CN1049555C - 一种用于化学过程的炬装置 - Google Patents

Abstract

一个等离子炬最好装有一个轴向磁场，以便围绕炬的中心轴线旋转电弧。一个或多个磁性材料的物体(4)设置在炬的中心轴上或沿着炬的中心轴线设置，该物体具有一个靠近电弧操作区域的端部。铁磁体(4)将磁场集中到电弧区域，且如果需要可把磁场由沿轴向磁场加强方向的区域导致电弧操作区域。

Description

一种用于化学过程的炬装置

本发明涉及一种配置着轴向磁场的等离子炬装置，该轴向磁场用于使等离子弧围绕炬的中心轴线旋转。

等离子炬主要按照两个原理设计的。在一个实施例中，两个或者多个管电极彼此同心地固定在外部。在第二个实施例中，两个或多个管电极彼此同心相对地固定着。该电极连接到电源上并且可以供给交流电或者供给直流电。气体供应到该炬，一般通过这些电极或者在这些电极之间。一种高温等离子体是由气体形成的，该气体由电弧加热，该电弧扩展在电极之间。

众所周知，等离子炬装置有一个磁场。由德国专利DE-1300 182可知，一种等离子炬具有彼此同心的固定在外部的两个管电极。一个通直流电的线圈配置在外部电极的周围。该线圈在炬中产生轴向磁场，该轴向磁场使该电弧围绕炬的中心轴线旋转。

该专利还说明了一个具有两个彼此同心相对固定的管电极的等离子炬。在每一个空心电极上固定有一个线圈，该线圈产生一个磁场，从而引起电弧旋转。

US 4,390,772公开了一种等离子炬装置，其中，由磁场发生器产生一磁场，使电弧的操作区穿过一磁材料物体，该物体中具有冷却通道。因此，使等离子弧旋转。在等离子炬中，不仅等离子弧的旋转是重要的，而且能够调节电弧的操作区域，保持电弧与电极端面的正确位置，然而，该专利并未公开这一特征。

DE2,913,464公开了一种等离子炬装置，它有两个相对设置的同轴电极。一个线圈绕炬体设置，并在等离子区产生轴向磁场。移动线圈或移动可动电极，能调节弧长。在电弧的操作区域，铁磁体将增强磁场，并对弧的调节具有更大的效果。该专利中并未这个特征。

该磁场的目的主要是提供一个电磁力作用于电弧，引起电弧围绕炬的中心轴线旋转，从而得到一种围绕该炬的均匀的套和在实际电极上保护的一种均匀的旋转的对称。当该电弧旋转得足够快时，电弧基点的最高温度降低了，从而减少了电极材料的蒸发速度，或者换句话说，减少了电极材料的磨损和开裂，因此，可以使电极上功率负载增加。

等离子炬是利用一个或多个环形的线圈或者一个或多个环形的永久磁铁产生应用磁场。这样的线圈或磁铁通常固定在电极的周围，并且最好固定在炬的形成电弧的部位或者固定在接近形成电弧的部位。该线圈或者永久磁铁的轴线通常与电极的中心轴线重合。

当一个线圈通过直流电时，一种旋转对称的磁场就在该线圈周围产生。在该线圈的横截面上，该磁场是轴向的并且近似为一常数。线圈的端部倾斜，这样在该端部表面上的场强相对于在线圈中部的场强值降低了。线圈端部表面外围的场强迅速下降，并且在离开该端部的一个矩距离内就已经降至在中心场强值的很小的百分数。

在线圈横截面上存在着一些导体和物体，它们在这里会影响该磁场。特别是铁磁材料的物体会影响该磁场，使得该磁场与原始的相比具有完全不同的形状和性质。

出于经济上的、实际上的和技术上的原因，有利于在等离子炬中位于靠近炬的轴线处得到可能最强的磁场是在该靠近炬轴线处电弧尽可能用最小的线圈尺寸来操作。一种现行的方案是把一个线圈放到空心电极之内，以便使线圈尽可能的靠近炬的轴线，这样就在电弧区域产生可能最强的磁场。然而，这样的线圈不能放置在实心电极内。在空心电极中，该电极是不损耗的，因此需要冷却，放入一种足够大的线圈而不降低冷却介质的通过流量是困难的。因此，线圈放置到空心电极内没有得到任何实际上的应用。

本发明的目的就是提供一种装置，该装置在电弧的操作区域将得到一种可能最强的磁场。通过改变装置的轴向位置，可增强电弧操作区域的强度和方向。

本发明的目的是通过这样一个离子炬装置来实现的，一个等离子炬装置，装有在电弧操作区产生一个轴向磁场的装置，其中，一个或者多个铁磁材料的物体设置在或者沿着炬的中心轴线，该物体设计成炬的一部分或者炬的一个部件，由提供有冷却介质的通道冷却，或者在炬内将该物体设置在靠近冷却件处，其特征在于，所述铁磁体位于或靠近电弧操作区域，以增强所述磁场，且所述铁磁可以在轴向方向运动，以调节所述弧的操作参数。

利用一个或多个物体，这种物体是由位于或沿着炬的中心轴线的铁磁材料构成的，这将增加该物体端部或者这些铁磁材料端部外围磁场强度和磁通密度。当一个或多个这样的物体以此方式配置时，它们从一个最好是不变的磁场的部位和它的一个端部表面靠近操作电弧的部位延伸。在该部位得到一种磁场集中。已经证明，利用一种正确放置的物体，在电弧区域的磁场可以局部增强十倍或者更多。

这样一种物体可以有形式的变化。它可以设计成具有任意形状的棒体或者设计成一种管状体。

该物体可以设计成一个部件的一部份，该部件形成了等离子炬和该炬延伸到等离子区域的一个整体件。这需要设计成在电极上的一个壁或者设计成电极的一部分和在电极支架上的一个或多个壁。该物体也可以设计成一个或者多个壁或者在冷却道或者冷却管上的分开的板，或者设计成在用于混合的一个供应管上的一个或者多个壁或者一个分开的板。

所有类型的铁磁材料均可以用于这种物体，例如钢、镍、钯或者它们的合金。材料具有高导磁常数是特别有利的。具有特别磁性能的金属陶瓷也可以使用。

这种类型中的一个铁磁物体通常是由用于冷却介质的道来冷却，或将该铁磁体置于靠近该炬中的其它冷却另件。该铁磁体也可以安装在一个另件中，该另件在等离子炬中被冷却，该另件的一部分或者多部分由铁磁材料构成。

该物体的长度最好能适应于使具有在最强的轴向磁场区域延伸，例如由线圈的中心延伸到电弧的操作区域。所采用的物体的长度对于产生磁场的线圈而言，最好至少是线圈的长度，且由线圈的一个端部延伸至电弧操作区域。当该物体设计成一个另件或者一个另件的一部分，该另件形成了等离子炬的一部分，该物体的长度可以是另件的长度。

利用改变这样一个铁磁物体尺寸和轴向位置，该磁场可以在强度方面和电弧操作方向上加强。这是本发明的一个优点。

在磁场中的径向分量的作用是这样的，即与电流的切向分量一起在炬的纵向方向提供了一种作用于电弧的力。利用电流方向和磁场的径向分量方向的恰当的结合，这样的力将有助于使电弧保持在轴向方向的矛形的端部。一个由铁磁材料构成的物体在尺寸和方向上影响磁场，一个事实将在本发明中说明。

一个等离子炬设计成用于气体的化学反应，电弧的轴向稳定和电弧的旋转速度的结合将对化学过程提供一种最佳的条件。这种结合当铁磁物体相对于电极的端面处于正确位置时就可能得到。已经知道，磁场可以引导到电弧区域。由于实践上的原因，把线圈放置在电弧操作区域周围是困难的，例如，假若该电弧区域位于一个反应箱内，在这种情况下，为了产生所需的一种足够强度的磁场，要使用一种大尺寸的线圈。在这种情况下，一个线圈可以以正常的方式安置在炬的电极的周围。一种沿着炬的中心轴线放置的铁磁物体将引导该磁场从被线圈所包围的区域到电弧操作区域。在该线圈的端部该磁场迅速的倾斜，并且由于没有该物体在电弧区域，磁场的强度将特别低。

在本发明的范围内，由铁磁材料构成的物体的许多不同的设计都可以使用，且本发明还可以用于许多不同类型的等离子炬，例如在挪威专利申请No914907中说明的一种等离子炬。

在本申请的以下部分中将要更详细地参考附图进行说明，这些附图概略地表示了固定在等离子炬内的铁磁物体的一些实施例。

图1、2、3和4是本发明的等离子炬的垂直截面图。

在图1中表示出的等离子炬装有一个外电极1和一个中心电极2。这些电极形状是环形的并且内部是彼此同心放置的。该电极是实芯的并且是能够消耗的。也可以使用冷却的电极。在操作电弧的区域围绕着电弧设置有一个环形线圈3。在该线圈横截面上产生一个轴向磁场。一个棒状物体4，最好是圆筒形，是由一种铁磁材料组成，该棒状物体4沿着炬轴线设置。该物体4装有冷却道5、6，在必要时用于输送冷却介质。该物体4将会集中磁场，从而在电弧的操作区域得到可能最强的磁场。

在图2中表示出的等离子炬装有一个外部电极1和一个中心电极2。这些电极形状是环形的并且内部是彼此同心放置。这些电极是由分开的板提供冷却的，这样就形成了用于运输冷却介质的通道。在这些电极周围设置了环形的线圈3。在该线圈的横截面内产生一轴向磁场。一个由铁磁材料构成的环形物体4设置成与中心电极2的内冷却壁相接触。该物体4也可以做为一个中心电极2和一个内壁或中心电极2的内壁的一部分，该壁或者该壁的一部分由铁磁材料构成。该物体4将集中该磁场，从而在操作电弧的区域得到可能最强的磁场。

在图3中所示的等离子炬装有一个外电极1和一个中心电极2。这些电极形状是环形的并且内部彼此同心放置。这些电极是实心的并且可以消耗。也可以使用冷却电极。该电极设计成一个空间3，在该空间上可以提供热，例如一个反应箱。围绕该电极设置了一个环形线圈4。在该线圈横截面内产生一轴向的磁场。

在一些情况下，空间3的壁可以由铁磁材料构成。在另一些情况下空间3的尺寸难于使磁场线圈围绕电弧操作区域设置。一个物体5沿着炬的轴线设置，该物体最好是一圆筒形的，并且由铁磁材料构成。当需要时该物体设置冷却通道6、7。该物体5最好从低于线圈的区域延伸到炬内的电弧区域。这将把磁场从较强的轴向场区域引到电弧的操作区。这一特征，已知于US 4,390,772。

在图4中所示的等离子炬装有两个电极，两个电极可以设计成左电极1和右电极2。该电极是环形的并且同心彼此相对的。这些电极最好由它们的分隔板来冷却，这样就形成了用于输送冷却介质的通道。也可以使用实心电极。在电弧操作区域围绕该电极设置了环形线圈3、4。在线圈的横截面上产生一轴向磁场。在每一个电极1和2是最好设置圆筒形物体5、6，它们由铁磁材料构成并且沿着电极的轴线设置。物体5、6装有通道7、8、9和10用于输送冷却介质。物体5和6的一个端部固定在紧靠电弧操作区域，并且集中磁场，以便在该区域得到可能最强的磁场。

Claims (1)

1.一个等离子炬装置，装有在电弧操作区产生一个轴向磁场的装置，其中，一个或者多个铁磁材料的物体设置在或者沿着炬的中心轴线，该物体设计成炬的一部分或者炬的一个部件，由提供有冷却介质的通道冷却，或者在炬内将该物体设置在靠近冷却件处，其特征在于，所述铁磁体位于或靠近电弧操作区域，以增强所述磁场，且所述物体可以在轴向方向运动，以调节所述弧的操作参数。

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