Entstehung und Struktur des Gleichstrom-Lichtbogenofens

Bildung und Struktur des Gleichstrom-Elektrobogenofens

Einführung inElektrische Bogenofen

Ein elektrischer Bogenofen ist ein metallurgisches Gefäß, das die durch einen elektrischen Bogen erzeugte intensive Wärme nutzt, um Metalle zu schmelzen und zu raffinieren..Durch die Lichtbogenentladung wird elektrische Energie effizient in die thermische Energie umgewandelt, die zur Erwärmung und Verarbeitung der Ladung benötigt wird.kombiniert mit seiner hohen LeistungsdichteDie hohe elektrothermische Effizienz und die relative Leichtigkeit der Steuerung der Ofenatmosphäre und des Betriebs machen den Bogenofen zu einem vielseitigen Industriewerkzeug.Es eignet sich besonders gut zum Schmelzen feuerfester Metalle und zur Herstellung hochwertiger Spezialmaterialien.

Klassifizierung der elektrischen Bogenofen

Industrielle Bogenofen werden hauptsächlich in drei Typen eingeteilt, je nachdem, wie der Bogen mit der Ladung interagiert:

1. Direktbogenofen: Der Bogen wird direkt zwischen den Elektroden und der Metallladung geschlagen, wodurch er durch direkte Berührung erhitzt wird.

Dreiphasige AC-Bogenöfen für die Stahlherstellung

Gleichstrom-Bogenofen

Elektrodenbogenöfen mit Vakuumverbrauch (VAR)

2Indirekter Bogenofen: Der Bogen wird zwischen zwei Elektroden gebildet, und die Ladung wird indirekt durch Strahlung aus dem Bogen erhitzt.Diese Öfen wurden aufgrund von Nachteilen wie hohem Lärm und unbeständiger Schmelzqualität weitgehend ersetzt..

3. Unterwasserbogen (SAF): Elektroden sind teilweise in eine Belastung mit Erz und Kohlenstoff vergraben, wobei ein Bogen innerhalb der Belastung selbst auftritt, hauptsächlich für die Ferrolegierung verwendet.

Dieses Dokument konzentriert sich auf die Bildung und Struktur des Gleichspannungselektrischen Lichtbogenofens.

Die Natur des elektrischen Bogens

Ein elektrischer Bogen ist eine Form der Gasentladung, speziell eine selbsttragende (selbsterregende) Entladung.eine extrem hohe Stromdichte (Hunderte von Ampere pro Quadratzentimeter), die Emission von starkem Licht und die Erzeugung konzentrierter Wärme bei sehr hohen Temperaturen.

In einem Bogenofen ist der Bogen in erster Linie ein Leitungsphänomen in einem Gas (einschließlich Metalldampf), das durch thermionische Emission von Elektronen aus einer heißen Kathode (der Elektrodenspitze) initiiert wird.Für Gas, der leitfähiger wird, muss sie sich ionisieren lassen, wodurch geladene Partikel entstehen: positiv geladene Ionen und negativ geladene Elektronen (oder seltener Negativ-Ionen).bei Ausgleich von positiven und negativen LastenDaher ist der Bogen grundsätzlich ein Bogenplasma.

Mechanismen der Gas-Ionisierung im Bogen

Die zur Aufrechterhaltung des Lichtbogenplasmas erforderliche Ionisierung erfolgt durch mehrere Mechanismen:

1. Kollisions-Ionisierung (Primärmechanismus): Hochenergetische Elektronen, die von der heißen Kathode emittiert werden, werden durch das elektrische Feld beschleunigt.Sie können genügend Energie übertragen, um andere Elektronen abzuschlagen., die positive Ionen und zusätzliche freie Elektronen erzeugen.

2Thermische Ionisierung: Bei extrem hohen Temperaturen innerhalb der Bogensäule besitzen Gasmoleküle und Atome eine beträchtliche kinetische Energie.Kollisionen zwischen diesen energetischen Partikeln können direkt zu Ionisierung führen..

3. Photoionisierung: Atome können hochenergetische Photonen (Licht aus dem Bogen selbst) absorbieren und ionisieren.

4Feldinduzierte (Avalanche) Ionisierung: Dies ist ein Kettenreaktionsprozess.Wenn sie später mit neutralen Partikeln kollidierenDiese neuen Träger werden selbst beschleunigt.Das führt zu mehr Kollisionen und Ionisierung. Ein "Lawineneffekt", der das Plasma aufrechterhält..

Die Effizienz dieses Prozesses hängt von der elektrischen Feldstärke und dem durchschnittlichen freien Weg der Partikel ab.Ein längerer mittlerer freier Weg (bevorzugt durch geringere Gasdichte/Vakuumbedingungen und die geringe Größe der Elektronen) ermöglicht es Partikeln, vor der Kollision auf höhere Energien zu beschleunigenElektronen spielen aufgrund ihrer geringen Masse und Größe die dominierende Rolle bei der feldinduzierten Ionisierung.

Gleichgewicht der Ionisierung

Es ist wichtig zu beachten, dass innerhalb des stabilen Bogens ein dynamisches Gleichgewicht besteht.Der kontinuierliche Prozess der Ionisierung (Erstellung geladerter Partikel) wird durch den entgegengesetzten Prozess der Rekombination ausgeglichen (wo sich positive Ionen und Elektronen zu neutralen Partikeln rekombinieren)Dieses Gleichgewicht sorgt unter gegebenen Betriebsbedingungen für einen stabilen spezifischen Ionisationsgrad im Lichtbogenplasma.

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