МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ПЛАЗМОТРОН Российский патент 1995 года по МПК H05B7/00 

Изобретение относится к металлургии, в частности к устройствам для разогрева и рафинирования жидких металлов.

Известен плазмотрон, содержащий электрод, сопло, корпус и охватывающий его с зазором кожух, электрически изолированный от него [1]
К недостаткам аналога можно отнести потери тепла с охлаждающей водой, низкий коэффициент передачи тепла к обрабатываемому металлу.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является металлургический плазмотрон, содержащий электрод, корпус и охватывающий его с зазором кожух в виде керамический трубы с водоохлаждаемыми фланцами, установленными соосно с ней [2]
К наиболее существенным недостаткам прототипа можно отнести значительные потери тепла с охлаждающей водой, а также потери тепла, связанные с перегревом поверхностных слоев обрабатываемого металла. Кроме того, рафинирование обрабатываемого металла можно таким плазмотроном производить только на поверхности, что и обуславливает низкую степень очистки металла при большом расходе реагентов.

Целью изобретения является повышение степени рафинирования обрабатываемого металла и снижение тепловых потерь.

Цель достигается тем, что металлургический плазмотрон, включающий электрод и корпус, охватывающий электрод с зазором, снабжен дополнительным электродом, установленным в корпусе параллельно основному, причем свободные концы электродов установлены в корпусе с зазором, а сам корпус выполнен расходуемым из материала, содержащего магний.

Данный плазмотрон позволяет обрабатывать придонные слои металла, что резко повышает коэффициент передачи тепла и снижает температуру отходящих газов. Кроме того, поступление разогретой газовой струи и продуктов разрушения корпуса приводит к интенсивному перемешиванию металла и увеличению площади контакта, что значительно (в 5-7 раз) повышает степень рафинирования металла при равном расходе реагентов.

Выполнение корпуса расходуемым позволяет исключить охлаждение корпуса и использовать материалы, служащие для обработки чугуна, что снижает тепловые потери на предварительный разогрев материалов.

Размещение в корпусе плазмотрона дополнительного электрода позволяет повысить стабильность дугового разряда, исключить горение дуги в установившемся режиме на обрабатываемый металл, что, в свою очередь, позволяет уменьшить угар металла и снизить тепловые потери. Кроме того, постоянный дуговой промежуток, заданный конструкцией плазмотрона, позволяет снизить потери в источнике питания и значительно упростить его конструкцию, что, в конечном итоге, повышает коэффициент использования электроэнергии.

Размещение электродов в корпусе таким образом, что их свободные концы размещены в корпусе с зазором, позволит получить устойчивую дугу, что способствует снижению энергопотерь и улучшению качества чугуна.

Неизвестны плазмотроны, которыми обрабатывают металл, путем погружения их в расплав. Кроме того, неизвестно выполнение корпуса плазмотрона расходуемым именно для рафинирования металла. Таким образом, заявляемое устройство обладает единством частей, тесно взаимосвязанных друг с другом, их связь носит устойчивый характер и в результате этой взаимосвязи у устройства появились новые свойства, не присущие частям в разобщенности. Отсутствие одного из признаков общей совокупности не позволяет достичь цели.

На фиг. 1 изображен плазмотрон, продольный разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1.

Плазмотрон содержит графитовые электроды 1, помещенные в толстостенные трубы 2, заформованные в расходуемый корпус 3. Корпус 3 выполнен расходуемым из материала, содержащего магний. Электроды 1 установлены в корпусе 3 параллельно друг другу. Газ в дуговую зону подается через трубу 4 и щель 5. Для уменьшения утечек тока по материалу корпуса 3 свободные концы электрода 1 заформованы с зазором 6.

Металлургический плазмотрон работает следующим образом.

При погружении в жидкий металл дуговой разряд загорается вначале между металлом и электродами 1, затем переходит на электроды 1. Для исключения чрезмерного разогрева графитовых электродов 1 рабочим током и обеспечения механической прочности устройства графитовые электроды 1 помещены в толстостенные токоведущие трубы 2. Трубы 2 при работе плазмотрона в дуговой зоне плавятся, обнажая графит. Тепло дугового разряда, горящего между электродами 1, расходуется как на разогрев газа, подаваемого по трубе 4 через щель 5 в дуговую полость, так и на разогрев корпуса 3. При этом материал корпуса 3 разрушается со скоростью сублимации электродов 1, а продукты разрушения, в том числе и магний, с разогретым газом поступают в жидкий металл. Так как разогретый до температуры, превышающей 2000 К, материал корпуса начинает заметно проводить электрический ток, электроды 1 для устранения утечки тока заформованы в корпусе 3 с зазором 6.

Газовый объем, необходимый для горения дугового разряда под слоем обрабатываемого металла, обеспечивается как подачей инертного газа через трубу 4, так и выделением парообразных продуктов реакций из материала корпуса 3.

Предлагаемое устройство позволяет более эффективно использовать подводимую электрическую энергию, а также эффективно рафинировать металл. Так, например, для обработки 100-тонного ковша с жидким чугуном используется металлургический плазмотрон весом 400 кг с корпусом из смеси 80% обожженного металлургического магнезита и 20% ферросилиция на жидкостекольной связке. В материал корпуса заформованы два графитовых электрода диаметром 80 мм, помещенных в стальные трубки наружным диаметром 100 мм. На поверхность графита нанесена токопроводная связка, содержащая 50% серебристого графита и 50% жидкого стекла. Перед погружением в металл плазмотрон подключается к печному трансформатору мощностью 8 мВт на рабочий ток 11 кА. Время обработки 15 мин. За время обработки температура жидкого чугуна повышается на 40 К (тепловые потери 13% в прототипе 30%), содержание серы понижается до 0,01% степень рафинирования 80% в прототипе 40% При расходовании материала корпуса плазмотрона в чугун поступает 80 кг паров магния. В плазмотрон подается любой инертный газ азот, аргон. Может использоваться природный либо коксовый газ, но это ведет к повышению тепловых потерь.

Плазмотрон содержит графитовые электроды, помещенные в толстостенные токоведущие трубы, заформованные в расходуемый корпус, выполненный из материала, содержащего магний, с подачей газа в дуговую зону через трубу и щель. Для уменьшения утечки тока по материалу корпуса электроды заформованы с зазором. При введении плазмотрона в жидкий металл дуговой разряд загорается первоначально между электродами и металлом, затем переходит на межэлектродный промежуток. Материал корпуса разрушается со скоростью сублимации электродов. В жидкий металл поступают разогретый газ и продукты разрушения корпуса и электродов. 2 ил.

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ПЛАЗМОТРОН, содержащий электрод и корпус, охватывающий электрод с зазором, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным электродом, установленным параллельно первому изолированно от него и с зазором относительно корпуса, выполненного расходуемым из материала, содержащего магний.