1. Прямой направленный рто.

Возникает, когда короткие дуги при низких ступенях напряжения горят под толстым слоем шлака в вогнутом мениске на зеркале жидкометаллической ванны и передают тепловой поток излучения металлу и шлаку вблизи электродов. Нагрев металла происходит за счет внутренней теплопередачи теплопроводностью и электродинамической конвекции. Шлак нагревается за счет более нагретого металла. Свободное излучение дуги на футеровку практически отсутствует и Т_ф<Т_шлака<Т_ме.

D_{зоны горения} = D_{электрода}+4L_дуги (следует писать L малое)

L_дуги = U_дуги – (U_катода+U_анода)/gradU_столба

(возможно, здесь U_{катодного пятна} и U_{анодного пятна})

Режим прямого направленного РТО способствует повышению стойкости футеровки, но затягивает расплавление шихты на откосах ванны в конце периода плавления, создает градиент температуры по радиусу шлаковой ванны и затрудняет проведение технологического процесса плавки. Ну а при недостаточной мощности дуг возможно даже снижение температуры жидкого металла!

2. Косвенный направленный рто.

Возникает при работе печи на длинных дугах, на высоких ступенях напряжения, с малым количеством шлака, когда преобладает свободное тепловое излучение дуг в рабочее пространство печи, на футеровку стен и свода. Нагретая до 1900…2100 К футеровка становится мощным излучателем для зеркала шлаковой ванны; металл нагревается частично от горящих зон под дугами за счет теплопроводности и электродинамической конвекции и в основном теплопроводностью через шлаковую ванну, т.е. Т_ф>Т_шлака>Т_ме.

Всё это плохо для стойкости огнеупорной футеровки, но хорошо для более равномерной передачи тепла на поверхность ванны, повышению температуры и химической активности шлака.

При косвенном РТО тепловой поток на ванну поступает через всю площадь зеркала.

D_о = D_ме +(h_шлака+h₃ + h₄)

Тут: D_о – диаметр ванны на уровне откосов;

D_ме – диаметр зеркала ванны;

h_шлака – толщина слоя шлака, определяемая по технологически необходимому количеству шлака;

h₃ – высота от зеркала шлаковой ванны до уровня порога рабочего окна 20…40 мм;

h₄ – высота от уровня порога до рабочего окна до уровня откосов (30…70мм).

8. Теплообмен в ванне дсп. Теплотехнические рациональные размеры ванны дсп.

Этап открытого горения дуги, теплообмен в ванне в результате прямого радиационного нагрева.

Представим источник как шар:

Теплообмен в ванне жидкого металла связан со схемой тепло­обмена в рабочем пространстве ДСП и с распределением лучистых потоков дуги по зеркалу ванны.

Следует отметить, что температура горячей зоны значительно выше температуры остальной поверхности зеркала ванны и футе­ровки. Поэтому горячая зона может излучать заметное количество тепла на футеровку, ухудшая направленность теплообмена в рабочем пространстве ДСП.

При относительно малом расстоянии между электродами можно с известным приближением рассматривать круг, описанный вокруг электродов, как общую горячую зону диаметром

Таким образом, можно сделать вывод, что ванна нагревается от одного, трех или более (по числу электродов, например, в шести-электродной ДСП) сосредоточенных источников тепла, размеры кото­рых зависят, от диаметра электрода Dэд и, в конечном счете, от параметров электрического режима дугового разряда.

С учетом ЭМГД— воздействия электрической дуги на жидкий металл часть объема ванны вокруг дуги можно рассматривать как полушар диаметром. (или )с внутренним источником нагрева.

Поэтому весь объем ванны в первом приближении может быть рас­смотрен как шаровой слой с внутренней поверхностью диаметром (или ) и внешней поверхностью диаметром , ограниченной футеровкой подины.

Двт, Двш – диам. Горячей зоны и поверхности подины

- эквивалентный (эффективный) коэф. теплопроводности

Технологически неблагоприятное неравномерное температурное поле ванны имеет наибольший градиент gradТ в зоне дуги, а наи­меньший — около подины; перепад температур Т зависит от тепло­вого потока в ванне Фв, коэффициента теплопроводности и от гео­метрических размеров ванны и горячей зоны.

С т.з. равномерности температурного поля нужно уменьшить тепловой поток:

1) Достигается засчет теплоизоляции подины

2) Движение Ме – за счет переменивания -

3) Увеличение диаметра горячей зоны за счет увеличения длинны дуги

Неравномерность тем­пературы по объему ванны усиливается с увеличением вместимости ДСП.

При косвенном радиационном теплообмене в рабочем пространстве ДСП тепловые потоки на ванну Фв поступают от футе­ровки (Тф > Тм) через всю площадь зеркала. Такая схема тепло­обмена позволяет рассматривать ванну в первом приближении как усеченный конус с углом "при основании 45°, прогреваемый сверху через большее основание диаметром Dм. Равномерность температур­ного поля в условиях косвенного теплообмена зависит как от коэффициента теплопроводности жидкого металла и диаметра зеркала ванны, так и от соотношения глубины hм и диаметра Dм.

Sp – рассчитанная поверхность

- тепловой закон Ома

Рекомендо­ванное отношение диаметра зеркала ванны Dм к максимальной глубине металла hм

где меньшие значения — для малых ДСП (с кислой футеровкой), большие значения — для крупных ДСП (с основной футеровкой). Также меньшие значения для ДСППТ.