DD151248A1

DD151248A1 - PROTECTION DEVICE FOR PLASMATRONES HIGH PERFORMANCE

Info

Publication number: DD151248A1
Application number: DD78210020A
Authority: DD
Inventors: Bernd-Dieter Wenzel; Harry Foerster; Jochen Boehme
Original assignee: Wenzel Bernd Dieter; Harry Foerster; Jochen Boehme
Priority date: 1978-12-21
Filing date: 1978-12-21
Publication date: 1981-10-08
Also published as: AT374276B; FR2445089A1; ATA756779A; DE2951121A1; FR2445089B1; SE7910466L; GB2047509A; YU302579A; JPS5595300A; CH643417A5; DE2951121C2; GB2047509B; SE432335B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung fuer Plasmatrone hoher Leistung, wie sie in Plasmaschmelzoefen zum Einsatz kommen. Das Ziel der Erfindung ist die Verhinderung von Duesenzerstoerungen und die Aufgabe, stromstarke Nebenboegen zu erkennen und durch geeignete Masznahmen zu begrenzen. Die Aufgabe wird dadurch geloest, dasz in den Spalt zwischen Katode und Duese Fotodetektoren hinter der Austrittsoeffnung der Duese so angeordnet werden, dasz sie aneinander grenzende Bereiche der Austrittsoeffnung ueberblicken und durch die verstaerkt auftretende Lichtstrahlung Schalthandlungen ausgeloest werden.The invention relates to a protective device for high-performance plasmatron, as used in plasma melt cells. The object of the invention is the prevention of nozzle destruction and the task of detecting high-current Nebenboegen and limit by suitable measures. The object is achieved by placing the gap in the gap between the cathode and the Duese photodetectors behind the exit opening of the duct in such a way that they overlook adjacent areas of the exit opening and trigger switching operations by the light radiation occurring more intensely.

Description

Protection device for Piasmatrone high performance Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung für Piasmatrone hoher Leistung, insbesondere zum Einsatz in Öfen mit heißer Atmosphäre (Plasmaschmelzöfen).The invention relates to a protective device for Piasmatrone high performance, especially for use in stoves with hot atmosphere (plasma furnaces).

.Charakteristik der bekannten technischen Lösungen.Characteristic of the known technical solutions

Y/ährend in Pla3matronen zum Schneiden die Katode hinter der Düse angeordnet ist und die Шзе zum Einschnüren der Entladung im Düsenkanal ausgebildet ist, sitzt in Piasmatronen hoher Leistung mit leistungsfreier wassergekühlter Düse, wie sie vorwiegend in Schmelzöfen zum Einsatz kommen, die Katode in der Düse, und der Bogen bildet sich vor der Düse aus· Des weiteren sind bei Piasmatronen hoher Leistungen die auf die Bogenleistung bzw. die auf den Dusenkanalquerschnitt bezogenen spezifischen Gasdurchsätze im Interesse der Gasökonomie und der Ofenkonstruktion um etwa einen Paktor 10 kleiner als bei Piasmatronen kleiner Leistung, beispielsweise zum Schneiden. Demzufolge ist die bogenstabilisierende und bogenisolierende Wirkung (Kaltgasmantel) der Gasströmung außerordentlich gering. Weiterhin werden Piasmatrone hoher Leistung in Öfen mit heißer, d. h. ionisierter. Ofenatmosphäre betrieben. Die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Nebenbögen, die über die Düse zum Behandlungsgut brennen, ist sehr groß. Wenn diese Nebenbögen sehr stromstark im Bereich von kA sind, werden die Düsen in der kurzen Zeit von weniger als 0,1 s angeschmolzen bis zum Austritt von V/asser aus dor Визе, so daß die Piasmatrone funktionsunfähig werden.Whereas in plasma matrices the cathode is arranged behind the nozzle for cutting and the nozzle is designed to constrict the discharge in the nozzle channel, in high-performance piasmats with a power-free water-cooled nozzle, as used predominantly in melting furnaces, the cathode sits in the nozzle In addition, in the case of high-performance piasmats, the specific gas flow rates related to the arc performance and the nozzle channel cross-section are smaller by about one factor 10 in the interest of gas economy and furnace design than for low-power piasmats. for example, for cutting. Consequently, the arc stabilizing and bow insulating effect (cold gas jacket) of the gas flow is extremely low. Furthermore, Piasmatrone high performance in ovens with hotter, d. H. ionized. Furnace atmosphere operated. The probability of the occurrence of secondary arches, which burn over the nozzle to the material to be treated, is very large. If these sub-arcs are very strong in the range of kA, the nozzles are melted in the short time of less than 0.1 s until the escape of water from the water, so that the piasmatrons become inoperative.

Die bekannten elektrischen Überwachungseinrichtungen für die Düse an Piasmatronen hoher Leistung versagen, da entweder auf Grund des gering ausgebildeten Kaltgasmantels kein Nebenbogen durch Änderung der elektrischen Parameter erkannt werden kann oder da Nebenbögen kleiner Leistung, die für die Düse ungefährlich sind, nicht von Nebenbögen hoher Leistung unterschieden werden.The known electrical monitoring devices for the nozzle fail to produce high-power piasmats because either due to the low cold gas jacket no subsidiary arc can be detected by changing the electrical parameters or because minor arcs which are not harmful to the nozzle do not differ from high performance subbows become.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist die Angabe einer Einrichtung an Piasmatronen hoher Leistung zum Schutz der Piasmatrone vor Düsenzerstörung durch Nebenbögen.The aim of the invention is the specification of a device of piasmatronen high power to protect the Piasmatrone from nozzle destruction by subbows.

des \Ѵезепэ der Erfindungof the \ Ѵезепэ of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, stromstarke Nebenbögen, die in kurzer Zeit zur Zerstörung der Düse des Piasmatrons hoher Leistung führen, zu erkennen und durch geeignete Maßnahmen in ihrer Wirkung zu begrenzenThe invention is based on the object, strong secondary arcs, which lead to the destruction of the nozzle of the Piasmatrons high performance in a short time, and to limit by suitable measures in their effect

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in dem Spalt zwischen der Düse und der Katode, die als Stiftkatode ausgebildet ist, optische Detektoren (Fotodetektoren) angeordnet sind. Sie befinden sich so weit hinter der Katode, daß ein kleiner Öffnungswinkel zum Überwachen eines Teilbereichs des äußeren Düsenspaltes durch jeden Fotodetektor gewährleistet ist und im Anordnungsbereich des Detektors eine geringe Umgebungstemperatur herrscht. Obwohl der Fotodetektor auf den Hauptbogen sieht, tritt beim Auftreten von Nebenbögen zwischen Katode und Düse eine zusätzliche durch den Potodetektor registrierbare Lichtstrahlung auf. Diese zusätzliche Lichtstrahlung ist abhängig von der Stromstärke des Nebenbogens und wird ab einer Nebenbogenleistung von 10 % der Hauptbogenleistung für weitere Schalthandlungen ausgewertet. Beim Registrieren eines stromstarken Nebenbogens durch einen der Fotodetektoren wird im Leistungskreis in den Regelkreis in bekannter Weise eingegriffen, der die Nebenbögen durch Verminderung der Leistung des Hauptbogens sofort ausschaltet.According to the invention the object is achieved in that in the gap between the nozzle and the cathode, which is designed as a pin cathode, optical detectors (photodetectors) are arranged. They are located so far behind the cathode, that a small opening angle for monitoring a portion of the outer nozzle gap is ensured by each photodetector and in the arrangement region of the detector has a low ambient temperature. Although the photodetector looks at the main arc, when additional arcs occur between the cathode and the nozzle, additional light radiation that can be registered by the potentiometer detector occurs. This additional light radiation is dependent on the amperage of the subsidiary arc and is evaluated for a secondary performance of 10% of the main arc power for further switching operations. When registering a high current subsidiary arc by one of the photodetectors in the power circuit in the control loop intervened in a known manner, which switches off the sub-arcs by reducing the power of the main arc immediately.

Es ist vorteilhaft, wenn aie optischen Detektoren im Zuführungsbereich angeordnet sind und Lichtleitkabel vom Gasführungsspalt bis zu den optischen Detektoren angeordnet sind, welche die !zusätzliche Lichtstrahlung des Nebenbogens zum Detektor übertragen.It is advantageous if the optical detectors are arranged in the feed area and light guide cables are arranged from the gas guide gap to the optical detectors which transmit the additional light radiation of the sub-arc to the detector.

Ausführunftsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles beschrieben werden» In der zugehörigen Zeichnung ist ein Plasmatron im Schnitt dargestellt.The invention will be described below with reference to an embodiment »In the accompanying drawing, a Plasmatron is shown in section.

Das Plasmatron hoher Leistung ist in einem Ofen 1 angeordnet. Zwischen der wassergekühlten Halterung 2 der Katode 3 und der wassergekühlten Düse 4 sind Fotodetektoren 5 angeordnet, deren optische Achsen auf den äußeren Düsenspalt 6 gerichtet sind. Beim Auftreten eines Nebenbogens im äußeren Düsenspalt wird durch einen der Potodetektoren 5 ein erhöhtes Signal abgegeben. Dieses elektrische Signal wird in geeigneter Weise durch an sich bekannte Schaltelemente dem Regelkreis zugeführt, der auf die Leistungsquelle entsprechend einwirkt. Mit 7 ist das Schmelzgut und mit 8 der Lichtbogen dargestellt.The high power plasmatron is placed in a furnace 1. Between the water-cooled holder 2 of the cathode 3 and the water-cooled nozzle 4 photodetectors 5 are arranged, whose optical axes are directed to the outer nozzle gap 6. When a subsidiary arc occurs in the outer nozzle gap, an increased signal is emitted by one of the potentiometer detectors 5. This electrical signal is supplied in a suitable manner by switching elements known per se to the control circuit, which acts on the power source accordingly. 7 shows the melt and 8 the arc.

Claims

Erfindunpiaanspruch

1. A device for protecting piasmatronen high power consisting of Stiftkatode and surrounding nozzle for the gas guide, characterized in that in the nozzle gap (6) between the cathode (3) and the nozzle (4) behind the outlet opening of the nozzle (4) Potodetectors (5) are arranged so that they overlook the adjacent areas of the outlet opening and their signals act on the control loop ·

2. Protection device according to item 1, characterized in that the potentiometer detectors (5) are arranged in the feed region and that in the Plasmatron optical fiber cable from the nozzle gap (6) to the potodetectors (5) are arranged.

For this 1 sheet drawings