CZ306344B6

CZ306344B6 - Plazmová pec s horizontálním krystalizátorem

Info

Publication number: CZ306344B6
Application number: CZ2011-743A
Authority: CZ
Inventors: Zdeněk Noga; Martin Pustka
Original assignee: Vysoká Škola Báňská Technická - Univerzita Ostrava
Priority date: 2011-11-16
Filing date: 2011-11-16
Publication date: 2016-12-14
Also published as: CZ2011743A3

Abstract

Plazmová pec s horizontálním krystalizátorem je sekčně uspořádána z hořákové sekce (1), pevné sekce (3) odnímatelné sekce (2) a pohonné sekce (31). Hořáková sekce (1) a/nebo pevná sekce (3) a/nebo odnímatelná sekce (2) mohou být provedeny jako jednoplášťové nebo dvouplášťové vodou chlazené. K tavení materiálu dochází v pracovním prostoru pece na chlazeném krystalizátoru. Krystalizátor je tvořen tavicí částí (5) krystalizátoru, na kterou je pevně napojen systém (7) trubka v trubce zajišťující chlazení tavicí části (5) krystalizátoru. Ve víku hořákové sekce (1) je umístěn hořák (4), spojení hořáku (4) a víka hořákové sekce (1) je těsněno těsněním, oddělujícím vnitřní prostor pece od okolního prostředí. Pracovní poloha hořáku (4) je nastavitelná ve vertikálním směru vůči tavicí části (5) krystalizátoru. Plyn vzniklý rozpadem plazmatu a pecní atmosféra jsou z pece odváděny a chlazeny v chladiči (25) pecní atmosféry, zakomponovaném do nahlížecího otvoru (10) nebo do odsávacího otvoru (21), nebo je chladič (25) pecní atmosféry umístěn na plášti plazmové pece. Chladič (25) pecní atmosféry lze využít k odsátí vzduchu z pecního prostoru před zahájením technologického procesu. Protilehle k nahlížecímu otvoru (10) je umístěn kontrolní otvor (11), jímž je kontrolován průběh tavby teploměrem nebo webkamerou. Plazmová pec s horizontálním chlazeným krystalizátorem je v místě pevné sekce (3) a hořákové sekce (1) odnímatelně propojena se stojanem (22). Stojan (22) může být s výhodou vybaven kolečky (23) umožňujícími přesun pece v prostorách pracoviště a současně umožňujícími pevné propojení v pracovní poloze pece k pracovnímu místu.

Description

Plazmová pec s horizontálním krystalizátorem

Oblast techniky

Vynález se týká plazmové pece s horizontálním krystalizátorem se závislým elektrickým obloukem, která je využitelná v oblasti metalurgie, zejména oblasti výroby materiálů jako jsou např. slitiny s vyšší teplotou tavení.

Dosavadní stav techniky

V současné době jsou provozovány plazmové pece, u kterých probíhá proces tavení v horizontálním krystalizátoru, který je chlazen chladicím médiem. Konstrukce pecí je podmíněna konstrukčním provedením horizontálního krystalizátoru, jež je řešen jako tvarově upravený díl Cu roury, jež je ochlazován protékajícím chladicím médiem. Posuv krystalizátoru je zajištěn unášecím šroubem, který je otáčen přes převodovku pomocí el. motoru.

Krystalizátor je umístěn v kompaktním chlazeném válcovém tělese, v jehož čelech je umístěn vtok a výtok chladicí kapaliny, uprostřed její délky je umístěn plazmový hořák a nahlížecí otvor pro vizuální sledování tavby. Mezi hořákem a jedním z čel válcového tělesa je umístěn manipulační otvor pro umísťování vsázky do krystalizátoru a pro vytažení slitku. Takovéto zařízení je popsáno v patentovém spise CZ 135939 Ing. V. Dembovský z r. 1970.

Nevýhodou takovéhoto řešení je obtížná manipulace se vsázkou a slitkem a včetně čištění pecního prostoru od zkondenzovaných par prvků obsažených ve vsázce. Další nevýhodou je klasický mechanický pohon, náročný na údržbu, spotřebu energie a díky tomuto druhu pohonu lze velmi obtížně nastavit polohu vsázky vůči hořáku. Vnitřní prostor pece není osvětlen, a tedy před zahájením tavby lze jen obtížně zkontrolovat polohu vsázky a hořáku. Celé zařízení je díky své konstrukci náročné na prostor.

Podstata vynálezu

Uvedené nevýhody do značné míry odstraňuje „Plazmová pec s horizontálním krystalizátorem“ podle vynálezu. Plazmová pec, sestává z hořákové sekce, pevné sekce a odnímatelné sekce. Pevná a odnímatelná sekce jsou umístěny po stranách hořákové sekce protilehle proti sobě. Vnitřní prostor hořákové sekce, pevné sekce a odnímatelné sekce vymezuje vnitřní prostor pece. K tavení materiálu dochází v pracovním prostoru pece na chlazeném krystalizátoru. Krystalizátor je tvořen taviči částí krystalizátoru, na kterou je pevně napojen systém trubka v trubce zajišťující chlazení taviči části krystalizátoru. Hořáková sekce, pevná sekce a odnímatelná sekce jsou provedeny jako dvouplášťové a tato konstrukce umožňuje chlazení vnitřních plášťů jednotlivých sekcí vodou nebo jiným chladicím médiem. Ve víku hořákové sekce je umístěn hořák, spojení hořáku a víka hořákové sekce je těsněno těsněním, oddělujícím vnitřní prostor pece od okolního prostředí. Pracovní poloha hořáku je nastavitelná ve vertikálním směru, vůči taviči části kiystalizátoru. Pevná nebo odnímatelná nebo obě sekce slouží jako chladicí pro chlazení protaveného materiálu. Na koncích pevné a odnímatelné sekce jsou umístěny vstupy pro přívod inertního plynu nebo aktivní atmosféry před začátkem technologického procesu. Taviči část krystalizátoru je umístěna v účinném dosahu plazmového hořáku, uvnitř pecního prostoru pece a ze strany pevné sekce je napojena na systém trubka v trubce, který zajišťuje přívod a odvod chladicího média k tavící části krystalizátoru. Na jednom konci systému trubka v trubce je umístěn vstup a výstup chladicí kapaliny do a ze systému trubka v trubce. Druhý konec systému trubka v trubce prochází odnímatelným čelem pevné sekce a tento průchod odnímatelným čelem pevné sekce je těsněn těsněním oddělujícím pecní atmosféru od okolního prostředí a umožňujícím pohyb krystalizátoru. Toto těsnění je umístěno v odnímatelném čele pevné sekce na straně protilehlé hořáku. Část systému

- 1 CZ 306344 B6 trubka v trubce, která je umístěna vně pecního prostoru je využita k pevnému propojení s unášeěem lineárního aktuátoru. Pohyb krystalizátoru v podélné ose pece je zajištěn lineárním aktuátorem. Lineární aktuátor je odnímatelně upevněn k čelu pevné sekce na straně protilehlé k hořákové sekci. Na obou koncích lineárního aktuátoru jsou umístěna ložisková tělesa s ložisky, jejímiž pouzdry prochází systém trubka v trubce, a tato ložisková tělesa sloužící k vedení krystalizátoru při pohybu. V prostoru mezi ložiskovými tělesy na vnější trubce systému trubka v trubce je umístěna objímka umožňující propojení lineárního aktuátoru s unášečem lineárního aktuátoru. Mezi volným koncem systému trubka v trubce a ložiskovým tělesem je k vnějšímu povrchu vnější trubky systému trubka v trubce nebo k vnějšímu povrchu vnitřní trubky systému trubka v trubce napojena anoda pecního zdroje energie.

Plyn vzniklý rozpadem plazmatu a pecní atmosféra jsou z pece odváděny a chlazeny v chladicím tělese zakomponovaném do nahlížecího otvoru nebo do odsávacího otvoru, který je umístěný ve víku hořákové sekce. Chladicí těleso může sloužit také k odsátí vzduchu z pecního prostoru před zahájením technologického procesu. Kontrolním otvorem situovaným protilehle vůči nahlížecímu otvoru je možno kontrolovat průběh tavby teploměrem nebo webkamerou. Kontrolní otvor může být osazen zdrojem světla.

Odnímatelná sekce je odnímatelně napojena na hořákovou sekci, protilehle k pevné sekci. Odnímatelnost odnímatelně sekce je zajištěna pomocí rozebíratelného spojení. Odsunutí odnímatelně sekce, umožňující vysunutí krystalizátoru je zajištěno např. posunem po obloukovém vedení, nebo může být odsunována pomocí zvedacího a manipulačního zařízení.

Plazmová pec s horizontálním krystalizátorem je v místě pevné sekce a hořákové sekce odnímatelně propojena s posuvným zařízením, umožňujícím i pevné propojení v pracovní poloze pece k pracovnímu místu.

Napojení zařízení na přívody potřebných technologických sítí je zajištěno pomocí rychlospojek příslušného typu.

Objasnění výkresů

Vynález je blíže osvětlen na přiložených výkresech, kde na obr. 1 je znázorněn nárys plazmová pece s horizontálním krystalizátorem. Na obr. 2 je znázorněna pohonná sekce rozebíratelně upevněná k pevné sekci. Na obr. 3 je znázorněna varianta upevnění pohonné sekce k pevné sekci. Obr. 4 znázorňuje detail odnímatelně sekce s topným systémem. Obr. 5 znázorňuje detail odnímatelně sekce s topným systémem, s vodou průtočně chlazeným pláštěm.

Příklad uskutečnění vynálezu

Příklad 1

Plazmová pec, sestává z hořákové sekce 1, pevné sekce 3 a odnímatelně sekce 2. Hořáková sekce 1 a/nebo pevná sekce 3 a/nebo odnímatelná sekce 2 mohou být provedeny jako jednoplášťové nebo dvouplášťové. Pokud je hořáková sekce 1 a/nebo pevná sekce 3 a/nebo odnímatelná sekce 2 provedena jako dvouplášťová umožňuje tato konstrukce chlazení vnitřních plášťů jednotlivých sekcí 1, 2, a 3 vodou nebo jiným chladicím médiem které je přiváděno pomocí bezúkapových rychlospojek 12 k hořákové sekci l_a odnímatelně sekci 2. Pláštěm plazmové pece prochází odsávací otvor 21 pro odsátí vzduchu před zahájením technologického procesu. Pevná sekce 3 a odnímatelná sekce 2 jsou umístěny po stranách hořákové sekce 1 protilehle proti sobě. Hořáková sekce 1 a odnímatelná sekce 2 jsou provedeny jako dvouplášťové chlazené chladicím médiem. Hořáková a odnímatelná sekce jsou spojeny rozebíratelný spojením 27, např. pomocí horizontálně rozebíratelných spojek. Pokud je pevná sekce 3 provedena jako jednoplášťová nechlazená, může být odnímatelná sekce 2, provedena jako dvouplášťová, vodou chlazená. Vnitřní prostor hořákové sekce 1, pevné sekce 3 a odnímatelné sekce 2 vymezuje pracovní prostor pece. K tavení materiálu dochází v pracovním prostoru pece na chlazeném krystalizátoru. Krystalizátor je tvořen taviči částí 5 krystalizátoru, na kterou je pevně napojen systém 7 trubka v trubce zajišťující chlazení tavící části 5 krystalizátoru. Ve víku hořákové sekce 1 je umístěn hořák 4, spojení hořáku 4 a víka hořákové sekce 1 je těsněno těsněním, oddělujícím pracovní prostor pece od okolního prostředí. Pracovní poloha hořáku 4 je nastavitelná ve vertikálním směru, vůči taviči části 5 krystalizátoru. Pevná sekce 3 nebo odnímatelná sekce 2 nebo obě sekce 2 a 3 slouží jako chladicí pro chlazení přetaveného materiálu. Na koncích pevné sekce 3 a odnímatelné sekce 2 jsou umístěny vstupy 32 pro přívod inertního plynu nebo aktivní atmosféry před začátkem a v průběhu technologického procesu. Taviči část 5 krystalizátoru je umístěna v účinném dosahu plazmového hořáku 4, uvnitř pecního prostoru pece a ze strany pevné sekce 3 je napojena na systém 7 trubka v trubce, který zajišťuje přívod a odvod chladicího média k taviči části 5 krystalizátoru. Na jednom konci systému 7 trubka v trubce je umístěn vstup 14 a výstup 15 chladicího média do a ze systému 7 trubka v trubce. Druhý konec systému 7 trubka v trubce prochází odnímatelným čelem 16 pevné sekce 3 a tento průchod odnímatelným čelem 16 pevné sekce 3 je těsněn těsněním 34 oddělujícím pecní atmosféru od okolního prostředí a umožňujícím pohyb krystalizátoru. Toto těsnění 34 je umístěno v odnímatelném čele 16 pevné sekce 3 na straně protilehlé hořáku 4. Část systému 7 trubka v trubce, která je umístěna vně pecního prostoru je využita k pevnému propojení s unášečem 18 lineárního aktuátoru 6. Pohyb krystalizátoru v podélné ose pece je zajištěn lineárním aktuátorem 6. Lineární aktuátor 6 je odnímatelné upevněn k čelu 16 pevné sekce 3 na straně protilehlé k hořákové sekci 1, Na obou koncích lineárního aktuátoru 6 jsou umístěna ložisková tělesa 13 s ložisky 19, jejímiž pouzdry prochází systém 7 trubka v trubce, a ložisková tělesa 13 s ložisky 19 slouží k vedení krystalizátoru při pohybu. Ložisková tělesa 13 s ložisky 19 a lineární aktuátor 6 jsou spolu pevně, ale rozebíratelně vázaná prostřednictvím nosiče 24 ložiskových těles 13 a aktuátoru 6 a spolu tvoří pohonnou sekci 3L V prostoru mezi ložiskovými tělesy 13 na vnější trubce systému 7 trubka v trubce je umístěna objímka 17 umožňující propojení lineárního aktuátoru 6 s unášečem 18 lineárního aktuátoru 6. Mezi volným koncem systému 7 trubka v trubce a ložiskovým tělesem 13 s ložiskem 19 je k vnějšímu povrchu vnější trubky systému 7 trubka v trubce nebo k vnějšímu povrchu vnitřní trubky systému 7 trubka v trubce v napojení 20 napojena anoda zdroje energie ke krystalizátoru v případě použití hořáku se závislým obloukem.

Plyn vzniklý rozpadem plazmatu a pecní atmosféra jsou z pece odváděny a chlazeny v chladiči 25 pecní atmosféry, zakomponovaném do nahlížecího otvoru 10 nebo do odsávacího otvoru 21, neboje chladič 25 pecní atmosféry umístěn na plášti plazmové pece. Chladič 25 pecní atmosféry lze využít k odsátí vzduchu z pecního prostoru před zahájením technologického procesu. Protilehle k nahlížecímu otvoru 10 je umístěn kontrolní otvor 11, jímž je kontrolován průběh tavby teploměrem nebo webkamerou. Kontrolní otvor 11, může být osazen zdrojem světla.

Odnímatelná sekce 2 je odnímatelné napojena na hořákovou sekci 1, protilehle k pevné sekci 3. Odnímatelnost odnímatelné sekce 2 je zajištěna pomocí rozebíratelného spojení 27. Odsunutí odnímatelné sekce 2, umožňující vysunutí krystalizátoru je zajištěno např. posunem po obloukovém vedení 8 nebo okem 9 při použití manipulátoru.

Plazmová pec s horizontálním chlazeným krystalizátorem je v místě pevné sekce 3 a hořákové sekce 1 odnímatelné propojena se stojanem 22. Stojan 22 může být s výhodou vybaven kolečky 23 umožňujícími přesun pece v prostorách pracoviště a současně umožňujícími pevné propojení v pracovní poloze pece k pracovnímu místu.

Napojení plazmové pece s horizontálním chlazeným krystalizátorem na přívody potřebných technologických sítí je zajištěno pomocí rychlospojek 12 příslušného typu.

Příklad 2

Příkladné provedení plazmové pece s horizontálním krystalizátorem podle příkladu 2 se od příkladného provedení dle příkladu 1 liší tím, že mezi přírubami pevné sekce 3 a odnímatelné sekce 2 jsou umístěny clony 26 pro odstínění tepelného záření z hořákové sekce 1 do pevné sekce 3 a odnímatelné sekce 2.

Příklad 3

Příkladné provedení plazmové pece s horizontálním krystalizátorem podle příkladu 3 se od příkladného provedení dle příkladu 1 nebo 2 liší tím, že odnímatelná sekce 2 je provedena jako dvouplášťová nebo jednoplášťová a uvnitř je vybavena zdrojem 28 tepla s řízeným ohřevem umožňujícím tepelné zpracování slitku a tepelnou izolací 29 na vnitřním povrchu odnímatelné sekce 2. Teplota uvnitř odnímatelné sekce 2 je kontrolována pomocí teplotního čidla 30. Mezi přírubami pevné sekce 3 a odnímatelné sekce 2 a/nebo na konci taviči části krystalizátoru je umístěna clona 26 pro odstínění tepelného záření z odnímatelné sekce 2 do hořákové sekce 1. V odnímatelné sekci 2 lze, po odjištění objímky 17, otočit krystalizátorem o 180° a slitek umístit do prostoru odnímatelné sekce 2 na podložky 33 pro chlazený nebo tepelně zpracovávaný slitek.

Průmyslová využitelnost

Plazmové pece s horizontálním krystalizátorem podle vynálezu je využitelná v oblasti metalurgie a vývoje nových materiálů.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Plazmová pec s horizontálním krystalizátorem s taviči částí, opláštěná jedním či více plášti, s hořákovou sekcí s plazmovým hořákem, s vstupem a výstupem chladicího média, uzavřenou víkem, vyznačující se tím, že je sestavena z následujících segmetnů - hořáková sekce (1), pevná sekce (3), odnímatelná sekce (2) a pohonné sekce (31), přičemž pevná sekce (3) a odnímatelná sekce (2) jsou umístěny po stranách hořákové sekce (1), protilehle proti sobě, vnitřní prostor hořákové sekce (1), pevné sekce (3) a odnímatelné sekce (2) vymezuje pracovní prostor pece, hořáková sekce (1), odnímatelná sekce (2), pevná sekce (3) jsou vybaveny nejméně jedním pláštěm, čelem (16) pevné sekce, (3) do hořákové sekce (1), prochází krystalizátor, který je tvořen taviči částí (5) krystalizátoru, která je umístěna v účinném dosahu plazmového hořáku (4), a systémem (7) trubka v trubce, na jednom konci systému (7) trubka v trubce je umístěn vstup (14) a výstup (15) chladicího média do a ze systému (7) trubka v trubce, druhý konec systému (7) trubka v trubce prochází odnímatelným čelem (16) pevné sekce (3) a tento průchod odnímatelným čelem (16) pevné sekce (3) je těsněn těsněním (34) oddělujícím pecní atmosféru od okolního prostředí a umožňujícím pohyb krystalizátoru, vně pracovního prostoru pece ze strany odnímatelného čela (16) pevné sekce (3) je umístěna pohonná sekce (31) sestávající z ložiskových těles (13) s ložisky (19) a lineárního aktuátoru (6) navzájem rozebíratelně propojených nosičem (24) ložiskových těles (13) a aktuátoru (6), kterou prochází systém (7) trubka v trubce a na vnější trubce systému (7) trubka v trubce je umístěna objímka (17) rozebíratelně propojující systém (7) trubka v trubce s unášečem (18) lineárního aktuátoru (6), ve víku hořákové sekce (1) je umístěn hořák (4), spojení hořáku (4) a víka hořákové sekce (1) je těsněno těsněním, oddělujícím pracovní prostor pece od okolního prostředí, pracovní poloha hořáku (4) je nastavitelná ve vertikálním směru, vůči taviči části (5) krystalizátoru, na koncích pevné sekce (3) a odnímatel

-4CZ 306344 B6 né sekce (2) jsou umístěny vstupy (32) pro přívod inertního plynu nebo aktivní atmosféry, mezi volným koncem krystalizátoru a ložiskovým tělesem (13) je v napojení (20) napojena anoda pecního zdroje energie, na hořákové sekci (1) je umístěn nahlížecí otvor (10) s odnímatelným skleněným prvkem, přičemž pláštěm plazmové pece, prochází odsávací otvor (21) vzduchu, a otvor pro odvod plazmových plynů s chladicím tělesem (25), které jsou s výhodou umístěný ve víku hořákové sekce (1), protilehle nahhzecímu otvoru (10) je umístěn kontrolní otvor (11).
2. Plazmová pec podle nároku 1, vyznačující se tím, že nahlížecí otvor (10) a/nebo kontrolní otvor (11) je osazen světelným zdrojem.
3. Plazmová pec podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že je-li pevná sekce (3) vybavena pouze jedním pláštěm, pak odnímatelná sekce (2) je vybavena dvěma plášti.
4. Plazmová pec podle nároku 3, vyznačující se tím, že odnímatelná sekce (2)je provedena jako jednoplášťová a je vybavena zdrojem tepla (28) s řízeným ohřevem, tepelnou izolací (29) na vnitřním povrchu odnímatelné sekce a teplotním čidlem (30) a podložkami (33) pro chlazený či tepelně zpracovávaný materiál umístěnými v dolní části sekce (2), mezi rozebíratelným spojeními (27) pevné sekce (3) a odnímatelné sekce (2) a/nebo na konci taviči části krystalizátoru je umístěna clona (26) pro odstínění tepelného záření z odnímatelné sekce (2) do hořákové sekce (1).
5. Plazmová pec podle nároku 3, vyznačující se tím, že odnímatelná sekce (2) je provedena jako dvouplášťová chlazená chladicím médiem aje vybavena zdrojem tepla (28) s řízeným ohřevem, tepelnou izolací (29) na vnitřním povrchu odnímatelné sekce (2) a teplotním čidlem (30).
6. Plazmová pec podle nároku 1 nebo 2 nebo 3 nebo 4, vyznačující se tím, že do nahlížecího otvoru (10) s odnímatelným skleněným prvkem je integrován chladič (25) pecní atmosféry sloužící současně pro odvod pecních plynů.
7. Plazmová pec podle nároku 1 nebo 2 nebo 3 nebo 4, vyznačující se tím, že do odsávacího otvoru je integrován chladič (25) pecní atmosféry sloužící současně pro odvod pecních plynů.
8. Plazmová pec podle nároku 1 nebo 2 nebo 3 nebo 4, vyznačující se tím, že nahlížecí otvor (10) s odnímatelným skleněným prvkem, odsávací otvor (21) a chladič (25) pecní atmosféry sloužící současně pro odvod pecních plynů jsou integrovány do jednoho komponentu.