное расположение подового электрода 100
4.3.3. Два симметрично расположенных подовых электрода 104
4.3.4. Способ сброса вихревых потоков в области подового электрода.. 104
4.3.5. Асимметричное расположение подовых электродов 106
4.4. Выводы по главе 4 108
Заключение 109
Список использованных источников литературы 111
Приложение 120
- Технология выплавки стали в дуговых печах
- Потенциал и напряженность электрического поля
- Падение напряоїсения на ванне и между электродами
- Исследование ОЭМС и характера течения расплава в зависимости от конфигурации анодов
Введение к работе
Актуальность темы. Основу современной металлургии составляют электродуговые печи. Огромный вклад по совершенствованию их конструкции и технологии внесли такие российские исследователи, как Афонаскин А.В., Зи-нуров И.Ю., Кузнецов Л.К., Малиновский B.C., Никольский Л.Е., Окороков Н.В., Рощин В.Е., Сойфер В.М., Строганов А.И. и др.
Основной задачей выплавки металла в дуговых печах является повышение его качества. Мощные дуговые сталеплавильные печи переменного тока (ДСП) используются как агрегат для получения расплава, при этом доводка металла происходит в установках печь-ковш. В малой металлургии применяются дуговые печи постоянного тока (ДППТ), которые чаще всего являются агрегатами полного цикла, включающими окислительный и восстановительный периоды. Качество выплавляемого в них металла полностью определяется технологией выплавки.
Продолжительность восстановительного периода, достижение химической и температурной однородности расплава зависит от его перемешивания. Особенностью работы ДППТ является то, что при прохождении электрических токов через расплав возникают электровихревые течения (ЭВТ), которые оказывают существенное влияние на его перемешивание и, в конечном итоге, на качество выплавляемых металлов и сплавов.
В настоящее время на ряде российских и зарубежных предприятий используется технология перемешивания расплава в ванне посредством ЭВТ. При ее использовании в ДППТ устанавливают один осевой графитированный электрод и не менее двух подовых электродов. Данная технология позволяет производить эффективное перемешивание без использования внешнего индуктора. Однако ЭВТ, возникающие в ванне расплава, исследованы недостаточно. Остаются малоизученными факторы, влияющие на характер ЭВТ, в частности, влияние размера и расположения подовых электродов на возникновение «застойных» зон.
Изучение ЭВТ на реально действующих печах и модельных установках осложнены наличием высоких температур, химической агрессивностью среды или использованием ядовитой ртути. Разработкой теории ЭВТ в разное время занимались ряд отечественных исследователей: Бояревич В.В., Власюк В.Х, Горбачев Е.В., Дементьев СБ., Жилин В.Г., Ивочкин Ю.П., Фрейберг Я.Ж., Чудновский А.Ю., Щербинин Э.В., Яковлева Е.Е. и др.
Физической основой ЭВТ являются объемные электромагнитные силы (ОЭМС), обусловленные взаимодействием электрического тока, подводимого к расплаву от стороннего источника ЭДС, с его собственным магнитным полем. Знание распределения ОЭМС позволит определить характер ЭВТ в ванне расплава ДППТ. В настоящее время, наиболее приемлемым способом изучения ОЭМС является математическое моделирование.
Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является разработка математической модели распределения ОЭМС и исследование этойs модели для определения характера ЭВТ по области расплава в ванне ДППТ при наличии двух подовых электродов. Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:
Разработка математических моделей распределения электромагнитного поля и ОЭМС по области расплава в ванне ДППТ при одном или двух подовых электродах.
Разработка пакета программ, реализующего возможность проведения серии расчетов для определения электромагнитного поля и ОЭМС по области расплава в ванне ДППТ.
Определение особенностей и пространственных закономерностей распределения электромагнитного поля и ОЭМС по области ванны в зависимости от диаметра и расположения подовых электродов при одинаковых токах, протекающих через них.
Создание экспериментальных установок и проведение исследований с их использованием.
.', ; і
Проведение численного эксперимента и проверка модели на адекватность с помощью экспериментальных данных.
Выявление характера ЭВТ расплава в ванне в зависимости от количества, диаметра и расположения подовых электродов.
Разработка практических рекомендаций по повышению эффективности перемешивания расплава в ванне с использованием ЭВТ.
Объектом исследования является дуговая печь постоянного тока с одним или двумя подовыми электродами.
Предметом исследования являются электромагнитное поле, объемные электромагнитные силы и характер ЭВТ в ванне расплава ДППТ.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовалось математическое моделирование, методы численного решения краевых задач и статистической обработки данных.
Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов обеспечена применением известных и широко апробированных математических методов, а также сравнением, результатов численного моделирования с данными, полученными на экспериментальных установках.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Впервые разработана математическая модель пространственного распределения электромагнитного поля и ОЭМС по области расплава в ванне ДППТ при одном и двух подовых электродах.
Установлены закономерности распределения электромагнитных полей и ОЭМС по области расплава в ванне ДППТ при одном и двух подовых электродах.
Установлен характер ЭВТ расплава в ванне ДППТ в зависимости от диаметра и расположения подовых электродов.
Теоретическая ценность работы состоит в том;, что разработанную математическую модель можно применять не только для расчета в одно- и двух-, анодных дуговых печах, но и в многоанодных, посредством введения граничных условий для каждого нового анода, также можно задавать произвольную
8 форму анода, например, кольцевую. Результаты данной работы расширяют теорию ЭВТ, возникающих при протекании тока через расплав. Практическая ценность работы заключается в том, что разработанный программный продукт «Ванна-ЭМП2» можно использовать при проектировании новых или реконструкции уже существующих ДППТ с целью повышения эффективности перемешивания расплава и снижения износа футеровки в районе подовых электродов. В работе приведены рекомендации по выбору размеров и расположения подовых электродов в ДППТ для влияния на интенсивность ЭВТ в расплаве.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы, разработанные модели, методы и результаты вычислительных экспериментов докладывались автором на следующих международных и всероссийских научных конференциях: Региональная научно-техническая конференция «Новые программные средства для предприятий Урала» (Магнитогорск, 2008, 2007, 2005); XIII международная конференция «Современные проблемы электрометаллургии стали» (Челябинск, 2007); Всероссийская научно-техническая конференция «Создание и внедрение корпоративных информационных систем (КИС) на промышленных предприятиях Российской Федерации» (Магнитогорск, 2005); Всероссийская научная конференция молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации» (Новосибирск, 2004).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 10 печатных работах (среди них четыре включены в список ВАК), получено свидетельство о регистрации в государственном отраслевом фонде алгоритмов и программ РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных источников литературы и приложения. Работа изложена на 128 страницах, содержит 5 таблиц, 69 рисунков. Список литературы включает 93 наименования.
Технология выплавки стали в дуговых печах
Электродуговые печи являются универсальными агрегатами для выплавки стали и позволяют реализовывать несколько технологий. Они отличаются видами шихтовых материалов, набором технологических операций, приемов для экономии электроэнергии и так далее [3].
Для выплавки стали применяют следующие технологии: - классическая, с полным набором периодов (продолжительность 3 - 4 ч); - современная, без восстановительного периода (1,0 — 1,5 ч); - плавка с использованием металлизированного сырья; - плавка с использованием жидкого чугуна. При классической технологии плавки процесс разделяется на следующие этапы [3, 37]: - заправка печи; - загрузка (завалка) основной шихты; - плавление шихты; - окислительный период; - восстановительный период; - выпуск металла.
Заправка печи производится сразу после выпуска предыдущей плавки и начинается с тщательного осмотра рабочего пространства. При необходимости производят «горячий» ремонт.
Продолжительность заправки составляет 5 — 10 мин, при большей длительности охлаждается футеровка, а это снижает качество заправки (огнеупорный порошок плохо приваривается к футеровке, и возрастает расход электроэнергии).
Загрузка (завалка) шихты в печь. Основную часть шихты составляет ме-таллошихта - лом и твердый чугун, иногда доля лома доходит до 100 %. При необходимости, вместе с ломом и чугуном в завалку дают металлические материалы, содержащие легирующие элементы. Вместе с металлошихтой загружают некоторое количество неметаллической шихты, необходимой для достижения требуемого химсостава стали.
Завалку в печь осуществляют сверху при открытом своде с помощью двух-трех бадей (рис. 1.4) за 5 - 10 мин. Плавление шихты. Основной задачей этого периода является максимально быстрое расплавление металлошихты.
Период плавления является наиболее продолжительным по сравнению с другими периодами плавки и при классической технологии составляет 35 -70 % от времени всей плавки. Продолжительность периода плавления определяется прежде всего удельной мощностью трансформатора [2, 3]. В печах вместимостью 50 - 100 т продолжительность расплавления шихты может составить 30-40 минут [49]. На некоторых заводах для сокращения периода плавления шихту подогревают отходящими газами. Кроме того, современные печи оснащены несколькими газокислородными горелками, что помимо интенсификации нагрева дает экономию 10 - 15 % электроэнергии.
Процесс плавки разделен на три периода, которые проводят при постоянной мощности дуги [33, 49].
Период 1 - подготовительный, его поводят на высоком напряжении и небольшом токе дуги. Режим дуги позволяет вести расплавление шихты без привязки анодного пятна на расплав. Длинная дуга обеспечивает стабильный электрический режим, интенсивный нагрев печных газов, плавный нагрев всего объема шихты. Локальный перегрев металла не возникает, так как капли металла, нагреваясь, преодолевают силы поверхностного натяжения и немедленно стекают вниз.
В периоде 1 отгоняются органические загрязнения шихты, пары которых выходят из отверстия в своде и догорают до завершенных оксидов. Во всех периодах плавки колебания активной мощности по сравнению со средним значением не превышают ±10 %. Колебания давления в печи за счет стабилизации электрического режима подавлены, и подсос воздуха в печь не наблюдается. В течение периода 1 в шихте образуется расширяющаяся вверх воронка, которая в периоде 2 исключает обрушивание шихты на сводовый электрод и замораживание металла на подине.
Период 2 - энергетический. Обеспечивается стабильный электрический режим при колебании мощности не более ± 5 %. Этот режим способствует быстрому расплавлению шихты и не приводит к заметному локальному перегреву металла.
Ток дуги удваивают, а напряжение в 2 раза снижают. В начале периода 2 анодное пятно дуги располагается на расплаве. Основная мощность дуги излучением и конвекцией печных газов передается на шихту, которая продолжает плавиться, и около 20 % мощности дуги передается через анодное пятно в расплав.
Перегрев расплава под дугой в периодах 2 и 3 предотвращается размещением подовых электродов, формирующим тороидальное вращение металла в вертикальной плоскости, при котором поток металла с большой скоростью подтекает под дугу и уходит вглубь расплава.
В этих условиях температурное поле расплава выравнивается из-за интенсивной конвективной теплопередачи через расплав, а высокая скорость движения металла под дугой не допускает его локального перегрева.
Снижению удельного теплового потока через анодное пятно дуги способствует низкая плотность тока в нем и наличие шлакового крова. Во всех периодах плавки происходит минимальный угар металла, не образуется первичный шлак. В этих условиях состав шлака и его активность можно регулировать подачей шлакообразующих элементов.
Образованный шлак жидкоподвижен и вследствие интенсивного перемешивания металла эффективно взаимодействует с расплавом.
Период 3 - технологический. Третий режим по сравнению с первым проводится при короткой дуге с напряжением, сниженным в четыре раза, и силе тока, в четыре раза увеличенной. При этом происходит доплавлепие шихты, нагрев расплава и перемешивание расплава и шлака.
По окончанию плавления берут пробу металла, определяют содержание примесей, прежде всего углерода и фосфора. По ним принимают решение о проведении окислительного периода.
Потенциал и напряженность электрического поля
Протекающий по области ванны ток взаимодействует с собственным магнитным полем, что проявляется в виде объемных электромагнитных сил, сжимающих металл. Теория расчета ОЭМС построена в основном для полубесконечных тел. Однако размеры металла в печи конечны. Изучение этих сил в реальных условиях отличается большой сложностью, как с экономической, так и экспериментальной точек зрения [42]. Запуск в работу каждой новой печи проходит сложный путь эмпирического подбора параметров ее работы, связанный с определением размеров электродов, их формой и расположением, а также амплитудно-частотными параметрами электрических токов, протекающих через аноды. Сложность экспериментального познания процессов перемешивания ванны расплава ДППТ приводит к сдерживанию дальнейшего прогресса элек-тропечестроения для выплавки стали.
Единственным выходом из данного положения является создание математической и компьютерной моделей рассматриваемого объекта. Это позволит понять процессы, происходящие в ванне, и поможет с меньшими затратами времени и средств разработать новую концепцию определения размеров ванны, а так же конфигурацию анодов и значения токов, проходящих через них.
В данной главе разработана математическая модель распределения электрических потенциалов, напряженностеи электрического и магнитного полей, а также объемных электромагнитных сил по области ванны расплава ДППТ. Проводится численная ее реализация. Дается описание разработанного программного продукта, позволяющего проводить численные расчеты всех электромагнитных полей и объемных электромагнитных сил.
Разработка математической модели состоит из нескольких этапов: задание области моделирования, определение допущений и ограничений, определение граничных условий, составление уравнений распределений электромагнитных полей и ОЭМС. Данная задача не является осесимметричной из-за наличия несимметрично расположенных одного или двух подовых электродов, хотя сама ванна при этом обладает осевой симметрией.
Для определения основных размеров рабочего пространства дуговых сталеплавильных ванн существуют стандартные методики расчета, разработанные Еднералом Ф.П. и Егоровым А.В. [36, 37, 43]. Одной из последних методик, учитывающей произошедшие изменения в электродуговой технологии, является методика, предложенная В.В. Афанасьевым [48].
Основа всех этих расчетов базируется на известном объеме выплавляемого металла. Глубина и диаметр ванны должны быть в определенном соотношении. С одной стороны, чем меньше глубина ванны, тем больше поверхность «зеркала» металла, т.е. поверхность соприкосновения металла со шлаком. С другой стороны, при мелкой ванне увеличивается диаметр плавильного пространства, а, следовательно, и теплоотдающая поверхность печи. В результате увеличивается расход энергии на тонну металла [37].
Классическая форма ванны представляет собой усеченный конус, обращенный вниз меньшим основанием, к которому добавлен шаровой сегмент. Схема ванны и ее основные размеры представлены на рис. 2.1.
Описание расчетной области удобно задавать в цилиндрической системе координат, начало которой располагается на поверхности ванны по ее центру; ось Z совпадает с осью ванны и направлена вниз.
Для упрощения геометрии рассматриваемой области (рис. 2.1.) сферическую часть ванны HOG заменяем на усеченный конус HH G G, т.е. считаем, что /г, = 0 и, соответственно, h2= Нв, откуда получаем: удем считать, что: диаметр ванны De совпадает с диаметром «зеркала» металла; дуга представляет собой канал цилиндрической формы, который ближе к катоду переходит в сужающийся конус, причем ток дуги втекает в ванну через кругообразную область радиусом rn.
Особенностью перемешивания металла с использованием технологии АРПЭ является наличие хотя бы одного подового электрода. Размеры и расположение анода оказывают значительное влияние на поведение расплава в ванне, так как использование различных конфигураций анода приводит к изменению поля плотности тока в расплаве и, соответственно, ОЭМС.
На рис. 2.2 приведены четыре типа подовых электродов-анодов: FIN(l) — неохлаждаемые стальные пластины, заложенные вертикально или слегка наклонно в подину (фирма разработчик VAI); PIN(2) - охлаждаемые снизу воздухом штыри, заложенные в подину (SMS); BILLET(3) - стальной стержень заложенный в подину и приваренный к медному водоохлаждаемому цилиндру (MannesmannDemag); электропроводящая подина (4) с воздушным охлаждением (Concast ABB) [24]
Наиболее часто используют следующий тип подового электрода (рис. 2.3): к стальной трубе 2, заполненной изнутри на установке электрошлакового литья медью, привариваются стальные листы 1, которые и находятся в непосредственном контакте с расплавом [25].
Основная часть подового электрода размещается внутри футеровки подины 3, а ее нижний торец выходит за пределы кожуха 4 печи. Каналы охлаждения 5 и токопровод 6 размещены ниже кожуха печи. Внутри подового электрода расположены датчики температуры, связанные с системой сигнализации и блокировок [33]. Такая конструкция гарантирует взрывобезопасность печи, минимальные тепловые потери, высокую стойкость подины (3-5 лет) и многократное использование основной части подового электрода [3].
Падение напряоїсения на ванне и между электродами
Рассмотрим, как влияет геометрия электродов на падение напряжения в ванне и между ними. На рисунке 3.8 приведено расчетное значение максимального падения напряжения между пятном дуги и анодами для пятитонной сталеплавильной ДГШТ стандартной конфигурации. Задавались: диаметр ванны De =2490мм, высота ванны Нв =340 мм, угол ее откоса ц/ = 33, угол между электродами Д# = 90, ток дуги 7Д = 1а[ + 1а2 - 3кА (1а1—2кА\ 1а2-\кА), проводимость расплава стали принималась равной а = 6-Ю5 (ом м) . Видно, что падение напряжения слабо меняется от расположения подовых электродов при их диаметре больше некоторого значения. В данном случае daX = da2 100лш .
Максимальное падение напряжения между пятном дуги и подовым электродом в зависимости от диаметра подовых электродов при различном их расположении Если электроды имеют одинаковый размер и расположены на равном расстоянии от оси ванны, то действует принцип суперпозиции: первый электрод не имеет никаких преимуществ по сравнению со вторым и наоборот. В этом случае из проведенных расчетов при равенстве токов, проходящих через электроды (7о1 = 1а2), установлено, что разность потенциалов между подовыми анодами АС/равна нулю (рис. 3.9, а; в). Если расстояние от оси ванны, на котором расположены электроды или диаметры электродов различны (ха] Ф ха2, da] Ф da2) то из рис. 3.9, б и 3.9, г видно, что разность потенциалов между подовыми анодами A U равна нулю при разных токах, протекающих через аноды /а1 Ф Ia2. Проанализировано влияние угла между электродами на падение напряжения в зависимости от диаметра и расстояния от центра ванны (рис. 3.10). Ток, подаваемый на электроды, имеет разное значение: 1аХ - 2,5 кА, 1а2 - 0,5 кЛ. Начальный угол между электродами выбирался таким образом, чтобы окружности электродов не пересекались. Два подовых электрода равных диаметров (dal = da2), расположенных под углом друг к другу, смещались на расстояние 400 мм от центра ванны (рис. 3.10, а). Установлено, что чем меньше диаметр анодов, тем выше падение напряжения 20 - 23 мВ.
При диаметре электродов 360 - 450 мм падение напряжение не имеет существенного различия и колеблется в пределах 5 мВ. (рис. 3.10, б). Получено, что максимальное значение падения напряжения наблюдалось при угле 180 [68]. С увеличением величины угла между электродами падение напряжения возрастает как при изменении диаметра анодов, так и при смещении их от оси ванны. Падение напряжения между пятном дуги и подовым электродом в зависимости от диаметра подовых электродов по глубине ванны показано на рис. 3.11. Два электрода расположены под углом 180 относительно друг друга. Ток, подаваемый на электроды, имеет разное значение: 1сА = 2,5 кА , 1в7 = 0,5 кА. (Для плоскости 0) В районе пятна дуги величина падения напряжения падает до нуля (рис. 3.11, а), на глубине 170 мм наблюдается смещение линий в сторону электрода, через который проходит меньший ток (рис. 3.11, б), на дне ванны (340 мм) зависимости имеют два максимума в районе электродов. Больший пик приходится на электрод, через который протекает ток 2,5 кА. Основные выводы: - с увеличением величины угла между электродами падение напряжения возрастает как при изменении диаметра анодов, так и при перемещении их от оси ванны к краю; - при различном значении тока проходящего через электроды, большему значению проходящего тока соответствует большее значение падение на пряжения между анодом и пятном дуги; - при одинаковой конфигурации анодов (диаметр, расстояние до оси ванны) и одинаковом значении протекающих через них токов падение напряжения между анодами отсутствует; - при постоянном токе дуги значение падение напряжения между электродами является линейной функцией тока протекающего через один из анодов.
Рассмотрим характер распределения напряженности магнитного поля при различной конфигурации анодов. Проведено численное исследование для случая осесимметричного расположения подового электрода. Получены небольшие относительные величины проекций поля: Нг «10 4, Н: «Ю-5, что хорошо согласуется с результатами работы [4], где доказано, что Hr = Hz =0. Азимутальная проекция образует поле, симметричное относительно оси ванны [80].
Исследование ОЭМС и характера течения расплава в зависимости от конфигурации анодов
По результатам проведения экспериментов получены схемы течения расплава, которые сопоставлялись со схемами, полученными в результате анализа расчета ОЭМС по области ванны. Выявлены особенности и закономерности ЭВТ при различных расположениях подовых электродов.
Вне зависимости от конфигурации токоподводов (подовых электродов и пятна дуги) наблюдаются следующие закономерности поля ОЭМС [83]: максимальные ОЭМС концентрируются в областях токоподводов, достигая своих экстремальных значений на их краях, и стремятся к нулю в центре; радиальная Fr и азимутальная F составляющие ОЭМС стягивает расплав к областям токоподводов, при этом осевая составляющая Fz уводит расплав от их поверхностей; — в случае одного подового электрода ОЭМС пропорциональна квадрату тока, протекающему через расплав: [F\ {1дУ).
Результаты численного моделирования показали, что при классическом варианте расположения подового электрода по оси ванны (xaJ = 0) отсутствует азимутальная составляющая силы Fv = 0, что согласуется с результатами работы [77]. Как следствие, в ванне расплава отсутствует горизонтальное движение расплава. Радиальная компонента ОЭМС стягивает расплав к областям токо-подвода (рис. 4.12, б), а осевая уводит расплав вглубь ванны (рис. 4.12, а).
Течение идет лишь в меридиональной плоскости и оно симметрично для всех вертикальных плоскостей, проходящих через ось ванны [78, 85]. Рассмотрим влияние диаметра подового электрода на схему течения расплава.
При совпадающих диаметрах пятна дуги и анода da = d„ осевая составляющая напряженности магнитного поля на поверхности токоподводов равны между собой по модулю. Расплав затягивается под дугу с таким же усилием, как и расплав, выталкиваемый вверх с поверхности подового электрода. Набегающие потоки сталкиваются по середине ванны расплава и растекаются вбок как показано на рис. 4.13. Отметим, что данный идеализированный вариант не достижим для реально действующих печей, так как невозможно сделать подовый электрод совпадающий по размерам с пятном дуги.
С увеличением диаметра подового электрода плотность тока на его поверхности уменьшается, что, в свою очередь, приводит к уменьшению величины составляющих ОЭМС возникающих вблизи его поверхности.
Основные силы, действующие в области подового электрода сконцентрированы на его краях, поэтому при увеличении диаметра электрода осевая составляющая ОЭМС, действующая в его в центре, не может противостоять потоку расплава, движущемуся вниз под воздействием осевой составляющей ОЭМС, действующей в области пятна дуги. Вихрь достигает дна ванны. Затем расплывающийся по поверхности подового электрода расплав тут же выталкивается вверх осевой составляющей ОЭМС, действующей на его краях (рис. 4.14).
При очень большом диаметре подового электрода величина составляющих ОЭМС настолько мала, что фактически не сопротивляется набегающему потоку из-под пятна дуги (рис. 4.15).
Увеличение силы тока, протекающего через ванну расплава, не влияет на схему течения расплава. Изменяется лишь интенсивность движения.
