Способ плазменно-дуговой обработки

 

!

»!595925

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН И Я

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республкк (61) jIOHO,lilt!Tc,lhHOC K 3!lT, сви.j-BK (22) 3 а явлено 17.06.76 (21) 2376293 25-27

1;„з

В 23 К 35/38 с присосдинснпсм заявки . Гав

Государственный комитет (23) Приоритст— по делам изобретений и открытий

Опубликовано 23.04.82. Б,оллстспь X );

Дата опубликования описания 23.04.82 (53) 1 ) К 621.791.754 (088.8) (72) Автор изобретения

М. T. Фридлянд (71) Заявитель Государственный проектный и научно-иссле,.овательский институт гипроникель (54) СПОСОБ ПЛАЗЧЕННО-ДУГОВОЙ

ОБРАБОТК)1

Изобретение относится к области электродуговой, преимущественно плазменной обработки металлов, а также к нагреву газов и может быть применено для плавки, сварки и нагрева в соответствующих отраслях промышленности.

Известны способы электродуговой обработки с использованием для плазмообразовагпгя продуктов сгорания углеводородов в окислителе j)).

1!е (остатком этик способов является невозможность формирования постоянно возооновлягощихся эггсг(тродов дуги из углерода — продукта пиролиза углеводородов нлазмообразующей смеси из-за большого избытка окислителя в смеси (в 5 — 10 раз вьппе, чем это необходимо для конверсии угггсвочоролов смеси) .

Известен способ плазменной обработки с применением плазмообразующей смеси, содсржащсй углеводороды и окислитель, контактирующей с нерасходуемыми электродами дуги, в частности с катодом. Согласно этому способу, окислитель в смесь вводят в количестве, равном 40 — 90о/о от количества, необходимого для теоретически полной конверсии углеводородов, входящих в смесь. Это обеспе швает формирование на рабочей поверхности электродов (катода) слоя (эмиттирующсго) с неизменными во

2 времени конфигурацией и размерами из углерода — продукта ппролиза углеводородов смеси (2).

Указанное меньшее, чем это необходимо для полной конверсии углеводородов, содержание окислителя определяет присутствие в нагрстом дугой газе значительного количества несвязанного углерода. Это является существенным недостатком для определенных химико-металлургических НроисссоН в связи с ухудшением качества обработки материалов, обусловленным их науглсрожпванпсм и появлением пор.

Целью изобретения является повышение качества элсктродуговой обработки за счет исключения несвязанного угчерода в нагр(том д гой газе.

20 Это достпгастся тем, что окислитель в плазмообразующую смесь вводят в количестве в 1,05 — 2,5 раза большем, чем это исООходимо для пОлнОЙ KQHBcpcHH i г,lcÁOдородов смеси.

Б сильноточ lblx дуга.; (прп токах более

25 250 — 300 A) и при необходимых для стабилизации таких дуг повышенных скоростях (более 100 м/C) подачи плазмообразующсй

c÷cñH выделение свободного углерода Hа .гсрасходуемых электродах дуги происходит

30 и при содержании в смеси окислителя в количестве в 1,05 — 2,5 раза большем, чем это

595925

3 необходимо для конверсии уг, ic;30;fopn;i() „ входящих в смесь.

Подобный эффект (il()i«IIo обьясниг! Следующим образом.

Во всякой неоднородной газовой с,5цси под действием центробежных cfl;I и градиентов температур происходит ) icx;»If! Ice! oc и термодиффузпоинос раздслсш!с газов, входящих I3 см ch. При этом более тлжслыс молекулы смещаются к периферии и в более колодные области,;l более лсгкпс — к центру и в более Ilягрстые области. В электрической дуге при наличии зна fifrc;II>1!IIx градиентов температур, значительно возрастающих в случае сс газовой стабилизации, всегда набл!одастся химическая неоднородность газовой я мосфсры в попсрс шом сечении и по длине дуги. Газы с большим молекулярным весом оттесняются на !Icplfфери1о дуги, а с меньшим — к сс оси. Переменный жс химический состав ио сечению и пo длине дуги создает различныс условия функционирования приэлектродных областей и столба дуги.

В рассматриваемом случае все газы и ияры, применяемые как окислнтели, имеют больший молекулярный вес, чем углерод (мол. вес 12) — продукт пиролиза углеводородов смеси. Так, молекулярный вес водяного пара — 18, воздуха — 29, кислорода — 32, углекислого газа — 44. Соответственно соотношением весов того или иного окислителя и углерода происходит их разделение в плазмообразующей смеси: углерод оттесняется к оси дуги, т. с. к активным участкам электродов, а окислитель на перифсршо дуги. В результате тя кого распрсдслсния при избытке окислителя обсспсчивастся высаживание углерода на рабочей повсрхностп электродов и связывание свободного углерода в химические соединения (СО, СО ), неопасные для качества обрабатываемого дугой материала в уже нагретом дугой газе.

Коли !Сство, введенное B плазмообразующую смесь окислителя, оставшееся в пределах 1,05 — 2,5 от количества, необходимого для полной конверсии углсводородов. принимают тем больше, чем больше молек1 ля13нь!Й 13сс 0I(IIc IIITC 151, 1 . c ifc)I более нсравномсрсн химический состав плазмообразующсй смеси иo ссчси)по и по длине д) ти. Так, 13 c (!ceil !!13иродного гя31i с 13n:3духом, последний вводят 13 смесь в количестве в 1,05 — 1,3 раза больщсм, ц м это необходимо длл конверсии природного газа.

В смеси природного газа с уг IOI Ilcлым газом последний вводят в смесь в ко ««ccтве в 1,9 — 2,5 раза большем, чем это необходимо для конверсии природного газа.

При горении дуги в плазмообразу)оп!Нх смесях такого состава иа рабочей по3epxности нсплавящихся электродов формируется углеродное образование с нсиз).!сн(!ыми во времени конфигурацией и размсря5

2»

5 )

4 ми, постоянно возобновляющееся I3 течение гсего време!ш горения дуги, а в нагретом дугой газе полностью Отсутствует несвязанный углерод.

Ввсдспис в смесь окислителя в количестве более чем в 2,5 раза прсвос: одящем

IfC0OXOÄÈÌ0C Д,15! ПОЛНОЙ KOIIBCPCIIII УГЛСВОдородов смеси, нс обеспечивает постоянного возобновлсния нсплавящихся электродов из углерода — продукта пиролизя углеводородов смеси.

Введение в смесь окислителя в коли )сствс мснсс чем в 1,05 раза превосходящем необходимое для полной конверсии углсводоро;1013 смеси, нс исключает полностью !!ссвязапный углерод в нагретом дугой гязс.

При горении дуги i; yc;io»II;Iх, «(o iiclcn,ующ!!х ) 1)с,(.)!! "<1(мому 1: ()брстс:! !ю, ()o1)аз3 "i cil 11 1!Ос !0511! !О !3():30()il()13, 151(. !(. 5! I i., плазмообразу;О!Ней среды кяTo;c

Зъ!НттсР, $0PAIHP), 10111:I!le)1 ll пост051!111() иозооповляющийся из углерода -- !!роду!.— тя пиролизя углеводородов плаз:(!Ообр(1:3у— ющсй среды, имеет чсткис и резко очер !снные границы, Это обеспечивает локализацию катодной области л3т!! и сгябпльнос сс горение практич(скн нсогра!ш !Сннос время. Несвязанный углерод в пагpci()» дугой газе отсутствует полностью.

Предлагаемое изобретение прошло успешно длительную проверку на укрупненно-лабораторных установках института

«Гипроникель» при горении дути мощностью до 200 кВт в плязмообразующих смесях различного состава, но с количеством окислителя в них, лежащем в заявляемом диапазоне.

Пример 1. В плазмообразующую среду дуги, содержащую метан с расходом

3800 нл/ч, горящей в плазмотроне, после выхода на режим стабильного горения вводят воздух в количестве 9500 нл/ч, т. с. в

1,05 раза большем необходимого для конверсии указанного количества метана. Дугу поддерживают ня т()кс 400 Л при мощности

112,5 кВт. В этих условиях формируется постоянно возобновляющийся катод, а в нагретом дугой газс полностью отсутствует пссвязаш1ый Зт.(!ерод.

П р н м с р. 2. В плязмообразующую среду, содсржащу)0 метан с расходом 3300 нл/: дc1.и, горящсЙ 13 илазмот130нс, послс Въ!ХО1!! ня режим стаб1!л! Ного горения ввсдсп углекислый гя:3 в количестве б250 нл/ч, т. (.. 13 1,9 р l;3 i бол),п(с:)! IICOá O IHMOI 0 +of 51 конверсии указанного количества метана.

Дугу поддержива!от на токе 520 Л пр: мощности 15б кВт. В этих условиях формируется постоянно возобновляющийся катод, а в нагретом дугой газе полностью Отсутствует несвязанный углерод.

П р и м с р 3. В плазмообразу!О!цу!О срсду, содержащую метан с расходом 4500 нл/ч

;1уги, горящей в плазмотрон(, Осле выходя на режим стаоильного горен1гл вводят уг59592з (остав1п ели Л. Гаврилов

Тскред Л. Куклина

Корректс,р 3. Тарасова

Рс гик;о,) Л. Письман

Заказ 27с12

Попиисlio;

Изд. X 125 1 iip<>яс ! Ji

ВНИИПИ Государственного комитета СССР ио делам изобретении и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раун:сная иаб., 1. 1. 5

Загорская типография Упрполиграф кзлата Мособлисполко,:а

5 IcI Hcëûé газ в количестве 11250 нл/и, т. с. в 2,5 раза большем необходимого для конверсии указанного количества метана. Дугу поддерживают на токе 700 Л при мощности

250 кВт. В этих условиях формируется постоянно возобновляющийся катод, а в нагретом дугой газе полност(по отсутствует несвязанный углерод.

Формула изобретения (пособ плазмснно-дуговой обработки с использованием плазмообразующсй смеси, содержащей углеводороды и окислитель, отличающийся тем, что, с целью повышения качества обработки, 0KIIc;IHTc;Ib в (i пг((1змоООраз юlцуlo с(месь ВВОд11т и ко:lичсствс в 1,05 — 2,5 раза большем, чем это Нсобходимо для полной конверсии углеводородов смеси.

Источники информации, принятыс во внимание при экспертизе

1. Руденко Л. И. и др. Влияние основных параметров процесса на равновесную

10 концентрацию окиси азота в воздушно-углеводородной плазме физика, техника и применен!!с низкотсмпературной плазмы.

Алма-Лта, 1970, с. 15 — -18.

2. Авторское свидетельcTIIo С(.1..1

15 X 428646, кл. В 23 1(9 16, 1972.