Плавильный плазмотрон



Плавильный плазмотрон
Плавильный плазмотрон

 

H05H1/34 - Плазменная техника (термоядерные реакторы G21B; ионно-лучевые трубки H01J 27/00; магнитогидродинамические генераторы H02K 44/08; получение рентгеновского излучения с формированием плазмы H05G 2/00); получение или ускорение электрически заряженных частиц или нейтронов (получение нейтронов от радиоактивных источников G21, например G21B,G21C, G21G); получение или ускорение пучков нейтральных молекул или атомов (атомные часы G04F 5/14; устройства со стимулированным излучением H01S; регулирование частоты путем сравнения с эталонной частотой, определяемой энергетическими уровнями молекул, атомов или субатомных частиц H03L 7/26)

Владельцы патента RU 2524173:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к области электротермической техники, а именно к устройствам плазменно-дуговых сталеплавильных печей. Плавильный плазмотрон включает водоохлаждаемый корпус, каналы для подачи плазмообразующего газа, расположенные параллельно оси плазмотрона и соединенные с вертикально расположенным водоохлаждаемым соплом, электрическую изоляцию, электрическую сеть, вольфрамовый электрод-катод, электрододержатель. Плазмотрон дополнительно снабжен вторым каналом для подачи плазмообразующего газа с соплом, причем сопла установлены симметрично относительно вертикальной оси плазмотрона и под углом 30-35° к вертикальной оси электрододержателя. Технический результат - снижение расхода электроэнергии. 2 ил.

 

Изобретение относится к черной металлургии, к области электротермической техники, а именно к устройствам плазменно-дуговых сталеплавильных печей.

Известна конструкция плавильного плазмотрона, состоящего из водоохлаждаемого корпуса, каналов для подачи плазмообразующего газа, электрической изоляции, электрической сети, вольфрамового электрода-катода, электрододержателя, водоохлаждаемого сопла (Григорьев В.П., Нечкин Ю.М., Егоров А.В., Никольский Л.Е. Конструкции и проектирование агрегатов сталеплавильного производства. Учебник для вузов. - М.: МИСИС, 1995 г., стр.275-276).

Недостатком данной конструкции является заглубление катода в сопло, приводящее к двойному дугообразованию-горению дуги одновременно между катодом и соплом и между соплом и металлом - прогару сопла и выходу плазмотрона из строя.

Прототипом изобретения является конструкция плазмотрона, состоящего из водоохлаждаемого корпуса, каналов для подачи плазмообразующего газа, расположенных параллельно оси плазмотрона и соединенных с водоохлаждаемым соплом, электрической изоляции, электрической сети, вольфрамового электрода-катода, электрододержателя, вертикально расположенного водоохлаждаемого сопла (Бортничук Н.И., Крутянский М.М. Плазменно-дуговые плавильные печи. - М.: Энергоиздат, 1981 г., стр.6-17).

Недостатками этого плазмотрона являются повышенные потери мощности на излучение дуги в окружающее пространство из-за наличия только одной вертикально горящей дуги, имеющей малую полезную мощность, усваиваемую горизонтально расположенным металлом, так как при нагреве и плавлении металла одной длинной вертикально горящей дугой потери мощности растут пропорционально длине дуги и удалению ее оси от поверхности металла, что приводит к дополнительному расходу электроэнергии, снижению производительности нагрева и плавления металла.

Задачей изобретения является разработка новой конструкции плазмотрона.

Техническим результатом изобретения является повышение полезной мощности дуг, излучаемой ими на металл, уменьшение расхода электроэнергии.

Решение поставленной задачи и указанный технический результат достигаются тем, что плавильный плазмотрон включает водоохлаждаемый корпус, каналы для подачи плазмообразующего газа, расположенные параллельно оси плазмотрона и соединенные с вертикально расположенным водоохлаждаемым соплом, электрическую изоляцию, электрическую сеть, вольфрамовый электрод-катод, электрододержатель. Согласно изобретению устройство дополнительно снабжено вторым каналом для подачи плазмообразующего газа с соплом, причем сопла установлены симметрично относительно вертикальной оси плазмотрона и под углом 30-35° к вертикальной оси электрододержателя.

Оснащение устройства дополнительным каналом для подачи плазмообразующего газа и вторым соплом, установленным симметрично относительно оси плазмотрона и под углом 30-35° к вертикальной оси электрододержателя, позволяет создать две короткие дуги, наклоненные, приближенные к поверхности металла, что обеспечивает снижение расхода электроэнергии, повышение производительности нагрева и плавления металла.

Расположение сопел и соосных с ним дуг плазмотрона под углом 30-35° к вертикальной оси электрододержателя приближает дуги к поверхности металла, увеличивает их излучение, полезный тепловой поток на металл и уменьшает излучение, потери теплового потока в окружающее пространство.

При этом увеличение угла наклона сопла на величину более 35° к вертикальной оси электрододержателя приводит к приближению плазмотрона к поверхности металла и чрезмерному нагреву активной поверхности плазмотрона, уменьшение угла наклона сопла менее 30° вызывает рост потерь излучения дуг на стены и свод и уменьшение полезного излучения дуг на поверхность металла.

Устройство поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен разрез плазмотрона, на фиг.2 - вид сверху.

Устройство выполнено следующим образом.

Плазмотрон постоянного тока состоит из водоохлаждаемого корпуса 1, каналов 2 для подачи плазмообразующего газа, расположенных параллельно оси плазмотрона и соединенных с водоохлаждаемыми соплами 3, электрической изоляции 4, электрической сети 5, вольфрамовых электродов-катодов 6, электрододержателей 7, сопел 3, установленных симметрично относительно оси плазмотрона под углом 30-35° к вертикальной оси электрододержателей 7. Экспериментально было установлено, что при расположении сопел 3 под углом 30-35° к вертикальной оси электрододержателей 7 доля излучения дуг 8 на металл 9 возрастает на 24% по сравнению с соосным расположением сопел 3 с вертикальной осью электрододержателей 7. При вертикальном расположении сопел 3, то есть соосном с вертикальной осью электрододержателей 7, поток излучения дуг на металл составляет 33% от общего потока излучения дуг. При расположении сопел 3 под углом 30-35° к вертикальной оси электрододержателей 7 поток излучения дуг на металл составляет 41% от общего потока излучения дуг, то есть возрастает на (41-33)/33=24%.

Устройство работает следующим образом.

Плазмотрон подключается к электрической сети 5, в каналы 2 подается плазмообразующий газ. Плазмотрон опускают к поверхности металла 9, между вольфрамовыми электродами-катодами 6, расположенными в соплах 3, и поверхностью металла 9, являющейся анодом, под углом 30-35° к вертикальной оси электрододержателей 7, зажигаются две дуги 8. После зажигания двух дуг 8 плазмотрон поднимают в рабочее положение, в котором он остается неподвижным до окончания нагрева или плавления металла 9, и дуги горят под углом 30-35° к вертикальной оси электродержателя 7 или под углом 55-60° к поверхности металла 9.

Коэффициент излучения дуг 8 на металл 9, наклоненных под углом 55-60° к поверхности металла 9, составляет 0,41, то есть 41% мощности излучения дуг 8 полезно используется на нагрев и плавление металла 9, что приводит к большей скорости нагрева металла 9, к повышению производительности печи, как следствие, к сокращению расхода электроэнергии. Для сравнения при той же длине дуг 8, но их вертикальном расположении величина коэффициента излучения дуг 8 на металл 9 составляет 0,33. При нагреве и плавлении металла 9 одной вертикальной дугой 8 с выделяющейся в ней мощностью, равной мощности двух дуг 8, коэффициент излучения дуги 8 составляет всего 0,28, то есть только 28% мощности излучения дуг 8 полезно используется на нагрев и плавление металла 9.

В настоящее время изобретение находится на стадии технического предложения.

Плавильный плазмотрон, включающий водоохлаждаемый корпус, каналы для подачи плазмообразующего газа, расположенные параллельно оси плазмотрона и соединенные с вертикально расположенным водоохлаждаемым соплом, электрическую изоляцию, электрическую сеть, вольфрамовый электрод-катод, электрододержатель, отличающийся тем, что плазмотрон дополнительно снабжен вторым каналом для подачи плазмообразующего газа с соплом, причем сопла установлены симметрично относительно оси плазмотрона под углом 30-35° к вертикальной оси электрододержателя.



 

Похожие патенты:

Система электростатического ионного ускорителя, содержащая ионизационную камеру (IK), которая имеет на одной стороне в продольном направлении отверстие для выхода струи, электродную систему, содержащую анодную систему (AN) и катодную систему (KA), которая создает в ионизационной камере электростатическое поле, ориентированное в продольном направлении, при этом анодная система расположена противоположно выходному отверстию у основания камеры.

Изобретение относится к области физики плазмы и систем ядерного синтеза, в частности к альтернативным способам удержания горячей плотной плазмы. В заявленном способе формирования компактного плазмоида возбуждение тороидального тока производят индуктивным аккумулятором (основной соленоид с подключенной конденсаторной батареей), затем этот ток прерывают, затем пропускают импульс тока через рабочее вещество в продольном направлении, по крайней мере, через один вспомогательный виток, проходящий в рабочем объеме в продольном направлении.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к преобразованию электрической энергии в тепловую с помощью плазмотрона, и может быть использовано, в частности, в установках газификации отходов.

Изобретение относится к области электрореактивных двигателей, а именно, к широкому классу плазменных ускорителей (холловских, ионных, магнитоплазмодинамических и др.), использующих в своем составе катоды.

Изобретение относится к технике переработки углеводородного сырья, в частности природного газа, и может быть использовано при получении углеродных нанотрубок и водорода.

Заявленное изобретение относится к соплу для плазменной горелки с жидкостным охлаждением. Заявленное сопло содержит отверстие для выхода плазменной струи на носке сопла, первый участок, наружная поверхность которого выполнена по существу цилиндрической, и примыкающий к первому участку со стороны носка сопла второй участок, наружная поверхность которого сужается в направлении к носку сопла по существу на конус, при этом предусмотрена, по меньшей мере, одна канавка для подачи жидкости, проходящая частично по первому участку и по второму участку на наружной поверхности сопла в направлении к носку сопла, а также предусмотрена одна отдельная от канавки или канавок для подачи жидкости канавка для отвода жидкости, проходящая по второму участку, или предусмотрены одна канавка для подачи жидкости, проходящая частично по первому участку и по второму участку на наружной поверхности сопла в направлении к носку сопла, и, по меньшей мере, одна отдельная от канавки для подачи жидкости канавка для отвода охлаждающей жидкости, проходящая по второму участку.

Изобретение относится к радиочастотным устройствам генерирования плазмы для двигателей внутреннего сгорания. Радиочастотное устройство генерирования плазмы содержит модуль (20) питания, подающий на выходной интерфейс сигнал (U) возбуждения на заданной частоте (Fc), позволяющий получить искру (40) на выходе резонатора (30) генерирования плазмы, соединенного с выходным интерфейсом модуля питания, и модуль (10) управления, задающий частоту модулю питания во время команды на радиочастотное генерирование плазмы.

Изобретение относится к плазменной технике и к плазменным технологиям и может использоваться в импульсных плазменных ускорителях, применяемых, в частности, в качестве электроракетных двигателей.

Изобретение относится к устройствам для нагнетания текучей среды. Нагнетательный насос с диэлектрическим барьером для ускорения потока текучей среды содержит первый диэлектрический слой, в который встроен первый электрод, и второй диэлектрический слой, в который встроен второй электрод.

Изобретение относится к области электричества, касается способа модификации ионосферной плазмы, который может быть использован для исследования околоземного пространства, задач дальней НЧ радиосвязи, а также в целях радиопротиводействия.

Изобретение относится к области плазменной техники, а именно к конструкции плазмотронов, применяемых в металлургической промышленности в качестве источника нагрева.

Изобретение относится к специальной электрометаллургии и может быть использовано при вакуумно-дуговой гарнисажной плавке металлов, например титана и его сплавов. .

Изобретение относится к машиностроению, в частности к плазменной технике, и может быть использовано в установках для плазменно-дуговой резки металла. .

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам охлаждения и защиты элементной базы электронной техники, в том числе микропроцессорной, а также деталей и узлов машин.

Изобретение относится к технологии плазменной обработки материалов и изделий, в частности к электродуговым плазматронам, предназначенным для напыления порошковых материалов, включая тугоплавкие материалы, на поверхности изделий с целью получения покрытий различного функционального назначения.

Изобретение относится к способу плавления некоторого твердого материала, в частности, металлической или керамической загрузки, в электрической плавильной печи с целью получения электроплавленого материала, содержащей по меньшей мере два электрода, между свободными концами которых может быть создан электрический ток достаточно большой величины, например, в виде электрической дуги.

Изобретение относится к электродуговым печам постоянного тока. .

Изобретение относится к нанесению вакуумных покрытий, а именно к способам и устройствам для генерации плазмы электропроводящих материалов, предназначенных для нанесения покрытий в вакууме осаждением конденсата из плазменной фазы, и может быть использовано в машино- и приборостроении, в инструментальном производстве, в электронной технике и других областях народного хозяйства.

Группа изобретений относится к плазменной технике. Охлаждающая труба для плазменно-дуговой горелки включает в себя продолговатое тело с располагаемым в открытом конце электрода концом и проходящим через это тело каналом для охлаждающей среды, при этом на упомянутом конце стенка охлаждающей трубы имеет валикообразное, направленное внутрь и/или наружу утолщение. Устройство из охлаждающей трубы для плазменно-дуговой горелки включает в себя продолговатое тело с разъемно соединяемым с электрододержателем для плазменно-дуговой горелки задним концом и проходящим через это тело каналом для охлаждающей среды. Электрододержатель для плазменно-дуговой горелки включает в себя продолговатое тело с концом для размещения электрода и полостью, причем на наружной поверхности охлаждающей трубы расположен, по меньшей мере, один выступ для ее центрирования в электрододержателе. Технический результат - предотвращение перегрева электрода плазменно-дуговых горелок. 10 н. и 21 з.п. ф-лы, 17 ил.
Наверх