CS210354B1 - Method of precessing the materials in the plasma environment - Google Patents

Description

Vynález se týká technologie zpracovávání materiálů v elektrickém světelném oblouku, zejména pak způsobu zpracovávání materiálů v prostředí plazmy.

Vynálezu lze obzvláště výhodně použít při tavení rud, utavení a přetavování, řezání a sváření kovů, jakož i při nanášení povlaků.

Aby bylo možno použít způsobu zpracovávání materiálů v prostřed plazmy v metalurgii a aby tím mohl úspěšně konkurovat s tradičním pyrometalurgickým způsobem zpracovávání materiálů, musí být splněna řada podmínek.

К nim zejména náleží:

1. Použití plazmotvorných směsí, které sestávají z levných, dostatkových plynů, schopných chemicky reagovat se zpracovávanými materiály, v prvé řadě plynu obsahujících uhlík a vodík, jež umožňují proběhnutí redukčních reakcí ve vzniklých taveninách.

2. Zabezpečení trvalé 8 jisté pracovní schopnosti všech částí zařízení, vytvářejícího světelný oblouk, v prvé řadě částí obzvláště tepelně namáhaných, tj. jejich elektrod při proudech nejméně 500 ampérů a při výkonu několika set kilowattů.

Je znám způsob zpracovávání materiálů v prostředí plazmy, který spočívá v tom, že se do prostoru mezi elektrodami zařízení k vytváření světelného oblouku přivádí jako plazmotvorný plyn kysličník uhličitý (britský patentový spis 874 970).

210354 2 '

Tento způsob umožňuje zpracovávání materiálů jen v oxidačním prostředí, poněvadž jako plazmotvorného plynu se používá jen kysličníku Uiličitého.

Kromě toho není při tomto způsobu zajištěna trvalá a jistá pracovní schopnost elektrod při proudech větších než 175 ampérů © při výkonu vyšším než 10 kilowattů.

Pracovní schopnost elektrod lze zlepšit přidáváním uhlíku do plazmotvorného prostředí.

Dále je znám způsob zpracovávání maaeriálů v prostředí plazmy (britský patentový spis 1 101 279), spoočvvaící v zavádění uhlíkových tyčí do prostoru mezi elektrodami zařízení vytvářejícího světelný oblouk, jejichž odtavováním se plazmotvorné prostředí obohacuje uhlíkem, který se rovněž usazuje na jedné nebo na . obou elektrodách.

I když tento způsob umooňuje zlepšení pracovní schopnooti elektrod, vyžaduje složité strojní zařízení vzhledem k nutnosti použití pomocných elektrických napájecích zdrojů a mechanismů k posouvání uhlíkových tyčí do prostoru mezi elektrodami.

Pracovní.schopnost elektrod zařízení k vytváření .světelného oblouku je možno zlepšit i jednodušším způsobem, například zaváděním . sloučenin obsahuuících uilík do prostředí vytvářejícího plazmu.

Tento způsob spočívá na známém jevu, tj. rozkladu a pyrolýze sloučenin obsahujících uhlík při teplotách světelného oblouku, doprovázených vylučováním volného uhlíku.

Rovněž. je znám způsob zpracovávání maaeriálů v prostřtdí plazmy (patentový spis NSR

206 531 ), při němž se do prostoru mezi elekt^z^c^dí^zi zařízení vytvářejícího světelný . oblouk přivádí plazmotvorné směs, sestávající z vodíku s přísadou uhlovodíků při poměru počtu atomů uhlíku a vodíku v plazmotvorné směsi v rozmezí od 1:6 do 1:.25, načež se plazmotvorná směs přivádí do hoření elektrického světelného oblouku v . duté katodě při poměru provozního napětí (ve voltech) k provoznímu proudu (v ampprech) v rozmezí od 5 do 15·

Tento způsob umoonni zvýšení pracovní schopnnoti katody v rozmezí od 30 sekund. až do 100 hodin při proudu 100 ampérů a výkonu světelného oblouku 100 kilowattů následkem usazování úzkého proužku uhlíku na pracovním povrchu duté katody při hoření světelného oblouku, za.kterýmžto proužkem se bezprostředně nacházela katpdová spádová oblast . světelného oblouku.

Pocítí tohoto způsobu je však ometeno, poněvadž ke složení plazmotvorné smmsi mohou pat,řit jen vodík a uhlovodíky.

Kromě toho nelze tohoto způsobu pouužt u řady.technologických postupů, například u.takových, jako je svařování, řezání a tavení elektricky. vodivých mat^i^JLálů, které vyžadují lokalizování obbastí blízkých elektoodm při . výskytu jedné z nich na me^ertá-lu.určeném ke zpracovali.

A konečně, u tohoto způsobu nemůže proud elektrického světelného oblouku přestoupit hodnotu řádově 100 ammánů, zatímco k zabezpečení stálého zapalování a hoření elektrcekého světelného oblouku je zapotřebí elektrického . napájecího zdroje o napětí alespoň 1 000 voltů,. čímž je široké průmyslové poujití tohoto způsobu nezeno.

Tohoto způsobu je možno pouužt .. jen pro zpracovávání ^^a<^i^iálů plynovým plamenem.

Příčinou toho je olkollnoob, že .hlavní podíl se energie . vzniká, podobně jako v běžném plynovém. hořáku, při chemickém spalování hořlavých plynů obsah^ících uhlík v oxidačním- činidle, které se tímto plynový^ hořákem dopravuj v podobě soOsí. Přitom svě3 telný oblouk, hořící mezi tryskou tohoto plynového hořáku a tryskou zařízení vytvářejícího světelný oblouk, slouží pouze ke’stabilizování tohoto spalovacího pochodu a kz zvýšení teploty spalných produktů.

Spalování sloučenin obsahujících uilík v oxidačním činidle za ’značného nadbytku oxidačního Činidla zabraňuje usazování uilíCu na elektrodách zařízení k vytváření světelného oblouku. ',

Patentový spis USA 3 307 011 poskytuje způsob zpracovávání maaeeiálů v prostředí plazmy, který spočívá v tom, že se do prostoru meei . elektrodami zařízení vytvářejícího světelný oblouk přivádí plazmotvorná směs, která obsáiuje uh-íkaté sloučeniny, vybrané ze skupiny záhnuící uhlovodíky nebo kysličník uhelnatý, které při hoření elektrčckého světelného oblouku vytvářejí usazeninu uilíku na alespoň jedné z elektrod zařízení vytvářejícího světelný oblouk, a plyny, které jsou vůči mm-niátu elektrod inertní.

Jako plynů, které jsou vůči těmto nebo oněm mmleriáům inertní, se používá například argonu a helia, je-li elektroda vyrobena z uhlíku, mědi a hliníku nebo dusíku a vzduchu, je-li elektroda z mědi.

Tento způsob umožňuje snížit erozi elektrod a tím zvýšit jejich pracovní schopnost při stabilním zapalování a hoření elektrického světelného oblouku s proudem v rozmezí od 400 do 1 000 ampprů.

Uvedený způsob však nezaručuje provoz elektrod ve stavu jejich stálého obnovování za dodržení jejich stálých parameerů, tj. nezaručuje rovnováhu meei moostvím uhlíku, usazujícího se na pracovním povrchu, a mnnžžtvím uhlíku, ztrácejícího se s tohoto povrchu.

Př provádění tohoto způsobu hmmonost elektrod bud stále klesá (elektrody erodduj) nebo stále vzrůstá (rozměry elektrod se ivёtšují). V prvním případě se elektroda nakonec zničí, ve druhém případě se lokalZzace katodové spádové oblasti na pracovním povrchu elektrody stane nemožnou, což vede k porušení stabilního hořeni elektrcckého světelného oblouku.

Tento jev je možno vyssé^H násled^ícími příčinami: za prvé, použitím jen takových plynů ve složení plazmotvorné smést kromě uhlíkatých sloučenin, ktné jsou vůči maatliάlu elektrod inertní, za druhém neexistencí CvaníieaeVvoího vztahu mm i i proudem elektrického světelného oblouku a spotřebou uhlíkatých sloučenin v ssi na složení’ plazmotvorné siměš, a za třetí, neexistencí vztahu zm^i^ou· složení plazmotvorné tmёsi a dobou hoření elektrického světelného oblouku.

Kromě toho nemůže· tento způsob iajj.stie vysokou .kvalitu · plazmového sváření, řezání a podobných technologických zpracování elektricky vodivých maaterálů, poněvadž k jeho provádění je nutno pouužt zařízení pro vytváření’světelného’ oblouku s elektrodami, které jsou zhotoveny buň vyduté (z měěd) nebo v podobě bloků (z uhlíku) což vylučuje možžiost lokalizováni sloupce světelného oblouku nebo ’· plazmového paprsku na místě zpracování.

Účelem vyTélezu je vyvinout zpi^ob zpracovávání ml^řálů ^v pcost^dí c^rý zaručuje trvalou a jistou pracovní schopnost elektrod zařízení. pro vytváření elektrického oblouku při stabilním a trvaéém hoření elektr^kého světelného oblouku.

Podnětem · k: vynálezu byl úkol, vyvinout ’ způsob zpracovávání maaeliřél v prostředí plazmy, při němž se do prostoru mezi elektrodami začne zavádět oxidační činidlo v takový okanmžk, že je zaručeno stálé obnovování elektrody z plazmotvorné sm^ěs, čímž se dosáhne . trvalé.a tpotehh.ivé pracovní schopnnosi elektrod zařízení pro vytváření světelného oblouku při stabilním a trvaéém zapalování a hoření elektrického světelného oblouku, jakož i vysoké Cva-lity zpracování melniáH.

Tento úkol se řeší tím, že při způsobu zpracovávání materiálů v prostředí plazmy· přiváděním plazmotvorné směsi do prostoru mezi elektrodami zařízení k vytváření světelného oblouku, kterážto směs obsahuje uhlíkaté sloučeniny ze skupiny, zahrnující uhlovodíky a kysličník uhelnatý, jež při hoření světelného oblouku vytvářejí povlak uhlíku na.alespoň jedné elektrodě zařízení pro vytváření světelného oblouku, jakož i. zapálením elektrCckého světelného oblouku a zaváděním' oxidačního činidla do uvedeného prostoru mezi elektrodami za účelem zvýšení stability hoření elektrCckého světelného oblouku, se podle vynálezu zavedení oxidačního činidla provede v časovém intervalu od okamžiku, kdy tepelný proud vstup^ící do elektrody, na níž se usazuje uhlík, dosáhne své maximáání hodnoty, do okamžiku, kdy tento tepelný proud se snížil na stacionární hodnotu.

Zavedení oxidačního prostředku do prostoru mezi elektroda! během určitého časového intervalu, který je určen tepelný^ proudem vstupujícím do jedné z elektrod, zaručuje provoz elektrod, na.nichž se při hoření elektrického světelného oblouku usazuje uilík, ve stavu stálého obnovování.

Pracovní povrch z uhlíku (emii^ící v případě katody) se vytvoří po projití tepelného proudu vstupujícího do elektrody, maximem, kdy se pracovním povrchem stane vrstva, kterou tvoří uhlík vyluču^cí se z plazmotvorné sísí.. Právě od tohoto . okamžiku je možno uskutečnit přivádění oxidačního činidla do plazmotvorné emmat bez nebezpečí porušení elektrody. '

Při zavedení oxidačního .činidla po prostoru mezi elektrodami v časovém intervalu od oka^^i.ku, . kdy tepelný proud vstupující do jedné z .elektrod, s výhodou do katody, na níž se vylučůjé u^lík, dosáhne své maxim^ní hodnoty, do okammiku,.kdy se uvedený tepelný ^prou^d sňíž^í ^Ir^-^tacionární ^hodnotu, zůstávají ted^y rozměry elektrod^y v ^pr^ůbě^hu ce^lého trvání zpracování v‘i. prostředí plazmy konstantní, čímž je zaručena vysoká stabilita hoření elektrického . svM^hlého oblouku při teoreticky neomezené pracovní . schopnnssi elektrody.

Výhodnnot katody při určování časového intervalu pro zavedení oxidačního činidla je dána tím, že usazování hhlíku na pracovním povrchu katody prakticky začíná se zapálením elektrcckého světelného oblouku, kdežto usazování uhlíku na pracovním povrchu anody začíná pozzdji, až po určité době, která se íí^ na desítky sekund. Toto se vztahuje na steSnosáěrný . světelný oblouk. V případě střddavého světelného oblouku mmají všechny elektrody z hlediska usazování.uhlíku stejné podmínky, poněvadž každá z nich podle koi^toce proudu slouží střídavě jednou jako katoda, po druhé jako.anoda.

Zavedení oxidačního činidla do prostoru mezi elektrodami před.tím, než tepelný proud vstupující do elektrody dosáhl své ϋχΐιηϋηί hodnoty,. vede k intenzívní erozi elektrody. To je způsobeno tím, že až do tohoto okamžiku není ještě celý pracovní povrch elektrody pokryt vrstvou uhlíku, která zabraňuje přímému styku oxidačního činidla s . tímto povrchem.

Zavedení oxidačního činidla do prostoru mezC elektrodami po okolku, kdy se tepelný proud vstupující do elektrody sníží až na stacionární hodnotu, není účelné.

To. je . podmíněno tím, že se od tohoto okamžiku vylučuje na obvodu pracovního povrchu elektrody, pokrytého vrstvou uhlíku, nadbytečný uhlík. A pří zvětšování rozměrů uhlíkového útvaru se zvyšuje labilita obbasti elektrcckého světelného oblouku, stvazující . na tuto elektrodu, pobbíž elektrody, čímž se stálost elektrických a geomeerických param^etrů elektrického světelného oblouku zhoršuje.

To vede na jedné straně ke zhoršeni jakosti zpracování ma^eCHů, zejména ke zhoršení jakosti zpracování pří rozměrové stálosti (svařování, stttvsvllsí, . řezán), na druhé . straně k případnému гИе-Зпиttí elektrcckého světelného oblouku.

. 210354

Je účelné, při zavádění kyslíku.nebo vzduchu jakožto oxidačního činidla do prostoru mezi elektrodami použít tohoto činidla v mnisSví od 0,4- do 0,9násobku onoho objemového množství, jehož je teoreticky zapotřebí k úplné konverzi použitých uhlovodíků.

Dále je účelné, když'tepelný proud vstupující do elektrody dosáhl stacionární hodnoty, přivádět kyslík nebo vzduch jakožto oxidační činidlo do prostoru mezi elektrodami v minožsví, které je menší než 0,4násobek objemového mn>ožtví, kterého je teoreticky zapotřebí k úplné konverzi použitých uhlovodíků.

Rovněž je účelné, při zavádění kysličníku uiličitého jakožto oxidačního činidla do prostoru meei . elektrodami, pouužt tohoto činidla v objemovém minožsví, které 1,05 .··až 2,5krát přesahuje ono mnnožsvv, kterého je teoreticky zapotřebí k úplné konveezi použitých uhlovodíků.

Když tepelný proud vstup^ící do elektrody dosáhl stacionární hodnoty, je při zavádění kysličníku jakožto oxidačního činidla do prostoru meei elektrodami účelné, pouužít tohoto činidla v objemovém mnnožsví, které je menší než 1,05násobek onoho množní, jehož je teoreticky zappořebí k úplné konverzi pou^tých uhlovodíků.

Překročení horní, popřípadě dolní hranice těchto mezí v časovém intervalu, který odpovídá snížení tepelného proudu vstupujícího do elektrody z . maaimáání hodnoty až na stacionární hodnotu, vede k porušení rovnováhy meei usazováním a odnášením uhlíku s pracovního povrchu elektrody.

Pracovní oblast elektrody, vytvořená usazujícím se uhlíkem, se buá intenzívně porušuje následkem nedootatku uhlíku, když objemové mnnožsví oxidačního činidla překročí horní mez uvedených rozsahů, nebo dochází ke zvětšování jejích rozměrů při zmenšení objemového množství oxidačního činidla pod dolní mez těchto rozsahů.

Jakmile tepelný proud vstup^ící do elektrody dosáhl své stacionární . ho&ioty, je možno rnnžit m^ž^ví oxidačního. činidla v plazmotvorné směsi pod 0,4násobek onoho objemového mnnožsví, jehož je teoreticky zapotřebí k úplné konverzi pouuitých uhlovodíků při poiužtí kyslíku nebo vzduchu jakožto oxidačního činidla, nebo pod ^OSnásobek onoho objemového m^ož^v, kterého je teoreticky zapotřebí k úplné konverzi uhlovodíků při pcou^í kysličníku ^Ι^^όΐΜ jakožto oxidačního· činidla.

Přioom se zabrání zvětšení rozměrů pracovní oblast elektrody, které je doprovázeno zvětšením tepelného proudu vstupujícího do elektrody, opakovaným krátoodóbým zvětšením obsahu oxidačního činidla v plazmotvorné směsi až na hodnotu v rozmezí od Oj4-do 0,9násobku (při poruští kyslíku nebo vzduchu jakožto oxidačního činidla) nebo na hodnotu v rozmezí od 1,05 do 2,5násobku (při povužtí kysličníku ЛМбАёУю jakožto oxidačního činidla) onoho objemového mnoožsvv, jehož je teoreticky zapotřebí k úplné konverzi uhlovodíků pouuitých.ve směěs, při zvýšení tepelného proudu vstupujícího do elektrody o 10 až15 % nad stacionární hodnotu, která za jnnak stejných podmínek odpovídá intenzitě proudu tohoto elektrckkého světelného oblouku.

Dodrženi takovéhoto postupu umoUnuje provádětzpracování v prostředí plazmy v těch případech, kdy má být plynné prostředí v obbaas.i zpracování co oejrz0UcČn0jší, tj. když musí obsahovat miaimmání měo0ítví uhlovodíků a produktů jejich pyrolýzy, jako například při redukčním tavení kovů.

Je účelné, přivádět v závislostmi . na chemické příbuznosti (afinitě) oxidačního činidla s uhlíkatou sloučeninou tuto sloučeninu do prostoru .meei .elektrodami v ^ο^^νί od

0^,5 . 10'³ 6 . 10~³

----------- 1/As do -------- 1/As, kde N znamená počet atomů uhlíku v použité uhlíkaté η n sloučenině.

' PM menší chemické příbuznosti, která je charakterizována volnou energií tvorby příslušných produktů reakcí uhlíkatých sloučenin a/nebo uhlíku s oxidačním činidlem, se uhlíkaté sloučeniny přivádějí v množství, které je blízké dolní mezi, tj.

0,5 . 10³ --------- 1/As, a při větší chemické příbuznosti v množství, které je blízké horní mezi, n . I0’³ tj. —------ 1/As.

0,5 . 10³

Zavádění uhlíkatých sloučenin do prostoru mezi elektrodami v množství od --------— 1/As . 10 ³ do ----:--- χ/As umožňuje zabezpečit provozní stav elektrody se stálým obnovováním.

ⁿ -3

0,5 . 10 ^J

Při zavádění uhlíkatých sloučenin v množství menším než ---------- 1/As se elektroda rozrušuje proto, že množství na ní se usazujícího uhlíku nedostačuje pro stálé obnovování této elektrody.

. Ю“³

Při zavádění uhlíkatých sloučenin v množství větším než -------- 1/As se budou n

rozměry elektrody neohraničeně zvětšovat, což povede к porušení jak stability a trvalosti hoření elektrického světelného oblouku, tak i jakosti zpracování materiálů pomocí elektrického světelného oblouku.

Je účelné, přivádět oxidační činidlo a plazmotvornou směs obsahující uhlíkaté sloučeniny do prostoru mezi elektrodami zařízení vytvářejícího světelný oblouk odděleně a přitom přivádět uhlíkaté sloučeniny bezprostředně do zóny, která se dotýká pracovního povrchu jedné z elektrod, s výhodou katody.

Oddělené přivádění oxidačního činidla a uhlíkatých sloučenin do zařízení vytvářejícího světelný oblouk umožňuje regulovat provozní stav každé z elektrod odděleně, což je obzvláště důležité při zpracovávání materiálů plazmovým paprskem, když veškeré elektrody zařízení pro vytváření světelného oblouku jsou pod nějakým potenciálem (v případě stejnosměrného světelného oblouku pod potenciálem katody a anody) a tím působí za různých podmínek.

Vynález je v dalším blíže objasněn příklady provedení s přihlédnutím к přiloženým výkresům.

Na obr. 1 je v podélném řezu znázorněno zařízení, které slouží к provádění způsobu podle vynálezu při zpracovávání výhodně elektricky nevodivých materiálů v prostředí plazmy pomocí plazmového paprsku, vznikajícího při hoření elektrického světelného oblouku mezi elektrodami zařízení к vytváření světelného oblouku;

na obr. 2 je v podélném řezu znázorněno zařízení, které slouží к provádění způsobu podle vynálezu při zpracovávání výhodně elektricky vodivých materiálů v prostředí plazmy, s vyneseným světelným obloukem, kdy jako jedna z elektrod slouží zpracovávaný materiál;

na obr. 3 je znázorněn diagram, který charakterizuje závislost velikosti tepelného proudu vstupujícího do elektrody na době hoření elektrického světelného oblouku;

na obr. 4 je znázorněn diagram, znázorňující závislost velikosti tepelného proudu vstupujícího do elektrody na době hoření elektrického světelného oblouku a představuje příklad provedení způsobu podle vynálezu pro zpracování materiálů v prostředí plazmy;

na obr. 5 je v podélném řezu znázorněno zařízení jako další příklad provedení způsobu podle vynálezu pro zpracovávání materiálů v prostředí plazmy.

Experimentální zkoušky ukázaly, Že tepelný proud vstupující do elektrody se mění zásadně rozdílně podle toho, zda v plazmotvomé směsi jsou nebo nejsou obsaženy uhlíkaté sloučeniny, při jejichž rozkladu v elektrickém světelném oblouku se vylučuje uhlík, který se usazuje na elektrodách zařízení pro vytváření světelného oblouku.

Nejsou-li přítomny takovéto sloučeniny, dosáhne tepelný proud vstupující do elektrody určité hodnoty při zapálení elektrického světelného oblouku, která nadále při neměnící se intenzitě proudu vzrůstá rychlosti, jež závisí na složení plazmotvorné směsi, na zpracovávaném materiálu a na geometrických rozměrech elektrody, které jsou podmíněny erozí elektrody. Tento jev se projevuje obzvláší výrazně na katodě zařízení pro vytváření světelného oblouku.

Minimální časově závislý vzrůst tepelného proudu vstupujícího do katody a též minimální erozi katody lze pozorovat u wolframových katod ve vzácném plynu, například argonu. Vzrůst tepelného proudu vstupujícího do katody a eroze katody se však prudce zvyšují a dosahují katastrofálních rozměrů u téže wolframové katody v chemicky aktivních plynech, například v kyslíku nebo vzduchu.

V přítomnosti uhlíkatých sloučenin v plazmotvorné směsi ze skupiny zahrnující uhlovodíky a kysličník uhelnatý vzniká při hoření elektrického světelného oblouku kromě jiných složek této směsi i volný uhlík následkem rozkladu (pyrolýzy a ďisociace) těchto sloučenin podle reakčních schémat

'nH2n+2	—► nC + (n + 1)H2	(1)
2C0	—> co2 + C	(2)
CO	-—> C + 0	(3)

Rozklad (pyrolýza) uhlovodíků, zejména nasycených uhlovodíků podle reakčního schématu (1) probíhá za malé spotřeby energie (například u methanu CH^ ~ 17 kcal/mol) a proto dochází к úplnému rozkladu při dostatečně nízkých teplotách (u methanu *** 1 200 °C).

Rozklad (disociace) kyšličníku uhelnatého podle reakčního schématu (2) probíhá rovněž v oblasti mírných teplot, což je charakterizováno tím, že jak hodnota rovnovážné konstanty této reakce

(4) kde

K_p znamená rovnovážnou konstantu a pG

C0₂ znamená parciální tlaky kysličkíku uhličitého p

CO popřípadě kysličníku uhelnatého v plazmotvorné směsi, tak příslušně i hodnota logaritmu této konstanty

916

T

9,113 (5) kde

T znamená teplotu plynné směsi, se při zvyšování teploty prudce snižují.

Rozklad (disociace) kysličníku uhelnatého podle reakčního schématu (3) probíhá v obští vysokých teplot, na což poukazuje i řádově mnohonásobný vzrůst hodnoty rovnovážné konstanty v této oblasti:

¢6), kde

Pq, Ρθ, P_co znamená parciální; tlaky uhlíku popřípadě atomárního kyslíku a kysličníku uhelnatého v plazmotvorné směsi.

Změny hodnoty rovnovážné konstanty v závislosti na teplotě jsou pro reakční schéma
(3), uvedeny v tabulce I.
Tabulka	I
teplota	3 000	4 000		5 000	6 000
KG	-11,62	-6,85		-3,97	-2,04
KG	2,376.10-12	1,415.1 O-7		1 ,075.10-4	9,192.10-3
teplota	7 000	8 000	9 000	10 000	12 000
18 KQ	-0,65	0,40	1,22	1,88	2,87
	2,25.10-1	2,511	16,57	75,5	738,6
Volný uhlík	z plazmotvorné	směsi se sráží na	elektrodách zařízení к	vytváření světelné-

ho oblouku, přičemž uhlík přichází na katodu převážně v podobě kladně nabitých iontů. Poněvadž pracovní část elektrody (u katody je to její emitující povrch) se potáhne vrstvou uhlíku, začíná se tepelný proud vstupující do elektrody, který při zapálení elektrického světelného oblouku dosáhl své maximální, na obloukovém proudu závislé hodnoty, nadále snižovat. Právě to odlišuje elektrický světelný oblouk, v jehož plazmotvorné směsi je přítomen uhlík, který má schopnost se usazovat na elektrodách, od elektrického světelného oblouku s plazmotvornou směsí, která takovýto uhlík neobsahuje.·

Zmenšení tepelného proudu trvá tak dlouho, dokud se celý pracovní povrch elektrody nepokryje uhlíkem. Při dalším hoření elektrického světelného oblouku se tepelný proud vstupující do elektrody, když dosáhl určité stacionární hodnoty, která rovněž závisí na intenzitě proudu, nebude nadále s časem měnit tak dlouho, dokud rozměry pracovního povrchu elektrody, vytvořeného uhlíkem vylučujícím se z plazmotvorné směsi, se nezvětší natolik, že se tepelný proud začne opětně zvětšovat.

Tak se například v případě katody vytváří na obvodu (emitujícího) pracovního povrchu katody, který zahrnuje uhlík vyloučený z plazmotvorné směsi a představuje vlastní katodu zařízení к vytváření světelného oblouku, uhlíkový útvar, v podobě koruny, jehož rozměry se zvětšují. S růstem tohoto útvaru stoupá i labilriost úseku elektrického, světelného oblouku, navazujícího na katodu, což vede к poruše lokalizování tohoto úseku a ke zvětšení tepelného proudu vstupujícího do katody.

Elektrický světelný oblouk se destabilizuje a na konec zhasne.

Zpravidla tomu předchází vzestup tepelného proudu vstupujícího do katody o více než % ve srovnání se stacionární velikostí tepelného proudu, která je při ostatních stejných podmínkách určována intenzitou proudu elektrického světelného oblouku.

Rovněž bylo zjištěno, že je účelné nepřivádět oxidační činidlo hned, nýbrž až tehdy, když se tepelný proud vstupující do elektrody, když předtím dosáhl maximální hodnoty, zmenšil o 10 % z této maximální hodnoty.

Při volbě vztahů mezi uhlovodíky a oxidačním činidlem, tvořeným kyslíkem nebo vzduchem, popřípadě mezi uhlovodíky a oxidačním Činidlem, tvořeným kysličníkem uhličitým, v plazmotvorné sípěsi se vycházelo z těchto předpokladů:

Zaprvé, aby uhLík se mohl vyskytovat ve · volném stavu, který zaručuje stálé obnovováni elektrody, v oblasSi jeho styku s elektrodou, na níž se uhLík usazuje, musí plazmotvorná směs vykazovat určitý nedostatek oxidačního činidla. Ob2vlášt jednoduše je možno takovéto · směsi získat konverzí uhlovodíků pomocí oxidačních činidel.

NapPíklad konverze nasycených uhlovodíků působením různých oxidačních činidel probíhá podle těchto reakčních schémat:

n ^Cn^H2n+2 + 2 °2 · = nC0 + (n+1)Hg .(7) ^Cn^H2n+2 + nC0g ' = 2nC0 + (n+1 )¾(8))

CnH2n+2 + nH2° = nC0 + . (2n+1)H2(9)

Položí-li se objemová spotřeba oxidačního činidla, kterého je teoreticky·zapotřebí k úplné konverzi uhlovodíků směss, rovna jedničce, neprobíhá při určiéém nedootatku oxidačního činidla konverzní reakce úplně a ve směsi bude kromě kysličníku uhelnatého a vodíku přUomen i uilík, potřebný ke stálému obnovování elektrod.

Za druhé je známo, že v každé nehomogenní ply^nné sidOsí, nacházeéjcí se v uzavřeném objemu, dochází působením odstředivých sil a teplotních gradientů k mechanickému a termodifuzníou rozdělení složek unOěS. Při tomto rozdělení se obsažené plyny rozděSí podle svých molekulových Ьтото^!: obvodové obesU a chladnější obessi uzavřeného objemu se obohaaí těžšími plyny, zatímco střed a teplejší ob^ssi se obolna! lehčími plyny.

V každém elektrčckém světelném oblouku se pri existenci značných teplotních gradientů, . které se při jeho stabilizaci v zařízení pro vytváření světelného oblouku prudce wyšuuí, vždy vyskytuje chemická neh^j^oo^eenaa plpeootvlrnk směsi v příčném průřezu a po délce elektrčkkého světelného oblouku. · Plyny s vysokými molekulovými hmoono stmi jsou lytaačlláоy na okraj elektrického světelného oblouku a plyny s menšími molekulovými h^<^otnostoi jsou zatlačovány k jeho ose, což má za následek rozdílné podmínky při fungování sloupce světelného oblouku a oblastí blízkých elektooááo elektrčkkého světelného oblouku.

Ve simělch s uhlovodíky m^arí. jak kyslík, tak i vzduch a kyssičník uiličitý, kterých se používá jako oxidačních činidel, vyšší molekulové hmotoMU než uh-ík, jehož molekulová hmoonost činí 12, zatímco vzduchu 29, kyslíku 32 a kysličníku Ulličikéhl 44.

Podle poměru oolekullvých hiadnc)oSí tohoto či onoho oxidačního činidla a uhlíku je oxidační činidlo lytPaČovánl na okraj sloupce světelného oblouku, zatímco střední část sloupce se obohacuje uhlíkem.

Intenzita tohoto rozčlenná]!! se zvyšuje se w^seem proudu světelného oblouku a se vzrůstáním rychlosti přivádění, plaeootvlrnk směsi do prostoru mezi elektrodami zařízení k vytváření světelného oblouku následkem vzrůstu teplotních gradientů a tisků v objemu plynů, omezeném prostorem mezi elektrodami.

Při poiužtí lehčích oxidačních činidel, jako je kyslík nebo vzduch, je jejich množství v plpeootvlrnk směr! v rozmezí od 0,4- do 0,9násobku onoho objemového ооЖп!, kterého je teoreticky · zapotřebí .k úplné uhlovodíků . soOěS, a se vzrůstem intenzity proudu elektrckkého světelného oblouku a spotřeby (rychh.osU přivádění) plazmo turné směsi v prostoru mezi ^Κη^οί zařízení pro vytváření světelného oblouku se posunuje k horní hráni€ l· ..

Při poLužtí těžšího oxidačního prostředku, jako je kysličník ubičitý, musí jeho mn^ožSt^:í ve směsi objemově překroočt 1,05 až 2,5náslbоě ono опо^И, kterého je teoreticky

210354 10 zapotřebí k úplné konverzi uhlovodíků směsi, a posouvá se rovněž k horní hranici se zvyšováním intenzity proudu elektrického _světelného oblouku a se vzrůstem spotřeba plazmotvorné směsi.

Z expeeimeenélníih studií vyplynulo, že v řadě případů dokonce při dodržení poměrů množství uhlíkatých sloučenin k mnos^! oxidačního činidla v plazmotvorné směsi se nedosáhne provozního stavu stálého · · obnovování elektrody. K tomu dochází nezávisle na intenzitě proudu elektr^kého světelného oblouku při malé·spotřebě uhlíkatých sloučenin

0,5 . 10~³ (pod ----------- 1/As), přičemž se elektroda zničí a při velké spotřebě uhlíkatých sloučenin n

. 10'³ (nad --------- 1/As), kdy se rozměry pracovního úseku elektrody neomezeně·zvětší a stabilita n

hoření elektr^kého světelného oblouku se poruší.

Při stanovení způsobu, jak zanezzt tomuto jevu, bylo využito známé skutečnnssi, že se uhík v podobě kladně nabitých iontů usazuje na katodě ve stejnosměrném světelném oblouku po celou dobu a na elektrodě světelného oblouku při itřiaivée proudu jen periodicky, a to v těch · časových úsecích, kdy tato elektroda působí jako katoda, a že pro jeho usazování platí druhý·Faradayův zákon pro elektrolýzu.

Podle tohoto zákona je eee0sSví G uhlíku vyloučeného na elektrodě úměrné chemickému ekvivalentu A = 12 jedenkrát ionžzovaného jeinsaSomsvkhs uhlíku, intenzitě proudu I a době f průtoku proudu, tj.

G = · I Г, (10b kde ^F znamen^á Faradayovu ^nst^^ ^erá je 9^,65.1^o4 C/^graeekkⁱva^aent.

Dosazením hodnoty F do vztahu (10) nabude tento vztah podoby

G = ---¹²—_ j-= j , 243 . 10~⁴ iTg/Ati (11)

9^,65.10⁴

Toto umoonnio uvést spotřebu uhlíkaté sloučeny, tj. zdroje uhlíku, který skýtá proud iontů k elektrodě, ve spoSj-tstt t proudem elektr^kého světelného oblouku a při znaaoosi eeeSství uhlíku v této sloučenině určit její spotřebu, jíž je teoreticky zapotřebí k průtoku daného proudu.

Spotřeba uhlíkatých sloučenin se však, jak ukázaly pokusy, v · praxi liší od teoreticky vypočtené potřeby a závisí též na chemické povaze oxidačního činidla, přiváděného do plazmotvorné s^Osí.

To se vysvětluje tím, že Část uhlíkaté sloučeniny a/nebo volného uhlíku reaguje i oxidačním činideem pří0eIIшýe v plazmotvorné směěi za vzniku chemických sloučenin (CO, CgH^g, CO^CN, HCN, CgNg atd.), čímž se UIíC nemůže vylučovat na elektrodě a nemůže tvořit vlastní uhlíkovou elektrodu. ,

Je známo, že ve smě^ě^i^ch, které sestává jí z chemicky reagujících složek, je možnost vzniku těchto nebo oněch reakcích · produktů určována ·issbariiky-isoeromíe potenciálem (Gibbsovou eneerií) nebo chemickou příbuznootí těchto složek.

1

V uvažovaných plazmotvorných směsích je , možná chemická reakce jak uhlíkatých sloučeoio přiváděných do těchto směsí (CO, CH^ a jiné UhLovodíky), tak i volného uhlíku C s oxidačním Činidlem, rovněž přiváděným do této směsi.

Termodynamické výpočty, prováděné podle známých postupů, ukávzly, že chemická příbuznost jak uhlíkatých sloučenin, tak i uhlíku se při přechodu z kyslíku 0g na kysličník uhičitý COg snižuje. Na základě tohoto teoretického předpokladu a experimezíáVoích studií byla usouzeno, že k zajištění takového mnnžství volného uhlíku v plazmotvorné směěi, které odpovídá průtoku daného proudu, má spotřeba uhlíkaté sloučeniny, při níž je zaručen provoz elektrody ve stavu stálého obnovování, být v rozmezí od

0,5 . 10‘³ 6 . 10^-3 ---------- 1/As do ------— 1/As, kde n znamená počet atomů Vilíku v molekule příslušné n ⁿ

HLíkaté sloučeniny.

Při pouužtí oxidačního činidla s menší chemickou příbuzností (afinitou) k uhlíkaté sloučenině· a/nebo k uhlíku,jakož i při zvětšení role vlivů, které vedou ke značnějšímu rozčleňování složek směsi podle jejich mcozkulových hnoUnootí (zvýšení intenzity proudu elektrídkéhs světelného oblouku a vzrůst rychlossi přivádění plazmotvorné směěi do prostoru mezi elektrodami zařízení k vytváření světelného oblouku), se uhlíkaté sloučeniny spotřeboiVvají v mrlnUsiví bližším dolní hranici uvedeného rozmezí, zatímco za opačných podmínek v mnoožsví bližším horní hranici uvedeného rozmezí.

Způsob podle vynálezu ke zpracovávání ma^e^lů v prostředí plazmy je blíže objasněn s přihéédnutím k zařízení znázorněnému na obr. 1.

Do prostoru £ meei katodou 2 s čelní stranou a dutou anodou 2 zařízení k vytváření světelného oblouku, připoeeného na zdroj í stzínosměrného nappěí, sz vložkou 2 zavádí plazmotvorné směs 6, která obsahuje uhlíkaté sloučeniny v podobě uhlovodíků a/nebo kyssičííku uhelnatého. Mezi katodou 2 s čelní stranou a dutou anodou 2 se zapřál elektrický světelný oblouk. Do trubky 2, upravené uvnitř držáku 8 katody, a do dutého chladicího prostoru 2 anody 2 sz přivádí chladicí kapaaioa. ’

Pak se sleduje změna tepelného proudu vstupujícího do katory 2 s čelní stranou v závislosti na čzšz. Tato změna se sleduje například podle hodnoty termosezktrsmoSoriiké síly, která je úměrná rozdílu teplot chladicí kapeHny na jejím výstupu z dutého prostoru držáku 8 katody a oá jejím vstupu do trubky 2· R^oddl teplot se registruje pomocí předem cejchovaného diferenciálního termočlánku.·Uvedená tzrmoeZzktrumoUorickV síla se zjišťuje buá vizuálně podle údajů milivoltmetru nebo sz zapisuje samo0iooS zapisujícím kompenzátorem na pásku.

Jakmile ’ tepelný proud, vst^p^cí do katody 2 s čelní stranou, dosáhl mmxxméání hodnoty a začne se zmennovat a klesne na hodnotu přiblšžně o 10 % nižší, než je maaimmání, avšak · nikoliv pozcííSí ozž v oka^m^žku, kdy se · tepelný proud snížil až oz ustálenou hodnotu tu, zavede sz do prostoru 1 mezi katodou 2 a čelní stranou a dutou anodou 2 oxidační činidlo.

Zavzdzoím do prostoru 1 mezi katodou 2 s čzloí stranou a dutou anodou 2 kromě uhlíkatých sloučenin i oxidačního činidla, tj. látky chemicky aktivní vůči uhlíku, sz dosáhoZ toho, že sz nadbytek uhlíku vážz za vzniku těkavých sloučenin. To opět zaručuje stálost rozměrů vdnikající vlastní uhlíkové elektrody a její·provoz ve stavu stálého obnovování, když usazování uhlíku z plazmotvorné srnměi 6 oa katodě 2 je vyrováváno vypařováním a odnášením unlíku v podobě sloučenin s oxidačním čioidZem.

PPi registrování tepelného proudu, vstupujícího do katody 2 s ČeZní stranou, po zm-ěně tzrmoelzktrumoOorické síly diferenciálního termočlánku jz možno přivádění oxidačního činidla do prostoru 1 mozi katodou 2 s čzloí stranou·a dutou anodou 2 xutumajizovat, k čemuž se sig210354 12 nály · z termočlánku předávají přes automatižační soustavu stavěcím mechanisnnto v dopravních cestách plynu.

Při provádění způsobu podle vynálezu ke zpracovávání satteiálů v prostředí plazmy pomocí zařízení znázorněného na obr. 2 se pro stabilizování elektrického světelného oblouku připojí na zdroj 4 napájení přes stykač 10 a odpor 11 tryska £2· Odpor 11 omezí proud na dobu zapálení elektrického světelného oblouku.

Jako anoda 2 slouží ma^eié!) který se má zpracovat.

Při provádění způsobu podle vynálezu ke zpracovávání sateriálů v prostředí plazmy pomocí tohoto zařízení se · dosahuje stálého obnovování z plazmotvorné smmsi jen katody £ s čelní stranou, nacházzjící se v zařízení k vytváření světelného oblouku.

Je-li u zařízení znázorněných na obr. 1 a 2 zařízení k vytvářeni světelného oblouku napojeno na · napájecí zdroj · 4 se stříaavým napětím, doclhiází k obnovování elektrod v časových obdobích, kdy tyto elektrody fungují jako katody.

Na diagramu, znázorněném na obr. 3, je zakreslena křivka 13. která vyznačuje · závislost velikosti tepelného proudu vstupujícího do elektrody na době hoření elektrického světelného oblouku, přičemž na ose pořadnic je · vynesen tepelný proud Q, vstupující do elektrody, v kilowattech a na ose úseček je vynesena doba hoření elektrického světelného oblouku v sekundách.

Z průběhu křivky 1-3 je patrné, že v okamžiku · po zapálení elektrického světelného oblouku dosáhne tepelný proud, vstup^ící do elektrody, své maximminí velikosti, které odpovídá bod A na křivce · 13. V dalěím se tepelný proud, vstupující do elektrody, začíná zmenn^c^o^^iL a v okamžkku fg klesne jeho velikost na hodnotu, · která je asi o 10 % jeho maximální velikosti nižší; tomuto stavu odpovídá bod B na·křivce £3. V okamžiku · se velikost tepelného proudu, vstupujícího do elektrody, sníží až ne ustálenou hodnotu, které odpovídá bod C.

Oxidační činidlo se do prostoru 1 mezi čelní stranou a dutou anodu 3 přivede v časovém • Intervalu od · Ty do

Poouijj-li se jako oxidačního činidla kyslíku a/nebo · vzduchu, přivede· se do prostoru 1 mezi elektrodu 2 s čelní stranou a dutou anodu 2 v časovém intervalu od ·₁ do · kyslík a/nebo vzduch v objemovém mmoožtvím, představujícím 0,4 až 0,9násobek onolio mmožžtví oxidačního prostředku, jehož je teoreticky zapotřebí k úplné konverzi uhlovodíků ve směsi.

P^t^uíij^-^li se jako oxidačního činidla kysličníku uhličitého, zavede se do prostoru mezi čelní stranou elektrody 2 a dutou · anodou 2 v časovém intervalu od ·· do · v objemovém množžsví, které · překračuje 1,05 až· 2,5násoboě ono ssc^^ví oxidačního prostředku, kterého je teoreticky zapotřebí · k úplné konverzi uhlovodíků ve·směsi.

V dalším jsou popsány dvě obměny prováděni způsobu podle vynálezu ke zpracovávání maaeriálů v · prostředí plazmy.

UdržujeH se množžtví oxidačního činidla · ve výše uvedených mmeích, zůstává tepelný proud, vstupující, do katody £ s čelní stranou, který se snížil až na ustálenou hodnotu, jež za jinak stejných . ·podmínek odpovídá intenzitě·proudu elektrického oblouku, od okamžiku nezměněný v průběhu celé doby noření.

Když však, podmíněno technolúgckkými požadavky', se zpracování mae^rc^.álu v prostředí plazmy musí počínaje okamžikem (obr. 4' provádět s menším.množstvím oxidačního činidla, než. jak výše uvedeno, pak se počínaje okamžikem ·· oxidační činidlo — .je-li Jím kyslík nebo vzduch - zavádí do prostoru mezi katodu 2 s čelní ' stranou a dutou anodu J v objemovém množství menším než 0,4násobek onoho mnosSví, kterého je teoreticky zapotřebí k úplné uhlovodíků ve smést, nebo - při použžtí kysličníku uh.ičiéého jakožto oxidačního činidla - v objemovém mirnostv! menším než IjOSnásobek onoho mnnoství oxidačního činidla, kterého je teoreticky zapotřebí k úplné konveezi uhlovodíků ve smést.

Počínaje okamžikem začíná znovu zvětšování rozměrů vlastní uhlíkové elektrody, což je doprovázeno zvýšením tepelného proudu vstupujícího do elektrody.

Časový interval od do odpooííajjcí normálnímu provozu katody 2 se _; sníženou spotřebou oxidačního činidla, závisí na jinak stejrých ' podmínek od míry snížení spotřeby oxidačního činidla a stane se minimálním při úplném vyřazení oxidačního činidla ze složení . plazmotvorné směss.

V okamžiku , překračuje velikost tepelného proudu vstupujícího do katody 2, kteréžto velikosti odpovídá bod D na křivce 13, o 10 až 15 % ustálenou hodnotu tepelného proudu vstupujícího do katody 2, kterážto ustálená hodnota, jak výše uvedeno, odpovídá- bodu C.

V tomtc^okamžžku se mnnožsví oxidačního činidla v plazmotvorné smčsi opět zvýší ,.až , na m^ožstv, které se přivádělo v časovém intervalu od , do , , na kteréžto hodnotě se udržuje tak dlouho, až se tepelný proud vstupuuící do katody’2 v časovém ukamžiku , ,zmenší až na ustálenou hodnotu odpoovíaajcí bodu C, načežse minožtví oxidačního činidla v plazmotvorné směsi opět sníží až na hodnotu, odppovdaajcí technologickým požadavkům.

V dalším průběhu se zrnina žžnUství oxidačního činidla v plazmotvorné smé.si provádí sterým způsobem, tj. toto mno^lv! se během celé doby zpracování v prostředí plazmy \ periodicky m^ě^Oí. Tím je dána žco^o!, provádět zpracování v prostředí , plazmy po ořrvárující dobu v plynném prostředí s vysokou redukční schoppoosí, přičemž současně narušován provozní stav stálého obnovování katody.

Zvýšení žžn0ství oxidačního činidla dříve, než se tepelný proud vstupuuící do katody zvěttil o 10 Ϊ, není účelné, poněvadž to vede ke zkrácení celkové doby zpracování v plynném prostředí se zvýšenou redukční schoppoosí, zatímco zrnina rozměrů katody, jež odpovídá tomuto zvětšení tepelného proudu, není z hlediska stabilního h^iře^zí elektrikkého světelného oblouku a z hlediska jakossi zpracování nebezpečná.

Zvětšení m^^sv! oxidačního činidla, potom co se tepelný proud vstu^t^uJÍcd do katody 2 z^v^ět^il o 15 % ve ' ' srovnání s ustálenou hodnotou, ne^^ žádoucí, poněvadž geoimerické rozměry katody 2 se přito^ž zvětší naaooik, že dochází k význtmnému prodloužení Časového i^erv^u ^{Tg d}o Γγ, v je^ho^ž průbou se ^rameery, charr^errzuuící stav katody 2^,‘ tj.

její rozměry a tepelný proud vs^u^t^újící do katody 2, vracej na původní ustálené hodnoty.

Změnu žnnUsSví oxidačního činidla je možno automarizuvat, k čemuž se termočlánky, které registrují zm^i^u teploty vody chladicí katodu £, tj. při konstantním průtoku vody změnu tepelného proudu vstuoujícíhu do katody 2, spooí se stavěcím mechanismem v hlavním vedení pro přívod oxidačního činidla.

Možnost periodické změny složení plazmotvorné si^ěs, sessávvaící z uhlovodíků a oxidačního činidla a jsoucí ve styku s pracovním povrchem katody,.byla experimentálně zjištěna.

Při tavení vsázky karbidu vápníku s uhlíkem v prostředí plazmy v irafiUvvéž kelímku. prostřednictvím vyneseného steOnosmSrnéhu světelného oblouku, při „ němž jako anoda slouužl zpracovávaný m^a<2^eii^l., se pouHlo plazmatronu se stále se obr^oovuj^i^^í katodou. Jako plazmotvorné si^ěs, která užeUňoualr neustálé obnovování katody, bylo použito přírodního plynu ve sžěěi se vzduchem, p^eemž použité objemové žžoUsSví vzduchu u<apooíaalo 45 % onoho množství, jehož je teoreticky zapotřebí к úplné konverzi přírodního plynu ve směsi. Oxidační prostředek byl do prostoru mezi elektrodami zaveden v okamžiku, kdy tepelný proud vstupující do katody dosáhl své maximální hodnoty, a spotřeba oxidačního činidla byla při původních pokusech udržována konstantní na výše uvedené úrovni.

Zkoumání za těchto podmínek přetaveného materiálu věak ukázalo, že pro zlepšení jeho kvality je nutné zvýšení redukční schopnosti v plynném prostředí elektrického světelného oblouku v oblasti zpracování, a toho bylo možno s ohledem na nutnost stálého obnovování katody plázmatronu dosáhnout jen snížením spotřeby oxidačního činidla až do jeho úplného vyřazení. Pokusy, snížit spotřebu oxidačního činidla až na minimum nebo toto činidlo po celou dobu tavení úplně vyřadit, neměly příznivý výsledek vzhledem ke zvětšení rozměrů uhlíkového útvaru, který působil jako vlastní uhlíková katoda, а к tím podmíněným jevům: zvětšení lability katodové oblasti, destabilizace elektrického světelného oblouku, změna jeho geometrických rozměrů a tepelně fyzikálních parametrů, jejichž následkem bylo bučí zhasnutí elektrického světelného oblouku nebo, výrazné zhoršení jakosti zpracování, tj. byly potvrzeny známé nedostatky provozu katody v uhlovodících bez oxidačního činidla.

Proto byl podniknut pokus, provést celé tavení v periodickém provozním stavu:· po největší část doby hořel elektrický světelný oblouk při minimálním obsahu oxidačního činidla a periodicky byla, v okamžicích zvýšení tepelného proudu, plazmotvorná směs obohacena vzduchem v množství, které odpovídalo normálnímu provozu katody ve stavu stálého Obnovování, tj. bylo přidáno takové objemové množství vzduchu, které odpovídalo 0,4 až 0,9násobku onoho množství, jehož je teoreticky zapotřebí к úplné konverzi přírodního plynu. Časové intervaly ... v jejich průběhu jako plazmotvorná směs sloužila směs přírodního plynu a vzduchu v uvedeném poměru, nepřekročily 60 sekund, zatímco časové intervaly hoření elektrického světelného oblouku při minimálním obsahu oxidačního činidla činily 200 ... 300 sekund.

Četnými pokusy byla stanovena optimální hodnota pro překročení tepelného proudu vstupujícího do katody oproti ustálené hodnotě, která odpovídá časovému okamžiku zvýěení množství oxidačního činidla o 10 až 15

Pokusy ukázaly, že periodická změna množství oxidačního činidla v plazmotvorné směsi je možná nejen při hoření elektrického světelného oblouku s vynesenou anodou, nýbrž i při zpracovávání materiálů plazmovým paprskem, tj. s tryskovou anodou plazmatronu, zejména v případech, kdy katoda a anoda plazmatronu jsou odděleny mezitryskou, a že je možný oddělený přívod plazmotvorných plynů do katodové a anodové oblasti elektrického světelného oblouku.

Dále uvedené příklady vynález blíže objasňují.

Příklad 1

Elektrický světelný oblouk o intenzitě proudu 400 A se zapálí v zařízení na vytváření světelného oblouku mezi měděnou katodou s čelní stranou, kterážto katoda je vlisována do • vodou chlazeného držáku katody, a vodou chlazenou dutou anodou v plazmotvorné směsi obsahující methan. Chladicí voda pro katodu protéká předem pomocí termostatu cejchovaným diferenciálním termočlánkem, jehož studený spoj je přiletován к trubce, jíž chladicí voda proudí do katody, zatímco horký spoj je přiletován к trubce, jíž se zahřátá chladicí voda odvádí z katody.

Vzniklá termoelektromotorická síla, úměrná teplotnímu rozdílu v těchto trubkách, se přivádí, do samočinně zapisujícího elektronického kompenzátoru, který provádí kontinuální záznam termoelektromotorická síly rychlostí 1 800 mm/s.

Množství chladicí vody, protékající katodou, se udržuje konstantní na hodnotě 200 g/s. Z hodnoty teplotního rozdílu a množství chladicí vody je možno v libovolném okamžiku určit velikost tepelného proudu vstupujícího do katody.

Dvacet vteřin po zapálení elektrického světelného oblouku dosáhne tepelný proud, vstupující do katody, své maximáání 'hodnoty rovnající se 4,0 kW, načež začne klesat. Při snížení tepelného proudu až na hodnotu 3,4 . kW, tj. na hodnotu o 15 % nižšíjnež je maximální hodnota, k čemuž dojde po uplynutí 45 sekund od zapálení elektrického světelného oblouku, se do prostoru mezi měděnou katodou a dutou anodou zavede kysličník uhličitý jakožto oxidační činidlo.

- . **

Elektrický světelný oblouk hoří nadále stabilně při provozu katody ve stí tálého obnovovvnn. ’ . . ¹ j ‘

Příklad 2

Postupuje se'jako v příkladu 1. Oxidační činidlo se však zavede do prostoru mezi měděnou katodou a dutou anodou po uplynutí 10 sekund od zapálení elektrického světelného oblouku, tj. před okamžikem, kdy tepelný proud dosáhne své maximáání hodnoty 4,0 kW. V tomto případě dochází k intenzívní erozi pracoVní elektrody.

Příklad 3 , Postupuje se jako v příkladu 1. Kyssičník uhličitý jakožto oxidační .činidlo se však do prostoru mezi měděnou katodou a dutou anodou zavede po uplynutí 180 sekund od dosažení stacionární hodnoty tepelného proudu vstupu jícího do katody, který činí .2,8 kW a který se ustaví 90 sekund po zapálení elektrického světelného oblouku.

Již v této době nehoří elektrický světelný oblouk stabilně při kolísání napětí, teploty a rozměrů plazmového paprsku, a zavedení oxidačního prostředku má za následek návrat elektríčckého světelného oblouku do stavu stabilního hoření až teprve po delším časovém období trvajícím 120 sekund, v jehož průběhu je kvaaita zpracování mat^r^iálu v prostředí plazmy zhoršena.

Příklad 4·

Plazmotvorná směs obsahující methan se v mmnžžtví 2 800 1/h přivádí do prostoru mezi katodou z tyčového grafitu, který je vlisovén do držáku vodou chlazené měděné katody, kterýžto držák je částí zařízení k vytváření světelného oblouku, jež zahrnuje též vodou chlazenou měděnou trysku, a taveninou kovu, která slouží jako vynesená anoda.

Mezi katodou a anodou se zapálí stejnosměrný světelný oblouk'o intenzitě proudu 600 A.

Jakmile tepelný proud vstupuuící do katody dosáhne haximmání hodnoty, zavede se do prostoru mezi elektrodami jako oxidační činidlo kyslík v mnnoství 630 1/h, což odpovídá 0,45násobku onoho mr^živ! kyslíku, jehož je .teoreticky zapotřebí k úplné konverzi 2 800 1/h methanu, vypočteno podle vztahu (7).

Pak, když při tomto složení ·plazmotvorné · směsi.elektrický světelný oblouk přejde do stavu stabilního, hoření při·stacionární hodnotě tepelného proudu vstupujícího do katody, kterážto hodnota činí 1,3 kW, se spotřeba kyslíku sníží . až na 315 1/h, což. odpovídá G^násobku onoho m^nožst^í., kterého je teoreticky zapotřebí k úplné konverzi 2 800 1/h mm ethanu.

Tento provozní stav se dodržuje až do okamžiku zvýšení tepelného proudu vstupu jícího do katody o- 15 % ze stacionární hodnoty, tj. až na 1,5 kW, načež se spotřeba kyslíku opět zvýší na 630 1/h na dobu až do opětného snížení tepelného proudu vstupujícího do katody až na hodnotu 1,3 kW.

Provádění uvedených opatření se periodicky opakuje, což umooňuje provádět tavbu kovu po největší .část doby.v plynném prostředí s vysokou redukční sclopnažSí.

Příklad 5

Plazmotvorné směs obsahující methan CH^ se v možstvi 4 000 1/h přivádí· do prostoru mezi katodou z tyčového grafitu, který je vlioován do vodou chlazeného měděného držáku katody, který je částí zařízení k vytváření světelného oblouku, jež zahrnuje i vodou chlazenou měděnou trysku, a taveninou kovu, která slouží jako vynesená anoda.

Meei katodou a anodou se zapálí stejnosměrný světelný oblouk o intenzitě proudu

500 A.

Jakmile tepelný proud vstupuuíci do katody dosáhne maaimáání hodnoty, · zavede se do. prostoru meei katodou a anodou vzduch, jakožto oxidační činidlo v množsSví 6 500 1/h, což odpovídá 0,68násobku onoho mmožství vzduchu, kterého je teoreticky zapoořebí k úplné ' konveezi 4 000 1/h methanu, počítáno podle vztahu (7) s ořihlédoutím k obsahu kyslíku ve vzduchu, jenž činí 21 %.

PPíkla· d 6

Plazmotvorné.směs obsBahujcí přírodní.plyn,·který sestává nejméně z 90 % methanu, se v m^nožst^zí 7 200 1/h přivádí do prostoru mezi katodou z tyčového graaitu, který je vlisován do vodou chlazeného měděného držáku katody, který je částí zařízení k vytváření světelného oblouku, jež zahrnuje i vodou chlazenou měděnou trysku, a taveninou kovu, která slouží. jako vynesená eUktroda.

Meei katodou a anodou se zhpOlí stennosměsný světelný oblouk o intenzitě proudu 500 A.

Jakmile tepelný proud vstupuuíci do katody dosáhne ma^imání hodnoty, zavede se do prostoru meei katodou á anodou vzduch jakožto oxidační činidlo v ^^nožst^zí 14 ·. 600 1/h, což odpovídá 0,85násobku onoho množžtví vzduchu, kterého je teoreticky zappitřebí k úplné · konverzi uvedeného min^ožst^zí přírodního plynu, počítáno podle vztahu (7) s přihlédnutím · k obsahu kyslíku ve vzduchu ve výši 21 %.

Příklad 7

Plazmotvorné · směs žbsвhuUící methan CH^ se v mno0ství 3 000 1/h přivádí do zařízení k vytváření světelného oblouku mezi katodou z · tyčového hafnia, který je vlsoován do vodou chlazeného měděného držáku katody, a dutou měděnou anodou chlazenou vodou.

ΜθζΙ katodou a anodou se zap^áí stejnosměrný světelný oblouk o intenzitě proudu 500 A.

Jatanile tepelný proud vstupující do katody dosáhl mmazimmání hodnoty, zavede se do prostoru mezi katodou a anodou k/ssičník mičitý jakožto oxidační činidlo v ^^n^ožst^zí 3 300 1/h, což objemově odpovídá 1,1násobku onoho množsSví, jehož je·teoreticky zappořebí k úplné konverzi uvedeného·mnnožsví methanu, počítáno podle vztahu (8).

Potom, když se hoření elektrického světelného oblouku stabilizuje p^zi stacionární hodnotě tepelného proudu vstupujícího do katody, jenž činí 1,1 kW, s^ížzí se spotřeba · kysličníku uhličUého až na 1 600 1/h, což objemově odpovídá 0,53nátžbku onoho mnnžsSví, kterého je teoreticky zapotřebí k úplné konveezi methanu v m^n^^žst^zí 3 000 1/h.

Pi uvedeném složení olhzmotvžrnl směsi se ·pracuje tak dlouho, až tepelný proud vstup^uzící do katody stoupne na 1,25 kW, tj. o 14 % stacionární hodnoty, Pak se spotřeba kyssičníku mičUého opět zvýší, na 3 300 1/h a toto složení olazmotvžrnl smmsi se udržuje až k opětnému snížení tepelného proudu vstupujícího do katody na stacionární hodnotu·1,1 kW.

210534

V dalším se toto měnění složení plazmotvorné směsi v průběhu celé doby provozu periodicky opakuje, což v tomto případě umožňuje udržování vysoce redukčního prostředí v oblasti zpracování. '

Příklade

Plazmotvorná směs obsahující methan CH^ se v mnnožtví 4 200 1/h přivádí do zařízení k vytváření světelného oblouku do prostoru mezi katodou z tyčového grafitu, který je vlisován do vodou'chlazeného měděného držáku katody, a dutou měděnou anodou chlazenou vodou.

Mezi katodou a anodou se 'zapálí stejnosměrný světelný oblouk o intenzitě proudu 650 A.

Jakmile tepelný proud vstupu^cí do katody dosáhne maximální hodnoty, zavede se do prostoru mezi katodou a anodou kysličník uiličitý jakožtooxidační činidlo v mnnoství 7 560 litrů/h, tj. v objemovém mnnožtví odpoovdajícím 1,8násobku onoho mnnožsví, jehož je teoreticky zapotřebí k úplné konvvrzi uvedeného mnnožtví methanu, počítáno podle vztahu (8).

Příklady

Plazmotvorná směs obsahuufcí přírodní plyn, který z největší části sestává z methanu CH^, se v mnnožtví 6 200 1/h přivádí do zařízení k vytváření světelněho oblouku do prostoru mezi katodou a tyčového grafitu, který je vlisován do vodou chlazeného měděného držáku katody, a dutou měděnou anodou, chlazenou vodou.

Mezi katodou a anodou se zapálí stennosměrný světelný oblouk o intenzitě proudu 850 A.

Jakmile tepelný proud vstupující do katody dosáhne maximáání hodnoty, zavede se do prostoru mezi katodou a anodou kysličník ul^h^íičit^ý jakožto oxidační činidlo v m^ožžt,v:í 14 900 1/h, což objemově 2,4násobně překračuje ono ááožžtví kysličníku uhličitého, jehož je teoreticky zapotřebí k úplné konverzi uvedeného áán0ství přírodního plynu, počítáno podle vztahu (8).

Příklad 10

Plazmotvorná směs obsáháuící kysličník uhelnatý CO (o = 1) se v ^^oožs^^,^:í 1 080 1/h, což odpovídá sekundové spotřebě kysličníku uhelnatého 0,6 x 10 1/As redukované na proud 500 A světelného oblouku, přivádí do zařízení k vytváření světelného oblouku do prostoru mezi katodou z tyčového grafitu, který je vlisován do vodou chlazeného měděného držáku katody, a vodou chlazenou dutou měděnou anodou.

Mezi katodou a anodou se zapálí stejnosáěrný světelný oblouk o intenzitě proudu 500 A.

Jakmile tepelný proud vstupu;jíeí do katody dosáhne hodnoty, zavede se do prostoru mezi katodou a anodou kysličník uihičitý jakožto oxidační činidlo v mmoožtví 1 200 1/h.

Nízký obsah kysličníku uhelnatého CO v plazmotvorná směsi je možný následkem malé chemické afinity kysličníku Uhličitého COg k uhlíku C; volná slučovací energie kysličníku uhelnatého CO při reakci kysličníku uhličitého CO£ s uhlíkem C činí při teplotě 1 000 K 19,55 koal/moi.

Přikladl!

Plazmotvorná směs obsahnuící kysličník uhelnatý CO (o = 1) se v množtví 9 000 1/h, co^ž o^dpovi^dá tekuj^dov^é spotřebě kyslič^ku ufrelnatéřio 5 x 10“^ 1/As^, re^ovanina proud

500 A světelného oblouku, přivádí do prostoru mezi katodou ze spektrálně čistého tyčového grafitu, který je vlisován do vodou chlazeného měděného držáku katody, a dutou anodou. která je rovněž chlazena vodou.

210534

Mezi katodou a anodou se zapálí stejnosměrný světelný oblouk o intenzitě proudu 500 A.

Jakmile tepelný.proud vstupující do katody dosáhne maximální hodnoty, zavede se do prostoru mezi katodou a anodou kyslík jakožto oxidační činidlo v mooství 2 000 1/h.

Zvýšení ' obsahu kysličníku uhelnatého oproti příkladu 10 je podmíněno tím, Se kyslík má větší chemickou afinitu k uhlíku než kysličník ph-ičitý.

Volná slučovací energie kysličníku uhelnatého CO při reakci uhlíku s kyslíkem při teplotě 1 000 K činí -45,11 kcal/mol.

Příklad 12 '

Plazmotvorná směs obsah^jcí propan С-,Н_Я (o = 3) se v mnnoství 1 945 1/h, což odpovídá 27x10“3 J ° sekundové s^potře^{bě p}ro^paou % '----- l/As, redukované . oa ^prou^{d 600} A. světeln^o oblouku, přivádí do zařízení k vytváření světelného oblouku do prostoru mezi katodou ze spektrálně čistého tyčového grafitu, který je vlisován do vodou chlazeného měděného držáku katody, a dutou měděnou anodou, rovněž chlazenou vodou.

Konverze propanu pomocí vzduchu probíhá podle reakce

C₃H₈ + 1,5 0₂ = 3 CO + 4 H₂, tj. teoreticky je k úplné konverzi 1 945 1/h propanu zapotřebí asi 2 920 1/h kyslíku nebo asi 13 900 1/h vzduchu.

Mezi katodou a anodou se zapálí stennosměrný světelný oblouk o intenzitě proudu 600 A.

Jakmile tepelný proud vstup^ící do katody dosáhne meximáání hodnoty, zavede se do prostoru mezi katodou a anodou vzduch jakožto oxidační činidlo v množM 9·730 1/h, což odpovídá 0,7násobku onoho mun^sví, kterého je teoreticky zapotřebí k úplné konverzi uhlovodíků.

Pří klad 13

Plazmotvorná směs ob sáhu udící methan CH^ (o = 1) se v mnžžtví 3 450 1/h, což odpovídá se^kun^dov^é s^potre^bě metanu 1^,2 x ¹⁰~³ Vh re^du^kovan^é .na ^prou^{d 800} A sv^elnétoo o^blou^ku^, přivádí do zařízení k vy tváření světelného oblouku do prostoru mezi katodou ze spektrálně čistého tyčového grafitu, který je vlisován do vodou chlazeného měděného držáku katody, a dutou měděnou anodou, která je rovněž chlazena vodou.

Mezi katodou a anodou se zapálí stennosměrný světelný oblouk o . intenzitě proudu 800 A.

Jakmile tepelný proud vstupuuící do katody dosáhne maximáání hodnqty, zavede se do prostoru mezi katodou a anodou kysličník mičitý jakožto oxidační činidlo v mnnožtví 5 500 1/h.

Snížení spotřeby uhlíkaté sloučeniny (methanu), redukované na uvedený proud, oproti spotřebě v příkladu 12 je možné proto, poněvadž kysličník uiličitý je chemicky méně reaktivní vůči uhlovodíkům než kyslík a vzduch.

Příklad 14 '

Plazmotvorná směs, obsahnuící přírodní plyn, sestávaáící z 9Q % methanu CH^, a argon .

se v množství 3 000 1/h přírodního plynu a 1 000 1/h argonu. přivádí do prostoru mezi elektrodami. ,

Mezi katodou s čelní stranou, upravenou·v plazmovém proudu, kterážto katoda zahrnuje podložku ze spektrálně čistého grafitu, a anodou v.grafitovém kelímku . s náplní uhlíku a karbidu vápníku se zapálí stejnosměrný světelný oblouk o intenzitě proudu 600 A.

Jakmile tepelný proud vstupující do katody dosáhne maximáání hodnoty, přeruší se přívod argonu do prostoru mezi elektrodami a.zavede se sem ·jakožto oxidační činidlo vzduch v mmnoství 3 600 1/h, což odpovídá 0,5násobku onoho m^oOžsv^í, kterého je teoreticky zapotřebí k újlíné konverzi 3 000 1/h přírodního plynu podle vztahu (7):

<, > CH ⁺ '°,^{5 0}? = ^{CO + 2 H}2

PÓ4upLyi^i^u^:í.6^0 sekund od okammžku, kdy tepelný proud vstupující do katody dosáhne stacirn^nl ‘hodnoty ^{1,5 kW}, zas^tav^í se . přívo^d vz^duc^hu. ^po uplynutí ^{150 s}e^kun^d od uzavřeH ^přívodu vz^áúc^hu^{, t}j. p^ři hoření ei.e^riclcého světelného oblouto v plynném prostředí, sešívajícím pouze z přírodního plynu, začne tepelný proud vstupující do katody· stoupat a dosáhne po uplynutí 200 sekund od uzavření přívodu vzduchu hodnoty 1,65 kW, tj. hodnoty, překračuuící o 10 % stacionární hodnotu. V okamžiku se.do prostoru mezi elektrodami opětně přivede vzduch v mnnoství 3 600 1/h. Po uplynutí 30 sekund od okammiku, kdy tepelný proud vstupující do katody se snížil až na 1,5 kW se přívod vzduchu opět uzavře.

Tímto způsobem se provádí celá tavba za periodického přivádění vzduchu do plazmotvorné směsi jen na krátká časová období ve srovnání s dobou hoření elektrického .světelného oblouku v čiséém přírodním plynu. Elektrický světelný oblouk přioom hoří stabilně a kvvlita utaveného mo^eiářu je uspokojivá.

Kromě výše uvedených příkladů, při nichž se oxidační činidlo a uhlíkaté sloučeniny přivádějí do kontaktní zóny s elektrodami do prostoru· mezi elektrodami zařízení k vytváření světelného oblouku společně, je možno je přivádět i odděleně.

Toto oddělené přivádění je určováno tím, že usazování uhlíku na elektrodách, které jsou pod různými potenciály, tj. na katodě a · na anodě, probíhá . podle různých zákonů, a odnášení nadbytečného uhlíku je podmíněno jak chemickým působením látek, s ním reagujících, tak i jeho, odpařováním účinkem tepla elektríckého světelného oblouku.

Je · známo, že jedna z hlavních složek tepelného proudu vstupujícího do katody je při výskytu víceaoomových, zejména dvouatomových molekul v plazmotvorné smměi, včetně mooekul oxidačního činidla, určována neutralizací kladných iontů na katodě za vzniku atomů i jejich následným sloučením v mooekuly.

Přioom se na katodě uvolňuje ionizační a disociační energie těchto plynů.

Tento postup probíhá podle níže uvedených scdemma-ických rovnic:

	a+ + e~— A * Q,	(11)
	A + A ..... Ag + Qg	(12)
kde
a+	znamená . kladně nabitý ion plynu,
A	znamená neutrální atom plynu,
Q1	znamená ionizační energii plynu,
Q2	znamená disociační energii plynu a
e	znamená elektron.

U dusíku činí hodnoty (Q a Qg 335 kcaVm^l, resp. 225 kcal/mol a u kyslíku 313 kcal/mol, popř, 118 kcal/^m^l. Pokusně bylo zjištěno, že při hoření elektrického světelného oblouku s velkou intenzitou proudu je v jednotlivých případech možné odstranění nadbytku Uhlíku na •katodě pouze tepelným . účinkem elektrického světelného oblouku bez zvláštního přivádění oxidačního činidla do.kontaktní zóny s. katodou, což na anodě nikdy nebývá.

To umooňuje zmeešit tepelný proud, vstuppjící do katody, vypuštěním ·oxidačního činidla z plynného prostředí, které je ve styku s katodou, následkem vyřazení ionizační a ·disociační.energie, vybíjejících se na katodě, což na druhé straně umožňuje zvýšení pracovní schopnnoSi katody.

K odstraňování nadbytku uhlíku v anodovém kanálu dochází působením oxidačního činidla·,. které se přivádí do prostoru mezi elektrodami bezprostředně v anodovém kanálu mimo oblast styku s pracovním povrchem katody.

Uhlíkaté sloučeniny je možno přivádět do · prostoru mezi elektrodami bučí zcela jen do obbasti styku s pracovním povrchem katody, nebo částečně do této obbast.:L ·a částečně už do kanálu anody.

Zařízení, znázorněné na obj?. 5, je určeno pro zpracovávání s výhodou elektricky nevodivých mattriálú plazmovým paprskem, který se získá při hoření elektr^kého světelného oblouku mezi elektoodami zařízení k vytváření světelného oblouku.

Do prostoru 1 (obr. 5) meei katodou 2 a čelní stranou a dutou anodou 2 zařízeni k vytváření světelného oblouku, při^i^ož^i^é^h^o ke zddoji 4 stejnosměrného proudu, se vložkou 2 přivádí plazmotvorné směs 6, která jako uhlíkaté sloučeniny obsahuje uhlovodíky nebo.kysličník uhelnatý. ·

Mezi katodou 2 s čelní stranou a dutou anodou se zapplí elektrický světelný oblouk.

Do trubky 2, upravené uvnitř držáku 8 katody, . jakož i do dutých chladicích prostorů 2 a 14 duté anody J a meeztrysky 12 se přivádí chladicí kapalina. Oxidační činidlo 15 nebo jeho směs s uhlíkatými sloučeninami se přivádí do prostoru 1 meei elektoodami 2 a 2 kanály ve vložce .16, upravené meei meeztryskou 12 a dutou anodou J. '

Oxidační činidlo 15 se tedy přivádí mimo oblast styku plazmotvorné směěi 6 s pracovním povrchem.katody 2, která se touto směsí neustále obnovuje.

Toto ze své strany umožňuje provádět difeenncované regulování provozního stavu .každé z elektrod, katody 2 a anody 2. které pracují následkem rozdílné pooaaity za.různých podmínék. ·

Příklad 15

Mezi katodou s čelní stranou a . podložkou ze speetrálně čistého grafitu, která je upravena v pl.azm^1..i^onu a zaissována do vodou chlazeného měděného držáku katody, a vodou chlazenou dutou anodou, které jsou navzájem odděleny meeZtrytCou, se zap^áí steínosměrný světelný oblouk o intenzitě proudu 500 A. ·

Do oblasti styku s katodou se přivádí plazmotvorná směs, teetáánaící z 2 500. 1/h přírodního plynu a 1 000 1/h argonu. .

Do styku s anodou, tj. za m^ez^tr^y^^k^ou se přivádí plazmotvorná směs, sestávající z 2 000 1/h přírodního plynu a 3 500 1/h vzduchu.

Jaknile· tepelný proud vst^p^ící do katody dosáhne své maximáání hodnoty, přivede se do (зЫх^ styku s katodou vzduch jakožto oxidační činidlo v mnnossví 3 . 750 . 1/h, což . odpovídá 0,63nlsobku onoho minosst^v^, kterého j^e teoreticky zlpo0гelí k úplné konverzi 2 500 1/h přírodního plynu, a přívod argonu se přeruší.

Po uplynutí 60 sekund od .okamžiku, .kdy . tepelný' proud vstupující do ' katody.dosáhne stacionární hodnoty 1,8 kW, sniií se mnnoiSví vzduchu,.přiváděného do oblasSi styku s pracovním povrchem katody, ai na 1 250 1/h, coi.objemově odpovídá 0,21násolku -onoho mnoitvV, kterého je teoreticky zapoořebl.k úplné konverzi 2 500 1/h přírodního plynu. Po uplynutí 300 sekimd · od okamžiku sníiení spotřeby vzduchu začne se tepelný proud vstupující do katody - zvyšovat, kterýito.proud dosáhne po uplynutí ještě 100 sekund hodnoty .2,07 kW, tj. přesáhne stacionární hodnotu o 15 %· V tomto okammiku se spotřeba vzduchu v plazmotvorné směěi, která je ve styku s katodou, zvýší sŽ na 3 750 1/h. Po uplynutí 30 sekund od okanmiku, kdy se tepelný proud vstupuuící do katody snížil . až na' 1,8 kW, sníží se opět · mnnžisví vzduchu, přiváděného do oblsssi styku s pracovním povrchem . katody. .

Takto. . se zs periodického měnění sloiení . plazmotvorné sméěi v oblasti styku s pracovním povrchem katody a zs uchování konstantního sloiení plazmotvorné směěi v oblassi styku s pracovním povrchem anody, čími se zabrání zanášení anodového kanálu koksem, . dosáhne udriení redulktuícího plazmového paprsku, kterého se .dále použije k redakci kysličníku siřičitého z odplynů cyklcmového tavení sulfldiclých maStriálů.

Elektrický světelný .oblouk přitom stabilně hoří zs stálého obnovování katody.

Z uvedených konkrétních příkladů provedení vynálezu vyplývá odborníkům ns tomto pooi techniky zcela jasně možnost dosaiení všech cílů vynálezu v rozsahu, který je vymezen definicí předmětu vynálezu.

Je však rovněi zcela zřejmé, ie je mošno provést nevýznamné změny při provádění způsobu podle vynálezu, anii by se vybočilo . z'rámce vynálezu. Všechny tyto změny nepředstavní překročení podstaty a .rozsahu vynálezu, které jsou určeny deeinicí předmětu vynálezu.

Způsob podle vynálezu ke zpracovávání maSteiálů v prostředí plazmy umožňuje stálé obnovování elektrod zařízení k vytváření světelného oblouku z plazmotvorné smčěs, coi opět dovoluje provádět zpracovávání . maSteiálů, v prvé řadě ěetaSurgiikt_J v prostředí plazmy bez zhasnuuí tltkirikééhs světelného oblouku a bez přerušení provozu po dobu mezi . výměnami elektrod. To má zs náslddek sníiení'. vlastních náklddů a zlepšení kvaSity zpracování v prostředí plazmy, zmenšení spotřeby nákladných maSteiálů, z nichi se elektrody vyrábějí, jako je například wolfram, molybden, hafniím .a zirkonúim, jskoi i jejich náhradu levnějším grafitem.

Možnost pot^ití plazmotvorných směss, které kromě uhlovodíků nebo kysličníku uhelnatého obsáhlí i kysličník uihičitý, ' uěoSňujt . zařaSdt do . počtu postupů, které se ursvádёSí zs stálého obnovování elektrod, i svařování konstrukčních oceH v prostředí plazmy obsahnuícím kysličník uhličitý, coi představuje jeden z obzvláště rozšířených způsobů zpracovávání v prostředí plazmy.

Posžžtí odplynů z chemicik-měeaaurgiikýih výrob k vytvoření plazmy, kterého odplyny > kysličník uhelnatý, kyslík, kysličník u^ičitý a vodní páru, jednak zvyšuje ekonomickou efeektvitu zpracování díky poidití odplynů s nulovými vlastními náklady, jednak zlepšuje ochranu okolní přírody následkem částečného vyuuití těchto plynů.

Claims (7)

1. Způsob zpracovávání materiálů v prostředí pSammy zavedením pSzzmstvorné směsi, obsahující . uhlíkaté sloučeniny ze skupiny zahhnnící uhlovodíky a kysličník uhelnatý a zasištující při hoření světelného oblouku usazování .uhlíku ns alespoň jedné . elektrodě zařízení k vytváření světelného oblouku, do prostoru meei elektrodami,.jakoi i zapálením elektrického světelného oblouku a zavedením oxidačního činidla do uvedeného prostoru pro zvýšení stability hoření elektrického světelného oblouku, vyznačující se tím, že zavedení oxidačního činidla do prostoru mezi elektrodami se provede v časovém'intervalu, počínajícím okamžikem, kdy tepelný proud vstupující do jedné elektrody, na níž se usazuje uhlík, dosáhne své maximální hodnoty, a končícím okamžikem, kdy se tento tepelný proud sníží až na ustálenou hodnotu.

2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že při zavedení kyslíku nebo vzduchu jakožto oxidačního činidla do prostoru mezi elektrodami se tohoto oxidačního činidla použije v objemovém množství, odpovídajícím 0,4 až 0,9násobku onoho objemového množství, jehož je zapotřebí teoreticky pro úplnou konverzi uhlovodíků směsi.

3. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že potom, co tepelný proud vstupující do jedné elektrody dosáhl ustálené hodnoty, se kyslík nebo vzduch jakožto oxidační činidlo zavede do prostoru mezi elektrodami v objemovém množství, nižším než 0,4násobek onoho množství, jehož je teoreticky zapotřebí к plné konverzi uhlovodíků směsi.

4. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že při zavedení kysličníku uhličitého jakožto oxidačního činidla do prostoru mezi elektrodami se tohoto použije v objemovém množství, které 1,05 až 2,5násobně překračuje ono množství, jehož je teoreticky zapotřebí к úplné konverzi uhlovodíků směsi.

5. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že potom co, tepelný proud vstupující do jedné elektrody dosáhl ustálené hodnoty, se do prostoru mezi elektrodami zavede kysličník uhličitý jakožto oxidační činidlo v objemovém množství, které je nižší než 1,05násobek onoho množství, kterého je teoreticky zapotřebí к úplné konverzi uhlovďdíků směsi.

6. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že v závislosti na chemické příbuznosti oxidačního Činidla s uhlíkatou sloučeninou se uhlíkatá sloučenina zavede do prostoru mezi

0,5 . 10³ 6 . 10‘³ elektrodami v množství od ---------- 1/As do ------- 1/As, kde n znamená počet atomů n n “ uhlíku v použité uhlíkaté sloučenině.

7. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že se oxidační činidlo a plazmotvorná směs, obsahující uhlíkaté sloučeniny, zavádějí do prostoru mezi elektrodami odděleně, přičemž se uhlíkaté sloučeniny přivádějí bezprostředně do oblasti, která je ve styku s pracovním povrchem jedné z elektrod.