DE1288708B

DE1288708B - Ofen zur Erhitzung eines Materials durch einen laminaren Plasmastrom

Info

Publication number: DE1288708B
Application number: DEI30867A
Authority: DE
Inventors: Brzozowski; Dipl-Ing Janusz; Dipl-Ing Michal; Mikos; Niewiadomski; Dr Wojciech
Original assignee: Instytut Badan Jadrowych
Current assignee: Instytut Badan Jadrowych
Priority date: 1965-05-22
Filing date: 1966-05-18
Publication date: 1969-02-06
Also published as: US3449505A; SE314753B; GB1144245A; NL6607010A; BE681332A; JPS4821539B1

Description

Den Gegenstand der Erfindung bildet ein Ofen zur Erhitzung eines Materials durch einen laminaren Plasmastrom mit einem in einer Kammer untergebrachten Materialträger und einer Plasmabrenneranordnung.
Durch Anwendung eines Plasmastrahles mit Temperaturhöhen von 4000 bis 10 000° K erschließen sich völlig neue Möglichkeiten auf dem Gebiet der Untersuchungen von hitzebeständigen Materialien mit hohen Schmelztemperaturen.
Die unmittelbare Ausnutzung eines Plasmastrahles zum Schmelzen von Materialien mit Schmelztemperaturen über 3000° C ist bekannt. Kleine Muster hitzebeständiger Materialien werden dabei in den Weg des Plasmastrahles gebracht, wo sie geschmolzen oder entsprechenden chemischen Reaktionen unterworfen wurden. Der Erhitzungsprozeß wurde dabei gewöhnlich durch die dynamische Einwirkung des Strahles erschwert (große kinetische Energie der Plasmaströmung, Blasen des geschmolzenen Materials u. ä.). Dieses Verfahren fand Anwendung bei manchen technologischen Prozessen der Kerntechnik, z. B. bei der Sphäroidisation von Uran-Oxyden und -Karbiden und bei der Synthese von Uran- und Plutonium-Karbid.
Es sind auch Öfen zur Erhitzung bekannt, in denen der Plasmabrenner die Quelle der Wärme bildet. In diesen Öfen ist der Plasmabrenner unbeweglich, und der Plasmastrahl erhitzt unmittelbar den Tiegel mit dem Material, wobei der Tiegel Drehbewegung um seine Achse ausführen kann. Ein Mangel dieser Konstruktion besteht darin, daß das Gebiet der hohen Temperaturen auf das Gebiet des Plasmastrahles beschränkt ist und daß das zu erhitzende Material der unmittelbaren Einwirkung des Plasmastrahles unterworfen ist, also die Erhitzung selbst ungleichmäßig erfolgt.
Bei Lichtbogenöfen, in denen Materialien durch die Strahlung eines Lichtbogens erwärmt werden, ist es bekannt, die Temperatur des Materials durch Änderung seiner Lage in bezug auf den Brennpunkt, in welchem die Lichtbogenstrahlung konzentriert ist, zu regeln.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Plasmabrennerofen zu schaffen, der die Mängel .der bekannten Öfen dieser Art vermeidet.
Das wird gemäß Erfindung dadurch erreicht, daß die Kammer gaserfüllt ist und daß die in Richtung des ausgestoßenen Plasmastromes liegende Brennerachse exzentrisch und parallel zu einer den Materialträger durchdringend gedachten Mittelachse liegt und um diese konzentrisch mit veränderbarer Drehzahl drehbar ist, wobei der Materialträger in Richtung dieser seiner gedachten Mittelachse verschiebbar ist.
Der erfindungsgemäße in einer Gasatmosphäre, z. B. in Argon, arbeitende Ofen zur Erhitzung kann ein Laborofen mit verhältnismäßig geringem Rauminhalt (1 bis 31) sein; es können jedoch nach dem vorerwähnten Prinzip auch größere, für die Industrie bestimmte Einheiten gebaut werden.
Der erfindungsgemäße Ofen zur Erhitzung wird an Hand der in der Zeichnung gezeigten Beispiele näher erläutert.
F i g. 1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform des Ofens gemäß Erfindung; F i g. 2 zeigt die Draufsicht auf F i g. 1; F i g. 3 zeigt eine mit Ringanode versehene zweite Ausführungsform. Die Wärmequelle für die Erhitzung des in der Kammer angebrachten Tiegels 7 bildet der laminare Plasmastrahl 2, der aus der Düse des Plasmabrenners 1 austritt. Um eine möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung zu erlangen, kreist .der Plasmabrenner 1 um das Zentrum des Tiegels 7 mit dem Radius R. Der laminare Plasmastrahl 2 fließt längs der Erzeugenden des Zylinders mit dem Radius R, den Tiegel gleichmäßig erhitzend. Die Inbetriebsetzung des Plasmabrenners auf dem Umkreis wird durch seine Anordnung auf dem rotierenden Deckel 4 ermöglicht, der durch einen Motor 3 getrieben wird. Der Radius R, d. h. die Entfernung des Brenners von der durch das Zentrum des Tiegels laufenden Achse, ist mittels des Exzenters 5 regulierbar. Eine Führungsschiene 10 beugt der Drehung des Plasmatrons 1 um seine eigene Achse vor. Der Tiegel ist auf einer senkrecht verschiebbaren Konsole 12 angeordnet, welche die Änderung der Entfernung H des Tiegels 7 von dem Deckel ermöglicht. Zur Änderung dieser Entfernung H dient der Mechanismus 9. Die Regulierung der Temperatur im Tiegel 7 kann während der Dauer des Erhitzungsprozesses in großem Bereich stattfinden, und zwar durch Änderung des vom Plasmabrenner 1 aufgenommenen Leistungswertes, durch Änderung der Entfernung H des Tiegels 7 von dem Deckel, durch Änderung der Größe des Radius R und durch Änderung der Drehzahl des Deckels 4.
Bei der Ausführung des Ofens nach F i g. 3 quillt die Wärme aus der laminaren Plasmasäule des elektrischen Lichtbogens 11, der sich zwischen der Kathode des Brenners 1 und dem gekühlten Ring 8 erstreckt, der auf der die Anode bildenden Konsole 12 des Tiegels 7 angebracht ist.
Diese Lösung bringt günstigere Arbeitsbedingungen mit sich und ermöglicht Temperaturen im Tiegel 7, die noch höher als bei der vorherigen Konstruktion sind. Auch bei dieser Bauart bewegt sich der Plasmabrenner 1 auf dem das Zentrum des Tiegels 7 (die senkrechte Achse des Ofens) mit dem Radius R umgebenden Kreis, und die um den Tiegel 7 wirbelnde Plasmasäule des elektrischen Lichtbogens 11 erhitzt den Tiegel gleichmäßig.

Claims

Patentansprüche: 1. Ofen zur Erhitzung eines Materials durch einen laminaren Plasmastrom mit einem in einer Kammer untergebrachten Materialträger und einer Plasmabrenneranordnung, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Kammer gaserfüllt ist und daß die in Richtung des ausgestoßenen Plasmastromes liegende Brennerachse exzentrisch und parallel zu einer den Materialträger durchdringend gedachten Mittelachse liegt und um diese konzentrisch mit veränderbarer Drehzahl drehbar ist, wobei der Materialträger in Richtung dieser seiner gedachten Mittelachse verschiebbar ist.
2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer einen Drehdeckel (4) aufweist, der um die die Materialhalterung durchdringend gedachte Achse drehbar ist und daß an diesem Deckel (4) die Plasmabrenneranordnung mit einstellbarem Abstand von ihrer Drehachse angebracht ist, wobei ferner als Materialträger ein Tiegel (7) vorgesehen ist, der auf einer senkrecht verschiebbaren Konsole (12) sitzt.
3. Ofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Konsole (12) konzentrische, von einem Kühlmittel durchflossene Hohlringe (8) vorgesehen sind, und der Plasmabogen zwischen der die Kathode bildenden Plasmabrenneranordnung (1) und den die Anode bildenden Ringen (8) verläuft.