CN101390454B - 转移弧等离子体炬 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种转移弧等离子体炬，包括：使用冷却流体(21)冷却的套筒(25)以及插入该套筒内的电极，该电极由可消耗材料制成，并且该炬包括用于供应由该材料制成的电极的装置(80)，以便补偿电极的腐蚀。

Description

转移弧等离子体炬
技术领域
本发明涉及等离子体炬领域，更具体涉及一种转移弧等离子体炬。
背景技术
等离子体炬用于在受控反应性气氛下在非常高的温度下处理材料(固体，液体或气体)。尤其，等离子体炬通常应用于焊接、标记、热喷发(projectionthermique)和废物处理。
等离子体是电离状态的气体，通常认为等离子体是物质的第四种状态。为了在大气压下获得气体的电离，使用等离子体炬。这些炬借助于电磁波(无线电频率或微波)或电弧给气体电离带来所需的能量。在这里，我们仅考虑构成能达到大的运行功率的唯一技术的弧炬(torchesàarc)。
我们将弧炬归分为两类：喷射(soufflé)弧炬和转移弧炬。在喷射弧炬的情况下，能产生电弧的两个电极被容纳在炬内，且因此，弧被封闭到炬的内部。通过气体在弧内经过产生的等离子烟喷射至炬外部。在转移弧炬的情况下，炬仅包括唯一一个电极，且弧产生在炬和另外的用作反电极的材料之间。在申请EP-A-706308中描述有喷射弧炬和转移弧炬的例子。
两个转移弧炬可通过并排联接的方式使用，以便在它们之间维持弧，一个用作阴极，另一个用作阳极。该装置以双极并联炬或《孪生炬》的名字而公知。
在申请EP-A-1281296中描述有并联炬的例子。
无论运用哪种弧炬技术，主要问题依然是电极的短寿命。
几年来，大量的研究工作基本上涉及通过选择电极材料来延长等离子体炬的电极寿命。这些电极分为两类：所谓的“热”电极，由高沸点或高升华点的耐火材料制成(诸如钨和锆)；以及所谓的“冷”电极，由低沸点和强热传导的材料制成(诸如铜)。无论使用哪种类型的材料，电极通过腐蚀遭受磨损。
已制定不同的技术方案来减少电极的磨损速度：在钍中掺杂钨，机加工电极末端等。很快出现了通过水的内部循环来对电极自身冷却的必要性，且主要的后果是使炬的结构更为复杂，产生两个甚至三个的分离的冷却回路几乎不与限定尺寸的系统(诸如热等离子体炬)兼容。另外，由于必须预先将冷却回路的接头断开，电极的维修操作和替换操作变得困难。
另外，在远离等离子体炬领域的领域，即，铝的电解领域或钢铁工业领域已知使用可消耗的电极，以石墨制成的简单实心圆柱的形状出现。然而，这些电极唯一可能在还原气体气氛下运用，因为在氧化气氛下，石墨的燃烧将使电极快速腐蚀。
本发明的目的是提供一种转移弧等离子体炬，它具有与冷却电极等离子体炬相同的使用性能，而不具有其缺点，尤其是体积和安装的复杂性以及维修方面的缺点。
发明内容
本发明提供一种转移弧等离子体炬，包括使用冷却流体来冷却的套筒以及插入所述套筒内的电极，所述电极由可消耗的材料制成，并且该炬包括用于供应由该材料制成的电极的装置以便补偿电极的腐蚀。
因此，不需提供额外的用于冷却电极的冷却回路。
根据实施例，用于供应由所述材料制成的电极的装置包括使电极向炬远端自动前进的装置。我们尤其可以提供通过摩擦使电极向炬远端前进的滚轮。
有利地，炬包括气罩装置，该气罩装置确保通过所述套筒的内部的中性等离子体化气体来罩住所述电极。
因此，电极的腐蚀将被显著抑制，且电极寿命延长了。为了使保护最优化，气罩装置通过所述气体和该气体向电极远端的扩散确保对电极的清扫(balayage)。
套筒可在其远端包括第二气体的输送管道，炬包括与所述输送管道连接的注射装置，以便在电极下游(enaval，下部)注入第二气体。该紧密设置能在电极下游获得所希望成分的等离子体。
有利地，等离子体炬包括支撑气体接头、冷却流体接头和电源接头组件的固定的炬主体。套筒具有与炬头部连成一体的管状部分，所述套筒贯穿所述炬主体，该炬头部设置在所述炬主体上并和其协作，以便确保在所述接头和所述套筒之间的气体回路、冷却流体回路和供电回路的连续性。
因此，当改变电极时，不需要拆卸气体接头、冷却流体接头和电源接头。
典型地，套筒的管状部分包括限定腔的两个同心护套，该腔与冷却回路连接。
另外，可预设导向和固定装置，以便将炬头部定位在所述主体的预定位置上，并在该预定位置将所述炬头部固定在所述主体上。很容易进行该安装和拆卸，且尤其能避免由主体和炬头部之间的对准缺陷而引起的密封问题。
电极的供电借助于至少一个金属刷子来确保，该刷子安装在炬头部上并通过弹簧作用按压在电极表面上。在此同样，容易进行电极的安装和拆卸。
附图说明
通过参照附图阅读本发明优选的实施例，会显露出本发明其他的特征和优点，其中：
图1示出了根据本发明的转移弧等离子体炬的示意图；
图2详细示出了根据本发明的转移弧等离子体炬。
具体实施方式
以本发明为基础的第一构思是提供一个材料可连续供应的可消耗电极。以本发明为基础的第二构思是通过在套筒内的中性气体罩来保护该电极。
本发明将被有利地用于制造并联的等离子体炬(或称“等离子体火炬”)，一个等离子体炬用作阳极，且另一个用作阴极。然而，这两个炬结构上是相同的，故仅描述其中一个。
图1示出了根据本发明的转移弧等离子体炬。它包括称为炬主体的支撑体10、、具有与炬头部20的上部部分连成一体的管状部分的套筒25(该套筒优选为金属的)、可消耗电极30(例如石墨电极)、导向和固定装置40、扩散器50、用于使电极前进的装置60、通过刷子70与电极电连接的装置。
炬主体10构成炬的固定部分(该部分从没有被拆卸过)，并支撑与流体回路、气体回路和供电回路的所有连接物。接头是头部和套筒的冷却水的输入(端)和输出(端)、等离子体化气体的输入(端)、第二气体的输入(端)和电源输入(端)。炬主体在其上部部分包括夹板11，气体回路、冷却流体回路和电连接通向该夹板处。
借助于导向和固定装置40来将炬头部20安装在炬主体的夹板11上。该装置确保炬头部在炬主体上的预先确定的位置上的导向和固定。导向由导向销或定中心装置(在支撑体主体上或这些装置的组合件上)确保。例如，借助于快速固定机构来实现固定。在支撑体10和炬头部20之间的流体回路和气体回路的连续性由合适的密封系统确保，例如借助于垫圈，尤其是环形垫圈，或者借助于在夹板11处的特殊的连接装置来确保。
石墨制成的圆柱形电极30完全穿过炬头部，并在套筒内延伸。其供电通过与金属刷子(balaimétallique，或钢丝刷)70接触来实现，该金属刷子由弹簧71推向电极。提供一些装置以便供应可消耗材料电极(例如借助于放置在炬头部处的自动前进装置)。这些前进装置例如是速度可调的机动滚轮60，该滚轮按压在电极上，在完全相反的位置，并通过摩擦使电极向炬远端前进。
以此方式，当炬头部必须被拆卸时，只有固定系统40必须被操纵，这样使得简单地通过从夹板上竖直抬起固定系统，就可以松开炬主体10的炬头部20。在这里，我们可以看到能将炬的所有机械部分分开，而不用将流体回路和气体回路从炬主体10上断开的优点。
图2更详细地描述了根据本发明的炬头部的端部。
如以上所述，电极30由套筒25和炬头部20保护，电极的远端31有利地位于相对于炬喷嘴(nez，鼻部)26的后面(retrait)。套筒由冷却流体21(例如水)的内部回路冷却。套筒具有同心的两个护套的管状形状，该冷却流体在由这两个护套限定的腔内循环。另外，设置在腔内部的管道22允许第二气体23输送直至炬远端。
等离子体炬包括适用于将中性保护性气体罩保持在电极周围的气罩装置。该中性气体还用于产生等离子体。更具体地，气罩装置不仅通过中性气体确保对电极的清扫，还在其远端或活性端确保该气体的扩散。为此，电极被保护以免受外部环境影响，尤其当外部环境为氧化性时。
气罩装置包括气体供给回路和扩散器50。实际上，该扩散器具有多个功能：除了确保在电极30和套筒25之间等离子体化中性气体80循环，以及该气体在电极活性端的扩散，该扩散器还确保电极30相对于套筒25的同轴定心，以及它们相互的电绝缘。扩散器50可以是绝缘环形状，该环在其下部具有法兰(bride，压板)51。绝缘环由锁止金属卡环或任何等同的卡夹系统固定在套筒25内。选择环的内部直径以便通过轻微的过压来固定套筒，以及通过中性等离子体化气体来确保对电极的清扫。另外，喷嘴(buse，排气管)52穿过法兰，该喷嘴由一个或多个第二气体输送管22供给，以便第二气体喷入在电极下游的等离子体区域内。
需要注意的是，等离子体化气体能通过稳定的弧产生等离子体，而第二气体使得能够获得具有所期望的化学成分或物理特性的等离子体。有利地，我们使用诸如氩的等离子体化的中性气体和诸如氧气的第二气体。
这样的系统能用在所有的需要产生等离子体的应用中，尤其是在废料的处理领域的应用中。

Claims (7)

1.一种转移弧等离子体炬，包括：使用冷却流体(21)冷却的套筒(25)以及插入所述套筒内的并且用于产生等离子体的电极(30)，所述电极由可消耗材料制成，并且所述炬包括用于供应由所述可消耗材料制成的电极的装置(60)，以便补偿所述电极的腐蚀，其特征在于，所述炬包括气罩装置，所述气罩装置确保通过所述套筒内部的中性等离子体化气体罩住所述电极，所述等离子体炬包括支撑气体接头、冷却流体接头和电源接头的组件的固定的炬主体，所述套筒具有与炬头部连成一体的管状部分，所述套筒完全穿过所述炬主体，所述炬头部设置在所述炬主体上并与所述炬主体协作，以便确保在所述组件和所述套筒之间的气体回路、冷却流体回路和供电回路的连续性。
2.根据权利要求1所述的等离子体炬，其特征在于，所述用于供应由所述可消耗材料制成的电极的装置包括用于使所述电极向所述炬的远端自动前进的装置。
3.根据权利要求1所述的等离子体炬，其特征在于，所述气罩装置通过所述中性等离子体化气体向所述电极远端的扩散确保对所述电极的清扫。
4.根据权利要求3所述的等离子体炬，其特征在于，所述套筒在其远端包括第二气体输送管道，所述炬包括与所述输送管道连接的喷射装置，以便确保在所述电极下游所述第二气体的喷入。
5.根据权利要求1所述的等离子体炬，其特征在于，所述管状部分具有限定腔的两个同心护套，所述腔与所述冷却流体回路连接。
6.根据权利要求1或5所述的等离子体炬，其特征在于，所述炬包括：导向和固定装置，以便将所述炬头部定位在所述炬主体的预定位置上，并在该位置将所述炬头部固定在所述炬主体上。
7.根据权利要求1或5所述等离子体炬，其特征在于，所述电极通过至少一个金属刷子来供电，所述金属刷子安装在所述炬头部上并通过弹簧作用按压在所述电极的表面上。
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