DD283255B5 - Plasmabrenner - Google Patents

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung Piasmatrone für Gleichstrombetrieb mit hohen Leistungen zum Schmelzen in offenen metallurgischen Öfen. Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Gleichstrompiasmatrone für offene metallurgische Schmelzöfen bestehen aus einem wassergekühlten Katodenblock, der isoliert in einen wassergekühlten Brennermantel eingesetzt ist. Der Katodenblock trägt an seinem Ende die Katode, die von der Düse, der ausgangsseitigen Öffnung des Brennermantels, umgeben ist.

Durch den Spalt zwischen Katode und Düse strömt das plasmabildende Gas, vorzugsweise ein Edelgas, das die Katode vor der Erosion durch die Ofenatmosphäre schützt, die Katode kühlt und zur Ausbildung eines stabilen Piasmabogens zwischen Katode und metallurgischem Einsatz dient. Demzufolge dient die Düse zur Formierung des Gasstrahls, zum Schutz der Katode vor Spritzern aus dem Schmelzgut und zum Starten des Piasmabogens durch Bereitstellung des Startplasmas mittels Zündung eines Pilotbogens zwischen Katode und Düse.

So wird ζ. B. in der DE-OS1564123 eine Einrichtung zum Erzeugen eines heißen Plasmastrahles beschrieben, bei der sich koaxial und unmittelbar benachbart zur stabförmigen Katode des beschriebenen Plasmatrons ein rohrförmiger Kühlkanal befindet, durch den Gas eingelassen wird. Ferner können aus der Fachliteratur (Rutscher/Deutsch „Plasmatechnik* VEB Fachbuchverlag Leipzig 1984; S.254) verschiedene Möglichkeiten für die Betriebsgas- und Zusatzsubstanzeinbringung entnommen werden. An dieser Stelle sind auch verschiedene Möglichkeiten für die Anordnung des Gaseinlasses im Bereich zwischen Katode und Düse angegeben. In der DE-OS 2 256 050 ist auch bereits vorgeschlagen worden, den Plasmastrahl mit einer Katodenhülse auf Anodenpotential zu führen.

Piasmatrone für metallurgische Öfen übertragen elektrische Leistungen im Bereich von 2 bis 5MW. Diese Bögen mit Strömen bis 9kA können nicht mehr wie bei Schmelzschneidplasmatronen durch einon Düsenkanal vor der Katode mit Kaltgasmantel stabilisiert werden. Trotzdem die Katodenkuppe noch vor der Düsenöffnung angeordnet wird, unterliegt die Düsenöffnung einer kontinuierlichen Erosion durch die Wärmestrahlung aus dem Plesmabogon und durch parasitäre Nebenbögen, in denen ein Teil des Bogenstromes über die Düsenöffnung in den Hauptbogen fließt. Da der Abtrag des Düsenmundes örtlich ungleichmäßig erfolgt, werden die Piasmatrone mit einem Gasdurchsatz an Edelgas betrieben, der dem maximal zulässigen Durchmesser der ausgewaschenen Düse entspricht. Da der gesamte Spalt zwischen Katodeneinsatz und Brennermantel durch das zugeführte Argon ausgefüllt ist, kommt es bei stark erodierter Düse am Ende der Betriebszeit der Piasmatrone außerdem häufig zur Zerstörung des Plasmatrons durch sogenannte Innenzündungen. Der Pilotbogen zündet im Inneren des Plasmatrons und nicht im Düsenbereich, da die Abstände bei ausgewaschenen Düsen zwischen den Konstruktionsteilen im Brenner genau so groß sind, wie der Abstand zwischen Katode und erodierter Düse. ,

Ziel der Erfindung Es Ist ein Plasmabrenner zu schaffen, der eine hohe Lebensdauer besitzt und störunanfällig im Dauerbetrieb ist. Darlegung des Wesens der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Plasmabrenner zum Schmelzen in offenen metallurgischen Öfen zu schaffen,

der Innenzündungen weitgehend vermeidet und einen geringeren Gasdurchsatz hat.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Plasmabrenner, bestehend aus der wassergekühlten Katode und dem sie

umgebenden Mantel mit der abschließenden Düse dadurch gelöst, daß um den Katodeneinsatz ein zusätzliches Rohr mit dem

Potential des Katodeneinsatzes angeordnet ist, das vordem Düsenspalt'zwischen Katode und Brennermantel endet. In den Spalt

zwischen dem zusätzlichen Rohr und Katodeneinsatz wird das plasmabildende Gas (Edelgas) zugeführt. Der Spalt zwischen

Brennermantel und zusätzlichem Rohr ist mit Gasgemisch mit einem höheren Gehalt an Luft gefüllt, das schlechtere Zündeigenschaften aufweist als reines Edelgas. Im Augenblick der Zündung des Piasmabogens ist der Bereich zwischen Katode und Düse mit Edelgas ausgefüllt, während sich

im Bereich zwischen Brennermantel und zusätzlichem Rohr ein Gasgemisch aus Luft und Edelgas befindet.

Dieser Plasmabrenner hat den Vorteil, daß der Gasdurchsatz etwa 20 bis 30% reduziert wird und konstant eingestellt werden

kann. Unabhängig vom Erosionsstand der Düse kann ein stabiler Plasmastrahl auch bei stark erodierter Düse eingestellt werden.

Die Zahl der Innenzündungen Ist auch bei stark erodierter Düse erheblich reduziert. Ausführungsbeispiel

Die zugehörige Zeichnung zeigt einen Plasmabrenner im Schnitt, wobei der linke Teil der Düse im stark erodierten Zustand dargestellt wird. Das Plasmatron besteht aus dem gekühlten Katodenblock 1 mit der Katode 2, die von dem gekühlten Brennermantel 3 mit der Düse 4 umgeben ist. Um den Katodenblock 1 ist ein zusatzliches Rohr 5 mit dem schmalen Spalt β angeordnet, das das gleiche Potential wie der Katodenblock 1 hat. Das plasmabildende Gas wird durch den Spalt 6 zugeführt. Da der Spalt 7 beim Zünden mit einem Gemisch aus Luft und wenigen Α-Teilen Edelgas gefüllt ist, bildet sich der Pilotbogen zwischen Düse 4 und Katode 2 auch bei stark erodierter Düse 4 aus.

Claims (1)

1. Plasmabrenner für Gleichstrombetrieb, bestehend aus einem wassergekühlten Katodenblock mit der Katode und einem den Katodenblock umgebenden wassergekühlten Mantel mit einer ihn abschließenden Düse, dadurch gekennzeichnet, daß um den Katocknblock (1) in geringem Abstand ein Rohr (5) mit Katodenpotential, vor dem Düsenspalt endend, angeordnet ist und daß der Spalt (6) zwischen dem Rohr (5) und dem Katodenblock Ci) zur Zuführung des Edelgases ausgeführt ist.

   Hierzu 1 Seite Zeichnung