CS218814B1 - Method of generating the plasma in the plasma electric arc generator and device for executing the same - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu generování plazmatu v plazmovém elektrickém obloukovém generátoru a zařízení pro provádění tohoto způsobu. Při použití způsobu a zařízení podle vynálezu se k ohřívání kovů v tavící peci využívá koncentrované tepelné energie elektridkého oblouku.

Plazmový elektrický obloukový generátor představuje zařízení, které slouží pro získání paprsku „studeného“ plazmatu.

'Plazmový elektrický obloukový generátor sestává obvykle z vodou chlazeného pláště s tryskou a střední elektrody z těžko tavitelného kovu, například z wolframu a molybdenu, který obsahuje emisní přísady. V přímo působících plazmových elektrických obloukových generátorech se do elektrického obloukového výboje mezi těžko tavitelnou katodou a zpracovávaným materiálem, který slouží jako anoda, vhání pracovní plyn, například vodík, dusík, argon, helium a podobně.

V nepřímo pracujících plazmových elektrických obloukových generátorech se plazma vytváří mezi katodou a anodou ve tvaru úzké prstencové trysky. Jedním z parametrů plazmového elektrického obloukového generátoru, který určuje jeho životnost, je měrné opotřebení elektrody.

Výkon plazmového elektrického oblouko2 vého generátoru závisí značnou měrou na intenzitě proudu elektrického oblouku. Při zvýšení proudu elektrického oblouku se zvětšuje zahřívání elektrody, protože tato je ostřelována elektrony a ionty. Při zvětšení proudu dochází k výraznějšímu zužování oblouku působením vlastního magnetického pole a na pracovní ploše, zejména v aktivní skvrně, stoupá odpovídajícím způsobem proudová hustota a také množství uvolňovaného tepla, což způsobuje zvýšení teploty elektrody a její opotřebení.

Měrná hustota tepla ve směru ke katodě je tak veliká, že se povrchová vrstva materiálu katody taví, vře a rozstřikuje, v důsledku čehož dochází k znečištění kovu v peci.

V důsledku toho je ztížena konstrukce plazmových elektrických obloukových generátorů pro větší pracovní proudy, neboí jejich elektrody mají malou životnost.

Uvedený problém se řeší různými způsoby.

Je známo, že pro spolehlivý provoz plazmového elektrického obloukového generátoru s požadovaným proudem elektrického oblouku je třeba úměrně s proudem elektrického oblouku zvětšovat i průřez elektrod. — Patentový spis Spojených států amerických č. 3 130 292.

Při volbě pracovního proudu elektrod se se .zvětšeným průřezem .ее musí uvážit, Ze ' proudová - hustota na ' elektrodě nesmí překročit prahovou hodnotu, která závisí na emisních vlastnostech materiálu telekateody a na tepelně-fyzikálníoh 'vlastnostech -tffhoto· materiálu. Jestliže proudová - hustota na elektrodě -překročí prahovou hodnotu, dochází k velmi rychlému zničení elektrody.

Hlavním nedostatkem těchto plazmových elektrických obloukových generátorů je intenzívní opotřebení elektrody při velkých proudech, které vznikají v -důsledkuštáhujícího účinku vlastního magnetického pole elektrického oblouku, což způsobuje příkré zvýšení proudové hustoty v aktivní skvrně.

Zmenšení hodnoty proudu nepřispívá ke zlepšení provozních parametrů plazmových elektrických obloukových generátorů, protože elektrické oblouky při malých proudech nehoří stabilně, zejména při použití elektrod s - - velkými. průměry, přičemž proudová hustota v aktivních . skvrnách ' zůstává poměrně vysoká.

V .. patentovém spisu Spojených - států - amerických č. 3 147 329 je popsán způsob .generování plazmatu v plazmovém elektrickém obloukovém generátoru a - provedení - tohoto plazmového elektrického obloukového ^generátoru pro provádění - tohoto způsobu, při kterém se používá pomocného stejnosměrného oblouku.

Tento známý způsob spočívá v tom, že v proudu pracovního - plynu - se nejdříve zapálí pomocný oblouk a pak úilavní - elektrický oblouk. Oba elektrické oblouky se zapalují v prostoru elektrody, do které je známým způsobem přiváděn plyn, který do prostoru -elektrody - přichází . chladný.'

Použití chladného plynu zajišťuje stabilitu polohy sloupce hlavního elektrického oblouku v tomto prostoru, snižuje však kapacitu - elektrodového - prostoru a . porušuje stabilitu průchodu proudu elektrického oblouku - v tomto prostoru.

Při - zvýšení proudu - hlavního elektrického oblouku se objevují nestacionární aktivní skvrny. Aby se mohl zvýšit proud hlavního elektrického obklouku, musí se zvětšit i průřez elektrody. Pomocný oblouk s nízkou intenzitou proudu nepřispívá nijak výrazně ke zmenšení opotřebení elektrody.

Známé zařízení sestává z vodou chlazeného pláště s tryskou - a duté elektrody z těžko tavitelného materiálu, která - je uspořádána v tomto plášti, a ve které je vytvořen středový kanálek.

Při provozu - hoří mezi dutou - elektrodou a tryskou pomocný stejnosměrný oblouk, který slouží ke stabilizaci hlavního elektrického- oblouku. -Plyn vytvářející .plazma se přivádí jednak do mezery mezi dutou elektrodou a tryskou, jednak do ..osového kanálu duté elektrody. Popsané .uspořádání umožňuje opotřebení elektrody při hodnotách proudu přesahujících 4000 A.

Pop-sané konstrukční provedení plazmo vého elektrického obloukového '.generátoru Wsak neřeší ιμρΐ-ně problém snížení opotřebení '-elektrody, - ačkoliv udo .určité múry umožňuje stabilizaci směru sloupce elektrického cQlínukm iWotóže 'pomomý Elektrický oblouk, který hoří mezi dutou elektrodou a tryskou, ohřívá a ionizuje v prostoru u elektrod plyn, dochází ke vzniku dvojitého elektrického· oblouku e napovrchu trysky vznikají aktivní skvrny, v důsledku čehož ije - tato tryska intenzívně rozrušována.

Vz^ik dvojitého elektnického oblouku, který je provázen nedefinovaným přemisťovámím .-dhtivních skvrn na povrchu -elektrody, trysky a 'Ohřívaného materiálu, vede k nestabilitě hoření hlavního elektrického oblouku :a k samovolnému - posouvání jeho sloupce vůči podélné ose kanálku .-trysky.

Chladný plyn, který 'se přivádí do osového kanálku . duté - elektrody, snižuje vodLivost -prostoru u - elektrody a vyvolává nestabilitu - průchodu proudu elektrického oblouku tímtoprostorem.

Uvedený - jev vede ke zužování sloupce elektrického . -oblouku a aktivních skvrn na povrchu elektrody a k její zvýšené erozi. Větší- - část nabitých částic, které jsou potřebné pro průchod proudu prostorem u elektrody, se - - - vytváří elektrodou ohřátou emisí elektronů -na vysokou teplotu, což také .vyvolává .zvýšení -opotřebení -elektrody.

Uvedené skutečnosti omezují možnosti použití - plazmových - elektrických obloukových generátorů - tohoto 'konstrukčního- provedení.

Uvedené nedostatky známých způsobů generování plazmatu - -v plazmovém - -elektrickém - - obloukovém, mg neráto-ru,-při -kterém' -.-se v .proudu .pracovního -.plynu -nejdříve .zapálí pomocný oblouk -a .poté - hlavní - elektrický oblouk, ' - odstraňuje - způsob podle --vynálezu, jehož .podstata - spočívá v - -tom, - že .p-lyn -se před -přivedením vdo .prostoru .hlavního elektrického oblouku u '.elektrod -ohřívá -v pomocném oblouku -na teplotu .potřebnou pro ' ionizaci .tohoto - .plynu, -přičemž -hodnota - -proudu - pomocného .oblouku - činí - nejméně - Q,Q5nááob.ek - hodnoty proudu ilha-vní-ho elektrického oblouku.

Uvedený způsob se -provádí .zařízením, které .„sestává - z vodou u hlazeného pLáítě s tryskou .a ...duté -elektrody ,těžko - tavitelného kovu, -zejména .wo^reou s povlakem -.-z lanthanu .něho yttria, -ve -které ?e -vytvořen osový kanálek m -která ije -v plášti .uspořádána ..sjaidiální -vůlí, takže - vymezuje .prstencový průchod .pro plyn, jehož podstata .spočívá podle -vynálezu v tom, že v osovém - kanálku duté . elektrody je s .radiální -vůlí-u-spořádána .pomocná .elektroda, - která - tak -vymezuje -prstencový -průchod - pro plyn - -a - je -z - materiálu - -s - vlastnostmi -shodnými s - vlastnostmi - - materiálu - duté .elektrody, - přičemž - dutá elektroda -a - pomocná - -elektroda - jsou zapojeny do proudového obvodu.

.Pracovní -čelní strany d.uté.elek.tτo¢l.y.aρs6

213814 mocné elektrody jsou od sebe -ve směru os elektrod uspořádány ve vzdálenosti, rovné 0,1 až 0,5násobku vnějšího . průměru duté elektrody a průměr pomocné elektrody činí nejméně 0,1 vnějšího průměru duté elektrody.

V osovém kanálku duté elektrody je mezi pracovními čelními .stranami duté elektrody a pomocné elektrody. vytvořen rozšířený úsek, jehož délka od pracovní čelní strany činí 0,1 až 0,2 vnějšího průměru duté elektrody a jehož průměr v rovině pracovní čelní strany je 2- až 5násobkem průměru zbývající části osového kanálku.

Uvedený rozšířený ús-ek osového kanálku duté elektrody je s výhodou tvaru válce nebo komolého kužele.

Popsaný pracovní postup a provozní podmínky umožňují volit optimální hodnoty parametrů generování plazmatu před prostorem u elektrody. Vznikající plazma zajišťuje vodivost prostoru elektrody, která postačuje pro průchod proudu hlavního elektrického oblouku. V důsledku toho je možné v širokém rozsahu měnit proud hlavního· elektrického .oblouku, přičemž průřez elektrody zůstává stejný. Protože plyn .se nejdříve ionizuje a tepnve poté se přivádí do prostoru u elektrody hlavního. elektrického oblouku, je v této oblasti zajištěna přítomnost takového množství nabitých -částic, které postačuje pro průchod proudu hlavního elektrického oblouku a pro. kompenzaci prostorového výboje v blízkosti pracovní plochy elektrody.

V důsledku toho se v blízkosti elektrody snižuje spád napětí a tím i energie přenášená na elektrodu, dochází k rozstředění elektrodového prostoru, to jest odstraňuje se zužování a přemisťování aktivních skvrn, snižuje se teplota elektrody a tím se také výrazně zmenšuje opotřebení této elektrody.

Přivádění ionizovaného plynu do. elektrodového. prostoru kromě toho stabilizuje hlavní elektrický oblouk a zvyšuje stabilitu polohy sloupce elektrického oblouku, v důsledku čehož dochází ke zmenšení opotřebení trysky.

Konstrukční řešení podle vynálezu umožňuje dosažení minimální eroze duté elektrody a trysky a současně získání hlavního elektrického oblouku s vysokou stabilitou.

Dosahuje se toho tím, že plyn ionizovaný v pomocném oblouku přichází do elektrodového prostoru hlavního elektrického oblouku, který je zapálen dutou elektrodou a zpracovávaným materiálem a zajišťuje pro tento hlavní elektrický oblouk takové množství nabitých částic, které postačuje pro průchod proudu hlavního elektrického oblouku tímto plynem a pro kompenzaci prostorového výboje v blízkosti pracovní plochy duté elektrody.

V důsledku toho se zmenšuje spád . napětí v blízkosti elektrody a tím i energie přenášená na tuto dutou elektrodu, dochá zí k rozstředění aktivních skvrn, klesá proudová hustota na povrchu duté elektrody, klesá teplota této elektrody a současně se podstatně zmenšuje i její eroze. Hlavní elektrický oblouk kromě toho hoří stabilně a sloupec plazmatu se vyznačuje stabilitou vůči ose kanálku trysky.

Tryska přitom zůstává prakticky neutrální jak při zapnutí plazmového elektrického. obloukového generátoru, tak i během provozu, neboť mezi dutou elektrodou a pomocnou elektrodou hoří pomocný oblouk. V důsledku toho není chladný plyn, který se přivádí do mezery mezi dutou elektrodou a tryskou, pomocným .obloukem ionizován, což prakticky úplně vylučuje vznik dvojitého elektrického oblouku a s tím spojené intenzívní . eroze trysky. Životnost trysky se proto prodlužuje na mnohonásobek.

Pro dosažení optimální délky pomocného oblouku a účinného . ohřevu plynu přiváděného do tohoto pomocného oblouku na požadovanou teplotu a stupeň ionizace je výhodné jestliže vzdálenost mezi pracovními čelními plochami duté a pomocné elektrody, která se měří ve .směru osy těchto elektrod, nebo velikost zapuštění pomocné elektrody do duté elektrody činí 0,1—0,5 vnějšího průměru duté elektrody.

Je zřejmé, že při zvětšení proudu hlavního elektrického oblouku je třeba zvětšit i průměr duté elektrody. Proud pomocného oblouku, který je potřebný k zajištění požadovaného ohřátí a stupně ionizace, do pomocného .oblouku přiváděného plynu, by se měl při zvětšování proudu hlavního elektrického oblouku také zvětšit. Aby proudová hustota pomocného oblouku nepřesáhla na pomocné elektrodě přípustnou hodnotu, je třeba zvětšit průměr pomocné elektrody. Vhodný průměr pomocné elektrody činí nejméně 0,1 vnějšího průměru duté elektrody. Taková elektroda vykazuje maximální odolnost v celém provozním rozsahu plazmového elektrického· obloukového. generátoru.. '

Z hlediska stabilizace podmínek vytváření elektrodového prostoru je výhodné, jestliže v osovém kanálku duté elektrody je mezi pracovními čelními stranami duté elektrody a pomocné elektrody vytvořen rozšířený úsek, jehož délka od pracovní čelní strany činí 0,1 až 0,2 vnějšího průměru duté elektrody a jehož průměr v rovině pracovní čelní strany Je 2 až 5násobkem zbývající části osového. kanálku.

Rozšířený úsek osového kanálku může mít tvar komolého kužele nebo válce.

Tato úprava popsaného konstrukčního provedení vytváří příznivé podmínky pro formování elektrodového prostoru, pro. rozstředění oblouku do· celého objemu rozšířeného úseku osového kanálku a tudíž pro zmenšení proudové hustoty na povrchu elektrody. Oblast přerušení proudu plynu se nachází uvnitř rozšířeného úseku v místech skokové změny profilu osového kanálku a.

218.814 ve vnitřním úhlu rozšířeného úseku. Souhrn těchto jevů přispívá výrazně ke zmenšení zužování elektrického oiblouku v - elektrodovém prostoru, k zabránění posouvání- elektrického» oblouku na hranu - čelní - strany elektrody a vychýlení elektrického - oblouku na boční plochu elektrody.

Všechny tyto faktory přispívají ke - zmenšení eroze -elektrody, ovlivňují příznivě formování -sloupce plazmatu a - vylučují vznik dvojitého elektrického oblouku.

Podstata vynálezu bude v dalším objasněte na příkladu - jeho provedení, který je popsán na základě připojených výkresů, které znázorňují:

obr. 1 plazmový - elektrický obloukový - generátor podle vynálezu v podélném řezu, obr. 2 připojení plazmového elektrického obloukového generátoru - podle - vynálezu k proudovému zdroji, obr. 3 ve zvětšeném měřítku uspořádání elektrod plazmového elektrického obloukového generátoru, obr. 4 provedení vynálezu, -ve kterém je v osovém kanálku duté elektrody vytvořen rozšířený úsek -a obr. 5 další příklad - provedení - vynálezu, ve - kterém - je -v osovém kanálku - vytvořen rozšířený - úsek.

Na obr. 1 znázorněný plazmový obloukový -elektrický generátor, který slouží pouze pro vysvětlení hlavní myšlenky - vynálezu -sestává -z pláště 1 s tryskou 2 a duté elektrody 3 uspořádané v plášti 1, která je - při stejnosměrném provozu zapojena jako katoda, a která je s výhodou - vyrobena z -těžko- tavitelných kovů, - například wolframu, tantalu, - niobu a molybdenu, s - malou - - příměsí emisních materiálů, například kysličníku -thoria a ytria. Dutá elektroda - 3 - je upqvněna na držáku 4, Za účelem ' odvádění přebytečného· -tepla z duté elektrody 3, aby se zabránilo jejímu tavení, je držák 4 vyroben z tepelně vodivého materiálu, například z mědi, a je pomocí kapalinového chladiče chlazen, například vodou. - Chladicí kapalina se vstupní -olivou 5 - přivádí do prstencovým průchodem 9, který je -tvořen chladicí trubicí 7 a vnitřní -stěnou 8 držáku 4. Dále je tato chladicí kapalina vedena prstencovým průchodem 9, - který je tvořen chladicí trubicí 7 a vnější stěnou 10 držáku 4, do výstupní olivy 11.

Tryska 2 je podobně jako držák 4 - chlazena - vodou, která je- vstupní olivou 12 přiváděna do prstencového průchodu 13, - který je tvořen chladicí trubicí 14 - a vnitrní stěnou 15 pláště 1, která přechází v trysku

2. Voda je dále vedena do prstencového průchodu 16, který je tvořen chladicí trubicí 14 a vnější stěnou 17 pláště 1, která přechází v trysku 2, načež- se odvádí výstupní olivou 18.

Plášť 1 s tryskou 2 je od držáku 4, který nese dutou elektrodu 3, elektricky odizolován izolátory 19.

V osovém kanálku - -20 - duté - elektrody 3 je podle vynálezu uspořádána .pomocná elektroda - 21, - která je nesena držákem -22 a je vyrobena z materiálu -podobného- materiálu duté elektrody 3. - - Povrchy. - pomocné elektrody 21 a .osového .kknálku .20 vytvářejí prstencový kanálek. Rovněž pomocná elektroda 21 je - chlazena vodou, která se vstupní olivou 23 - přivádí -do osového kanálku 24 chladicí trubice 25 a výstupní olivou 28 se pak odvádí z prstencového - průchodu .26, - který - je vymezen chladicí trubicí -25 a stěnou - 27 držáku 22.

Dutá elektroda 3 a pomocná -elektroda ' 21 jsou vůči sobě elektricky izolovány izolátory 29.

Dutá elektroda -3 a pomocná elektroda .21 jsou podle vynálezu zapojeny do elektrického napájecího obvodu, který je - -znázorněn na obr. 2, -kde . - je schematicky -znázorněn plazmový - elektrický obloukový generátor podle vynálezu a - .napájecí obvod tohoto- - generátoru, který sestává z proudového zdroje - -30, - který je připojen k duté elektrodě - 3 a - k - pomocné elektrodě 21a napájí je buď stejnosměrným, nebo střídavým . - proudem. Při uzavření proudového obvodu - proudového zdroje - - 30, například pomocí oscilátoru 31, se mezi elektrodami .3, 21 - zapálí pomocný oblouk. - Hlavní elektrický oblouk, -udržovaný mezi - dutou - elektrodou 3 a zpracovaným kovem - '32, je napájen stejnosměrným nebo: - střídavým - proudem z - proudového zdroje -33.

Z - obr. - 3 je - patrné, že pomocná - elektroda 21 je vůči duté elektrodě 3 uspořádána tak, že- vzdálenost mezi - pracovními čelními -stranami 34, - '35 duté elektrody 3 a - pomocné elektrody ' 21, - která se . -měří ve - směru - - osy -těchto elektrod .3, - 21, - je rovna - 0,1 až 0,5násobku vnějšího průměru D . duté elektrody 3. Průměr - d pomocné - elektrody -21 přitom činí nejméně 0,1 vnějšího průměru D duté elektrody 3.

Plazmový elektrický obloukový generátor - je -opatřen - průchody pro přívod vzácného - plynu - do oblasti hoření elektrického oblouku, například prstencovým průchodem 36- a dalším prstencovým - průchodem 37, do· kterých je vstupní olivou 38 - přiváděn a ze kterých je -r^^^s^ltupní olivou -39 - odváděn plyn.

Plazmový elektrický obloukový - . generátor podle vynálezu -může být upraven ,- tak, aby se zajistila - nízká proudová hustota - na pracovní ' ploše duté elektrody 3 a zabránilo se přemisťování - aktivní - skvrny.

V osovém kanálku - 20 duté - elektrody - 3 je mezi- - její pracovní čelní -stranou .34 a.pracovní čelní stranou - 35 pomocné elektrody 21 vytvořen rozšířený úsek o - délce 1, která se rovná 0,1 až 0,2násobku vnějšího průměru - D duté elektrody '3 - měřeno - od - její pracovní čelní strany 34, což je- patrné - z obr. 4. - Průměr Dn tohoto rozšířeného úseku činí na povrchu pracovní - čelní - strany -34 2až 5násobek průměru di zbývající části osového ' kanálku ' 20.

Z ' obr. 4 a 5 - -je patrno, - že ... rozšířený - - úsek osového kanálku 20 může mít tvar válce nebo komolého kužele.

Popsaný plazmový elektrický obloukový generátor, který slouží pro provádění způsobu podle vynálezu, může být použit pro tavení a rafinování kovů. Napájení tohoto generátoru se může provádět libovolným vhodným zdrojem střídavého nebo stejnosměrného proudu, který je schopen dodat do generátoru potřebnou energii.

Při p.o/ozu je plazmový elektrický obloukový generátor napájen z proudového zdroje 31). Před zapnutím elektrického oblouku se do prstencovitých průchodů 36, 37 olivami 38, 33 přivede plyn. Poté se zapne proudový zdroj 30 a oscilátor 31, v důsledku čehož se mezi dutou elektrodou 3 a pomocnou elektrodou 21 zapálí pomocný oblouk. Plyn prochází prstencovitým průchodem 37, obtéká přitom pomocnou elektrodu 21, a osovým kanálkem 20 přichází do oblasti hoření pomocného oblouku, odkud proudí do kanálku 40 trysky 2. Proud pomocného oblouku se volí nejméně 0,05násobkem velikosti proudu hlavního elektrického oblouku. Plyn ohřátý a ionizovaný v pomocném oblouku vytéká z osového kanálku 20 duté elektrody 3 a vytváří vodivý prostor ném oblouku vytéká z osového kanálku váným kovem 32, což vytváří příznivé podmínky pro zapálení a udržování hlavního elektrického oblouku. Poté se zapne proudový zdroj 33 pro napájení hlavního· elektrického oblouku, který za přítomnosti ionizovaného plynu z pomocného oblouku vznikne mezi dutou elektrodou 3 a zpracovávaným kovem 32.

Proud hlavního elektrického oblouku se může zvětšovat nebo zmenšovat za předpokladu, že hodnota, proudu pomocného oblouku neklesne pod 0,05 hodnoty proudu hlavního elektrického oblouku, takže proud pomocného oblouku se musí nastavovat úměrně proudu hlavního elektrického oblouku.

Z dalších příkladů ověřování způsobů a zařízení podle vynálezu jsou patrné přednosti vynálezu ve srovnání se stavem techniky.

Přikladl

К oh?čátí a roztavení kovu byl použit plazmový elektrický obloukový generátor v provedení podle obr. 1.

Pomocná elektroda 21 z wolframu s přísadou 3% kysličníku ytria o průměru 6 mm byla zamontována do vodou chlazené duté elektrody 3 z wolframu s osovým kanálkem o průměru 10 mm.

Dutá elektroda 3 měla délku 15 mm a průřez 1600 mm². Celní strana pomocné elektrody 21 byla vůči čelní straně duté elektrody 3 zapuštěna o 8 mm. Dutá elektroda 3 se zamontovanou pomocnou elektrodou 21 byla uspořádána v plášti 1 generátoru, kte rý byl opatřen vodou chlazenou měděnou tryskou 2 o průměru 50 mm.

Celní strana duté elektrody 3 byla vůči rovině otvoru trysky 2 zapuštěna o 25 mm. Do osového konálku duté elektrody 3 byl přiváděn argon v množství 8 litrů za minutu. Plyn obtékal pomocnou elektrodu 21 a vytékal z osového kanálku a současně byl mezi dutou elektrodu 3 a plášť 1 s tryskou 2 přiváděn plyn v množství 120 litrů za minutu. Mezi pomocnou elektrodou 21, která pracovala jako katoda, dutou elektrodou 3, která pracovala jako anoda, byl při napětí 18 V zapálen pomocný oblouk s proudem 300 A. Tento pomocný oblouk napomáhal zapalování hlavního elektrického oblouku a sloužil současně jako zdroj nabitých částic pro elektrodový prostor tohoto hlavního elektrického oblouku, který byl zapálen mezi dutou elektrodou 3 a taveným materiálem. Hlavní elektrický oblouk byl zapálen při napětí 80 V a hořel s proudem 3000 A.

Měděná tryska 2 byla po celou dobu od elektrod 3. 21 elektricky odizolována. Po třech hodinách byl elektrický oblouk vypnut. Prohlídka elektrod 3, 21 a trysky 2 neukázala žádné podstatné porušení nebo opotřebení elektrod 3, 21, rovněž tryska 2 nebyla nijak poškozena.

Příklad 2

К ohřátí a roztavení kovu byl použit plazmový elektrický obloukový generátor v provedení podle obr. 1.

Pomocná elektroda 21 z wolframu s přísadou 3% kysličníku ytria o průměru 8 mm byla zamontována do vodou chlazené duté elektrody 3 z wolframu s osovým kanálkem o průměru 10 mm.

Dutá elektroda 3 měla délku 13 mm a průřez 1800 mm². Celní strana pomocné elektrody 21 byla vůči čelní straně duté elektrody 3 zapuštěna o 12 mm. Dutá elektroda 3 se zamontovanou pomocnou elektrodou 21 byla uspořádána v plášti 1 generátoru, který byl opatřen vodou chlazenou měděnou tryskou 2 o průměru 55 mm.

Čelní strana duté elektrody 3 byla vůči rovině otvoru trysky 2 zapuštěna o 30 mm do osového kanálku duté elektrody 3 byl přiváděn argon v množství 10 litrů za minutu. Plyn obtékal pomocnou elektrodou 21 a vytékal z osového kanálku a současně byl mezi dutou elektrodu 3 a plášť 1 s tryskou 2 přiváděn plyn v množství 140 litrů za minutu. Mezi pomocnou elektrodou 21, která pracovala jako katoda, dutou elektrodou 3, která pracovala jako anoda, byl při napětí 18 V zapálen pomocný oblouk s proudem 300 A.

Tento pomocný oblouk napomáhal zapalování hlavního elektrického oblouku a sloužil současně jako zdroj nabitých částic pro ¹ elektrodový prostor tohoto hlavního elektrického oblouku, který byl zapálen mezi dutou elektrodou -. ,3 a .taveným materiálem.·. Hlavní elektrický - oblouk · byl· . zapálen . -při napětí · 87· V a - hoř-el s proudem . 5000 · . A.

Měděná . tryska · 2 · -byla -.po · .celou . dobu -. od elektrod . 3, - 21 - elektricky - -Θdizolována.,Hlavní · · elektrický oblouk . -. hořel - stabilně. - . /Plaz-, mový · elektrický · obloukový - generátor · byl v provozu · 50 hodin. Po vypnutí plazmového elektrického obloukového - generátoru . - byla · provedena · vizuální . kontrola - . povrchu · elektrod 3, · 21 a · trysky 2..Nenašlo.·· se.žádné · podstatnější porušení · · nebo .· eroze · · elektrod - · 3,· 21, · na povrchu trysky · 2 .nebylo zjištěno . žádné poškození.

Příklad 3

K, ohřátí · a roztavení, kovu · byl použit plazmový · obloukový elektrický generátor . v provedení podle příkladů 1 a 2.

.Pomocná·, elektroda - · 21 · z .wolframu · - s..přísadou · 3·%: · · kysličníku ytria · o - průměru 12 - , milimetrů byla zamontována do vodou· chlazené duté· elektrody 3 . z.wolframu · s · osovým kanálkem . o průměru · 12 . mm.

Dutá elektroda .3 .měla · .délku · 23 .. mm - . a · průřez ·2000 mm². · Celní strana - pomocné · - elektrody - 21 •byla - vůči čelní · straně · duté - elektrody 3 zapuštěna o · 25 ·. mm. Dutá.te-tektroda · 3 · se zamontovanou · pomocnou · e-lektrodou 21 byla uspořádána v plášti 1 ' generátoru, který byl opatřen vodou · chlazenou: měděnou tryskou 2 o průměru 62 mm.

Celní strana . duté . - elektrody · 3 · byla . · vůči rovině · otvoru · · trysky 2 zapuštěna · o · 40 - mm. Do osového kanálku duté · elektrody. 3 · · byl přiváděn argon · v množství 40 · litrů - za. minutu.

Plyn obtékal pomocnou elektrodu 21 · .a vytékal - z osového · kanálku ' · a - současně . ' -byl· mezi dutou elektrodu 3 a plášť 1 · · s - tryskou 2 přiváděn plyn v · množství · 200 - litr.ů',za-minutu. Mezi pomocnou . elektrodou · .21, · která pracovala . ·jako - anoda, . byl při . . napětí · · 18 -·V · zapálen - pomocný · oblouk · s proudem · 600- A. · Poté byl - při - napětí 100 - ,-V zapálen -střídavý elektrický · oblouk · - s - · proudem . · 6000· . · A. · Měděná tryska · 2 byla - po celou dobu . od elektrod 3, 21 elektricky . odizolována. · Po · .. ·50 hodinách · ..byl · elektrický oblouk · vypnut. - .Po vypnutí · plazmového elektrického. - obloukového generátoru · byla - . provedena · . vizuální kontrola povrchu elektrod. 3, · 21 -a·.-trysky -2.Nezjistilo se žádné . . podstatnější . porušení · nebo eroze elektrod - ·3, 21, -. na · povrchutrysky · 2 · nebylo · zjištěno - -žádné - poškození. .

Příklad 4

K ohřátí - a · roztavení kovu byl použit . plazmový elektrický · -obloukový generátor. · v - provedení podle obr. 1, avšak z dutou elektrodou 3 znázorněnou na obr. 4.

Pomocná · elektroda 21 z wolframu s přísadou; 3%· kysličníku · ytria . o průměru . 8 milimetrů byla zamontována . do- vodou - chla zené · - -duté - - elektrody •.3.,z - - -wolfuamu - s -osovým kanálkem o průměru. lOimm.

Dutá - -.elektroda .3 --měla --vnější. - průměr. - 50 milimetrů; - -rozšířený úsek; měl - - délku -8 ' mm · a.· · průměr - 30 - - mm. . Dutá. - .elektroda - - 3 · - měla délku 18 -mm.a -..průřez. 1800 - mm². - Celní - strana - pomocné elektrody -21 byla vůči - čelní, straně - - duté. - elektrody -3 - zapuštěna - o - 12 - mm. .Dutá. - - elektroda. 3 · · se- ·- -zamontovanou - - pomocnou elektrodou - · 21 . byla .-uspořádána v plášti - 1 - generátoru, - - který - - byl- opatřen, vodou chlazenou - - měděnou - tryskou .2 - - o průměru 55- - mm.

Celní - - strana - duté - .. elektrody - 3 - byla vůči rovině - - otvoru - -trysky --2 zapuštěna - - o 30 mm. Do - . -osov.ého - kanálku · . duté - - elektrody . 3 · . byl přiváděn argon - v množství - 18 - -litrů - -za -.minutu.

Plyn - - obtékal . - pomocnou - - elektrodu · .21 · a vytékal - - z . osového - kanálku . a ..současně byl mezi - .-dutou - -.elektrodu 3-a - -plášt 1 - -s -tryskou· 2 · přiváděn; plyn . v - množství ' ' -150- - litrů - za . -minutu,. Mezi pomocnou- -elektrodou - .21, - .která pracovala. - jako .anoda, .byl - při - napětí, - 18 - V zapálen - pomocný - oblouk se --stejnosměrným, . proudem 240 - - A. - Poté - -byl -při· napětí - 83 - V - zapálen - -střídavý - - elektrický > oblouk .s - proudem. · 4000 A. - Měděná -tryska . 2 byla - po - celou dobu ---od - - elektrod.-,3,. 21 elektricky-odizolována. - Po - 3 - - hodinách - byl - .elektrický . oblouk vypnut. - Po - vypnutí- plazmového elektrického. - obloukového generátoru.. byla .- provedena - .vizuální - - kontrola - povrchu -elektrod - -3, ' - 21 a ..trysky 2..-Nezjistilo .se -žádné podstatnější porušení neboeroze elektrod 3,· 21,, na .povrchu - - trysky - 2 nebylo - -zjištěno žádné poškození.

P ř í . k -1a -d- 5 .

К -ohřátí- a - - roztavení, kovu · . -byl. použit plazmový -„ělektřick-ý. -obloukový ,-generátor.v provedení-' .-podle - -obr. - -1,- ..avšak - - s - - dutou . elektrodou· 3 - znázorněnou- ' na - obr..-4.

Pomocná «elektroda *21^, wolframu - - s «pří-, sadou 3% kysličníku ytria o průměru 6 mm., byla -/zamontována - ;do - .-vodou. - chlazené-duté elektrody -3 & .wolframu.a -αsαvýn^l·kanálk£m., o průměru -10 - - mm.

Dutá elektroda 3 měla vnější průměr .45. · . milimetrů, rozšířený úsek měl - délku 5 mm a průměr 20 mm. Dutá elektroda,-.5 - měla t délku 15 mm a průřez 1600 mm². Celní strana .pomocné.,- - elektrody - - 21,byla. vůč-i - čelní straně - duté - elektrody, 3.,zapuštěna--o . 8,mm... Dutá elektroda 3 - se zamontovanou - - pomocnou, elektrodou .21 byla uspořádána - v -plášti 1 generátor.u,.-který -byl- opatřen - --vodou - chlazenou . měděnou - tryskou 2.0 průměru . 50 mm.

Celní - strana · . duté - - elektrody .. 3 - byla - vůči rovině otvoru trysky 2 zapuštěna -o - 25.mm.Do - osového kanálku-.duté - elektrody 3 - - byl přiváděn,. - argon - -v - množství. 8 - -litrů - za --minutu.

Plyn obtékal - pomocnou .-elek.trodu.21 <a vytékal - z - osového kanálku . a - . současně - bylmezi. -dutou - . elektrodu .3 <a ·. plášť. - 1. s · tryskou .přiváděn plyn v množství 120 litrů za minutu. Mezi pomocnou elektrodou 21,, která pracovala jako anoda, byl při napětí 18 V zapálen .pomocný oblouk se stejnosměrným proudem· ;3Q0 A. Poté byl při napětí 80 V zapálen, střídavý . elektrický oblouk s proudem 3Q00 A. Měděná tryska.2.byla po·celou dobu. od .elektrod 3, .21 elektricky odizolována. Po 3 hodinách byl elektrický oblouk vypnut. Po vypnutí plazmového elektrického obloukového generátoru byla provedena, vizuální.-kontrola povrchu elektrod 3, 21 a· trysky 2. .Nenašlo se žádné podstatnější porušení nebo eroze elektrod 3, 21, na po^ vrchu trysky 2 nebylo zjištěno žádné poškození.

P ř í к 1 ad 6

K· ohřátí a roztavení kovu.byl použit plazmový elektrický obloukový generátor v provedení podle obr. 1, avšak ,s dutou elektrodou 3 znázorněnou na obr. 4.

Pomocná elektroda 21 z wolframu s přísadou 3°/o kysličníku ytria o průměru 12 mna , byla zamontována do vodou. 'Chlazené duté elektrody 3 z wolframu s osovým kanálkem o.průměru 16 mm.

Dutá. .elektroda .3 -měla vnější průměr 60 milimetrů,;rozšířený úsek měl délku 11 mm a průměr 55 mm. Dutá elektroda 3 měla délku .23 mm a .průřez.2000mm². Čelní 'Strana pomocné elektrody 21 byla vůči nelni straně duté elektrody 3 zapuštěna o .25 mm. Dutá'.elektroda 3 se zamontovanou pomocnou elektrodou 21 byla uspořádána v plášti 1 generátoru, který byl opatřen vodou chlazenou měděnou tryskou 2 o průměru .62 mm.

Čelní, strana duté elektrody 3 byla vůči otvoru trysky 2 ^zapuštěna o 40 mm.; Do osového kanálku duté elektrody 3 byl přiváděn argon v množství ·4Θ litrů za minutu.

Plyn obtékal pomocnou elektrodu 21 a vytékal; z osového; kanálku a současně byl mezi dutou elektrodu 3.a. .plášť 1 s tryskou 2 .přiváděn plyn v množství 200 litrů za-minutu. Mezi pomocnou elektrodou 21,. která pracovala jako anoda, byl při napětí 18 V zapálen pomocný oblouk se stejnosměrným proudem 300 až 500 A. Poté byl při napětí 87 V zapálen střídavý elektrický oblouk s proudem 5000 A. Měděná tryska 2 byla po celou dobu' od elektrod . 3, 21 elektricky odizolována; Po 3 hodinách byl elektrický oblouk vypnuti PO' vypnutí plazmového elektrického obloukového generátoru’ byla provedena <vizuální kontrola povrchu elektrod 3, 21 a trysky ’2. Prohlídka elektrod 3,^? 21 a trysky 2 neukázalá žádné podstatné poškození nebo erozi elektrod 3, 21, tryska 2 nebyla porušena vůbec.

Pří klád 7

К ohřátí a roztavení kovu byl použit plazmový elektrický obloukový generátor v předvedení podle obr. 1, avšak s dutou· elektrodou 3 znázorněnou na obr. 5.

Pomocná elektroda 21 z wolframu s přísadou 3% kysličníku ytria o průměru 6 mm byla zamontována do vodou chlazené duté elektrody 3 z wolframu s osovým, kanálkem o průměru 10 mm.

Dutá elektroda 3 měla vnější průměr 45 milimetrů, rozšířený úsek měl délku 5 mm a průměr 20 mm. Rozšířený úsek měl tvar komolého kužele o vrcholovém úhlu 100°. Dutá elektroda 3 měla délku 15 mm a průřez 1600 mm². Celní strana pomocné elektrody 21 byla vůči čelní straně duté elektrody 3 zapuštěna o 8 mm. Dutá elektroda 3 se zamontovanou pomocnou elektrodou 21 byla.uspořádána v plášti 1 generátoru, který byl opatřen vodou chlazenou měděnou tryskou o průměru 50 mm.

Celní strana duté elektrody 3 byla, vůči rovině otvoru trysky 2 zapuštěna o 20 mm. Do osového kanálku duté elektrody 3 byl přiváděn argon v množství 20 litrů za minutu.

Plyn obtékal pomocnou elektrodu 21 a vytékal z osového· kanálku a současně byl mezi dutou elektrodu 3 a plášť 1 s tryskou 2 přiváděn plyn v množství 150 litrů za minutu. Mezi pomocnou elektrodou 21, která pracovala jako anoda, byl při napětí 18 V zapálen pomocný oblouk se stejnosměrným proudem 120 až 200 A. Poté byl při napětí 78 V zapálen· střídavý elektrický oblouk s proudem 2000· A. Měděná tryska 2 byla po celou dobu od elektrod 3, 21'elektricky odizolována. Po 3 hodinách byl. elektrický oblouk vypnut. Po vypnutí .plazmového elektrického obloukového generátoru byla provedena vizuální kontrola povrchu elektrod 3, 21 a trysky 2. Prohlídka elektrod 3, 21 a trysky 2 neukázala žádné podstatné : poškození nebo erozi elektrod 3, 21, tryska 2 nebyla porušena, vůbec.

Pří klad 8

К ohřátí: a roztavení, kovu byl použit plazmový elektrický obloukový generátor v provedení podle obr. .1, avšak s dutou elektrodou 3 znázorněnou na obr. 5.

Pomocná elektroda 21 z wolframu s přísadou 3% kysličníku ytria o průměru 8 mm byla zamontována do vodou chlazené duté elektrody 3 z wolframu s osovým kanálkem o průměru 12 mm.

Dutá elektroda 3 měla vnější průměr 50 milimetrů, rozšířený úsek měl délku 8 mm a průměr 30 mm. Rozšířený úsek měl tvar kolmého komolého kužele o vrcholovém úhlu 140°. Dutá elektroda 3 měla délku 18 milimetrů a průřez 1800 mm². Celní strana pomocné elektrody 21 byla vůči čelní straně duté elektrody 3 zapuštěna o 12 mm. Dutá elektroda 3 se zamontovanou pomocnou elektrodou 21 byla uspořádána v plášti 1 generátoru, který byl opatřen vodou chlazenou měděnou tryskou 2 o průměru 55 mm.

Celní strana duté elektrody 3 byla vůči rovině otvoru trysky 2 zapuštěna o 30 mm.

218314

Dio osového kanálku duté elektrody 3 byl přiváděn argon v množství 25 litrů za minutu.

Plyn obtékal pomocnou elektrodou 21 a vytékal z osového kanálku a současně byl mezi elektrodu 3 a plášť 1 s tryskou 2 přiváděn plyn v množství 180 litrů za minutu. Mezi pomocnou elektrodou 21, která pracovala jako anoda, byl při napětí 18 V zapálen pomocný oblouk se stejnosměrným proudem 60 A. Poté byl při napětí 75 V zapálen střídavý elektrický oblouk s proudem 1000A. Měděná tryska 2 byla po celou dobu od elektrod 3, 21 elektricky odizolována. Po 3 hodinách byl elektrický oblouk vypnut. Po vypnutí plazmového elektrického obloukového generátoru byla provedena vizuální kontrola povrchu elektrod 3, 21 a trysky 2. Prohlídka elektrod 3, 21 a trysky 2 neukázala žádné podstatné poškození nebo erozi elektrod 3, 21, tryska 2 nebyla porušena vůbec.

Příklad 9

К ohřátí a roztavení kovu byl použit plazmový elektrický obloukový generátor v provedení podle obr. 1, avšak s dutou elektrodou 3 znázorněnou na obr. 5.

Pomocná elektroda 21 z wolframu s přísadou 3% kysličníku ytria o průměru 12 mm byla zamontována do vodou chlazené duté elektrody 3 z wolframu s osovým kanálkem o průměru 16 mm.

Dutá elektroda 3 měla vnější průměr 60 milimetrů, rozšířený úsek měl délku 11 mm a průměr 55 mm. Rozšířený úsek měl tvar kolmého komolého kužele o vrcholovém úhlu 160°. Dutá elektroda 3 měla délku 23 milimetrů a průřez 2000 mm^{1 2}. Čelní strana pomocné elektrody 21 byla vůči čelní straně duté elektrody 3 zapuštěna o 25 mm. Dutá elektroda 3 se zamontovanou pomocnou elektrodou 21 byla uspořádána v plášti 1 generátoru, který byl opatřen vodou chlazenou měděnou tryskou 2 o· průměru 62 mm.

Celní strana duté elektrody 3 byla vůči rovině otvoru trysky 2 zapuštěna o 40 mm.

Do osového kanálku duté elektrody 3 byl přiváděn argon v množství 40 litrů za minutu.

Plyn obtékal pomocnou elektrodu 21 a vytékal z osového kanálku a současně byl mezi dutou elektrodu 3 a plášť 1 s tryskou 2 přiváděn plyn v množství 200 litrů za minutu. Mezi pomocnou elektrodou 21, která pracovala jako anoda, byl při napětí 18 V zapálen pomocný oblouk se stejnosměrným proudem 300 až 600 A. Poté byl při napětí 100 V zapálen střídavý elektrický oblouk s proudem 6000 A. Měděná tryska 2 byla po celou dobu od elektrod 3, 21 elektricky odizolována. Po 3 hodinách byl elektrický oblouk vypnut. Po vypnutí plazmového elektrického obloukového generátoru byla provedena vizuální kontrola povrchu elektrod 3, 21 a trysky 2. Prohlídka elektrod 3, 21 a trysky 2 neukázala žádné podstatné poškození nebo erozi elektrod 3, 21, tryska 2 nebyla porušena vůbec.

Z uvedených popsaných příkladů je zřejmé, že způsob a zařízení podle vynálezu, umožňují v širokém rozsahu měnit výkon plazmového elektrického obloukového generátoru, přičemž elektroda zůstává stejná. Projevuje se přitom menší eroze elektrody než u známých zařízení, současně je zajištěna požadovaná stabilita hoření elektrického oblouku.

Zmenšení eroze elektrody umožňuje prodloužení životnosti a zvýšení provozní spolehlivost plazmového elektrického obloukového generátoru. Současně je tímto způsobem zvýšena kvalita provozu generátoru, neboť je zajištěno, že zpracovávané kovy nebudou znečištěny.

Kromě popsaného· napájení pomocného oblouku stejnosměrným proudem o normální polaritě může být zařízení podle vynálezu napájeno také stejnosměrným proudem o opačné polaritě nebo střídavým proudem. Znamená to, Že jak pomocný oblouk, tak i hlavní elektrický oblouk mohou hořet se stejnosměrným nebo se střídavým proudem.

Claims (7)

1. Způsob generování plazmatu v plazmovém elektrickém Obloukovém generátoru, při kterém se v proudu pracovního plynu nejdříve zapálí pomocný oblouk a poté hlavní elektrický oblouk, vyznačující se tím, že plyn se před přivedením do prostoru hlavního elektrického· oblouku u elektrod ohřívá v pomocném oblouku na teplotu potřebnou pro ionizaci tohoto plynu, přičemž hodnota proudu pomocného· oblouku činí nejméně 0,05násobek hodnoty proudu hlavního elektrického oblouku.

2. Zařízení pro provádění způsobu podle bodu 1, které sestává z vodou chlazeného pláště s tryskou a duté elektrody z těžko⁴⁴* tavitelného kovu, zejména z wolframu s povlakem z lanthanu nebo ytria. ve které je vytvořen osový kanálek a která je v plášti uspořádána s radiální vůlí, takže vymezuje prstencový průchod pro plyn, vyznačující se tím, že v osovém kanálku (20) duté elektrody (3) je s radiální vůlí uspořádána pomocná elektroda (21), která tak vymezuje prstencový průchod (36) pro plyn a je z materiálu s vlastnostmi shodnými s vlastnostmi materiálu duté elektrody (3), přičemž dutá elektroda (3) a pomocná elektroda (21) jsou zapojeny do proudového obvodu.

3. Zařízení podle bodu 2, vyznačující se tím, že pracovní čelní strany (34, 35) duté elektrody (3) a pomocné elektrody (21) jsou od sebe ve směru os elektrod (3, 21) uspořádány ve vzdálenosti 0,1 až 0,5násobku vnějšího průměru (D) duté elektrody (3).

4. Zařízení podle bodu 2, vyznačující se tím, že průměr (d) pomocné elektrody (21) činí nejméně 0,1 vnějšího průměru (D) duté elektrody (3).

5. Zařízení podle bodu 3, vyznačující se tím, že v osovém kanálku (20) duté elektrody (3) je mezi pracovními čelními stranami (34, 35) duté elektrody (3) a pomocné elektrody (21) vytvořen rozšířený úsek, jehož délka od pracovní čelní strany (34) činí 0,1 až 0,2 vnějšího průměru (D) duté elektrody (3) a jehož průměr (Di) v rovině pracovní čelní strany (34) je 2 až 5násobkem průměru (di) zbývající části osového kanálku (20).

6. Zařízení podle bodu 5, vyznačující se tím, že rozšířený úsek osového kanálku (20) duté elektrody (3) je tvaru válce.

7. Zařízení podle bodu 5, vyznačující se tím, že rozšířený úsek osového kanálku (20) duté elektrody (3) je tvaru komolého kužele.