RU2524173C1

RU2524173C1 - Melting plasmatron

Info

Publication number: RU2524173C1
Application number: RU2013106298/07A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Николаевич Макаров; Виктория Валерьевна Рыбакова
Priority date: 2013-02-13
Filing date: 2013-02-13
Publication date: 2014-07-27

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: melting plasmatron includes a water-cooled housing, plasma-forming gas supply channels located parallel to plasmatron axis and connected to a vertically located water-cooled nozzle, an electrical insulation, an electrical network, a tungsten electrode-cathode and an electrode holder. In addition, plasmatron is equipped with the second plasma-forming gas supply channel with a nozzle; with that, nozzles are installed symmetrically relative to vertical axis of plasmatron and at an angle of 30-35° to vertical axis of the electrode holder.

EFFECT: lower electrical power consumption.

2 dwg

Description

Изобретение относится к черной металлургии, к области электротермической техники, а именно к устройствам плазменно-дуговых сталеплавильных печей.The invention relates to ferrous metallurgy, to the field of electrothermal technology, and in particular to devices for plasma-arc steel furnaces.

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).A known design of a melting plasma torch, consisting of a water-cooled case, channels for supplying a plasma-forming gas, electrical insulation, electrical network, a tungsten electrode-cathode, an electrode holder, a water-cooled nozzle (Grigoryev V.P., Nechkin Yu.M., Egorov A.V., Nikolsky L.E. Design and design of steelmaking units. Textbook for high schools. - M .: MISIS, 1995, pp. 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.The disadvantage of this design is the burial of the cathode into the nozzle, leading to double arcing-burning of the arc simultaneously between the cathode and the nozzle and between the nozzle and the metal - burnout of the nozzle and the plasma torch breakdown.

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).The prototype of the invention is the construction of a plasma torch, consisting of a water-cooled case, channels for supplying a plasma-forming gas, parallel to the axis of the plasma torch and connected to a water-cooled nozzle, electrical insulation, electrical network, a tungsten electrode-cathode, an electrode holder, a vertically located water-cooled nozzle (Bortnichuk N.I. Krutyanskiy M.M. Plasma-arc melting furnaces. - M.: Energoizdat, 1981, pp. 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.The disadvantages of this plasma torch are increased power losses due to arc radiation into the surrounding space due to the presence of only one vertically burning arc having a small usable power absorbed by horizontally located metal, since when heating and melting the metal with one long vertically burning arc, the power losses increase in proportion to the length arc and the removal of its axis from the surface of the metal, which leads to additional energy consumption, lower productivity of heating and melting of the metal.

Задачей изобретения является разработка новой конструкции плазмотрона.The objective of the invention is to develop a new design of the plasma torch.

Техническим результатом изобретения является повышение полезной мощности дуг, излучаемой ими на металл, уменьшение расхода электроэнергии.The technical result of the invention is to increase the useful power of the arcs emitted by them on the metal, reducing energy consumption.

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.The solution of the problem and the specified technical result are achieved in that the melting plasmatron includes a water-cooled case, channels for supplying a plasma-forming gas, parallel to the axis of the plasma torch and connected to a vertically located water-cooled nozzle, electrical insulation, electrical network, tungsten electrode-cathode, electrode holder. According to the invention, the device is further provided with a second channel for supplying a plasma-forming gas with a nozzle, the nozzles being installed symmetrically with respect to the vertical axis of the plasma torch and at an angle of 30-35 ° to the vertical axis of the electrode holder.

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.Equipping the device with an additional channel for supplying plasma-forming gas and a second nozzle mounted symmetrically with respect to the axis of the plasma torch and at an angle of 30-35 ° to the vertical axis of the electrode holder allows you to create two short arcs, inclined, close to the surface of the metal, which reduces energy consumption and increases productivity heating and melting metal.

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.The location of the nozzles and the plasma torch coaxial arcs with it at an angle of 30-35 ° to the vertical axis of the electrode holder brings the arcs closer to the metal surface, increases their radiation, useful heat flux to the metal and reduces radiation, heat flux loss to the surrounding space.

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.In this case, an increase in the nozzle tilt angle by more than 35 ° to the vertical axis of the electrode holder leads to the plasma torch approaching the metal surface and excessive heating of the plasma torch active surface, a decrease in the nozzle tilt angle of less than 30 ° causes an increase in the loss of arc radiation to the walls and reduction and reduction of the useful arc radiation to the surface of the metal.

Устройство поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен разрез плазмотрона, на фиг.2 - вид сверху.The device is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a section of a plasma torch, in Fig.2 is a top view.

Устройство выполнено следующим образом.The device is as follows.

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%.The DC plasma torch consists of a water-cooled housing 1, channels 2 for supplying a plasma-forming gas, parallel to the axis of the plasma torch and connected to water-cooled nozzles 3, electrical insulation 4, electric network 5, tungsten electrodes-cathodes 6, electrode holders 7, nozzles 3 mounted symmetrically with respect to the axis of the plasma torch at an angle of 30-35 ° to the vertical axis of the electrode holders 7. It was experimentally found that when the nozzles 3 are located at an angle of 30-35 ° to the vertical axis of the electrode holders 7 the proportion of radiation of arcs 8 to metal 9 increases by 24% compared with the coaxial arrangement of nozzles 3 with a vertical axis of electrode holders 7. When the nozzles 3 are vertical, that is, coaxial with the vertical axis of electrode holders 7, the radiation flux of arcs to metal is 33% of the total flux radiation arcs. When the nozzles 3 are located at an angle of 30-35 ° to the vertical axis of the electrode holders 7, the radiation flux of arcs to the metal is 41% of the total radiation flux of the arcs, that is, it increases by (41-33) / 33 = 24%.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

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.The plasma torch is connected to the electric network 5, plasma-forming gas is supplied to the channels 2. The plasma torch is lowered to the surface of the metal 9, between the tungsten electrode cathodes 6 located in the nozzles 3, and the surface of the metal 9, which is the anode, at an angle of 30-35 ° to the vertical axis of the electrode holders 7, two arcs are ignited 8. After ignition of two arcs 8, the plasmatron raise to a working position in which it remains stationary until the metal 9 is heated or melted, and the arcs burn at an angle of 30-35 ° to the vertical axis of the electrode holder 7 or at an angle of 55-60 ° to the surface of the metal 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.The emission coefficient of the arcs 8 on the metal 9, inclined at an angle of 55-60 ° to the surface of the metal 9, is 0.41, that is, 41% of the radiation power of the arcs 8 is useful for heating and melting the metal 9, which leads to a higher heating rate of the metal 9 , to increase the productivity of the furnace, as a result, to reduce energy consumption. For comparison, with the same length of arcs 8, but their vertical arrangement, the emissivity of arcs 8 per metal 9 is 0.33. When heating and melting the metal 9 with one vertical arc 8 with a power emanating in it equal to the power of two arcs 8, the emissivity of the arc 8 is only 0.28, that is, only 28% of the radiation power of the arcs 8 is useful for heating and melting the metal 9.

В настоящее время изобретение находится на стадии технического предложения.Currently, the invention is at the stage of a technical proposal.

Claims

A melting plasmatron including a water-cooled case, plasma-forming gas supply channels parallel to the axis of the plasma torch and connected to a vertically arranged water-cooled nozzle, electrical insulation, an electric network, a tungsten electrode-cathode, an electrode holder, characterized in that the plasmatron is additionally equipped with a second channel for supplying a plasma-forming gas with a nozzle, the nozzles being installed symmetrically with respect to the axis of the plasma torch at an angle of 30-35 ° to the vertical axis of the electrode holder.