CN101394704A - 等离子喷枪装置以及使用等离子体处理回炉矿石的方法 - Google Patents

Abstract

一种等离子喷枪装置包括：装置本体组件；电极组件，被设置在装置本体组件中以通过放电产生等离子体；气体通道，被纳入装置本体组件中以供应气体；冷却水通道，被纳入到装置本体组件中以供应冷却水。该等离子喷枪装置可以包括用于盘旋气体以防止电极组件磨损的气体盘旋组件和用于激活电子流以提高喷枪效率的磁体组件中的至少一个。气体盘旋组件和磁体组件被布置在电极组件周围。等离子喷枪装置便于调整等离子射流(火焰)的长度和尺寸(例如，直径)，将冷却水和气体(介质)通道纳入其中以提供紧凑结构，防止电极组件磨损以增加寿命，以及在处理回炉矿石时提供最小的功率消耗以及高的处理效率。还涉及一种使用等离子体处理回炉矿石的方法。

Description

等离子喷枪装置以及使用等离子体处理回炉矿石的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2007年9月20日向韩国知识产权局提交的第2007-0095986号韩国专利申请的优先权，该申请的公开内容通过引用的方式纳入本说明书。

发明背景

技术领域

本发明涉及一种等离子喷枪(plasma torch)装置以及一种使用等离子体处理回炉矿石(return ore)的方法。更具体地，本发明涉及一种等离子喷枪装置，其便于调整等离子射流(火焰)的长度和尺寸(例如，直径)，将冷却水和气体(介质)通道纳入在其中以便提供紧凑结构，阻止电极组件磨损以增加寿命，以及在处理回炉矿石时提供最小的功率消耗和高的处理效率；以及涉及一种使用等离子体处理回炉矿石的方法。

背景技术

通常，等离子喷枪装置用在使用高温热量来熔化物体的等离子喷射或熔化过程中。等离子喷枪装置包括阴极和阳极(喷嘴)、安装在该阴极和阳极之间的绝缘体、气体供应结构以及用于冷却等离子喷枪装置的主要元件的冷却结构，该阴极和阳极中的每个都是锥形的以适当地产生热的且高速的等离子射流。

此种等离子喷射或熔化过程可以使用等离子射流即刻熔化诸如粉末或可熔材料的物体，该物体因高温热量而熔化。

然而，自目前已知，大部分等离子喷枪装置中难于控制等离子射流，例如，等离子射流的尺寸(直径)或长度。

另外，用于将气体作为介质供应给等离子喷枪的气体供应结构(通道)以及冷却水通道(即，用于供应、循环以及排放冷却水的结构)没有被纳入到喷枪体中。因此，这导致喷枪的总体结构复杂化，从而使得更难于获得紧凑的喷枪结构。

其他问题在于，阴极和阳极因它们被电弧严重磨损需要被频繁更换。

也已知一种处理回炉矿石的方法，该方法使用来自等离子喷枪装置的等离子体将具有预定颗粒尺寸的回炉矿石熔化成回炉矿石块。然而，在使用此种常规的等离子喷枪装置处理回炉矿石的情况下，如已知的一样，本身难于调整等离子射流(火焰)的长度或尺寸(直径)。

发明内容

为克服相关技术的上述问题，已做出本发明，以及本发明的一个方面是提供一种紧凑的等离子喷枪装置，其便于调整等离子射流(火焰)的长度和尺寸(例如，直径)，将冷却水和气体(介质)通道纳入到其中以便提供紧凑结构，以及防止电极组件磨损以增加该紧凑的等离子喷枪装置的寿命。

本发明的另一方面是提供一种使用等离子体处理回炉矿石的方法，特别地，该方法通过在提高回炉矿石的处理效率的同时最小化功率消耗，使用来自本发明的等离子喷枪装置的等离子体将具有预定颗粒尺寸的回炉矿石熔化成回炉矿石块。

根据本发明的一个方面，该等离子喷枪装置可以包括：装置本体组件；电极组件，其被设置在该装置本体组件中以通过放电产生等离子体；气体通道，其被纳入到该装置本体组件中以供应气体；以及冷却水通道，其被纳入到该装置本体组件中以供应冷却水。

根据本发明的另一方面，该等离子喷枪装置可以包括：装置本体组件；电极组件，其被设置在该装置本体组件中以通过电荷产生等离子体；以及用于盘旋气体以阻止该电极组件磨损的气体盘旋组件和用于激活电子流以提高喷枪效率的磁体组件中的至少一个。该气体盘旋组件和磁体组件被布置在该电极组件周围。

在一个示例性实施方案中，具有气体盘旋组件和磁体组件的等离子喷枪装置还可以包括：气体通道，该气体通道被纳入到该装置本体组件中以供应气体；以及冷却水通道，该冷却水通道被纳入到该装置本体组件中以供应冷却水。

在另一个示例性实施方案中，该电极组件可以包括：阴极，其被设置在该装置本体组件内部；阳极，其具有形成于其中的等离子喷嘴并且以一预定间隔被布置在该阴极之前以产生放电。

在又一个示例性实施方案中，该装置本体组件可以包括：第一金属体部件，其电连接到该电极组件的阳极；绝缘体部件，其与该第一金属体部件装配；以及第二金属体部件，其被容纳在该绝缘体部件内部并且电连接到该电极组件的阴极。

在一个示例性实施方案中，该第一金属体部件包括：第一本体，其形成了该装置的外部；机架(housing)，其装配到该第一本体的内部，其中该机架支撑并施加电压到该电极组件的阳极；以及第一外壳(casing)，其装配到该第一本体的一侧以固定该电极组件的阳极。

在另一个示例性实施方案中，该绝缘体部件包括：第一绝缘体，其装配到第一金属体的第一本体和机架的内部；以及第二绝缘体，其形成第二外壳并固定地装配到该第一本体和第一绝缘体中的每一个的一侧。

另外，该第二金属体包括：第二本体，其装配到该绝缘体部件的第一和第二绝缘体两者的内部以便施加电压到位于其中的电极组件的阴极；以及电压施加构件，其装配到该第二本体并固定到该电极组件的阴极的内部。

在另一个示例性实施方案中，该气体通道包括第一和第二气体渠道，该第一和第二气体渠道形成于该第一金属体部件的第一本体和机架中；形成于该绝缘体部件的第一绝缘体和该第一金属体部件的机架之间的空间；以及第三气体渠道，其形成于被布置在该第一绝缘体和该第一金属体部件的机架之间的气体盘旋组件中。

另外，该气体盘旋组件具有环形结构以及具有多个气体渠道，该环形结构在该装置本体组件的第一金属体部件的机架和绝缘体部件的第一绝缘体之间被装配在阴极周围。

另外，该磁体组件包括主磁环和装配到该主磁环两侧的外环，其中一个外环被支撑在机架上，并且另一个外环被支撑在该阳极上。

在又一个示例性实施方案中，该冷却水通道被配置为均匀地冷却该装置，并且包括：第一冷却水渠道，其形成于该第一金属体部件的第一本体中；第二冷却水渠道，其形成于该第一金属体部件的机架中；第三冷却水渠道，其形成于该绝缘体部件的第一绝缘体中；第四冷却水渠道，其形成于该第二金属体部件的第二本体中；形成于该第二本体和该电极组件的阴极之间的空间；第五冷却水渠道，其形成于被紧固到该第二本体的内部的电压施加构件中；以及第六冷却水渠道，其形成于该第二本体内部。

根据本发明的又一方面，使用等离子体处理回炉矿石的方法可以使用至少两个具有不同长度和尺寸的等离子射流的等离子喷枪装置来处理回炉矿石，其中通过调整供应到该等离子喷枪装置的气体流率以及设置在该等离子喷枪装置内的电极组件的阳极的等离子喷射喷嘴的内径，使得所述长度和尺寸不同。

在一个示例性实施方案中，第一和第二排的等离子喷枪装置被布置在所运输的回炉矿石上方以增加回炉矿石处理区域，该第一和第二排的等离子喷枪装置相互交替，其中第一排的等离子喷枪装置的火焰在长度上减小而在直径上增大，而第二排的等离子喷枪装置的火焰与第一排的等离子喷枪装置的火焰相比在长度上增加而在直径上减小。

如上所述，本发明的紧凑的等离子喷枪装置便于调整等离子射流(火焰)的长度和尺寸(直径)，将冷却水和气体(介质)通道纳入到其中以便提供紧凑结构，以及防止电极组件磨损以增加该紧凑的等离子喷枪装置的寿命。

另外，特别地，通过在提高回炉矿石的处理效率的同时最小化功率消耗，本发明的使用等离子体处理回炉矿石的方法使用来自本发明的等离子喷枪装置的等离子体将具有预定颗粒尺寸的回炉矿石熔化成回炉矿石块。

附图说明

从下面结合附图的详细描述中会更清楚地理解本发明的上述以及其他目的、特征以及其他优点，其中：

图1是示出了根据本发明的等离子喷枪装置的总体构造的装配图；

图2是示出了图1中示出的本发明的等离子喷枪装置的分解立体图；

图3是示出了根据本发明的等离子喷枪装置的装置本体组件的第一金属体部件的第一本体的横截面图；

图4是示出了根据本发明的等离子喷枪装置的第一金属本体部件的机架的横截面图；

图5A和5B是示出了根据本发明的等离子喷枪装置的第一金属体部件的第一外壳的横截面图和主视图；

图6A和6B是示出了根据本发明的装置本体组件的第一绝缘体的横截面图和前视图；

图7是示出了根据本发明的绝缘体部件的第二绝缘体的横截面图；

图8是示出了根据本发明的装置本体组件的第二金属体部件的第二本体的横截面图；

图9A和9B是示出了根据本发明的第二金属体部件的电压施加构件的侧视图和前视图；

图10A至10C是示出了根据本发明的电极组件的阴极的侧视图、前视图和后视图；

图11A和11B是示出了根据本发明的电极组件的阳极的横截面图和前视图；

图12A和12B是示出了根据本发明的气体盘旋组件的侧视图和前视图；

图13A至13D是示出了根据本发明的磁体组件的结构图；

图14是示出了连结到图2中示出的第一金属体部件的第一本体的气体/冷却水连接板(connecting block)的俯视图；

图15A和15B是示出了根据本发明的等离子喷枪装置的已装配状态的立体图；

图16是示出了根据本发明的一种使用等离子体(或等离子喷枪装置)处理回炉矿石的方法的立体布局图。

具体实施方式

现将参照附图详细描述本发明的示例性实施方案。

图1和2是示出了根据本发明的等离子喷枪装置1的总体构造的装配图和分解立体图，图3至14示出了根据本发明的等离子喷枪装置1的各个元件，图15A和15B示出了根据本发明的已装配的等离子喷枪装置1的外部，以及图16示出了根据本发明的一种使用等离子体(或等离子喷枪装置)处理回炉矿石的方法。

首先，参见图1和2，本发明的等离子喷枪装置1通常包括装置本体组件10(图3至9B)以及电极组件50(图10A至11B)，该电极组件被设置在该装置本体组件10内部以通过放电来产生等离子体。

例如，如图1和2所示，等离子火焰(见图16中的F1和F2)从等离子射流生成，该等离子射流通过供应气体(介质)G穿过装置本体组件10并且响应于高电压(或者可能是高频率)从电极组件50放出电弧来产生。等离子火焰(见图16中的F1和F2)用来熔化诸如回炉矿石的物体。

本发明的等离子喷枪装置1可以使用空气或氮气(N₂)作为供应气体，该供应气体在下文被共同称作“气体”。由于氮气是昂贵的，本发明的装置可以使用空气代替氮气而获得期望水平的功率(即，加热温度)。

参见图1和2，本发明的等离子喷枪装置1还包括被纳入到该装置本体10中的气体通道60和冷却水通道70。气体通道60供应气体到电极组件50，以及冷却水通道70用来冷却该装置。

另外，本发明的等离子喷枪装置1还包括气体盘旋组件80(见图12A和12B)，如图1和2所示该气体盘旋组件被布置在电极组件50周围。该气体盘旋组件80用来使得空气盘旋以由于电弧点在电极组件50中的移动而防止电极磨损。

本发明的等离子喷枪装置1还包括磁体组件90(见图13A至13D)，如在图1和2所示该磁体组件被布置在电极组件50周围。该磁体组件90用来调整电子流以提高喷枪效率。

下文将详细描述气体通道60、冷却水通道70、气体盘旋组件80以及磁体组件90。

在本发明的等离子喷枪装置1中，如图1和2所示，电极组件50包括被设置在装置本体组件10内部的阴极52(见图10A至10C)以及被布置在该阴极前面的阳极54(见图11A和11B)。阳极54与阴极52间隔以放出电弧，并且被如此构造为易于装配和拆卸。

下文将描述关于阳极54如何被装配到装置1的细节。

当供应空气以及施加高电压到阴极和阳极时，根据供应的气体的流率以可变的量形成等离子射流或等离子流，并且从阳极54的喷嘴54a喷射等离子火焰(见图16中的F1和F2)。

因此，本发明的等离子喷枪装置1可以基于不同的因素控制等离子射流。例如，参见图11A和11B，通过改变阳极54的喷嘴54a的内径或者改变所供应的气体(见图1的G)的流率可以容易地调整等离子射流的长度和尺寸(直径)。

例如，当减小气体的流率时，等离子射流的长度减小。减小长度的等离子射流可以加热更宽的区域但具有降低的加热温度。

相反地，当增大气体的流率时，等离子射流的长度增大。增大长度的等离子射流可以加热更小的区域但具有升高的加热温度。

因此，对等离子射流(等离子火焰)的长度和尺寸(直径)的调整可以有用地施加到后面描述的处理回炉矿石的过程。

另外，除了对回炉矿石的处理，也可以根据由等离子喷射要熔化的物体的状态有效地执行等离子加热处理。

例如，如在第10-2006-0133199号韩国专利申请中所公开的，在具有预定颗粒尺寸的回炉矿石被使用来自等离子喷枪装置的火焰熔化成回炉矿石块的情况下，能够实现最优的等离子射流以使用本发明的等离子喷枪装置处理回炉矿石。在此，适合于处理回炉矿石的气体流率在15L/分钟至17L/分钟的范围内。

在此，如图1和2所示，也可以通过改变阴极52和阳极54之间的间隔来调整等离子射流的形状。

由于可以容易地装配和拆卸本发明的等离子喷枪装置1的所有元件，能够通过以一希望的值来调整阴极52和阳极54之间的间隔而容易地装配阴极52和阳极54(见图10A至11B)。

在本发明的等离子喷枪装置1中，参见图2、10A、10B和10C，优选地，阴极52的尖端52a由钨制成或表面处理有钨。这可以减少阴极尖端52a的磨损，该尖端用于产生电弧。

另外，参见图2，11A和11B，阳极54由具有向外延伸的凸缘的圆柱体组成。喷嘴54a被成形为延伸穿过阳极54的圆柱体的内部(即，中心部分)。

因此，在本发明的等离子喷枪装置1中，能够制备具有不同内径的阳极喷嘴54a的多个阳极54，并且能够根据等离子加热条件容易地装配任意一个阳极54。

另外，参见图11A和11B，在阳极54的喷嘴54a上形成一个阶梯型部分54b。

因此本发明的阳极可以在该阶梯型部分上引起涡流(即，当供应的气体在该阶梯型部分上流动时产生涡流)以增加等离子射流，从而进一步提高等离子体的热效率。

参见图2、11A和11B，在阳极54的向外延伸的凸缘上形成装配凸起54c。参见图1、5A和5B，当阳极54被装配到第一金属体部件20时，该装配凸起固定到装置本体组件10的第一金属体部件20的第一外壳26。

如图1、5A和5B所示，第一外壳26具有螺纹S和用来便于旋转第一外壳26的凹口26a。利用螺纹S和凹口26a，第一外壳26被拧进第一金属体部件20的机架24或者从该机架松脱。

因此，如图1和2所示，可以通过装配第一外壳26到机架24或从机架24拆卸第一外壳26而容易地装配或拆卸电极阳极54。

参见图4、11A和11B，阳极54在其前端上具有倾斜的支撑面54d。该支撑面54d通过与第一金属体部件20的机架24的内壁上的倾斜凸起24a的接触而被支撑。

因此，阳极与机架紧密接触，并因此牢固地装配到该机架。同时，如图1所示，由于前端的倾斜的支撑面被支撑在机架的倾斜凸起上，可以将在通过电弧放电而产生等离子体的阴极52和阳极54之间的间隔保持不变。

例如，可以通过改变机架凸起24a和阳极支撑面54d相互紧密接触的深度(或长度)而精确地调整阴极和阳极之间的间隔。

接下来，如图1和2所示，形成本发明的等离子喷枪装置1的装置框架的装置本体组件10，通常包括电连接到电极阳极54的第一金属体部件20(见图3、4、5A和5B)、与该第一金属体部件20装配的绝缘体部件30(见图6A、6B和7)以及设置在该绝缘体部件30内部且电连接到该电极阴极52的第二金属体部件40(见图8、9A和9B)。

除了绝缘体部件30，第一和第二金属体部件20和40可以由诸如黄铜的具有高导热性的金属制成。

第一和第二金属体部件20和40被装配以使得分别电连接到阳极54和阴极52，从而可以施加高电压。

另外，如图1和2所示，绝缘体部件30被布置在第一和第二金属体部件20和40之间以使得它们相互电绝缘。

下面，将给出本发明的装置本体组件10的第一和第二金属体部件20和40以及绝缘体部件30的更详细描述。

首先，如图1和2所示，在本发明的等离子喷枪装置1中，第一金属体20包括形成该装置的外部的第一本体22(见图3)、装配到该第一本体22的内部的机架24(见图4)以及固定该电极阳极54的第一外壳26，其中该机架支撑电极阳极54并且施加电压给阳极54。

例如，如图1和2所示，机架24插入第一本体22中，并且在阳极54的凸起54c(见图11)被支撑在机架24上的位置，第一外壳26通过螺纹S的螺旋运动被装配到第一本体22。

然后，第一外壳26可以通过螺旋运动容易地被装配到第一本体22或从第一本体22拆卸。

在图中，参考标记“S”表示元件的螺纹连接部分，即，相互啮合的阳螺纹和阴螺纹。

如图1和2所示，绝缘体部件30包括装配到第一金属体20的第一本体22和机架24两者内的第一绝缘体32(见图6A和6B)以及第二绝缘体34(见图7)，该第二绝缘体充当第二外壳并且固定地装配到第一金属体部件20的第一本体22和绝缘体部件30的第一绝缘体32的一侧。

在此，第二绝缘体34通过螺栓(未示出)装配到第一本体22，同时施加压力到以及支撑第一金属体部件20的第一本体22的后端和绝缘体部件30的第一绝缘体32，以使得第一本体22的阶梯型部分和第一绝缘体32的阶梯型部分相互啮合并且相互压靠。

因此，如图1和2所示，第一本体部件22形成本发明的等离子喷枪装置1的主体，并且第一绝缘体32和第一外壳26使用螺栓和螺纹装配到第一本体22的前端和后端部分，从而形成如图15A和15B所示的整体形状。

从图15A和15B可见，本发明的等离子喷枪装置1具有非常紧凑的结构。如从图1和2可见，这是因为本发明的装置的多个元件可以以一种非常紧凑的方式同时最小化空间地而被相互装配和分离。

如图1和2所示，第二金属体部件40装配到绝缘体部件30的内部以施加高电压给电极组件50的阴极52。第二金属体部件40包括第二本体42(见图8)，该第二本体被装配到绝缘体部件30的第一和第二绝缘体32和34两者的内部以施加高电压给电极组件50的阴极52；以及电压施加构件44(见图9A和9B)，该电压施加构件被装配到该第二本体42并且紧固到阴极52的内部。

参见图1、2、8、9A和9B，第二本体42被第二绝缘体34强行固定，其中该第二绝缘体被螺栓固定到第一本体22。电压施加构件44通过螺纹S装配到第二本体42的内部并且装配到阴极52的内部。

为了紧密地紧固阴极，如图9A和9B所示，电压施加构件44在其前端具有以一预定间隔相互隔开的凸起44a。

另外，如图1所示，用于施加高电压到阴极的螺栓110a紧固到第二金属体部件40的第二本体42，用于施加相反极性电压的螺栓110b被紧固到固定于第一本体22的支撑板120，该第一本体22通过绝缘体部件30与第二本体42绝缘，以及电压施加电缆(未示出)分别连接到螺栓110a和110b。

因此，分别通过第一和第二金属体部件20和40施加高电压到阴极52和阳极54，并且绝缘体部件30介于第一和第二金属体部件20和40之间。

参见图1、2、12A和12B，本发明的等离子喷枪装置1还包括如上所述的气体盘旋组件80。气体盘旋组件80被布置在电极组件50周围并且用来盘旋供应的气体G以由于电弧点在电极组件中的移动而防止电极组件磨损。

例如，如图2、12A和12B所示，气体盘旋组件80具有环形结构，该环形结构被布置在第一金属体部件20的机架24和绝缘体部件30的第一绝缘体32之间(见图6)。气体盘旋组件80也被布置在电极组件的阴极52周围。

具体地，如图2、12A和12B所示，第三气体渠道60d是倾斜的并且延伸穿过气体盘旋组件80的环形体。第三气体渠道60d充当气体通道60的一部分，该气体通道60在后面会详细描述。

因此，当供应气体时，气体盘旋组件80内的倾斜气体渠道60d使得气体在流动到电极组件的阴极52和阳极54之间之前均匀分布并盘旋。

在本发明的等离子喷枪装置中，由于当在气体正被供应到电极组件的阳极和阴极之间的状态下将高电压施加到阴极和阳极时，等离子体由电弧放电产生，因此电极组件的阴极和阳极易于磨损。

为了解决这个问题，不像常规的等离子喷枪，在本发明的电极组件中，阴极和阳极之间的电弧点不是固定的，而是可以连续转移(移动)。

当严重磨损时，电极组件的阴极和阳极不再能通过电弧放电产生电弧，因此导致停止了等离子喷枪装置。

这也导致频繁更换电极组件的已磨损的阴极和阳极。阴极和阳极磨损得越快，等离子喷枪装置的生产率会越低。这也导致生产成本的上升。

为解决这个问题，本发明的气体盘旋组件80连续地移动电弧点，从而防止电极组件的阴极或阳极磨损。

特别地，当气体穿过气体盘旋组件80中的倾斜气体渠道60时，气体盘旋组件80在阳极54上旋转。然后，气体均匀分布在阴极和阳极之间，以使得电弧点不集中在一个特定区域上，从而阻止电极组件因电弧点的集中而磨损。

参见图1、2以及13A至13D，本发明的等离子喷枪装置1还包括布置在电极组件50周围的磁体组件90以调整电子流，从而提高喷枪效率。

磁体组件90被布置在第一金属体部件20的机架24和电极组件50的阳极54之间。

由于磁体组件90产生磁力，在产生等离子体时它可以激活电子流，从而进一步提高等离子喷枪装置的效率。

从图13看出，本发明的磁体组件90包括在中心的主磁环92和装配到该主磁环92的两侧的外环94和96。外环94具有与机架紧密接触的凸起94a，外环96具有与阳极紧密接触的凸起96a。

外环94和96分别还具有阶梯型部分94b和96b，该阶梯型部分安装到主磁环92的内圆周并支撑在主磁环92的内圆周上。

因此，如图1、2以及13A至13D所示，由包括主磁环和外环的三个部件组成的本发明的磁组件90，被布置在电极组件50周围，以使得当装配好阳极时凸起被支撑在机架和阳极上并由它们固定。

当如上所述装配或分离第一外壳26时，磁组件90也可以与阳极容易地装配或分离。这也使得易于通过更换磁环调整磁力。

另外，本发明的等离子喷枪装置1包括气体通道60和冷却水通道70，它们在图1中分别由点划线和虚双点划线表示。如图15A和15B所示，作为一个特有特征，该通道被纳入到体10内部，从而使得等离子喷枪装置更紧凑。

参见图1、15A和15B，本发明的等离子喷枪装置1产生一个非常紧凑的等离子喷枪装置，在该等离子喷枪装置中气体和冷却水被充足供应。

当然，如上所述的多种特有特征优化了工作效率并保证有效的冷却，从而增加该装置的寿命。

另外，包括阴极52和阳极54的电极组件50被整体装配到装置本体组件10的第一和第二金属体部件20和40以及绝缘体部件30，因此带来更紧凑结构的等离子喷枪装置。

虽然在图1中没有用参考标记表示，但是填充物(用圆圈“0”标记)可以设在各个元件之间以阻止冷却水泄露。

另外，如图1所示，在本发明的等离子喷枪装置1中，气体通道60被成形为单式的通道，其包括形成于第一本体22内的第一气体渠道60a(见图3)、形成于机架24内的第二气体渠道60b(见图4)、形成于第一绝缘体32和机架24之间的空间60c(见图6)(如图2所示，空间“60c”是由机架24的前端的凹入的外部分形成)以及布置在第一绝缘体32和机架24之间的气体盘旋组件80的第三气体渠道60d(见图12)。第一和第二气体渠道60a和60b、空间60c以及第三气体渠道60c相互连接以形成该单一的气体通道。

最后，如图1所示，形成了等离子火焰(见图16中的F1和F2)，然后如图1所示从阳极的喷嘴54a喷出(见图1中表示点划线的“G”)等离子火焰。

在此，如图1、14、15A和15B所示，气体/冷却水连接板110连结到第一本体22。连接板110具有形成于其中的渠道60a’和70a’(见图14)，渠道60a’与气体通道60的第一气体渠道60a连通以及渠道70a’与冷却水通道70的第一冷却水渠道70a连通，该第一冷却水通道的第一冷却水渠道将在下文描述。连接板110也具有连接器(未用参考标记指示)，冷却水管或软管(未示出)和气管(未示出)分别连接到该连接器。

因此，如图1所示，气体G通过第一和第二气体渠道60a和60b以及第三气体渠道60d供应到电极组件的阴极52和阳极54之间。

通过上述的气体盘旋组件80，气体以电弧点可以移动的方式供应，然后由在施加有高电压的阴极和阳极之间的电弧放电形成等离子射流。

等离子射流作为火焰从位于阳极54的中心部分的喷嘴54a喷出以加热物体。

如图1和2所示，在本发明的等离子喷枪装置1，冷却水通道70被成形为单式的通道，其包括形成于第一本体22内的第一冷却水渠道70a(见图3)、形成于机架24内的第二冷却水渠道70b(见图4)、形成于第一绝缘体内的第三冷却水渠道70c(见图6A和6B)、形成于第二本体42内的第四冷却水渠道70d(见图8)、形成于第二本体42和阴极52之间的空间70e(见图1)、形成于固定到第二本体42的内部的电压施加构件44内的第五冷却水渠道70f(见图1、9A和9B)以及延伸穿过第二本体42的中心部分的第六冷却水渠道70g(见图8)。冷却水渠道和空间相互连接以形成单式的冷却水通道。

如图1、15A和15B所示，第六冷却水渠道70g与连接器42a紧固在一起，冷却水供应管或软管(未示出)连接到该连接器。

如图14、15A和15B所示，连接器(未用参考标记指出)紧固到连接板110，以便冷却水排放管或软管(未示出)连接到该连接器，其中该冷却水排放管或软管连接到与第一冷却水渠道70a连通的渠道70a’。

因此，如图1和15所示，在本发明的等离子喷枪装置中，冷却水W(图1中的双点划线)被引入、循环通过以及被释放出第一至第六冷却水渠道以及所述空间，该第一至第六冷却水渠道以及该空间被配置为与第一和第二金属体部件20和40的以及绝缘体部件30的若干元件连通。在此，冷却水W在从第六冷却水渠道至第一冷却水渠道的方向上流动。

像这样，由于本发明的冷却水渠道延伸穿过等离子喷枪装置1的几乎所有元件，因此能够更有效地冷却该装置以及防止该装置受热损坏，从而增加该装置的寿命。

在此，如上所述，除了绝缘体部件，第一和第二金属体部件20和40的若干元件可以优选地由具有优异导热性的黄铜制成。然后，热量可以穿过黄铜制成的元件传导到被连续供应和排出的冷却水，从而提高喷枪装置的冷却效率。

如上所述，由于一些诸如气体盘旋组件80和磁体组件90等的特征元件，本发明的等离子喷枪装置1可以最大化等离子效率，但是防止电极组件磨损。另外，气体通道和冷却水通道被纳入到喷枪装置的装置本体组件的内部，从而制得如图15A和15B所示的该装置的紧凑外部结构。

图16示出了一种使用等离子处理回炉矿石的方法，在该方法中可以使用如上所述的本发明的等离子喷枪装置。

首先，将对回炉矿石的处理进行描述。在烧结过程中产生了铁矿石结块，该烧结过程使用诸如各种类型铁矿石的大量材料，诸如硅质沉积岩、蛇纹岩和石灰石的少量材料，以及诸如石煤和焦炭的燃料。所产生的铁矿石结块由筛子分成颗粒尺寸不超过6mm的回炉矿石和更大的铁矿石结块。术语“回炉矿石”(return ore)表示铁矿石结块的一部分，这部分铁矿石结块不被送到鼓风炉而是被再次收集以进行烧结过程。

由于在鼓风炉中仅可以使用颗粒尺寸从约6mm到50mm的铁矿石结块，颗粒尺寸不超过6mm的铁矿石结块被再次送到烧结过程。

由本申请的受让人先前提交的第10-2006-0133199号韩国专利申请，公开了一种使用等离子体处理回炉矿石的方法，该方法将具有预定颗粒尺寸的回炉矿石熔化成回炉矿石块以提高生产率。

具体地，回炉矿石会被凝结成大于6mm的颗粒尺寸(直径)以被装入鼓风炉。因此，这排除了重新处理回炉矿石的过程的需要，该过程要求对回炉矿石进行烧结过程，因此这在生产率和成本降低方面是有利的。

参见图16，根据本发明的处理回炉矿石的方法使用如上所述的本发明的等离子喷枪装置1。具体地，排列至少两排等离子喷枪装置1a和1b以将回炉矿石处理成回炉矿石块200a和200b。在此，调整供应气体的流率和阳极喷嘴(图11中的54a)的内径以使得从各排的等离子喷枪装置1a和1b产生不同长度和直径的等离子射流(火焰)F1和F2。

如图16所示，一排等离子喷枪装置1a排列在回炉矿石上方，该回炉矿石装载在由传送装置210a运送的耐火砖箱体210中。安装在传送装置210a上的耐火砖箱体210根据尺寸被排列成直线。第一排的等离子喷枪装置1a具有减小长度和增大直径的第一类型等离子射流F1。

在第一排的等离子喷枪装置1a的后面，第二排的等离子喷枪装置1b被排列成与第一排的等离子喷枪装置1a交替。第二排的等离子喷枪装置1b具有与第一类型等离子射流F1相比增大长度和减小直径的第二类型等离子射流F2。

虽然先前提交的专利申请使用具有相同尺寸的等离子火焰(射流)将回炉矿石处理成为块，但是本发明将较大回炉矿石块200a与较小回炉矿石块200b以该较小回炉矿石块200b与较大回炉矿石块交替的方式结合起来，以使得能够生产一般具有更大尺寸的回炉矿石块，其中该较大回炉矿石块200a具有较大加热区域并因此具有较大熔化区域，该较小回炉矿石块200a具有较小加热区域但具有较高温度。另外，由于通过两排的等离子喷枪装置进行加热和熔化，因此效率极高。

如上所述，本发明的等离子喷枪装置1通过控制气体的流率和阳极喷嘴的内径，便于调整等离子射流的长度和尺寸(直径)。因此，本发明的等离子喷枪装置1通过使用两种类型的等离子射流可以在更大的区域内减少热损失，同时进一步扩大回炉矿石熔化区域。

在此，本发明的等离子喷枪装置在处理回炉矿石的效率上具有提高，因此在运行时提供了减小的功率消耗。

例如，当在生产线上使用时，本发明的等离子喷枪装置与产生相同等离子射流的常规等离子喷枪装置相比功率消耗减少约5％至10％。因此所熔化的回炉矿石块也从180kg(单位成本：约18000韩圆或18美元)增加到220kg。因此，可理解的，单位成本可以进一步从18000韩圆减少到13000韩圆(13美元)。

如上所述，本发明的等离子喷枪装置1可以便于调整等离子射流(火焰)的长度和尺寸(直径)、将冷却水和气体(介质)通道纳入到其中以提供紧凑结构。

另外，本发明的等离子喷枪装置1可以阻止电极组件磨损以增加寿命。

此外，使用紧凑的等离子喷枪装置处理回炉矿石的方法可以提供诸如最小的功率消耗和高处理效率的优点。

虽然已结合示例性实施方案示出和描述了本发明，但对本领域技术人员显而易见的是，可以给进行改进和变形，而不脱离如附属的权利要求所限定的本发明的精神和范围。

Claims (22)

1.一种等离子喷枪装置，包括：

装置本体组件；

电极组件，其被设置在该装置本体组件中以通过放电产生等离子体；

气体通道，其被纳入到该装置本体组件中以供应气体；以及

冷却水通道，其被纳入到该装置本体组件中以供应冷却水。

2.一种等离子喷枪装置，包括：

装置本体组件；

电极组件，其被设置在该装置本体组件中以通过电荷产生等离子体；以及

用于盘旋气体以阻止该电极组件磨损的气体盘旋组件和用于激活电子流以提高喷枪效率的磁体组件中的至少一个，

其中该气体盘旋组件和磁体组件被布置在该电极组件周围。

3.权利要求2所述的等离子喷枪装置，还包括：

气体通道，该气体通道被纳入到该装置本体组件中以供应气体；以及

冷却水通道，该冷却水通道被纳入到该装置本体组件中以供应冷却水。

4.权利要求1至3中任一项所述的等离子喷枪装置，其中该电极组件包括：

阴极，其被设置在该装置本体组件内部；以及

阳极，其具有形成于其中的等离子喷嘴并且以一预定间隔被布置在该阴极之前以产生放电。

5.权利要求4所述的等离子喷枪装置，其中该电极组件的阴极的尖端由钨制成或表面处理有钨以防止该电极组件磨损，以及

其中该电极组件的阳极的喷嘴具有阶梯型部分以产生等离子射流的涡旋流动。

6.权利要求1至3中任一项所述的等离子喷枪装置，其中该装置本体组件包括：

第一金属体部件，其电连接到该电极组件的阳极；

绝缘体部件，其与该第一金属体部件装配；以及

第二金属体部件，其被容纳在该绝缘体部件内部并且电连接到该电极组件的阴极。

7.权利要求6所述的等离子喷枪装置，其中该第一金属体部件包括：

第一本体，其形成了该装置的外部；

机架，其装配到该第一本体的内部，其中该机架支撑并施加电压到该电极组件的阳极；以及

第一外壳，其装配到该第一本体的一侧以固定该电极组件的阳极。

8.权利要求6所述的等离子喷枪装置，其中该绝缘体部件包括：

第一绝缘体，其装配到该第一金属体的第一本体和机架两者的内部；以及

第二绝缘体，其形成第二外壳并固定地装配到该第一本体和第一绝缘体中的每一个的一侧。

9.权利要求6所述的等离子喷枪装置，其中该第二金属体包括：

第二本体，其装配到该绝缘体部件的第一和第二绝缘体两者的内部以便施加电压到位于其中的该电极组件的阴极；以及

电压施加构件，其装配到该第二本体并固定到该电极组件的阴极的内部。

10.权利要求1或3所述的等离子喷枪装置，其中该气体通道包括形成于第一金属体部件、绝缘体部件和气体盘旋组件的冷却水渠道和空间，以供应气体到该电极组件的阴极和阳极之间，该气体盘旋组件被安装在该金属体部件内部。

11.权利要求10所述的等离子喷枪装置，其中该气体通道包括：

第一和第二气体渠道，该第一和第二气体渠道形成于该第一金属体部件的第一本体和机架中；

形成于该绝缘体部件的第一绝缘体和该第一金属体部件的机架之间的空间；以及

第三气体渠道，其形成于被布置在该第一绝缘体和该第一金属体部件的机架之间的气体盘旋组件中。

12.权利要求11所述的等离子喷枪装置，还包括连接到该第一气体渠道且固定到该第一本体的连接板，其中该连接板具有气体供应连接器，以使得气体通过该第一气体渠道引入，流过该第二和第三气体渠道和所述空间，以及供应到该电极组件的阴极和阳极之间。

13.权利要求2所述的等离子喷枪装置，其中该气体盘旋组件具有环形结构，在构成所述装置本体组件的第一金属体部件的机架和绝缘体部件的第一绝缘体之间被装配在阴极周围，并且具有多个倾斜地穿过各所述体的气体通道。

14.权利要求2所述的等离子喷枪装置，其中该磁体组件被装配在该装置本体组件的第一金属体部件的机架和该电极组件的阳极之间，以通过磁力激活电子流，因此来提高喷枪效率。

15.权利要求14所述的等离子喷枪装置，其中该磁体组件包括主磁环和装配到该主磁环的两侧的外环，其中一个外环被支撑在该机架上以及另一个外环被支撑在该阳极上。

16.权利要求1或3所述的等离子喷枪装置，其中该冷却水通道包括单式的通道，该单式的通道包括形成于该装置本体组件的第一金属体部件、绝缘体部件和第二金属体部件中的渠道和空间。

17.权利要求16所述的等离子喷枪装置，其中该冷却水通道被构形为均匀地冷却该装置，并且包括：

第一冷却水渠道，其形成于该第一金属体部件的第一本体中；

第二冷却水渠道，其形成于该第一金属体部件的机架中；

第三冷却水渠道，其形成于该绝缘体部件的第一绝缘体中；

第四冷却水渠道，其形成于该第二金属体部件的第二本体中；

形成于该第二本体和该电极组件的阴极之间的空间；

第五冷却水渠道，其形成于被固定到该第二本体的内部的电压施加构件中；以及

第六冷却水渠道，其形成于该第二本体内部。

18.权利要求17所述的等离子喷枪装置，其中冷却水供应连接器被紧固到在该第二本体中的该第六冷却水渠道，以及冷却水排放连接器被紧固到连接于该第一本体的第一冷却水渠道的连接板，以使得冷却水通过该第六冷却水渠道被引入，流过这些渠道和空间，并且通过第一冷却水渠道排放。

19.一种使用等离子体处理回炉矿石的方法，包括：使用至少两个具有不同长度和尺寸的等离子射流的等离子喷枪装置来处理回炉矿石，其中通过调整供应到该等离子喷枪装置的气体流率以及设置在该等离子喷枪装置的电极组件的阳极的等离子喷射喷嘴的内径，使得所述长度和尺寸不同。

20.权利要求19所述的方法，其中第一和第二排的该等离子喷枪装置被布置所运输的回炉矿石上方以增加回炉矿石处理区域，该第一和第二排的等离子喷枪装置相互交替，其中该第一排的等离子喷枪装置的火焰在长度上减小而在直径上增大，而该第二排的等离子喷枪装置的火焰与该第一排的等离子喷枪装置的火焰相比在长度上增加而在直径上减小。

21.根据权利要求20所述的方法，其中使用在权利要求4中限定的等离子喷枪装置。

22.根据权利要求20所述的方法，其中使用在权利要求6中限定的等离子喷枪装置。

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