Плазматроны постоянного тока

Большинство металлургических плазматронов работают на постоянном токе прямой полярности, когда анодом служит металл. Это связано с тем, что на аноде выделяется большее количество тепла, чем на катоде. В этом случае тепловая мощность, выделяющаяся на катоде плазматрона, в отличие от расходуемого электрода дуговой вакуумной печи является не только бесполезной, но и вредной. В ряде специальных случаев плазматроны могут работать на обратной полярности, когда в качестве катода используется расплавленный металл.

Важным преимуществом плазматрона постоянного тока является большая стабильность горения дуги.

По сравнению с обычным электродуговым нагревом использование плазматронов дает ряд преимуществ:

1. Высокая концентрация тепла в сжатой дуге и экранирование ее струей относительно холодного газа позволяет проводить нагрев и плавление металла со значительно более высокими скоростями.

2. Более высокая степень ионизации газа в столбе дуги обуславливает более низкий градиент напряжения дуги, в связи с чем сжатая дуга в несколько раз длиннее обычной. Поэтому для стабилизации и регулирования ее нет необходимости постоянно перемещать плазматрон, отпадает надобность в сложном оборудовании перемещения электродов и защиты электрооборудования от коротких замыканий.

3. При использовании для образования плазмы соответствующих газов (Ar, N₂, H₂, О₂ и др.) над жидким металлом может быть создана любая атмосфера – нейтральная, восстановительная и окислительная.

4. Сжатая дуга стабильна как при разрежении в камере (близком к ВДП), так и при избыточном давлении.

5. Отсутствие графитовых электродов при ПДП исключает науглероживание ванны.

В то же время они имеют ряд недостатков, основные из которых:

- Склонность к двойному дугообразованию в канале сопла может привести к его прогару. Чтобы этого не происходило, используют системы автоматической защиты плазмотронов, что усложняет конструкцию плазматрона.

- При изготовлении печи не удается получить симметрию корпуса по отношению к оси слитка. Возникающие при работе печи несимметричные магнитные поля отклоняют поток плазмы от оси. Для предотвращения этого используют дополнительные соленоиды или увеличивают расход плазмообразующего газа, что удорожает процесс.

- При использовании нескольких плазматронов в результате взаимодействия магнитных полей дуги стягиваются в общий канал с общим анодным пятном. Это ухудшает энергетические показатели работы плазматронов.