В печах с огнеупорной футеровкой максимальное значение мощности дуг Рд ограничено допустимой температурой Тф из-за особых условий теплопередачи от плазменных дуг. Поэтому эксплуатация ПДП возможна только с системой автоматического регулирования величины Рд по непрерывно измеряемой температуре футеровки Тф.
Технико-экономические показатели.
ПДП с огнеупорной футеровкой имеют худшие энергетические показатели по сравнению с ДСП из-за дополнительных тепловых потерь в плазматронах и подовом электроде. Общие потери энергии в водоохлаждаемых элементах достигают 35-40%, из которых 15-20%-в уплотнителе плазматрона; 8-10%- в самом плазматроне (корпус, сопло, катод); 1-2% в подовом электроде. Для малых печей (вместимостью до 5 тонн) тепловой КПД составляет по данным ВНИИЭТО 0,3-0,35.
Электрический КПД h0 учитывает электрические потери при формировании плазменной печи (h0) в токоведущих элементах плазматрона (hпл) во втором токоподводе (hк.в.) и в источнике питания (hи.п.), т.е. h0=hк.вhплhи.п
Обычно КПД дуговых плазматронов прямого действия h0»1, для плазматронов косвенного действия не превышает 0,7-0,8 (в зависимости от состава и расхода плазмообразующего газа).
По данным ВНИИЭТО, удельный расход электроэнергии в плазменно-дуговых печах различной вместимости m0 и разной мощности Р составляет:
m0, т ………………………5 10 30
Р, МВт………………….. 3,5 7-8,5 12-15
W2y, МВт*ч/т……………0,7 0,65 0,625
Wy, МВт*ч/т………… 0,9-1,1 Нет св. Нет св.
В ПДП с кристаллизатором диаметром Dкр величина Wу составляет:
Dкр, мм 150 250 320
Wy, МВт*ч/т 2,4 1,2 0,96
По технологическим инструкциям рекомендуемая скорость вытягивания слитка и соответствующая массовая скорость Qm плазменно-дугового переплава зависит от размера (диаметра Dкр) кристаллизатора, сортамента переплавляемых сталей и сплавов, электрического режима, составляя, например, для печей типа У-400 (мощность 240 кВт) 2,5-9 мм/мин и 50-200 кг/ч. При этом годовая производительность достигает 100-260 тонн «черных» слитков диаметром 150 мм.
Для дуговых плазматронов различной мощности принимают Qv»15÷60 м3/ч. Поэтому удельный расход плазмообразующих газов при низкой производительности ПДП может быть чрезмерно большим (до 20-30 м3/т), определяя при высоких ценах на аргон значительные затраты. Эти аппараты снижают за счёт: применения смесей более дешевых плазмообразующих газов (например, аргон с азотом); регенерации отработанных газов; удаления воздуха из рабочего пространства герметичной ПДП путём вакуумирования вместо обычной продувки плазмообразующим газом.
Сравнительный экономический анализ различных методов электроплавки показывает, что:
1) плазменная плавка в печах с футеровкой может быть самой экономичной, поскольку за счет снижения угара (при плавке) и увеличения выхода годного (при дальнейшем переделе) по сравнению с плавкой в ДСП возможно уменьшение сквозного расхода металла, снижение себестоимости (на 10-15%) при меньших удельных капитальных затратах (на 10-12%);
2) плазменный переплав в печах с кристаллизатором занимает промежуточное положение между вакуумно-дуговым переплавом и электронной плавкой. Однако при использовании ПДП с расходуемым плазматроном экономичность процесса возрастает.