Стойкость графитовых электродов при разной электрической мощности плазмотрона косвенного действия
Представлены данные о стойкости графитовых анода и катода в зависимости от величины тока в плазмотроне.
Gespeichert in:
| Datum: | 2015 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2015
|
| Schriftenreihe: | Металл и литье Украины |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/162785 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Стойкость графитовых электродов при разной электрической мощности плазмотрона косвенного действия / В.Л. Найдек, А.В. Наривский, И.Н. Тарасевич, Н.И. Тарасевич, О.О. Токарева, В.В. Федоров, И.В. Корниец // Металл и литье Украины. — 2015. — № 8. — С. 20-23. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-162785 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1627852020-01-17T01:25:57Z Стойкость графитовых электродов при разной электрической мощности плазмотрона косвенного действия Найдек, В.Л. Наривский, А.В. Тарасевич, И.Н. Тарасевич, Н.И. Токарева, О.О. Федоров, В.В. Корниец, И.В. Представлены данные о стойкости графитовых анода и катода в зависимости от величины тока в плазмотроне. Представлено дані про стійкість графітових анода та катода залежно від величини струму в плазмотроні . The dates on the stability of the graphite anode and cathode depending on the current value in the plasmatron are presented. 2015 Article Стойкость графитовых электродов при разной электрической мощности плазмотрона косвенного действия / В.Л. Найдек, А.В. Наривский, И.Н. Тарасевич, Н.И. Тарасевич, О.О. Токарева, В.В. Федоров, И.В. Корниец // Металл и литье Украины. — 2015. — № 8. — С. 20-23. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 2077-1304 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/162785 621.315.56:533.9 ru Металл и литье Украины Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Представлены данные о стойкости графитовых анода и катода в зависимости от величины тока в плазмотроне. |
| format |
Article |
| author |
Найдек, В.Л. Наривский, А.В. Тарасевич, И.Н. Тарасевич, Н.И. Токарева, О.О. Федоров, В.В. Корниец, И.В. |
| spellingShingle |
Найдек, В.Л. Наривский, А.В. Тарасевич, И.Н. Тарасевич, Н.И. Токарева, О.О. Федоров, В.В. Корниец, И.В. Стойкость графитовых электродов при разной электрической мощности плазмотрона косвенного действия Металл и литье Украины |
| author_facet |
Найдек, В.Л. Наривский, А.В. Тарасевич, И.Н. Тарасевич, Н.И. Токарева, О.О. Федоров, В.В. Корниец, И.В. |
| author_sort |
Найдек, В.Л. |
| title |
Стойкость графитовых электродов при разной электрической мощности плазмотрона косвенного действия |
| title_short |
Стойкость графитовых электродов при разной электрической мощности плазмотрона косвенного действия |
| title_full |
Стойкость графитовых электродов при разной электрической мощности плазмотрона косвенного действия |
| title_fullStr |
Стойкость графитовых электродов при разной электрической мощности плазмотрона косвенного действия |
| title_full_unstemmed |
Стойкость графитовых электродов при разной электрической мощности плазмотрона косвенного действия |
| title_sort |
стойкость графитовых электродов при разной электрической мощности плазмотрона косвенного действия |
| publisher |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| publishDate |
2015 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/162785 |
| citation_txt |
Стойкость графитовых электродов при разной электрической мощности плазмотрона косвенного действия / В.Л. Найдек, А.В. Наривский, И.Н. Тарасевич, Н.И. Тарасевич, О.О. Токарева, В.В. Федоров, И.В. Корниец // Металл и литье Украины. — 2015. — № 8. — С. 20-23. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| series |
Металл и литье Украины |
| work_keys_str_mv |
AT najdekvl stojkostʹgrafitovyhélektrodovpriraznojélektričeskojmoŝnostiplazmotronakosvennogodejstviâ AT narivskijav stojkostʹgrafitovyhélektrodovpriraznojélektričeskojmoŝnostiplazmotronakosvennogodejstviâ AT tarasevičin stojkostʹgrafitovyhélektrodovpriraznojélektričeskojmoŝnostiplazmotronakosvennogodejstviâ AT tarasevični stojkostʹgrafitovyhélektrodovpriraznojélektričeskojmoŝnostiplazmotronakosvennogodejstviâ AT tokarevaoo stojkostʹgrafitovyhélektrodovpriraznojélektričeskojmoŝnostiplazmotronakosvennogodejstviâ AT fedorovvv stojkostʹgrafitovyhélektrodovpriraznojélektričeskojmoŝnostiplazmotronakosvennogodejstviâ AT kornieciv stojkostʹgrafitovyhélektrodovpriraznojélektričeskojmoŝnostiplazmotronakosvennogodejstviâ |
| first_indexed |
2025-07-14T15:17:34Z |
| last_indexed |
2025-07-14T15:17:34Z |
| _version_ |
1837635998307057664 |
| fulltext |
20 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЁ УКРАИНЫ № 8 (267) ’2015
живали постоянное расстояние между электродами в
процессе работы плазмотрона. Величину тока дуги в
плазмотроне задавали с помощью блока управления.
Износ электродов определяли при работе плазмо-
трона с катодами разного (10, 20 и 30 мм) диаметра,
которые устанавливали в подвижном электроде. Для
уменьшения окисления анод защищали от контакта с
воздухом втулкой из графита. Потери массы катодом и
анодом определяли при постоянном межэлектродном
расстоянии 35 мм, расходе аргона 8 л/мин и напряже-
нии дуги ~60 В, которое подавали на плазмотрон от
выпрямителя тока ВПР-600. Электроды взвешивали
после работы плазмотрона в течение 5 мин на раз-
ных токах. Для каждой установленной величины тока
проводили по три испытания и определяли среднее
значение потерь массы электродами (табл. 1).
Определили, что с повышением тока в плазмо-
троне потеря массы катодом увеличивается. Так, за
Схема плазмотрона: 1 – подвижный электрод; 2 –
реверсивный электродвигатель; 3 – червячный привод; 4 –
корпус плазмотрона; 5 – вставка-изолятор; 6 – пластина
Рис. 1.
С
рок эксплуатации металлургических плазмотро-
нов во многом зависит от стойкости электродов.
Наиболее надёжными при работе в окислитель-
ной среде являются термохимические катоды.
Такие катоды изготавливают в виде цилиндрических
вставок из циркония или гафния, запрессованных в
медную обойму. Повышенную стойкость термохи-
мических катодов обеспечивают тугоплавкие плён-
ки из нитридов и оксидов [1], которые образуются
в результате взаимодействия циркония и гафния с
воздухом при высоких температурах. Увеличить ре-
сурс работы плазмотронов можно быстрой заменой
изношенных электродов за счёт увеличения массы.
Также в плазмотронах можно применять дешёвые
расходуемые электроды.
Для изготовления электродов в плазмотронах
перспективным материалом является графит [2, 3],
который имеет хорошие электро- и теплопровод-
ность, высокую термостойкость. При температурах
2300-2800 К удельная прочность графита выше, чем
других известных материалов. Основным недостат-
ком графита является повышенное окисление его
при работе в атмосферных условиях. Так, при нагре-
ве электрическим током на воздухе до температуры
3450-3500 К, масса графита уменьшается со скорос-
тью 0,08-0,10 г/с [4]. Для уменьшения окисления в
графит вводят кремний, фосфор и другие добавки.
Простым способом защиты графита от окисления
является пропитка его соединениями фосфора или
водным раствором азотнокислого аммония с после-
дующей сушкой изделий при температуре ~640 К [5].
Следует также учитывать, что при обработке сплавов
заглубленными в расплав плазмотронами графито-
вые электроды окисляются меньше, чем на воздухе.
В настоящей работе исследования проводили на
плазмотроне косвенного действия с водоохлажда-
емыми корпусом и подвижным электродом (рис. 1).
Определяли потерю массы электродами (плотный
графит МПГ-7 (ТУ 48-20-50-84)) при разной величи-
не тока в дуге плазмотрона. Подвижный электрод
перемещается по вертикали с помощью червячного
привода с реверсивным электродвигателем, который
подключен к блоку управления (на рис. 1 не показан).
С помощью этого блока и электродвигателя поддер-
УДК 621.315.56:533.9
В. Л. Найдек, А. В. Наривский, И. Н. Тарасевич, Н. И. Тарасевич, О. О. Токарева,
В. В. Федоров, И. В. Корниец
Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев
Стойкость графитовых электродов при разной
электрической мощности плазмотрона косвенного
действия
Представлены данные о стойкости графитовых анода и катода в зависимости от величины тока в плазмотроне.
Ключевые слова: плазмотрон, графит, катод, анод, эрозия, потеря массы электродом, сила тока
21МЕТАЛЛ И ЛИТЬЁ УКРАИНЫ № 8 (267) ’2015
мещается по внутренней поверхности анода. При
более высоких (> 400 А) значениях тока дуга при-
вязывается к аноду на небольшой площади контак-
та. Поэтому можно предположить, что уменьшение
площади анодного пятна при повышенной плотности
тока способствует стабильному горению дуги и за-
медляет процесс эрозии анода в плазмотроне.
5 мин работы износ катодов диаметром 20 и 30 мм при
повышении тока дуги от 200 до 600 А увеличивается
в 2-3 раза (от 0,15 ... 0,2 до 0,38 .... 0,65 г), что соот-
ветствует скорости потери массы 0,05 ... 0,10 г/мин.
За это время масса катода диаметром 10 мм уменьша-
ется от 0,55 до 1,22 г (0,13…0,14 г/мин). Повышенный
износ катодов меньшего диаметра можно объяснить
более высокими значениями плотности тока, который
проходит через них.
При разных токах в плазмотроне масса анода
уменьшается более интенсивно по сравнению с като-
дами. С повышением тока дуги до 300 А эрозия анода
увеличивается практически по линейной зависимо-
сти (рис. 2). Максимальные потери массы анодом в
плазмотроне с катодами разного диаметра наблюда-
ются при токах 350-400 А (рис. 3). По мере дальнейше-
го увеличения силы тока в плазмотроне износ анодов
замедляется. Так, за 5 мин работы плазмотрона с ка-
тодом диаметром 20 мм при повышении тока от 400 до
600 А потери массы анодом уменьшаются на 4,0-4,5 г
(от 11,5 до 7,2 г). При таком же увеличении тока дуги
износ анода в плазмотроне с катодом (Ø =10 мм) сни-
жается более, чем на 30 % (от 21,4 до 14,8 г).
Уменьшение износа анода при повышенных зна-
чениях тока обусловлено стабильностью горения ду-
ги в плазмотроне. Наблюдения за прикатодной зоной
в плазмотроне через смотровое окно (рис. 4 ) показа-
ли, что при токах до 350 А электрическая дуга пере-
Таблица 1
Износ графитовых электродов при разных значениях тока в плазмотроне
Ток дуги в
плазмотроне,
А
Потери массы электродами, г
катодом анодом
диаметр, мм диаметр, мм
10 20 30 10 20 30
150 6,0 2,5 0,5
200 11,8 6,2 1,7
300 17,6 9,6 3,2
350 - - - 20,1 11,4 4,3
375 - - - 21,0 11,7 -
400 21,4 11,5 5,3
450 - - - 19,1 9,0 5,7
500 17,4 8,5 5,4
550 15,7 - 5,2
575 - - - 15,2 7,5 5,0
600 14,8 7,2 4,8
Примечание: числитель – потери массы катодом, г; знаменатель – плотность тока в катоде, А/мм2
Потеря массы катодами разного диаметра от вели-
чины тока в плазмотроне
Рис. 2.
22 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЁ УКРАИНЫ № 8 (267) ’2015
Методами регрессионного анализа данных (табл.1)
получены уравнения второго порядка, для оценки по-
терь массы электродами в зависимости от величины
тока дуги в плазмотроне. Высокие значения коэффи-
циентов корреляции (R2) свидетельствуют об адек-
ватном описании представленными уравнениями
процессов износа электродов при разных токах в
плазмотроне (табл. 2).
Представленные в таблице 2 уравнения в общем
виде описываются полиномом второй степени:
Коэффициенты a0, a1, a2 зависят от диаметра ка-
тода и принимают соответствующие различные зна-
чения. Используя информацию таблицы 2 о значени-
ях соответствующих коэффициентов, установим их
зависимости от диаметра катодов d:
Для определения износа анода в плазмотроне
(табл. 2) значения коэффициентов рассчитывают по
следующим зависимостям:
Потери массы анодом в зависимости от силы тока
и диаметра катода в плазмотроне
Электрическая дуга в плазмотроне (фотография
сделана через световой фильтр).
Рис. 3.
Рис. 4.
Таблица 2
Уравнения для определения потерь массы электродами при разных значениях тока в плазмотроне
Диаметр
катода, мм
Потери массы электродами, г
катодом анодом
10 Mk = 0,059373 + 0,00246505 · i - 0,000000956113 · i2
R 2 = 96,3632 %
Ma = - 13,6809 + 0,165235 · i - 0,000200225 · i 2
R2 = 95,6703 %
20 Mk = - 0,0691319 + 0,00139455 · i - 0,000000368459 · i 2
R 2 = 99,415 %
Ma = - 8,86632 + 0,0978878 · i - 0,000121018 · i 2
R 2 = 95,6703 %
30 Mk = - 0,152808 + 0,00155892 · i - 0,00000113423 · i 2
R 2 = 97,8425 %
Ma = - 5,03296 + 0,042072 · i - 0,0000425464 · i 2
R 2 = 97,5944 %
a0 = 0,232707 - 0,0195748 · d + 0,00022144 · d 2
y = а0 + a1 · i + a2 · i
2
a0 = -19,4767 + 0,628641 · d - 0,049061 · d 2
R2 = 100,00
R2 = 100,00
R2 = 100,00
R2 = 100,00
R2 = 100,00
R2 = 100,00
a1 = 0,00477042 - 0,000292281 · d +
+ 0,00000617435 · d 2
a1 = 0,244114 - 0,00846443 · d +
+ 0,000057657 · d 2
a2 = - 0,00000289719 + 0,000000261779 · d -
- 0,00000000676713 · d 2
a2 = - 0,000280167 + 0,00000803101 · d -
- 0,000000003677 · d 2
(2)
(3)
(1)
а
23МЕТАЛЛ И ЛИТЬЁ УКРАИНЫ № 8 (267) ’2015
1. Донской А. В. Электроплазменные процессы и установки в машиностроении / А. В. Донской, В. С. Клубникин. – Л.:
Машиностроение, 1979. – 221 с.
2. Мельник Г. А. Плазменный нагрев в ферросплавном производстве / Г. А. Мельник, О. С. Забарило, К. И. Лежава. и др
// Проблемы специальной электрометаллургии. – 2000. – № 2. – С. 45-47.
3. Мельник Г. А. Некоторые возможности обработки стали в дуговых и плазменных ковшах-печах / Г. А. Мельник, О. С. За-
барило, М. Л. Жадкевич // Там же. – 2002. – № 1. – С. 26-31.
4. Петров П. П. Свойства конструкционных материалов на основе углерода / П. П. Петров. – М.: Машиностроение,
1975. – 202 с.
5. Баранов В. И. Повышение износостойкости графитовых материалов, применяемых для изготовления кристаллизато-
ров установок непрерывного литья / В. И. Баранов, Е. И. Марукович // Литьё и металлургия. – 2001. – № 2. – С. 82-83.
ЛИТЕРАТУРА
Представлено дані про стійкість графітових анода та катода залежно від величини струму в плазмотроні .
Найдек В. Л., Нарівський А. В., Тарасевич І. М., Тарасевич М. І., Токарєва О. О.,
Федоров В. В., Корнієць І. В.
Cтійкість графітових електродів за різною електричною потужністю
плазмотрону побічної дії
Анотація
Ключові слова
плазмотрон, графіт, катод, анод, ерозія, втрата маси електродом, сила струму
Naidek V., Narivskiy A., Tarasevich I., Tarasevich M.,Tokareva O., Fedorov V.,
Kornietc I.
Resistance graphite electrodes under different electric power plasmatorch
indirect action
Summary
The dates on the stability of the graphite anode and cathode depending on the current value in the plasmatron are presented.
plasmatron torch, graphite, cathode, anode, erosion, loss of mass of the electrode, the current
strengthKeywords
Поступила 23.07.2015
Mk = (0,232707 - 0,0195748 · d + 0,000224144 · d 2) +
+ (0,00477042 - 0,000292281 · d +
+ 0,00000617435 · d 2) · i + (-0,00000289719 +
+ 0,000000261779 · d - 0,00000000 · d 2) · i 2;
Mа = (-19,4767 + 0,628641 · d - 0,049061 · d 2) +
+ (0,244114 - 0,00846443 · d +
+ 0,000057657 · d 2) · i + (-0,000280167 +
+ 0,00000803101 · d - 0,000000003677 · d 2) · i 2,
(4)
(5)
Таким образом, для определения износа электро-
дов при разных диаметрах катода и режимах работы
плазмотрона можно воспользоваться уравнениями:
где Мк, Ма – потеря массы катодом и анодом соот-
ветственно, г; d ∈ (10÷30) мм – диаметр катода;
i ∈ (100÷600) А – сила тока в плазмотроне.
С помощью уравнений 4 и 5 была проведена оцен-
ка потери массы электродами в плазмотроне от силы
тока с катодами диаметром 15 и 25 мм (рис. 2, 3).
Видно, что расчётные зависимости имеют идентич-
ный характер, а их значения находятся в пределах
величин, которые установлены экспериментально.
|