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WO1982004519A1 - Dispositif de controle d'un arc electrique - Google Patents

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WO1982004519A1
WO1982004519A1 PCT/BE1982/000013 BE8200013W WO8204519A1 WO 1982004519 A1 WO1982004519 A1 WO 1982004519A1 BE 8200013 W BE8200013 W BE 8200013W WO 8204519 A1 WO8204519 A1 WO 8204519A1
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WO
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reaction chamber
fuel
electric arc
fields
aerodynamic
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PCT/BE1982/000013
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English (en)
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Rech Metallurgique Centre
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Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
Original Assignee
Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
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Publication date
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B7/00—Heating by electric discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B7/00—Heating by electric discharge
    • H05B7/18—Heating by arc discharge
    • H05B7/185—Heating gases for arc discharge

Definitions

  • the present invention relates to a device for controlling an electric arc and is particularly applicable to arc furnaces and plasma ovens or torches.
  • One of the methods known and used for a very long time to heat a gas to a high temperature consists in using an electric device in which the energy supply is due to the creation of one or more arcs electric, which led to the development of arc and / or plasma ovens.
  • Arc furnaces are precisely one area in which controlling the movement of the arc is very important.
  • Arc furnaces generally have at least one reaction chamber in which the electrodes between which the arc flows are located. In this reaction chamber, a gas or a gaseous mixture is introduced into the zone where the arc exists, so that by supplying heat, one or more gases at the desired temperature are obtained at the outlet. .
  • the aforementioned hot gases are very interesting, because they contain CO which is very useful for the reduction of the ore.
  • an oxidizing gas which is often air alone or enriched in oxygen, or composed of CO 2 or H 2 O, and this so as to obtain by reaction with another element, CO and H 2 .
  • the major problem when using hot gases and / or plasmas consists in the thermal resistance to the constituent materials of the apparatus brought into contact with hot gases and / or plasmas.
  • the type of fuel injection that is to say tangential, radial or helical, does not matter and it is mainly the parameters of the magnetic field or fields applied to the arc which determine the displacement of the feet of the arc on the electrodes.
  • the characteristic of the device of the present invention is to allow a control of the movements of the arc based on observations of the aerodynamic fields present in the reaction chamber and this by acting on parameters related to the fuel injection devices, and possibly oxidizing gas with incidental and / or corrective intervention on one or more magnetic fields.
  • the device of the invention is described in the particular case of its use in the case of an arc furnace comprising a reaction chamber with injection of oxidizing and / or oxidizing and / or reducing gas.
  • the voluntary limitation of the description in the case of an oven is not restrictive of the scope of the invention, but only due to the desire to present it as clearly as possible.
  • the device of the invention can be used in appropriate form in various devices in which the control of the displacement of one or more arcs is desired.
  • the device for controlling an electric arc, object of the present invention applicable to an arc furnace comprising at least one reaction chamber in which are located at least two electrodes, a device for injecting a fuel, possibly a separate device for introducing an oxidizer and possibly means for creating one or more magnetic fields in the aforementioned reaction chamber, is essentially characterized in that it comprises means for moving the electric arc constituted at least mainly and preferably entirely by generators of aerodynamic fields.
  • aerodynamic fields is meant a spatio-temporal distribution of the movements of the fuel and / or of the oxidizer and / or of the gases resulting from reactions in the aforementioned reaction chamber.
  • the means generating aerodynamic fields are the device for injecting the fuel into the reaction chamber.
  • the means generating aerodynamic fields for moving the electric arc in the reaction chamber are the fuel injection and oxidant introduction devices.
  • the device of the invention is equipped with means for adjusting the aerodynamic fields modifying the directions in which the fuel is injected into the reaction chamber.
  • the reaction chamber has a cylindrical symmetry and it can for example be limited by two coaxial cylinders; the electrodes may be two coaxial cylinders arranged one after the other in the axial direction and having between them an interval in which is located the fuel injection device; the means of modulating the aerodynamic fields are not only modifiers of the direction of injection of the fuel which can pass through different positions such as radial, tangential, helical and all the intermediate cases, but also possibly adapters of the speed to which the fuel is injected.
  • the aerodynamic field modulators cause a rotation of the electric arc.
  • the fuel injection device gives the latter a speed at least equal to 90 m / second and less than that of sound.
  • a field magnetic back-up is created and the displacements of the electric arc are governed by the simultaneous action of the extra magnetic field and the aerodynamic fields present in the reaction chamber.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Furnace Details (AREA)

Abstract

Ce dispositif de controle d'un arc electrique est applicable a un four a arc comprenant au moins une chambre de reaction dans laquelle sont sises au moins deux electrodes, un dispositif pour injecter un combustible, eventuellement un dispositif distinct pour introduire un comburant et eventuellement des moyens pour creer un ou des champs magnetiques dans la chambre de reaction precitee. Il comporte en outre des moyens pour deplacer l'arc electrique, constitues essentiellement par des generateurs de champs aerodynamiques, ces champs pouvant eux-memes etre modules en vitesse et/ou en direction.

Description

Dispositif de contrôle d'un arc électrique.
La présente invention a trait à un dispositif de contrôle d'un arc électrique et est particulièrement applicable aux fours à arcs et fours ou torches à plasma.
Les domaines d'utilisation de gaz à hautes et très hautes températures sont très étendus et fort diversifiés. Ces gaz sont utilisés en chimie, métallurgie, dans les techniques de revêtement et aussi dans les techniques de soudage.
Une des méthodes connues et utilisées depuis fort longtemps pour chauffer un gaz à une température élevée par exemple 2000 à 5000οC consiste à utiliser un appareil électrique dans lequel l'apport d'énergie est dû à la création d'un ou de plusieurs arcs électriques, ce qui a conduit au développement des fours à arcs et/ou à plasma. Les fours à arcs sont précisément un domaine dans lequel le contrôle du déplacement de l' arc est fort important . Les fours à arcs comportent généralement au moins une chambre de réaction où sont sises les électrodes entre lesquelles l ' arc jaillit . Dans cette chambre de réaction, un gaz ou un mé lange gazeux est introduit dans la zone où l' arc existe, ce de telle sorte que par apport de chaleur, on obtienne à la sortie de la dite chambre un ou des gaz à température voulue . Bans beaucoup de cas, on peut prévoir un dispositif propre qui inj ecte un combustible dans la zone où l' arc existe et un autre dispositif pour admettre un comburant, et ce afin de provoquer une réaction libérant des gaz chauds de composition adéquate.
Dans certains cas, par exemple en métallurgie dans le cadre de la réduction de minerai de fer avec injection de gaz réducteurs, les gaz chauds précités sont fort intéressants, car ils contiennent du CO qui est fort utile peur la réduction du minerai.
En outre, il est aussi connu d ' injecter dans la chambre de réaction, un gaz oxydant qui est souvent de l' air seul ou enrichi en oxygène, ou composé de CO2 ou H2O, et ce de manière à obtenir par réaction avec un autre élément, du CO et du H2 .
Le problème majeur lors de l' emploi de gaz chauds et/ou de plasmas consiste en la résistance thermique àas matériaux constitutifs de l' appareillage mis en contact avec les gaz chauds et/ou les plasmas .
Dans cet ordre d ' idée, les points de contact d ' un arc é lectrique avec les électrodes enzre lesquelles il s ' établit, c ' est-à- dire les pieds ce l' arc électrique, sont particulierement sollicités de par la très hauze température qui y règne, ce qui peut mener à la destruction rapide de l'électrode.
Afin de pallier cet inconvénient grave, on a mis en oeuvre divers types de solutions dont la plus répandue consiste à déplacer les pieds de l'arc électrique sur les électrodes de manière à changer constamment les lieux soumis à haute température. La technique communément développée pour faire mouvoir l'arc, et donc aussi ses pieds sur les électrodes, consiste à utiliser un champ magnétique généré dans l'espace où est créé l'arc électrique. L'interaction entre l'arc et le champ magnétique a pour effet la création d'une force qui déplace l'arc.
Dans la méthode de contrôle précitée, le type d'injection du combustible, c'est-à-dire tangentiel, radial ou hélicoïdal, importe peu et c'est principalement les paramètres du ou des champs magnétiques appliqués à l'arc qui déterminent le déplacement des pieds de l'arc sur les électrodes.
De plus, les déplacements sont souvent fort influencés par les courants aerodynamiques perturbateurs qui prennent naissance au cours de la combustion.
Le propre du dispositif de la présente invention est de permettre un contrôle des mouvements de l'arc basé sur des observations des champs aérodynamiques présents dans la chambre de réaction et ce en agissant sur des paramètres liés aux dispositifs d'injection du combustible, et éventuellement du gaz oxydant avec intervention accessoire et/ou correctrice d'un ou de plusieurs champs magnétiques.
Le dispositif de l'invention est décrit dans le cas particulier de son utilisation dans le cas d'un four à arc comprenant une chambre de réaction avec injection de gaz comburant et/ou oxydant et/ou réducteur. Toutefois, la limitation volontaire de la description au cas d'un four n'est pas restrictive du domaine d'application de l'invention, mais uniquement due au souci de la présenter le plus clairement possible. Il va de soi que le dispositif de l'invention peut être utilisé sous forme appropriée dans divers appareils dans lesquels le contrôle du déplacement d'un ou de plusieurs arcs est souhaité.
Le dispositif de contrôle d'un arc électrique, objet de la présente invention, applicable à un four à arc comprenant au moins une chambre de réaction dans laquelle sont sises au moins deux électrodes, un dispositif pour injecter un combustible, éventuellement un dispositif distinct pour introduire un comburant et éventuellement des moyens pour créer un ou des champs magnétiques dans la chambre de réaction précitée, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour déplacer l'arc électrique constitués au moins principalement et de préférence entièrement par des générateurs de champs aérodynamiques. On entend par champs aérodynamiques, une distribution spatio-temporelle des mouvements du combustible et/ou du comburant et/ou des gaz issus de réactions dans la chambre de réaction précitée.
Suivant une première modalité de réalisation du dispositif de l'invention, les moyens générateurs de champs aérodynamiques sont le dispositif d'injection du combustible dans la chambre de réaction.
Suivant une deuxième modalité de réalisation du dispositif de l'invention, les moyens générateurs de champs aérodynamiques pour déplacer l ' arc électrique dans la chambre de réaction sont les dispositifs d'injection de combustible et d'introduction de comburant. Suivant une autre modalité de réalisation, le dispositif de l' invention est équipé de moyens de réglage des champs aérodynamiques modifiant les directions suivant lesquelles le combustible est inj ecté dans la chambre de réaction.
Suivant encore une autre modalité de réalisation du dispositif de l' invention, la chambre de réaction présente une symétrie cylindrique et elle peut par exemple être limitée par deux cylindres coaxiaux; les électrodes peuvent être deux cylindres coaxiaux disposés l 'un à la suite de l ' autre dans le sens axial et présentant entre eux un intervalle dans lequel est sis le dispositif d ' injection du combustible; les moyens de modulation des champs aérodynamiques sont non seulement des modificateurs de la direction d ' inj ection du combustible qui peut passer par différentes positions telles que radiale, tangen tielle, hélicoïdale et tous les cas intermédiaires, mais aussi éventuellement des adaptateurs de la vitesse à laquelle le combustible est injecté .
Suivant une autre modalité préférentielle de réalisation du dispositif de l' invention, les modulateurs des champs aérodynamiques provoquent une rotation de l ' arc électrique .
Suivant encore une autre modalité préférentielle de réalisation du dispositif de l' invention, le dispositif d ' inj ection du combustible confère à ce dernier une vitesse au moins égale à 90 m/seconde et inférieure à celle du son.
Suivant encore une autre modalité de réalisation du dispositif de l ' invention, lors de conditions particulières de travail, par exemple de très basses ou de très hautes vitesses d ' inj ection du combustible pouvant faire naître des conditions de champs aérodynamiques non usuelles, un champ magnétique d ' appoint est créé et les déplacements de l'arc électrique sont régis par l'action simultanée du champ magnétique d'appoint et des champs aérodynamiques présents dans la chambre de réaction.

Claims

Revendications .
1. Dispositif de contrôle d 'un arc électrique, applicable à un four à arc comprenant au moins une chambre de réaction dans laquelle sont sises au moins deux électrodes, un dispositif pour inj ecter un combustible, éventuellement un dispositif distinct pour introduire un comburant, éventuellement des moyens pour créer un ou des champs magnétiques dans la chambre de réaction précitée, caractérisé en ce qu ' il comporte des moyens pour déplacer l ' arc électrique constitués au moins principalement et de préférence entièrement par des générateurs de champs aérodynamiques .
2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens générateurs de champs aérodynamiques sont le dispositif d' inj ection du combustible dans la chambre de réaction.
3. Dispositif suivant les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens générateurs de champs aérodynamiques pour déplacer l ' arc électrique dans la chambre de réaction sont les dispositifs d ' injection de combustible et d ' introduction de comburant .
4. Dispositif suivant l 'une ou l' autre des revendications 1 à
3, caractérisé en ce qu ' il est équipé de moyens de réglage des champs aérodynamiques modifiant les directions suivant lesquelles le combustible est injecté dans la chambre de réaction.
5. Dispositif suivant une ou plusieurs des revendications 1 à
4, dans lequel la chambre de réaction présente une symétrie cylindrique, la dite chambre étant par exemple limitée par deux cylindres coaxiaux et dans lequel les électrodes sont par exemple constituées par deux cylindres coaxiaux disposés l 'un à la suite de l ' autre dans le sens axial et présentant entre eux un intervalle dans lequel est sis le dispositif d'injection du combustible, caractérisé en ce que les moyens de modulation des champs aérodynamiques sont non seulement des modificateurs de la direction d'injection du combustible qui peut passer par différentes positions telles que radiale, tangentielle, hélicoïdale et tous les cas intermédiaires, mais aussi éventuellement des adaptateurs de la vitesse à laquelle le combustible est injecté.
6. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à
5, caractérisé en ce que les moyens de modulation des champs aérodynamiques provoquent une rotation de l'arc électrique.
7. Dispositif suivant une ou plusieurs des revendications 1 à
6, caractérisé en ce que le dispositif d'injection du combustible confère au dit combustible une vitesse au moins égale à 90 m/seconde et inférieure à la vitesse du son.
8. Dispositif suivant une ou plusieurs des. revendications 1 à
7, caractérisé en ce qu'en présence de conditions particulières de travail, par exemple de très basses ou de très hautes vitesses d'injection du combustible pouvant faire naître des conditions de champs aérodynamiques non usuelles, un champ magnétique d'appoint est créé et les déplacements de l'arc électrique sont régis par l'action simultanée du champ magnétique d'appoint et des champs aerodynamiques présents dans la chambre de réaction.
PCT/BE1982/000013 1981-06-10 1982-06-03 Dispositif de controle d'un arc electrique Ceased WO1982004519A1 (fr)

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AU85232/82A AU8523282A (en) 1981-06-10 1982-06-03 Electric arc control device

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BE6/47469A BE889172A (fr) 1981-06-10 1981-06-10 Dispositif de controle d'un arc electrique
BE47469810610 1981-06-10

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WO1982004519A1 true WO1982004519A1 (fr) 1982-12-23

Family

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PCT/BE1982/000013 Ceased WO1982004519A1 (fr) 1981-06-10 1982-06-03 Dispositif de controle d'un arc electrique

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ZA (1) ZA824042B (fr)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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ZA824042B (en) 1983-04-27

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