Спосіб генерації плазми в плазмово-дуговому нагрівачі
Номер патенту: 77739
Опубліковано: 15.01.2007
Автори: Шаповалов Віктор Олександрович, Жадкевич Михайло Львович, Колесніченко Володимир Іванович, Мельник Гарій Олександрович
Формула / Реферат
Спосіб генерації плазми в плазмово-дуговому нагрівачі, за яким між ізольованими один від одного центральними і периферійними електродами, кількість яких кратна шести і торці яких розміщені рівномірно по колу розряду, а осі електродів розміщені похило до осі центрального електрода, подають плазмоутворюючий газ, збуджують дуги пульсуючого струму між кожним із периферійних електродів і центральним електродом або твердим чи рідким електропровідним матеріалом, що нагрівають, та дуги постійного струму між центральним електродом і периферійними електродами або твердими чи рідкими електропровідними матеріалами, що нагрівають, регулюють силу постійного і пульсуючого струму кожної дуги, а також геометричний кут нахилу периферійних електродів, подають у зону дуг матеріали, які підлягають нагріванню, переміщують центральний і периферійні електроди один відносно одного, який відрізняється тим, що діюче значення сумарної сили постійного струму, який протікає між центральним і периферійними електродами або між периферійними електродами і твердими або рідкими матеріалами, що нагрівають, підтримують і регулюють у межах 0,13-0,21 діючого значення сумарної сили пульсуючого струму, що протікає між центральним і периферійними електродами або між периферійними електродами і твердими або рідкими матеріалами, що нагрівають, підтримують та регулюють кут нахилу периферійного електрода відносно осі центрального електрода в залежності від діючої сили пульсуючого струму, що протікає між центральним і периферійним електродом або між периферійним електродом і твердими або рідкими матеріалами, що нагрівають, у межах 0,04-0,07 встановлених значень, а живлення пульсуючим струмом дуг кожного із периферійних електродів, що горять між центральним і периферійними електродами або між периферійними електродами і твердими або рідкими матеріалами, що нагрівають, здійснюють за трифазною схемою з однонапівперіодним випрямлянням струму в кожній фазі, причому фази пульсуючого струму дуг кожної пари електродів, які геометрично розміщені один напроти одного, підтримують і регулюють таким чином, щоб вони співпадали за фазою, а фазу пульсуючого струму кожної пари електродів, по відношенню до фази пульсуючого струму геометрично розташованої за ними наступної пари електродів, підтримують і регулюють в межах 60-120 електричних градусів, при цьому відстань між електродами по колу розряду підтримують і регулюють в залежності від діючої сили пульсуючого струму, що протікає між центральним і периферійним електродом або між периферійним електродом і твердими або рідкими матеріалами, що нагрівають, у межах 0,012-0,061 встановлених значень
Текст
Спосіб генерації плазми в плазмово-дуговому нагрівачі, за яким між ізольованими один від одного центральними і периферійними електродами, кількість яких кратна шести і торці яких розміщені рівномірно по колу розряду, а осі електродів розміщені похило до осі центрального електрода, подають плазмоутворюючий газ, збуджують дуги пульсуючого стр уму між кожним із периферійних електродів і центральним електродом або твердим чи рідким електропровідним матеріалом, що нагрівають, та дуги постійного струму між центральним електродом і периферійними електродами або твердими чи рідкими електропровідними матеріалами, що нагрівають, регулюють силу постійного і пульсуючого струму кожної дуги, а також геометричний кут нахилу периферійних електродів, подають у зону дуг матеріали, які підлягають нагріванню, переміщують центральний і периферійні електроди один відносно одного, який відрізняється тим, що діюче значення сумарної сили постійного струму, який протікає між центральним і C2 2 UA 1 3 77739 4 рюючись в плазму. Іноді конструкція і схема живамперну характеристику. Таким чином, сумарна лення дуг плазмово-дугового нагрівача передбасила струму плазмотрона регулюється числом чає горіння дуг між електродами, а сопло в цьому електродів малого діаметра, які зібрані в пакет, і випадку залишається електричне нейтральним. режими надійної роботи яких добре відомі. В решті Описані вище плазмотрони відносяться до плаздосягається слідуючий ефект: більший ніж у звимових нагрівачів непрямої дії. В плазмотронах чайних плазмотронов ресурс багатострижневого прямої дії дуга чи дуги горять між електродами і (секційного) електрода потужного плазмотрона електропровідним матеріалом. Ці плазмотрони при значній загальній силі струму, стабільність відносяться до плазмових нагрівачів прямої дії. горіння дуг кожного із електродів малого діаметра і Способи генерації плазми в плазмотронах, їх коноб'єднаної дуги багатострижневого (секційного) струкції і будова вузлів достатньо описані в електрода. літературі [Жуков М. Ф.,, Смоляков В. Я., Урюков Однак, відомому способу притаманні слідуючі Б. А. Электродуговые нагреватели газа (плазмонедоліки. За рахунок магнітної взаємодії і стягутроны).-М.: На ука, 1973. - 232 с.; Донской А. В., вання дуг, які горять кожного із електродів малого Клубникин B. C. Электроплазменные процессы и діаметра, дуга одного із електродів починає горіти установки в машиностроении.-Л.: Ма шиностроена бокову поверхню сусіднього електрода, а потім ние, 1979. - 221 с.; Дембовский В. Плазменная уже струм дуги першого електрода, протікаючи металлургия. -Прага. СНТЛ. Перевод с чешского. через сусідній електрод, попадає в об'єднану дугу. 1981. - 280 с.; Ганз С. Н. Мельник А. П., ПархоменВ результаті цього сила струму дуги сусіднього ко В. Д. Плазма в химической технологии. - Харьелектроду майже вдвічі перевищує режим надійної ков. Коммунист. - 1969. - 178 с.; Экспериментальроботи і електрод починає швидко руйнуватися. ные исследования плазмотронов. Под ред. Чл.Крім того, на його боковій поверхні розміщується кор. АН СССР М.Ф.Жукова. Новосибирск. Наука, активна анодна пляма, що призводить до ще 1977. - 385 с.]. більшого його руйнування. Описане вище явище Плазмово-дугові нагрівачі, опис яких приведепризводить також до порушення стабільності но у згаданій вище літературі, як і ті, що викоригоріння об'єднаної дуги, що викликає некероване стовуються у виробництві, мають ряд суттєвих зміщення її стовпа вбік каналу сопла і руйнування недоліків, основними з яких є: низький ресурс його стінки, прогару її, попадання води, що охоелектродів, для виготовлення яких до того ж виколоджує сопло, в зону плавлення матеріалу, заристовуються дефіцитні та дорогі тугоплавкі мабруднення матеріалу продуктами ерозії сопла та теріали з добавками, що знижують роботу ви ходу електрода. електрону; дорогі у виготовленні та складні в ексВ основу винаходу покладено задачу вдоскоплуатації джерела живлення; низька стабільність налити відомий спосіб генерації плазми в плазмогоріння дуг, яка обумовлена магнітною взаємодією во-дуговому нагрівачі за рахунок: стовпів дуг між собою чи з феромагнітними маса- вибору параметрів регулювання сумарної ми конструкцій печей чи реа-кторних камер; низьсили постійного та пульсуючого струму дуг, що кий ресурс сопел плазмотронів непрямої дії. горять між центральним і периферійними електроОсобливо яскраво ці недоліки проявляються з дами чи між периферійними електродами і тверпідвищенням потужності (а саме сили струму дуги) дими чи рідкими матеріалами, що нагрівають; плазмотронів. При цьому різко підвищується теп- вибору параметрів регулювання кута нахилу лове навантаження електродів (сопел), для периферійного електрода відносно осі центральстабільного горіння дуг потребується збільшення ного електрода; емісії електронів з їх поверхні, сили магнітної вибору параметрів регулювання взаємодії стовпів дуг зростають пропорційно доспіввідношення електричних градусів фаз пульбутк у сили току дуг, різко зростають габарити і суючого стр уму, що живить дуги периферійних вага джерел живлення. електродів; Відомий спосіб генерації плазми в плазмово- вибору параметрів регулювання відстані між дуговому нагрівачі та обладнання для його електродами по колу розпаду. здійснення (див. Коротеев А. С. Электродуговые Вказані удосконалення відомого способу доплазмотроны. - М.: Машиностроение, 1980.- 174 с., зволять підвищити ресурс електродів і сопел, стадив. стор. 144-146), який обрано за прототип, при більність роботи плазмотрона, якість обробки маякому між ізольованими один від одного електротеріалів та ККД нагрівання, значно спростити дами малого діаметра, які зібрані в пакет, і режими схему електричного живлення та джерело живнадійної роботи яких добре відомі (такий електрод лення. називають ще багатострижневим чи секційним), Поставлена задача вирішується тим, що у віподають плазмоутворюючий газ, збуджують дуги домому способі генерації плазми в плазмовоміж кожним з електродів і матеріалом, що дуговому нагрівачі при якому подають плазмоутінагрівають, чи між електродами малого діаметра, ворюючий газ, збуджують дуги між кожним з елекякий відрізняється тим, що прикатодна область тродів малого діаметра і матеріалом, що нагріварозряду формується із окремих розрядів, які ють, чи між електродами малого діаметра і об'єднуються на визначеній відстані від поверхні центральним електродом, регулюють силу струму багатострижневого (секційного) електрода. Для кожної дуги в діапазоні надійної роботи електрозабезпечення стабільного горіння дуг з кожного із дів, діюче значення сумарної сили постійного електродів малого діаметра в ланцюг їх живлення струму, який протікає між центральним і перифепослідовно включають додаткові баластні опори, рійними електродами чи між периферійними елекякі дозволяють одержати похилу зовнішню вольттродами і твердими чи рідкими матеріалами, що 5 77739 6 нагрівають, підтримують і регулюють у межах 0.13 градусів; відстань між електродами по колу розпа- 0.21 діючого значення сумарної сили пульсуючоду підтримують і регулюють у межах 0.012 - 0.061 го струм у, що протікає між центральним і перифедіючого значення сили пульсуючого струму, що рійними електродами чи між периферійними елекпротікає між центральним і периферійним електтродами і твердими чи рідкими матеріалами, що родом чи між периферійним електродом і твердинагрівають. При цьому кут нахилу периферійного ми чи рідкими матеріалами, що нагрівають. електрода відносно осі центрального електрода При регулюванні діючого значення сумарної підтримують -і регулюють у межах 0.04-0.07 діючосили постійного струму, який протікає між центраго значення сили пульсуючого струм у, що протікає льним і периферійними електродами чи між периміж центральним і периферійним електродом чи ферійними електродами і твердими чи рідкими між периферійним електродом і твердими чи рідматеріалами, що нагрівають, у межах 0.13 - 0.21 кими матеріалами, що нагрівають. Фази кривої діючого значення сумарної сили пульсуючого пульсуючого стр уму дуг кожної пари електродів, струму, що протікає між центральним і периферійякі геометрично розміщені один напроти одного, ними електродами чи між периферійними електпідтримують і регулюють так до співпадання за родом і твердими чи рідкими матеріалами, що нафазою, а фазу кожної пари електродів по відногрівають; шенню до геометричне розташованої за ними наПри регулюванні кута нахилу периферійного ступної пари підтримують і регулюють в межах 60електрода відносно осі центрального електрода у 120 електричних градусів, а відстань між електромежах 0.04-0.07 діючого значення сили пульсуюдами по колу розпаду підтримують і регулюють у чого струму, що протікає між центральним і перимежах 0.012 - 0.061 діючого значення сили пульферійним електродом чи між периферійним елексуючого струм у, що протікає між центральним і тродом і твердими чи рідкими матеріалами, що периферійним електродом чи між периферійним нагрівають; електродом і твердими чи рідкими матеріалами, При живленні дуг кожного із периферійних що нагрівають. електродів, що горять між центральним і перифеНа відміну від прототипу при генерації плазми рійними електродами чи між периферійними елекв плазмово-дуговому нагрівачі, між центральним і тродами і твердими чи рідкими матеріалами, що периферійними електродами чи між периферійнинагрівають пульсуючим струмом за трьохфазною ми електродами і матеріалом, що нагрівається, схемою при однополуперіодному випрямленні горять дугові розряди, які живляться пульсуючим струму в кожній фазі і регулюванні фази кривої струмом, а між кожним із периферійних електродів пульсуючого стр уму дуг кожної пари електродів, і центральним електродом чи між периферійними які геометричне розміщені один напроти одного електродами і матеріалом,, що нагрівається, протак, щоб вони співпадали за фазою, а також регутікає постійний струм, силу якого регулюють пролюванні фази кожної пари електродів по віднопорційно діючому значенню сумарної сили пульшенню до геометричне розташованої за ними насуючого стр уму. Цим досягається підвищення ступної пари в межах 60-120 електричних градусі в; стабільності горіння дуг п ульсуючого струм у, ККД При регулюванні відстані між електродами по процесу нагрівання та ресурсу електродів. колу розпаду у межах 0.012 - 0.061 діючого знаЩоб уникнути описаних в прототипі стягування чення сили пульсуючого струму, що протікає між дуг, горіння дуги одного із електродів на бокову центральним і периферійним електродом чи між поверхню сусіднього електрода і руйнування периферійним електродом і твердими чи рідкими останнього та каналу сопла, порушення стабільматеріалами, що нагрівають, досягається: ності горіння об'єднаної дуги та забруднення ма- мінімальна сила магнітної взаємодії дуг і унитеріалу продуктами ерозії сопла і електрода, діюче кнення явища їх стягування між собою; значення сумарної сили постійного струму, який тонке регулювання температури та протікає між центральним і периферійними електпідтримання у межах надійного режиму щільності родами чи між периферійними електродами і твеструму в активній плямі та сили струму термордими чи рідкими матеріалами, що нагрівають, електронної емісії; підтримують і регулюють у межах 0.13 - 0.21 дію- стабільне горіння дуг; чого значення сумарної сили пульсуючого струму, - великий ресурс електродів і сопла; що протікає між центральним і периферійними - збільшення теплообміну дугови х розрядів, електродами чи між периферійними електродами і що горять по всій площині розпаду периферійних твердими чи рідкими матеріалами, що нагрівають; електродів, з матеріалами, що нагріваються, підпри цьому кут на хилу периферійного електрода вищення ефективності нагрівання. відносно осі центрального електрода підтримують При діючому значенні сумарної сили постійноі регулюють у межах 0.04-0.07 діючого значення го стр уму, який протікає між центральним і перисили пульсуючого струм у, що протікає між центраферійними електродами чи між периферійними льним і периферійним електродом чи між перифеелектродами і твердими чи рідкими матеріалами, рійним електродом і твердими чи рідкими матеріащо нагрівають, менш, ніж 0.13 діючого значення лами, що нагрівають; фази кривої пульсуючого сумарної сили пульсуючого стр уму, що протікає струму дуг кожної пари електродів, які геометричміж центральним і периферійними електродами чи не розміщені один напроти одного, підтримують і між периферійними електродами і твердими чи регулюють так до співпадання за фазою, а фазу рідкими матеріалами, що нагрівають, знижуються кожної пари електродів по відношенню до геометстабільність горіння дуг, стійкість системи дугиричне розташованої. за ними наступної пари підджерела живлення, ефективність нагрівання матримують і регулюють в межах 60-120 електричних теріалу. 7 77739 8 При діючому значенні сумарної сили постійнотеплообміну між стовпами дуг і електродами, сопго стр уму, який протікає між центральним і перилом та матеріалами, які нагріваються. ферійними електродами чи між центральним елеСуть цього винаходу буде більш зрозумілою ктродом і твердими чи рідкими матеріалами, що при розгляді прикладів його здійснення та креснагрівають, більш, ніж 0.21 діючого значення сулень, що додаються. На Фіг. 1, 2 зображено принмарної сили пульсуючого струму, що протікає між ципову схему пристрою і принципову електричну центральним і периферійними електродами чи між схему живлення дуг, що горять між центральним і периферійними електродами і твердими чи рідкипериферійними електродами чи об'єктом, що нами матеріалами, що нагрівають, збільшується грівається. ерозія електродів. Спосіб, який пропонується, полягає в При куті нахилу периферійного електрода відслідуючому. Генерацію плазми проводять в плазносно осі центрального електрода менш, ніж 0.04 і мотроні, що становить собою водоохолоджувану більш, ніж 0.07 діючого значення сили пульсуючокамеру 16 з водоохолоджуваним соплом 1, в якій го струм у, що протікає між центральним і перифена ізоляторах 17 під кутом до вертикальної, осі, рійним електродом чи між периферійним електрорівномірно по колу розпаду на відстані d один від дом і твердими чи рідкими матеріалами, що одного, встановлено периферійні електроди 15. нагрівають, можливе зниження стабільності горінСоосно з вертикальною віссю на ізоляторі 18 ня дуг та збільшення ерозії електродів і сопла. встановлено центральний електрод 15. В зону дуг При живленні дуг кожного з периферійних елепериферійних електродів 15 і центрального елекктродів, що горять між центральним і периферійтрода 14 подається плазмоутворюючий газ 19. ними електродами чи між периферійними електЖивлення дуг, що горять між периферійними родами і твердими чи рідкими матеріалами, що електродами 15 і центральним електродом,14 чи нагрівають, пульсуючим струмом і значенні фаз між периферійними електродами і об'єктом, що кожної пари електродів по відношенню до геометнагрівають, здійснюється від джерел пульсуючого рично розташованої за ними наступної пари менш, струму 5,9, які через контактори 7,8 підключаються ніж 60 електричних градусів, починається магнітна до промислової мережі 6 з частотою струму 50 Гц, взаємодія дуг, їх стягування, зниження стабільносЖивлення дуг, що горять між периферійними ті горіння і зменшення ресурсу електродів і сопла. електродами 15 і центральним електродом 14 чи При живленні дуг кожного із периферійних між периферійними електродами і об'єктом 2, електродів, що горять між центральним і перифепостійним струмом здійснюється від джерела 10, рійними електродами чи між периферійними елекяке через контактор 11 підключається до промитродами і твердими чи рідкими матеріалами, що слової, мережі 6 з частотою струму 50 Гц. Переминагрівають, пульсуючим струмом і значенні фаз кання живлення дуг, що горять між периферійними кожної пари електродів по відношенню до геометелектродами 15 і центральним електродом 14 чи ричне розташованої за ними наступної пари більш, об'єктом, що нагрівають чи плавлять 2, пульсуюніж 120 електричних градусів, повторюються явичим струмом здійснюється за допомогою контактів ща магнітної взаємодії дуг, їх стягування, знижен3,4. Живлення дуг, що горять між периферійними ня стабільності горіння і зменшення ресурсу елекелектродами 15 і центральним електродом 14 чи тродів і сопла. об'єктом, що нагрівають чи плавлять 2, постійним При відстані між електродами по колу розпаду струмом здійснюється за допомогою контактів 12, менш, ніж 0.012 діючого значення сили пульсуючо13. В якості об'єкта 2, що нагрівають чи плавлять, го струм у, що протікає між центральним і перифеможе бути, наприклад, металева шихта чи суміш рійним електродом чи між периферійним електроруди з відновлювачем і шлаком, які розміщуються дом і твердими чи рідкими матеріалами, що у керамічному чи водоохолоджуваному тиглі. нагрівають, можливе горіння дуги з одного електПроводилась виплавка феромарганцю з шихрода на бокову поверхню сусіднього електрода, ти, яка складалась з марганцевої руди, залізної що призводить до зниження стабільності горіння стружки і коксика. Перед початком процесу на дно дуг, зменшення ресурсу електродів і сопла. тигля засипалася шихта 2, вмикалися контакти 4, При відстані між електродами по колу розпаду 12. В плазмотрон подавався плазмоутворюючий більш, ніж 0.061 діючого значення сили пульсуюгаз (аргон, азот, повітря або їх суміші), Після вмичого струму, що протікає між центральним і перикання джерел живлення 5, 9, 10 проводився запуск ферійним електродом чи між периферійним елекдуг постійного струму між центральним 14 і перитродом і твердими чи рідкими матеріалами, що ферійними 15 електродами шляхом дотику вказанагрівають, також знижується стабільність горіння них електродів між собою з подальшим їх дуг, стовпи дуг не об'єднуються в один, що прироз'єднанням. Плазмоутворюючий газ нагрівався в зводить до зниження ефективності нагрівання медуга х до високої температури і іонізувався, ви хоталу та підвищеної ерозії сопла. див в іонізованому стані із сопла 1, утворюючи Оптимальні межі співвідношення сили постійелектропровідну зону між периферійними елекного та пульсуючого струму дуг, кута нахилу петродами 15 і шихтою 2. Завдяки наявності елекриферійних електродів, підтримання і регулювантропровідної зони між периферійними електроданя електричного кута фаз живлення дуг та відстані ми 15 і шихтою 2 збуджувались дуги пульсуючого між електродами по колу розпаду визначені досліструму, які живились від електричних джерел 5,9. дне, тому, що знайти їх шля хом розрахунків немоПотім шляхом виключення контакту 12 і включення жливо через складність процесів магнітодинамічконтакту 13 збуджувались дуги постійного струму ної взаємодії дуг, приелектродних процесів і між периферійними електродами і розплавом 2, які живились від електричного джерела 10. Дуги 9 77739 10 постійного струму забезпечували стабільне матеріалом, з діаметром плавильного простору горіння дуг пульсуючого струм у в широкому 500 мм. Над тиглем розміщувався плазмотрон, діапазоні варіювання складом плазмоутворюючого який являв собою водоохолоджувану камеру з газу, довжиною дуг та т. ін. Дуги пульсуючого соплом, критичний діаметр якого складав 30 мм. В струму нагрівали і плавили шихтові матеріали, бокових стінках камери на ізоляторах рівномірно перегрівали металевий і шлаковий розплави до по колу було встановлено шість периферійних температури, потрібної для протікання електродів з діаметром робочої частини 22 мм. відновлювально-рафінувальних реакцій і одерКонструкція вузла установки електродів дозволяла жання кінцевого продукту-феромарганцю. варіювати кутом нахилу їх до вертикальної осі в Шляхом вмикання і вимикання контактів 3,4 межах 15-60° та регулювати відстані між електрозбуджували дуги п ульсуючого струм у між перифедами по колу розпаду в межах 6-30 мм. У верхній рійними електродами і розплавом чи між перифечастині камери, також на ізоляторі, був встановлерійними електродами і центральним електродом. ний центральний електрод, який міг пеПри цьому підтримували і регулювали діюче реміщуватись впродовж своєї осі до дотику з пезначення сумарної сили постійного струму, який риферійними електродами. протікав між центральним і периферійними електЖивлення дуг пульсуючим струмом родами чи периферійними електродами і розплаздійснювалось від джерел, конструкція яких забезвом в залежності від діючого значення сумарної печувала регулювання діючого значення пульсуюсили пульсуючого струм у, що протікав між перичого струму кожної дуги у межах 120-550 А та реферійними електродами і розплавом чи між перигулювання електричного кута фаз у межах 0-180 ферійними електродами і центральним електроелектричних градусів. Напруга розімкнутої мережі дом. між кожним із електродів і шихтою у тиглі В процесі генерування дуг і виплавки феромарівнялась 250 В. рганцю також підтримували і регулювали кут наЕлектрична схема живлення дуг пульсуючим хилу кожного периферійного електрода відносно струмом була змонтована таким чином, щоб фази осі центрального електрода в залежності від діюкривої пульсуючого струму дуг кожної пари електчого значення сили пульсуючого струму, що протіродів, які геометричне розміщені один напроти кав між центральним і периферійним електродом одного, підтримували і регулювали так, щоб вони чи між периферійним електродом і твердими чи співпадали за фазою. рідкими матеріалами, що нагрівають. Живлення дуг постійним струмом здійснюваЖивлення пульсуючим стр умом дуг кожного із лось від джерела, яке забезпечувало регулювання периферійних електродів, що горять між центрасили струму кожної дуги у межах 30-250 А. Всі льним і периферійними електродами чи між периджерела мали падаючу форму зовнішньої вольтферійними електродами і твердими чи рідкими амперної характеристики. матеріалами, що нагрівають, здійснювалось за Електрична мережа живлення передбачала трифазною схемою при однополуперіодному винаявність контактів для переключення живлення прямленні струму в кожній фазі. При цьому фази периферійних та центрального електродів. кривої пульсуючого струму дуг кожної пари електПроводилась виплавка феромарганцю з шихродів, які геометричне розміщені один напроти ти, яка складалась з марганцевої руди, залізної одного, підтримували і регулювали так, щоб вони стружки і коксика в співвідношенні, відповідно, співпадали за фазою. Одночасно підтримували і 27,36: 0,84: 5,16. Перед початком процесу на дно регулювали фазу кожної пари електродів по тигля засипалася шихта, в плазмотрон подавалась відношенню до геометричне розташованої за ними суміш аргона з азотом у співвідношенні 2:8. наступної пари. Після вмикання джерел живлення проводився В процесі генерації плазми та виплавки ферозапуск дуг постійного струму ( 30-70 А кожна) між марганцю підтримували і регулювали відстань між центральним і периферійними електродами шляелектродами по колу розпаду в залежності від хом дотику вказаних електродів між собою з подадіючого значення сили пульсуючого струму, що льшим їх роз'єднанням. Збуджувались дуги пульпротікає між центральним і периферійним електсуючого струм у (150-450 А кожна). Потім родом чи між периферійним електродом і твердизбуджувались дуги постійного струму (30-70 А ми чи рідкими матеріалами, що нагрівають. кожна) між периферійними електродами і розплаВ процесі генерації плазми та виплавки феровом, а дуги постійного струму між периферійними і марганцю вимірювались електричні параметри центральним електродами виключали. Дуги пульгоріння дуг, вклад енергії в розплав, після закінсуючого стр уму нагрівали і плавили шихтові мачення процесу вимірювалась ерозія електродів і теріали, перегрівали металевий і шлаковий розпсопла, проводився хімічний аналіз одержаного лави до температури, потрібної для протікання феромарганцю. відновлювально-рафінувальних реакцій і одерВ подальшому винахід пояснюється описанжання кінцевого продукту-феромарганцю. Фероням конкретних варіантів здійснення. марганець скопичувався на дні у вигляді розплаву, Приклад. на поверхні якого розташовувався розплавлений Запропоновані спосіб генерації плазми в шлак. В міру плавлення шихти на поверхню розпплазмово-дуговому нагрівачі та обладнання для лаву подавали нові її порції. його здійснення пройшли перевірку в Інституті При цьому підтримували і регулювали: електрозварювання ім. Є. О. Пагона НАН України - діюче значення сумарної сили постійного на експериментальній установці. Установка станоструму, який протікав між периферійними елеквила собою тигель, футерований вогнетривким тродами і розплавом; 11 77739 12 - кут нахилу кожного периферійного електрода наступної пари і відстані між електродами по колу відносно осі центрального електрода; розпаду подані в таблицях 1-4. - фазу кожної пари електродів по відношенню Як бачимо з поданих даних, максимальна стадо геометричне розташованої за ними наступної більність горіння дуг, ККД процесу та його виробпари. ність і якість кінцевого продукту, мінімальні ерозія - відстань між електродами по колу розпаду; електродів і сопла та витрати електроенергії відВ процесі генерації плазми та виплавки фероповідають межам регулювання діючого значення марганцю вимірювались електричні параметри сумарної сили постійного струму, який протікав між горіння дуг, вклад енергії в розплав, після закінпериферійними електродами і розплавом, кута чення процесу вимірювалась ерозія електродів і нахилу кожного периферійного електрода відносно сопла, проводився хімічний аналіз одержаного осі центрального електрода, фази кожної пари феромарганцю. електродів по відношенню до геометричне розтаДані дослідів за п'ятьма варіантами регулюшованої за ними наступної пари і відстані між елевання діючого значення сумарної сили постійного ктродами по колу розпаду, що заявляються. струму, який протікав між периферійними електЗапропонований спосіб генерації плазми в родами і розплавом, кута нахилу кожного перифеплазмово-дуговому нагрівачі може бути викорисрійного електрода відносно осі центрального електаний в металургії для виплавки сталей, сплавів і трода, фази кожної пари електродів по феросплавів, вилучення металів з промислових відношенню до геометричне розташованої за ними відходів шля хом їх переплаву, аналізу і синтезу різних речовин. Таблиця 1 Результати перев ірки енергетичних і технологічних режимів в иплавки шюокоцуглсцсвого феромарганцю Найменув ання параметрів Варіанти в ипробувань 3 4 (0.13-0.21)*2500- 0.21*2500=525 350-500 1 (0.080.09)*2500= 200-225 2 0.13*2500=325 Колив ання значення сили струму і напруги дуг в ідносно номінальних їх значень, % 15/14 8.5/8.3 5.4/5.5 8/8.1 12/13 Питомі в итрати електро енергії, кВт год/т Вміст елементів у феромарганці, % 4700 3900 3200 3400 3850 [Мn] [Si] [С] [Fe] [Р] [S] Ступінь засвоєння марганцю, % 67 8 3 22 0.35 0.3 85 77.5 2 7 13.5 0.05 0.03 89 82 1.5 6.5 10 . 0.03 0.004 90 80 1.7 7 11.3 0.03 0.03 88 75 1.6 6.4 17 0.03 0.002 85 Виробність, кг/год Питома ерозія, г/Кл,*106 електрода сопла 78 33.5 96 11.5 117 11.2 110 11.7 97 2,5 0.12 42 0.07 47 0.06 57 0.08 52 0.15 49 Межі регулюв ання сумарної сили постійного струму (А) по в ідношенню до діючого значения сумарної сили (2500 А) пульсуючого струму ККД, % 5 0.25*2500=625 13 77739 14 Таблиця 2 Результати перевірки енергетичних і те хнологічних режимів виплавки високовуглецевого феромарганцю Найменування параметра Межі рсгулюнаїшя геометричного кута нахилу периферійного електрода відносно осі центрального електрода, град. геометр, (діюче значення пульсуючого струм у периферійного електрода 420 А). Коливання значення сили струму і напруги дуг відносно номінальних їх значень, % Питомі витрати електро енергії, кВт*год/т Вміст елементів у феромарганці,% [Мn] [Si] [С] [Fe] [Р] rsi Ступінь засвоєння марганцю, % Виробність, кг/год Питома ерозія, г/Кл 106 електрода сопла ККД. % 1 0,03*420 = 12 Варіанти випробувань 2 3 4 5 0.04*420 = 17 0.07*420 = 30 0.07*420 = 30 0.09*420 = 38 18/17 8/7 6/6 9/8 20/21 4720 3950 3300 3500 3900 66.0 7.0 3.1 22.5 0.36 0.32 85 79 3.4 0.13 43 77.0 2.2 7.2 13.6 0.06 0.03 89 95 1.3 0.08 48 83.0 1.4 6.5 11.0 0.031 0.004 90 113 1.1 0.07 56 80.0 1.8 7.1 11.8 0:032 0.035 88 107 1.6 0.09 51 76.0 1.6 6.6 17.1 0.032 0.003 85 96 2.8 0.17 49 Таблиця 3 Результати перевірки енергетичних і те хнологічних режимів виплавки високовуглсцевого феромарганцю Найменування параметрів Різниця фаз пульсуючого стр уму пари електродів по відношенню до геометрично розташованих за ними, град. електр. Коливання значення сили струму і напруги дуг відносно номінальних їх значень, % Питомі витрати електроенергії, кВт год/т Вміст елементів у феромарганці,% [Мn] [Si] [С] [Fe] [Р] [S] Ступінь засвоєння марганцю, % Виробність, кг/год Варіанти випробувань 3 4 120 120 1 50 2 60 5 150 15/14 8.1/7.5 6.7/6.8 7.1/7.3 17/16.5 4800 3800 3250 3600 4000 66.3 7.9 2.8 23 0.37 0.33 83 78 77.3 2.1 7.1 12.9 0.04 0.03 87 98 83 1.4 6.2 10.5 0.03 0.004 89 115 79 1.6 7.3 10.9 0.032 0.03 87 104 74 1.6 6.3 17.3 0.03 0.003 83 94 15 77739 16 Продовження таблиці 3 Питома ерозія, г/Кл,*10 електрода сопла ККД. % 3.7 1.5 1.2 1.8 3.1 1 0.15 41 2 0.1 46 3 0.08 58 4 0.12 53 5 0.18 47 Таблиця 4 Результати перев ірки енергетичних і технологічних режимів в иплавки в исоковуглсцсвого феромарганцю Найменув ання параметрів Відстань між периферійними електродами по колу розпаду, мм (діюче значення пульсуючого струму периферійного електрода 420 А). Колив ання значення сили струму і напруги дуг в ідносно номінальних їх значень, % Питомі в итрати електро енергії, кВт год/т Вміст елементів у феромарганці,% [Мn] [Si] [С] [Fe] [Р] [S] Ступінь засвоєння мар ганцю, % 1 0.008*420=3.4 Варіанти в ипробувань 2 3 4 0.012*420=5 (0.0120.061*420=(8-20) 0.061)*420=(8-20) 5 0.07*420=30 20/21 8.2/8.5 5.8/6.1 8.1/7.9 25/23 4650 3820 3300 3500 3900 65 8.3 3.1 22.2 0.32 0.3 84 77.0 2.0 7.1 13.7 0.05 0.03 88 83 -1.5 6.6 10.3 0.03 0.004 91 80 1.73 7.1 11.3 0.03 0.03 87 76 1.65 6.2 , 17 0.03 0.3 84 Виробність, кг/год Питома ерозія, г/Кл,*10 електрода 80 3.8 98 1.3 113 1.0 107 1.3 96 2.4 сопла ККД, % 0.16 44 0.07 49 0.05 58 0.04 53 0.17 45 17 Комп’ютерна в ерстка М. Клюкін 77739 Підписне 18 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюMethod for generating plasma in arc-plasmous heater
Автори англійськоюShapovalov Viktor Oleksandrovych, Zhadkevych Mykhailo Lvovych, Melnyk Harii Oleksandrovych
Назва патенту російськоюСпособ генерации плазмы в плазменно-дуговом нагревателе
Автори російськоюШаповалов Виктор Александрович, Жадкевич Михаил Львович, Мельник Гарий Александрович
МПК / Мітки
МПК: B23K 9/073, H05H 1/00
Мітки: плазми, плазмово-дуговому, нагрівачі, спосіб, генерації
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/9-77739-sposib-generaci-plazmi-v-plazmovo-dugovomu-nagrivachi.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб генерації плазми в плазмово-дуговому нагрівачі</a>
Попередній патент: Прес для вулканізації шин
Наступний патент: Спосіб корекції мікробіоценозу кишечнику у хворих на гострий вірусний гепатит а
Випадковий патент: Ротаційна ґвинтова машина об'ємного типу і спосіб перетворення руху в об'ємній ґвинтовій машині