ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ ПЛАЗМОТРОН
ELECTRIC-ARC PLASMATRON

Изобретение относится к электротехнике, а именно к области электрического нагрева газов дуговым разрядом, и может быть использовано в плазмотронах при проведении различных технологических процессов, в частности для подогрева расплава металла в промежуточном ковше МНЛЗ в металлургической промышленности.
Известен двухкамерный линейный плазмотрон с трубчатым электродом, где для снижения удельной эрозии электродов дополнительно устанавливаются соленоиды, интесифицирующие перемещение опорных пятен дуги по внутренней поверхности цилиндрических электродов [Низкотемпературная плазма. Том 17. Электродуговые генераторы термической плазмы под редакцией Академика М.Ф. Жукова. Глава 7.2.2. стр.374].
Изменением расходов газа, подаваемого в вихревые камеры, можно перемещать плоскость вращения радиального участка дуги, что позволяет уменьшить эрозию электродов и увеличить ресурс работы плазмотрона.
Недостатком данного плазмотрона является наличие двух камер, что значительно усложняет конструкцию, а переменное соотношение расходов газов, подаваемого в вихревые камеры, вносит нестабильность в работу плазмотрона.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к описываемому изобретению является электродуговой плазмотрон, содержащий водоохлаждаемые цилиндрические внутренний анод и соосный ему наружный катод, а также расположенный в кольцевом канале между ними завихритель [Патент №JP 1999 368255, 24.12.1999, «Плазменная горелка для подогрева расплавленной стали в промежуточном ковше»].
Недостатком такого плазмотрона является нестабильность работы дуги и повышенная эрозия электродов из-за раскрытого выхода плазмообразующего газа (плазмы).
Предлагаемое изобретение позволяет решить задачу по увеличению силы тока и ресурса работы плазматрона.
Поставленная техническая задача достигается тем, что в электродуговом плазмотроне, содержащем водоохлаждаемые цилиндрические внутренний и соосный ему наружный электроды, а также расположенный в кольцевом канале между ними завихритель, в торце внутреннего электрода расположена вогнутая цилиндрическая камера, а наружный электрод выполнен в виде стакана с расширяющимся выходным каналом на его дне, который соединен с полостью цилиндрической камеры внутреннего электрода через радиальный зазор между торцевыми поверхностями электродов, причем диаметр входного сечения расширяющегося выходного канала наружного электрода меньше диаметра цилиндрической камеры внутреннего электрода.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется схемой, представленной на фиг.1.
Электродуговой плазмотрон содержит водоохлаждаемые цилиндрические внутренний электрод 1 и соосный ему наружный электрод 2, расположенный в кольцевом канале между ними завихритель 3. В торце внутреннего электрода 1 расположена вогнутая цилиндрическая камера 4, а наружный электрод выполнен в виде стакана с расширяющимся выходным каналом 5 на его дне, который соединен с полостью цилиндрической камеры внутреннего электрода через радиальный зазор между торцевыми поверхностями электродов 1 и 2, причем диаметр входного сечения расширяющегося выходного канала 5 наружного электрода 2 меньше диаметра цилиндрической камеры 4 внутреннего электрода 1.
Устройство работает следующим образом. Одним из известных способов возбуждается электрическая дуга между внутреннем электродом 1 и наружным электродом 2. Рабочий газ проходит через кольцевой канал между электродами 1 и 2, расположенный в нем завихритель 3 и радиальный зазор между торцевыми поверхностями электродов 1 и 2.
Наличие вогнутой цилиндрической камеры 4, расположенной в торце внутреннего электрода 1, создает следующее течение в ней газа: за счет того, что диаметр входного сечения расширяющегося выходного канала 5 наружного электрода 2 меньше диаметра цилиндрической камеры 4 внутреннего электрода 1, и вследствие падения статического давления вдоль радиуса в сечении камеры 4, происходит втекание в нее части рабочего газа. В связи с затуханием вращательного движения газа за счет трения его о стенки камеры 4 происходит увеличение давления на оси камеры 4 и образование осевого возвратного потока таза. Такая аэродинамика течения газа оказывает влияние на пространственное положение дуги в камере 4 внутреннего электрода 1, при котором происходит вращение и осевое перемещение дуги без привязки к стенкам и дну камеры.
Отсутствие эрозии электрода 1, а также выполнение наружного электрода с расширяющимся выходным каналом 5 на его дне позволяет увеличить силу тока и ресурс работы устройства, что необходимо для установок плазменного подогрева жидкого металла в промежуточном ковше МНЛЗ.
Пример конкретного исполнения устройства.
Характеристики разработанного плазмотрона: номинальная сила тока - 4000 А, мощность 400 кВт, ресурс работы быстро изнашиваемых частей - 10 ч, наружный диаметр 110 мм, длина 600 мм, критический диаметр сопла 16 мм. Использован в конвертерном цехе ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» при опробовании технологии непрерывной разливки стали с применением дополнительного плазменного нагрева ее в промежуточном ковше МНЛЗ.