DE2222190C3

DE2222190C3 -

Info

Publication number: DE2222190C3
Application number: DE2222190A
Authority: DE
Inventors: Pierre Embourg Binard; Georges Wandre Defosse; Jean Marie Seraing Jacquerie
Original assignee: Elphiac SA
Current assignee: Elphiac SA
Priority date: 1971-05-07
Filing date: 1972-05-05
Publication date: 1975-09-11
Also published as: IT957752B; DE2222190B2; FR2137529A1; GB1351426A; BE782248R; BE766850A; FR2137529B1; JPS5248339B1; DE2222190A1; US3798489A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Plasmaofen mit einer Düxenkammer zur Zuführung von zu ionisierendem Gas. einer Reaktionskammer, die durch unmagne- „ei einem aus der FR-PS 1 345 152 bekannten Plasmaofen dieser Art ist die Wand der Reaktionskammer S, ein in zwei oder mehr Sektoren unterte.ltes dop-SwA Metaürohr gebildet wobei Kühlwasser SSS hohle innere der Sektoren geführt ist. Zur gegenseitigen Isolierung sind die Sektoren voneinander gcgt.« 6 ^ getrennt die mit einem feuerfesten «τ.«. liefüut sind, damit kein Gas nach außen kana Dieses gekühlte, in Sektoren unterteilte Metauronr ersetzt das bei anderen bekannten Plasmaöfen (DT-AS 1 205209) als Wand der Reakt.onskammer vorgesehene Quarzrohr.

Die AWendung dieser bekannten Plasmaofen «t auf Leistungen in der Größenordnung von 100 kW be grenztda bei größeren Leistungen die Probleme der Zerstörung der Wand der Reaktionskammer durch d.e freigesetzte Strahlungsenergie und des ausreichenden Schutzes des Induktors vor austretenden Gasen nicht mehr gleichzeitig zu bewältigen sine.

Autgabe der Erfindung ist die Schaffung von Plasmaöfen, die auch bei Leistungen in der Größenordnung von 1000 kW und mehr einen einwandfreien Schutz des Induktors gewährleisten, ohne daß die Gefahr emer Zerstörung der Wand der Reaktionskammer besteht.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe, ausgehend von einem Plasmaofen der eingangs genannten Art dadurch gelöst daß die unmagnetischen, gekühlten Metallrohre an der Innenfläche eines den Induktor schüt zenden C-huizrohres aus Isoliermaterial befestigt sind, und daß das Profil wenigstens jedes zweiten der die Begrenzung der Reaktionskammer bildenden Metallrohre wenigstens einen Vorsprung aufweist der mit dem Profil eines der benachbarten Rohre derart zusammenwirkt daß das das Schutzrohr des Induktors bildende Isoliermaterial an keiner Stelle vom Innern der Reaktionskaimner her sichtbar ist aber die Rohre voneinander durch Zwischenräume getrennt sind, die eine gegenseitige Berührung ve-hindern.

Bei dem erfindungsgemäßen Plasmaofen ist der Induktor durch das Schutzrohr aus Isoliermaterial vollständig gegen austretende Gase geschützt und das Schutzrohr ist seinerseits durch die die Wand der Reaktionskammer bildenden gekühlten Metallrohre vollständig vor der im Innern der Reaktionskammer freigesetzten Strahlungsenergie geschützt Die Melallrohre sind voneinander durch Zwischenräume isoliert, die kein Isoliermaterial enthalten, wobei aber durch das besondere Profil der Metallrohre verhindert wird, daß Wärmestrahlung vom Innern der Reaktionskammer direkt auf das Schutzrohr aus Isoliermaterial trifft. Infolge dieser Ausbildung kann der Plasmaofen mit sehr hohen Temperaturen und Leistungen betneben werden, ohne daß die Gefahr einer Zerstörung der Wand der Reaktionskammer besteht. Der Plasmaofen eignet sich daher für die Durchführung von metallurgischen oder chemischen Operationen im industriellen Maßstab, beispielsweise für die direkte Reduktion von Mineralien, i Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt Darin zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Plasmaofen und

F i g. 2 bis 5 Querschnitte durch die Reaktionskammer des Plasmaofens von F i g. 1 zur Darstellung verschiedener Ausführungsbeispiele der unmagnetischen, gekühlten Metallrohre

F i g. 1 zeigt eine Düsenkammer I, die durch eine zylindrische, gegebenenfalls wassergekühlte Haube mit doppelten Wänden 2 und 3 gebildet ist Die zylindrische Fläche der Innenwand 2 ist mit Düsen 4 versehen. In dem Zwischenraum zwischen den Wänden 2 und 3 wird mi* Hilfe einer Zuleitung 5 dauernd ein bei hoher Temperatur ionisierbares Gas, beispielsweise Argon, eingebracht Die Düsenkammer 1 bedeckt ein Schutzrohr 6 aus organischem Isoliermaterial, beispielsweise einem Epoxydharz mit Quarzfüller. Eine an eine Wechselstromquelle 8 hoher Frequenz angeschlossene Induktionsspule 7 ist rings um das Schutzrohr 6 angeordnet oder in dieses eingebettet Auf der Innenfläche des Schutzrohres 6 ist eine Reihe von unmagnetischen, wassergekühlten Metallrohren 9 befestigt Diese Rohre 9 sind paarweise haarnadelförmig zusammengefaßt und alle an den Enden mit einer Wasserleitung 10 und einer Wasserableitung 10* vergehen, wobei die Enden benachbarter Rohre miteinander in Verbindung stehen. Das Wasser tritt also durch eines dieser Rohre 9 ein und tritt über das den anderen Schenkel der Haarnadel bildende benachbarte Rohr aus. Die Rohre 9 schützen das Schutzrohr 6 vor der Hitze, die im Innern der von ihnen begrenzten Reaktionskammer 11 entsteht. In dieser Reaktionskammer erhitzt das induktive Feld der Spule 7 das ionisierte Gas bis auf eine Temperatur, die 15 000° K überschreiten kann. Die auf diese Weise freigesetzte Strahlungsenergie wird von den Rohren 9 aufgefangen. Um zu verhindern, daß das organische Isoliermaterial des Schutzrohres 6 der intensiven Strahlung ausgesetzt ist, weist das Profil wenigstens jedes zweiten Metallrohrs 9 einen Vorsprung auf, der mit dem Profil eines der benachbarten Rohre derart zusammenwirkt daß die noch zu erläuternde Bedingung erfüllt ist jedoch ohne daß sich die benachbarten Rohre berühren. Dies kann durch verschiedene Profilformen erreicht werden; dabei kann das gleiche Profil für die Bildung von Reaktionskammern mit sehr verschied nen Durchmessern und Längen dienen.

F i g. 2 zeigt den Fall, daß die Rohre 9 die Form von konkav-konvexen Zylinderlinsen haben. Der konvexe Abschnitt eines Rohres ragt in den konkaven Abschnitt des anderen Rohres hinein, wobei ein Abstand eingehalten wird, der ausreicht, um die elektrische Isolierung während des Betriebs zu gewährleisten und um zu verhindern, daß das Schutzrohr 6 von irgendeiner beliebigen Stelle im Innern der Reaktionskammer 11 her sichtbar ist. Diese Bedingung ist erfüllt wenn sich von jedem Punkt 17 im Innern der Reaktionskammer nur solche gerade Linien nach außen ziehen lassen, die mindestens eines der Rohre 9 und in einem Übergangsbereich zwischen zwei benachbarten Rohren 9 sogar beide Rohre schneiden. Diese Bedingung gilt übrigens

S nicht nur für das Ausführungsbeispiel nach F i g. 2, sondern für jedes denkbare Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Begriff Reaktionskammer gilt für den zylindrischen Raum mit kreisrundem Querschnitt im Innern der Reihe der Metallrohre 9.

ίο F i g. 3 und 4 zeigen zwei andere Formen der Rohre 9. In F i g. 2 und 3 haben alle Rohre 9 das gleiche Profil in Form von konkav-konvexen Zylinderlinsen oder von Stiefeln mit Sporen. Dagegen sind in F i g. 4 die Rohre 9 abwechselnd durch Rohre V mit rein rechteckigem Querschnitt und durch T-förmige Rohre 9" gebildet. In diesem Fall erfolgt die Zuführung des Kühlwassers über die Leitungen 10 beispielsweise durch die Rohre 9', und der Rücklauf des Kühlwassers erfolgt über die Leitungen 10' von den Rohren 9". Somit sind die weiter vom Mittelpunkt entfernten Flächen der Rohre 9' kälter als die Flächen der Rohre 9", die näher bei der Wärmequelle liegen, wodurch es möglich ist, den Temperaturgradient im Innern der Reaktionskammer zu vergleich mäßigen.

Durch die Düsenkammer 1 ist ein Rohr 12 zur Zuführung des zu behandelnden Materials geführt.

Schließlich kann zusätzliches ionisierbares Gas über die Schlitze zwischen den Rohren 9 eingebracht werden.

Zu diesem Zweck sind in dem Schutzrohr 6 eine oder mehrere ringförmige Leitungen 13 zur Verteilung von kaltem Gas angebracht, die beispielsweise über eine oder mehrere Leitungen 14 mit dem Zwischenraum zwischen den doppelten Wänden der Düsenkammer in Verbindung stehen. Das über die ringförmige Leitung 13 eingeführte Gas verteilt sich dann in die Schlitze zwischen den Rohren 9 und verhindert, daß dort heiße Gase eindringen und das Isoliermaterial des Schutzrohres 6 beschädigen. Wenn hierbei die Ausbildung von F i g. 2 verwendet wird, neigt das aus den gekrümmten Schlitzen zwischen den Rohren 9 austretende Gas dazu, eine kreisende Bewegung um die Achse der Reaktionskammer aufrechtzuerhalten, was höchst erwünscht ist, weil eine solche Bewegung die Schicht kalten Gases in der Nähe der Rohre 9 stabilisiert.

Zur Vereinfachung der Herstellung kann die Ausbildung gemäß F i g. 5 gewählt werden. Dort sind die Metallrohre 9 entlang einer Mantellinie offen und aus gebogenen Blechbändern 15 gebildet, deren freie Kanten 16 in das Isoliermaterial des Schutzrohres 6 eingebettet sind. In der Nähe der Seitenkanten 16 können Falze oder Zähne zur Verankerung vorgesehen werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Plasmaofen mit einer Düsenkammer zur Zuführung von zu ionisierendem Gas. einer Reaklions- S kammer, die durch unmagnetische, gekühlte, nebeneinander und parallel zur Achse der Reaktionskammer Hegende, elektrisch voneinander isolierte Metallrohre begrenzt ist einem Zuführungsrohr zum Einbringen der zu behandelnden Stofffe in die «o Reaktionskammer und mit einem mit Hochfrequenz gespeisten induktor, der die Reaktionskammer koaxial umgibt, dadurch ,gekennzeichnet, daß die unmagnetischen, gekühlten Metallrohre (9; 9\ 9") an der Innenfläche eines den Induktor (7) schüt- «s zenden Schutzrohres (6) aus Isoliermaterial befestigt sind, und daß das Profil wenigstens jedes zweiten der die Begrenzung der Reaktionskammer bildenden Metallrohre (9; 9") wenigstens einen Vorsprung aufweist der mit dem Profil eines der be- nachbauen Rohre derart zusammenwirkt daß das das Schutzrohr des Induktors bildende Isoliermaterial an keiner Stelle vom Innern der Reaktionskammer her sichtbar ist aber die Rohre voneinander durch Zwischenräume getrennt sind, die eine gegenteitige Berührung verhindern.

2. Plasmaofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Metallrohre die Form von konvexkonkaven Zylinderlinsen haben und derart angeordnet sind, daß die konvexe Fläche eines Rohres der konkaven Räche des benachbarten Rohres gegenüberliegt (F ig. 2).

3. Plasmaofen nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet daß die Metallrohre Flügel aufweisen, die paratlel zu ihrer Längsachse an beiden senkrecht zu der Oberfläche des Schutzrohres stehenden Seiten der Metallrohre derart angeordnet sind, daß sie sich teilweise überschneiden (F i g. 3; F i g. 5).

4. Plasmaofen nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet daß jedes zweite Rohr (9") die Form eines T hat. das mit seiner Basis an dem Isolierrohr anliegt und daß zwischen zwei so angeordneten T-förmigen Rohren ein Zwischenrohr (9') angebracht ist das zum Teil durch die Schenkel des T verdeckt ist (F i g. 4).

5. Plasmaofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß eine oder mehrere Leitungen (13) zur Verteilung von ionisierbarem Gas in dem isolierenden Schutzrohr des Induktors vorgesehen sind und in Verbindung mit den so Schlitzen zwischen den Metallrohren stehen.

6. Plasmaofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende Schutzrohr des Induktors aas organischem Material hergestellt ist. SS

'. Plasmaofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Metallrohre entlang einer Mantellinie offen sind und aus gebogenen Blechbändern bestehen, deren freie Kanten in das Isoliermaterial des Schutzrohres ein- te gebettet sind (F i g. 5).

fische gekühlte, nebeneinander und parallel zur Achse Sef ReSskammer liegende, elektrisch voneinander Süerte Metallrohre begrenzt >st einem Zufuhrungs-X zum Einbringen der zu behandelnden Stoffe in die Kkmskammer und mit einem nut Hochfrequenz Ri Induktor, der die Reakuonskammer koax.al