Дуговой нагрев

Превращение электрической энергии в тепловую при дуговом нагреве осуществляется в факеле электрической дуги (рис. 1-17, г). Электрическая дуга представляет собой один из видов самостоятельного газового разряда, возникающего между положительным (анодным) и отрицательным (катодным) электродами. Для получения дугового разряда электроды, находящиеся под разностью потенциалов, сначала приводятся в соприкосновение. За счет большой величины тока электроды в местах соприкосновения разогреваются до такой температуры, при которой возникает термоэмиссия электронов.

Разогретая в разрядном промежутке до высокой температуры газовая фаза отдает свою энергию нагреваемому металлу главным образом лучеиспусканием. Столб дугового разряда представляет собой газовую плазму, т.е. газ в ионизированном состоянии, в котором величины пространственных зарядов, созданных положительно и отрицательно заряженными частицами, одинаковы, с преобладающим хаотическим тепловым движением ионизированных молекул. Плазма состоит из нейтральных газовых частиц с повышенной энергией, положительных ионов и электронов. Заряды положительных ионов и электронов компенсируют друг друга, так что в электрическом отношении плазма столба нейтральна.

Температура дуги пропорциональна потенциалу ионизации газа, в котором горит дуга, и с достаточной точностью может быть вычислена по формуле:

(1-10)

где Ui — потенциал ионизации газа, в.

Так как потенциал ионизации различных элементов меняется от 3,87 до 24,5 в, то из этой формулы следует, что температура дуги при атмосферном давлении должна находиться в пределах от 3200 до 20000 °К.

Благодаря высокой температуре, развивающейся в зоне горения дуги, этот вид нагрева широко используется в металлургии для выплавки качественных сталей, ферросплавов, тугоплавких и жаропрочных металлов и т.д., а также в других отраслях промышленности, где требуется высокотемпературный нагрев.