ПЛАВИЛЬНЫЙ ПЛАЗМОТРОН
MELTING PLASMATRON

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.