DD151401A1 - Mittels gasgemischen betriebener plasmabrenner - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Plasmabrenner fuer metallurgische Oefen, der mit Gasgemischen betrieben wird. Aufgabe der Erfindung ist es, dem Plasmabogen Zusatzgas verschiedener Art zuzufuehren, um so gezielt elektrische Bogenkennwerte und Ofenatmosphaere zu erhalten, ohne dasz ein unzulaessiger Kathodenabbrand auftritt. Erfindungsgemaesz wurde dies dadurch geloest, dasz dem Plasmabrenner mittels einer Ringleitung in das Innere des Brenners Zusatzgas zugeleitet wird. Die Gasleitungsrohre am Zusatzgasaustritt sind um einen vorgegebenen Winkel zur Brennerlaengsachse angeordnet (35 bis 45 Grad). Die Schnittstelle zwischen Plasmabogen und Zusatzgas liegt 25 bis 45 mm vor der stabfoermigen Kathode. Zur Leistungserhoehung bei konstantem Bogenstrom ohne chemische Reaktion mit dem Schmelzgut wird als Zusatzgas Wasserstoff oder Stickstoff gewaehlt; bei beabsichtigter chemischer Reaktion Sauerstoff bzw. sauerstoffhaltige Gasmischungen.

Description

Anmelder: VEB Edelstahlwerk 8.Mai 194-5 Ire it al 8210 Preital, Hüttenstraße 1

Mittels Gasgemischen betriebener Plasmabrenner·'

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Metallurgie, insbesondere auf das Schmelzen von Metallen und Legierungen in Plasmaschmelzöfen, in denen Plasmabrenner hoher Leistung verwendet werden₀

Charakteristik: der bekannten technischen Lösungen

Die bisher zum Schmelzen bzw· Umschmelzen metallischer Werkstoffe eingesetzten Plasma-Schmelzbrenner hoher Leistung verwenden als Arbeitsgas technisch reines Argon·' Dieses Arbeitsgas sichert einerseits den Schutz der hocherhitzten Wolframkathode innerhalb des Brenners gegen Abbrand und bestimmt im wesentlichen die Zusammensetzung der Ofenraumatmosphäre über dem Schmelzgut und somit die elektrischen Grundparameter der Plasnasäule, wie Spannungsgradient längs der Säule, Bogenspannung und Bogentemperatur der Plasmasäule· Hieraus resultierten Überlegungen, diese elektrischen Bogenparameter durch Zumischung zweiatomiger Gase zu beeinflussen, z.^J B·' die Brennerleistung bei konstanter Stromstärke durch erhöhte Bogenspannungen zu steigern bzw· den Schmelzverlauf über die Einbeziehung chemischer Reaktionen zwischen dem Schmelzgut und einer gezielt über das Arbeitsgasgemisch eingestellten Ofenraumatmosphäre zu beeinflussen· Voraussetzung für die Arbeitsweise mit Gasgemischen war jedoch dabei, daß die heiße Wolframkathode nicht mit oxidierenden Gasen in Berührung kommen durfte, um den sonst stark einsetzenden Kathodenabbrand zu vermeiden· Oxidierende Gasgemische fielen somit von vornherein als Arbeitsgas für derartige Schmelzbrennerkonstruktionen aus·¹ Die Verwendung anderer Kathodenmaterialien, die bei Op-haltigem Ar— beitsgas ohne Abbrand funktionsfähig bleiben und wie sie z· B·'

bei Plasmaschneidbrennern auch Verwendung finden, ζ.Bv ZirkonoxidkathodeH» konnte bisher nur bei niedrigen Stromstärken erfolgen·' Eine Erhöhung der Leistung für Plasmabrenner zum Schmelzen von metallischen V/erkstoffen war mit den bekannten Lösungen nicht möglich.·

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, einen mittels Gasgemischen betriebenen Plasmabrenner zu schaffen, der bei hoher Leistung sicher arbeitet.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Plasmabrenner zu entwickeln, der es gestattet, dem Plasmabogen Zusatzgase verschiedener Art zuzuführen, um so die elektrischen Bogenkennwerte sowie andererseits über die Zusammensetzung der Ofenraumatmosphäre in Verbindung mit der hohen Plasmabogentemperatur den Ablauf chemischer Reaktionen zwischen dem Schmelzgut und der Ofenraumatmosphäre bzw. dem Schmelzgut, seiner Schlackenbedeckung uJftd der Ofenraumatmosphäre gezielt ablaufen zu lassen, ohne den notwendigen Schutz der hocherhitzten V/olfram-Stabkathode gegen unzulässigen Kathodenabbrand zu vernachlässigen;' Erfindungsgeaäß wurde dies dadurch gelöst, daß dem Plasmabrenner mittels einer Ringleitung, von der Gasleitungsrohre durch das Innere des Plasmabrenners führen, das Zusatzgas zugeleitet wird· Die Gasleitwagsrohre sind am Zusatzgasaustritt symmetrisch auf einem Teilltreis um die Düsenöffnung angeordnet und gegenüber der Plasmabrenncrlängsachse um einen Winkel von 35 bis 45° geneigtT Die Schnittstelle zwischen Plasmabogen und Zusatzgas liegt vorteilhaft erweise in einem Abstand von 25,0 bis 45,0 mm vor der Oberfläche der stabförmigen Kathode. Die Wahl des Zusatzgases richtet sich nach dem beabsichtigten G_aseinfluß auf den Schmelzablauf·' Zur Erhöhung des Spannungsgradienten längs der Plasmabogensäule and damit zur Leistungserhöhung des Plasmabogens bei konstantem ©ogenstrom ohne chemische Reaktion mit dem Schmelzgut werden ^elekülgase wie Wasserstoff oder Stickstoff gewählt·* Soll ein gezielter Ablauf chemischer Reaktion des Zusatzgases mit dem Schiaelzgut erreicht werden, verwendet man als Zusatzgas

Sauerstoff oder sauerstoffhaltige Gasmischungen· Zur Erzielung einer höheren Geschwindigkeit des Zusatzgases können in den Öffnungen des Zusatzgasaustrittes Einsatzkörper angeordnet

Ausfuhrungsbe ispiel

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbei— spieles näher erläutert werden." Die zugehörige Zeichnung zeigt einen Teillängsschnitt des erfindungsgemäßen Plasmabrenners :

Am anschlußseitigen Ende des eines vom Grundprinzip her bekannten Plasmabrenners ist.eine Ringleitung 1, an der. sich der Gasanschlußstutzen 2 befindet, im Bereich des Kühlwasserzutrittes 4 angeordnet· Von dieser Eingleitung 1 führen eine Reihe von Gasleitungsrohren 3 längs des Wasserkühlspaltes 5> in das Innere des Plasmabrenners·¹ Durch die Gasleitungsrohre 3 gelangt das ^U5^«gaS über den Zusatzgas austritt 9 an die Düsenöffnung 10 der Kupferdüse 6· Die Öffnungen der Zusatzgasaustritte 9 Sind gegenüber der Längsachse des Plasmabrenners symmetrisch zur DÜseneffnung 10 auf einen Teilkreis um 35 bis 4-5° geneigt ausgeführt· Auf diese Weise wird erreicht, daß die Schnittstelle zwischen Plasmabogen und Zusatzgas in einem Abstand von 25fO bis 45,0 mm vor der Oberfläche der stabförmigen Kathode 7 liegt, so daß kein Abbrand auftritt· Die Kathode 7 selbst wird über den Kathodenblock 8 gekühlt und ist durch den Argonstrom geschützt, der an dieser Stelle vom Zusatzgas nicht beeinflußt wird· Die Wahl der Art des Zusatzgases und die Gasmenge warden vom beabsichtigtem Gaseinfluß auf den Schmelzablauf bestimmt· Pur die Zielstellung einer Erhöhung des Spannungsgradienten längs der Plasmabogensäule und damit der Leistungserhöhung des Plasmabogens bei konstantem Bogenstrom werden Molekülgase gewählt, die mit dem Schmelzgut, z· B· Stahl, keine chemischen Verbindungen eingehen, wie Wasserstoff oder auch Stickstoff· Für den gezielten Ablauf chemischer Reaktionen zwischen dem Zusatzgas und dem Schmelzgut unter besonderer Berücksichtigung der im Plasmabogen herrschenden hohen Gastemperatur und dem damit verbundenen Ionisationsgrad der Molekülgase, z· B·' zum Frischen von Stahlschmelzen, werden

г. 4 -

Zusatzgase geeigneter Zusammensetzung gewählt·' Zur Durchführung des Frischprozesses verwendet man Sauerstoff bzw· O^-haltige Gasmischungen·⁴ Die Menge des dem Plasmabrenner zugeführten Zusatzgases wird dabei vom Verwendungszweck bestimmt und über den Gasdruck eingestellt· Zur Erzielung ausreichender Gasgeschwindigkeiten an den Zusatzgasaustritten 9 kann man die Querschnitte dieser Öffnungen durch Anordnen von in der Zeichnung nicht dargestellten Sins at ζ körpern variieren·"

Claims (4)

-b-Erfindungsanspruch

1. Mittels Gasgemischen betriebener Plasmabrenner zum Schmelzen von Metallen und Legierungen, gekennzeichnet dadurch, daß dem Plasmabrenner über eine Ringleitung (1) von der Gasleitungsrohre (2) durch das Innere des Plasmabrenners führen, das Zusatzgas zugeleitet wird, wobei die Gasleitungsrohre (2) am Zusatzgasaustritt (9) symmetrisch auf einem Teilkreis um die Düsenöffnung (10) in einem Winkel von 35 bis 45° zur Plasmabrennerlängs achse geneigt angeordnet sind und die Schnittstelle zwischen Plasmabogen und Zusatzgas in einem Abstand von 25,0 bis 45,0 mm vor der Oberfläche der stabförmigen Kathode (7) liegt.

2. Plasmabrenner nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß zur Erhöhung des Spannungsgradienten und damit zur Leistungserhöhung des Plasmabogens bei konstantem Bogenstrom als Zusatzgase Molekülgase verwendet werden, die keine chemische Reaktion mit dem Schmelzbad eingehen, vorzugsweise Wasserstoff oder Stickstoff.

3· Plasmabrenner nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß zum Zwecke des Ablaufs gezielter chemischer Reaktionen als Zusatzgase Sauerstoff oder sauerstoff haltige Gasmischungen verwendet werden.'

4. Plasmabrenner nach den Punkten 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß zur Erzielung einer höheren Geschwindigkeit der Zusatzgase in den Öffnungen der Z us at zg as aus t ritte (9) Einsatzkörper angeordnet sind·

Hierzu 1 Seite Zeichnungen