DK152000B - Fremgangsmaade og anlaeg til behandling af partikelformet materiale i lavtemperaturplasma - Google Patents

Description

i

DK 152000B

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til behandling af partikelformet materiale i lavtemperaturplasma, og hvor der tilvejebringes en elektrisk bueudladning mellem to i afstand fra hinanden værende elektrodestrukturer, 5 og hvor den til buen tilførte effekt og bueudladningens fordeling om den ene elektrodestrukturs periferi hurtigt varieres for at føre bueudladningen rundt i det mellem elektroderne værende rum, som danner reaktionszonen, og hvor der indføres partikelformet materiale i det i re-10 aktionszonen frembragte, udvidede plasma.

I den sædvanlige terminologi betegner plasma en samling elektrisk ladede partikler med fælles adfærdsmønster. Sådanne samlinger kan f.eks. opstå i en varm, ioniseret gas, hvori der sædvanligvis, men ikke nødven-15 digvis, i det væsentlige er det samme antal positive ladninger (ioner) og negative ladninger (elektroner), således at plasmaet er neutralt eller kvasi-neutralt. Udtrykket "lavtemperaturplasma" bruges her for arbitrært at betegne plasma med iontemperatur under 100.000 K. De bueud-20 ladninger, der her anvendes, må ikke forveksles med glim-udladninger, der forekommer under stærkt nedsat tryk. I den foreliggende opfindelse vil udladningen sædvanligvis finde sted under det atmosfæriske tryk eller under højere trykværdier, selv om der kan opstå væsentlige lokale 25 trykvariationer, hvilket faktisk er et væsentligt træk ved opfindelsen.

I de sidste ti år er der henledt megen opmærksomhed på lavtemperaturplasma som en alternativ vej til mange industrielle processer såsom fremstilling af stål og fer-30 rolegeringer, forskellige synteser og fremstilling af puzzolanholdige materialer og hydrauliske cementer.

Alle de foreslåede metoder, uanset deres udformning eller princip, har én ting til fælles: de beror allesammen på omsætningen af elektrisk strøm til højtemperatur-35 effluenter af en eller anden art, der på grund af deres høje temperatur og enthalpi har vekselvirkning med materialerne, hvorved der er en kraftigere reaktion end den, der ville opstå ved lav temperatur. I så henseende kan 2

DK 152000 B

alle disse metoder betragtes som overvejende termiske metoder, og reaktionerne opstår mellem højtemperaturgassen (delvis ioniseret) og faststofferne. Man kan forøge materialernes temperatur til en tilstrækkelig høj værdi 5 til, at der opstår dissociation, men dette kræver en alt for stor elektrisk energi til, at metoden kan betragtes som hensigtsmæssig set fra industrielt synspunkt. Til gengæld kan man med de fleste konventionelle metoder til dannelse af lavtemperaturplasma, f.eks. plasmabrændere 10 (såkaldte plasmatron) med radialt indsnævrede bueudladninger, eller radiofrekvente brændere, kun få alt for små plasmavo-lumener ved alt for høje temperaturer til, at de kan anvendes industrielt.

Man har tidligere forsøgt at indføre partikelforme-15 de materialer i lavtemperaturplasma. For eksempel har man forsøgt at indføre partikler i en plasmabrænders buekammer, men dette giver alvorlige problemer. Blandt disse kan nævnes forurening af katode, af hvis lave arbejdsfunktion effektiviteten i elektronemissionen afhænger, og 20 ofte uønsket erosion af den indsnævrende kanal i brænderen, samt partikelopsamlinger. Indførelsen af partikler i indsnævringskanalen forstyrrer plasmaet og begrænser stærkt den mængde partikler, der kan indføres. j i

Denne måde at indføre partiklerne på er dog den, der an-25 vendes i den såkaldte "plasma-spraying", der kun kræver 1 i indføring af relativt små mængder partikler. ;

Der er også mere generelle vanskeligheder ved be- I

handling af partikler i plasma. De væsentligste er: j 1. Vanskeligheder i indføring og tilbageholdelse af 30 partikler i plasmaet i bueudladningerne. De skyldes i ho- i i vedsagen høje viskositetsgradienter mellem plasmaet og j den omgivende gas og termoforetiske fænomener, der søger j j at kaste sådanne partikler bort fra plasmazonen. j 2. Vanskeligheder i opretholdelse af bueudladninger i 35 i nærværelse af partikler, der, når de er til stede i i større mængder, søger at slukke sådanne udladninger, i hovedsagen på grund af elektronscavenging med indfangning af strømbærende elektroner i plasmaet.

3

DK 152000 B

3. Vanskeligheder i at opnå den samme behandling for alle de partikler, der går ind i reaktionszonen, uanset deres størrelse. Medens større partikler endnu ikke er behandlet, kan mindre partikler allerede være helt el- 5 ler delvis fordampet, hvorved der er elektronscavenging, og udladningen er ustabil og bryder sammen.

4. Yderligere vanskeligheder i forbindelse med valget af materiale for elektroderne og ildfaste dele i sådanne anlæg. Hvis man, som det ofte gøres, anvender jævn- 10 strøm, er katoden ofte i form af en "ikke-brændbar" tho-rieret wolframstav i en plasmabrænder. I så fald vil anoden, til hvilken buen overføres, imidlertid udvikle store mængder kostbar energi, og den må derfor afkøles kraftigt, hvilket indebærer store energitab. De dele af 15 ildfast materiale, der indeslutter reaktionszonen, har små dimensioner for herved at opnå, at der indføres så mange partikler som muligt i plasmaet. Som følge heraf opstår der ofte fejl i det ildfaste materiale, og overfladen på disse dele af ildfast materiale, især når de 20 forurenes af fordampede fødematerialer, bliver elektrisk ledende, hvorfor der kan opstå kortslutninger.

5. Da sådanne anlæg kræver særlig kritisk regulering af strøm og spænding, når effekten skal op på nogle få MW, er jævnstrømforsyningen meget omfangsrig og kost-25 bar, medens den forøgede effekt i en plasmabrænder forstærker de ovenfor nævnte vanskeligheder.

De ovennævnte vanskeligheder er velkendte af sagkyndige i det pågældende område, og som følge heraf har de industrielle, anvendelser af lavtemperaturplasma-tek-30 nologien stort set fulgt to forskellige veje.

Den første, hvor bueudladningens volumen ikke er blevet brugt for at medbringe fødematerialerne, har i hovedsagen anvendt det punkt, hvor buen rammer anoden og har i så henseende virket næsten som en bueovn. Deres 35 hovedfordel anses for at ligge i anvendelsen af en "ikké-brændbar1' elektrode (plasmabrænder) og i det forhold, at plasmastrømmens høje kinetiske energi bevirker en omrøring af det smeltede område, hvorved temperaturen for- 4

DK 152000 B

deles. I litteraturen er der beskrevet mange anlæg med en eller flere plasmabrændere eller med plasmabrændere, der samvirker med almindelig elektrisk bue, og disse anlæg anvendes ofte i forsøgsinstallationer. I nogle af 5 disse anlæg indføres de faste partikler under bueoperationen, men deres vekselvirkning med denne bue er minimal.

Den anden går ud på at behandle partiklerne i hele det frembragte plasmas volumen. Derfor skal plasmaet udvi-10 des, og udvidelsen af dets oprindelige volumen indebærer reduktion af dets temperatur og viskositetsgradienter.

Til dette formål har man anvendt to vidt forskellige metoder. Den første metode beror på det forhold, at en elektrisk bueudladning, når den placeres symmetrisk i 15 midten af en roterende, hul cylinder, begynder af udvide sig radialt udad på grund af viskøse gnidningskræfter, indtil udladningen ved en given vinkelhastighed fylder hele cylinderen. Dette princip blev oprindeligt beskrevet af W. Weizel m.fl. i "Theorie Elektrischer Lichtbogen 20 und Funken", Barth, (Leipzig 1949). Man har konstrueret anlæg efter dette princip, men metoden er stærkt begrænset, f.eks. på grund af den hurtige rotation af et stort cylindrisk legeme, som en sådan ovn kræver, og fordi plasmaet først bliver stabilt, når det har udvidet sig 25 fuldstændigt. Når dette sker, kommer plasmaet dog i kontakt med den roterende, ildfaste inderflade og er tilbøjeligt til at beskadige denne flade. Det er i hovedsagen \ af disse grunde, denne teknik kun har fundet begrænset anvendelse og ikke har været brugbar til behandling af i 30 store mængder plasmamedbragte partikler. !

Den anden metode til udvidelse af bueudladning i lavtenperaturplasma er omhandlet i G3 patentskrifteme 1.390.351-3. ' I henhold til denne metode bringes en som katode virkende plasmabrænder til at beskrive en cirkulær bane under en ! 35 lille vinkel med vertikalen og til at afgive en bue til en nedenfor beliggende ringformet anode. Herved afgrænser bueudladningen i sin cirkelbane en keglestubformet zone.

Denne metode, som har sin oprindelse i et tidligere

DK 152000B

5 arbejde på planar udvidelse af plasmastråler, jf. GB patentskrift 1.201.911, tog sigte på at opnå plasmaer af stort volumen, hvori faststofpartikler kunne behandles. Denne metode, som blev kendt under betegnelsen 5 Expanded Precessive Plasma (E.P.P.), havde visse fordele over for den tidligere metode, når den praktiseredes intermitterende og på en lille skala, ca. 1-2 MW, og var nyttig som laboratorieplasmaovn til undersøgelse af mange reaktioner. Dens væsentligste ulempe har imidlertid vist 10 sig at ligge i den begrænsede omdrejningshastighed af plasmabrænderen og i nødvendigheden af en hyppig udskiftning af offer-anoden. Under otte års udviklingsarbejde har man afprøvet forskellige metoder til bevægelse af brænderen i dennes omløbsbane, men 15 på grund af de store asymmetriske inertikræfter, der udvikler sig i en skråstillet plasmabrænder, har den maksimale vinkelhastighed, man har kunnet opnå, været på 2000 omdr./m, medens en driftshastighed på 1500 omdr./m ansås som forsvarlig. Det er navnlig disse lave hastigheder, 20 der er årsagen til den meget begrænsede udvidelse af den primære plasmastrøm, hvilket blev bekræftet ved fotografering. Som følge heraf var der kun en begrænset og ofte sporadisk opfangning af faldende partikler i plasmastrømmen, og metoden var begrænset til indføring af relativt 25 små mængder uens fordelte materialepartikler.

Manglen på passende regulering for at få en ensartet behandling af de faldende partikler i plasmaet har været den væsentligste begrænsning i denne teknik. Som tidligere nævnt indebærer en forøgelse af effekten i den 30 primære plasmastrøm nedsat indfangning og forøget omfang af partikelafvisning. Disse fænomener blev yderligere bekræftet i et nyere arbejde , jf. DE OS 2.748.029, hvori E.P,P.-teknikken blev brugt til fremstilling af puzzolanholdige mate-35 rialer ud fra kulgrubeaffald. I dette tilfælde bekræftede manglen på ensartethed i produkterne yderligere denne begrænsning. Når den blev brugt til smeltning, dvs. overføring af den primære plasmastrøm til en elektrisk ledende

DK 152000B

6 I

smeltemasse, virkede E.P.P.-metoden dog på samme måde som metoderne i nævnte første gruppe af anlæg.

Man mener også, at en udvidelse af E.P.P.-installationer op til fulde industrielle krav vil være vanskelig.

5 Medens man råder over store plasmabrændere, er det mere vanskeligt at få dem til at kredse rundt med stor vinkelhastighed. Sådanne brændere vil formentlig også bevirke voldsomt slid, når deres bue overføres til anoderne. Til sidst skal det bemærkes, at medens E.P.P.-installationer 10 kræver indviklede styresystemer til opretholdelse af bue, findes der ingen midler til korrekt styring af de processer, der skal sørge for medbringelse og behandling af partiklerne. Derfor er effektiviteten af disse processer ikke så høj som den ville have været, hvis en større del 15 af energien i plasmaeffluenterne kunne udnyttes.

Den fra ovennævnte GB patentskrift nr. 1.390.351 kendte løsning går ud på at anvende en anode bestående af tre segmenter i en i hovedsagen rundtgående struktur, idet anodesegmenterne forsynes fra hver sin fase i en 20 trefaset forsyning. Dette frembringer en hurtig variation i den til buen leverede effekt og i dens fordeling i rundt om periferien af en af elektrodestrukturerne (anode). Der er dog i så fald stadigvæk buebevægelse j i ved katoden, og vandringen af bueudladningen i området i 25 mellem elektroderne afhænger stadigvæk af rundtkreds- .

hastigheden på katoden, hvorfor denne løsning også ud- j viser de ovenfor omtalte begrænsninger og ulemper.

I overensstemmelse hermed er fremgangsmåden ifølge ; opfindelsen ejendommelig ved, at bueudladningen frem- ! 30 bringes mellem to stationære elektrodestrukturer, og at det partikelformede materiale indføres i en sådan mæng- ! de, at den heraf resulterende store partikeltæthed be- j virker, at bueudladningen kan følge en bane, der ofte j forgrener sig og afviger fra den korteste bane, hvorved 35 plasmaet stabiliseres,og vekselvirkningen mellem plas- maet og partiklerne øges.

7

DK 152000 B

Opfindelsen angår også et anlæg til udøvelse af fremgangsmåden , omfattende et par elektrodestrukturer, hvoraf den ene er ringformet, og som er beliggende i afstand fra hinanden til dannelse af en mellemliggende 5 reaktionszone, midler til indføring af partikelformet materiale i reaktionszonen, en forsyning til påtrykkelse af hurtigt varierende potentialforskel mellem elektrodestrukturerne med henblik på dannelse og opretholdelse af en udladning og midler indrettet til at bevirke hur-10 tig cirkulation af udladningen rundt om reaktionszonen, hvilket anlæg ifølge opfindelsen er ejendommeligt ved, at begge elektrodestrukturer er stationære og i hovedsagen ringformede.

Det var på grund af begrænsningerne i ovennævnte / /

S

/

X

f f / / / / / / / / / / / / s / / / / / / / 8

DK 152000 B

kendte teknik, at opfinderen har foretaget det mere fundamentale arbejde, der har ført til den foreliggende opfindelse. Opfindelsen er opstået ud fra opfinderens to nylige konstateringer. Først blev det konstateret, at når 5 mellemrummet mellem elektroderne, mellem hvilke der var etableret en rundtkredsende bueudladning, i hovedsagen var fyldt med de medbragte partikler, var den primære bueudladning tvunget til at følge en snoet bane mellem faststofpartiklerne, ofte med forgrening i kanaler og 10 bort fra den korteste bane, den følger i fravær af sådanne partikler. Dette fænomen blev kun konstateret, når der var store mængder medbragte partikler i mellemrummet mellem elektroderne. Som følge heraf forøges den effektive energiflux gennem den kegle, der defineres af den 15 rundtkredsende bue, eftersom energiflux'en 0 ved kegletværsnit med diameter 2r defineres af ligningen: 0 = _ Energi_ = _E_ 1 frit tværsnitsareal 2 ' irr og når der er store mængder medbragte partikler i keglen, 20 ændres den effektive energiflux til: \ E ! 02--- , A 2 irr - (partiklernes tværsnitsareal) hvorfor 02 > Øj_. ; 25 Det er derfor tilstedeværelsen af en stor mængde j partikler i plasmakeglen, der forøger den effektive ener- | giflux og bevirker hurtige vekselvirkninger mellem plasma- | et og partiklerne. Disse vekselvirkninger behøver ikke at j være rent termiske. Som det vil ses senere, er der andre i 30 mekanismer, der gør sig gældende. Imidlertid er det vel- j kendt, at buestabiliteten under sådanne forhold med tæt j partikelpopulation er stærkt nedsat, og ofte slukkes buen. j

Dette sker altid, når man anvender de sædvanligvis omhyg- j geligt regulerede jævnstrømskilder. Det er derfor, man j 35 hidtil kun har kunnet indføre relativt små mængder partikler i sådanne buer. Det har imidlertid vist sig, at hvis partiklerne oplades, inden de indføres i mellemrummet mel-

DK 152000B

9 lo«:elektroderne, eller hvis der på anden måde, som for-klares nærmere senere, opretholdes ionisering i dette rum, kan relativt lave spændinger være tilstrækkelige til at opretholde udladningen.

5 Opfinderens anden konstatering var den tilsynela dende unormale adfærd hos visse faststoffer i sådanne plasmaer. Eksempelvis har man bl.a. konstateret, at når partikler, der indeholder jernoxider og kulstøv, med diameter i gennemsnit på 300-500 μ, føres gennem et område 10 med ustabile elektriske bueudladninger, dannes der i disse partikler, imod normal forventning, små sfæriske kugler af meget rent halvstål med diameter på 5-10 μ. Normalt antages det, at det er en rent termisk virkning, der finder sted i reduktionen af blandinger af jernoxid og 15 kul. Reduktionen foregår i hovedsagen ved dannelse af carbonmonoxid, der igen reducerer jernoxiderne i ganske bestemte trin. Fra hæmatit skulle dette føre til magne-tit, derefter wustit og til sidst metallisk jern, hvori der er opløst en vis mængde carbon. Sådanne diffusions-20 styrede reaktioner foregår fra ydersiden og indadtil, og faktisk er der mange beviser på, at dette sker. X det foreliggende tilfælde har partiklerne dog opholdt sig mindre end 200 ms i elektrodemellemrummet, og den tid, hvori de har været opfanget i buen, har kun været en 25 brøkdel af dette tidsrum. Det er også kendt, at reaktionen mellem fast carbon og jernoxider, selv om den termodynamisk er mulig, er meget træg, også ved de høje temperaturer, hvorfor denne alternative forklaring også er uacceptabel. Man har også sporadisk konstateret andre 30 anomalier ved behandling af andre materialer. Eksempelvis har behandlingen af kulgrubeaffald vist, at der af og til er en total separering af carbonindholdet fra restmatrixen. Sædvanligvis forekom disse unormale fænomener i ustabile plasmaer, og de blev enten ignorerede eller betrag-35 tet som alt for uberegnelige til at berettige yderligere undersøgelser. Dette var f.eks. tilfældet, når man behandlede jernmalm med E.P.P.-apparater af den art, der er omhandlet i GB patentskrift nr. 1.390.351. Det er dog

DK 152000B

10 fremgangsmåden og anlægget til udnyttelse af disse ikke-termiske fænomener i den mikroskopiske adfærd af sådanne plasmaer, der udgør en væsentlig del af den foreliggende opfindelse.

5 Opfindelsen forklares nærmere i det følgende under henvisning til den skematiske tegning, hvor fig. 1 viser et lodret snit gennem en plasmareaktor ifølge opfindelsen, og hvori katodestrukturen omfatter et antal plasmabrændere, 10 fig. 2A, 2B og 2C snitbilleder af ringformede kato- l destrukturer til brug i en anden udførelsesform for en reaktor ifølge opfindelsen, fig. 3 en reaktor ifølge opfindelsen, beregnet til udvinding af energi, fremstilling af cement eller reduk-15 tion af malm, fig. 4 et snit gennem en yderligere udførelsesform for en reaktor ifølge opfindelsen til fremstilling af stål eller legering, fig. 5 et diagram, der illustrerer den sekventielle 20 aktivering af segmentformede elektroder, fig. 6 et billede, der illustrerer den sekventielle ' flytning af buens forbindelse med anoden ved hjælp af e-lektromagnetiske midler, fig. 7 et blokdiagram over en installation med en 25 reaktor ifølge opfindelsen, og \ fig. 8 to former for anlæg til reduktion af jern- , malm i overensstemmelse med opfindelsen. j

Der er i de forskellige figurer anvendt de samme i henvisningsbetegnelser for de samme elementer. ; 30 Opfindelsen giver anvisning på en fremgangsmåde og ' et anlæg, hvor relativt store mængder partikler kan medbringes i plasmazonen i en reaktor med rundtkredsende el- j ler cirkulerende bue, uden at der sker slukning af buen, samtidigt med at der opnås ensartet behandling og den 35 fornødne kontakttid ved en særlig styring af udladningsbe- j tingeiserne. i

Blandt de praktiske faktorer, som opfinderen har undersøgt og fundet at være af betydning for tilvejebrin- I

11

DK 152000 B

gelsen af plasmaer, hvori store mængder partikler med godt resultat kan medbringes og behandles ensartet, menes følgende faktorer at være de mest betydningsfulde: a) Buen bringes til at cirkulere i rundkreds ved 5 hjælp af ikke-mekaniske midler, hvorved der kan opnås væsentligt større rotationshastigheder, end hvad man kan opnå med mekaniske midler.

b) Buen bringes til at pulsere ved hurtige variationer i den påtrykte effekt, hvorved der dannes akusti- 10 ske chokbølger eller diskontinuiteter i plasmaet og dermed lokale uregelmæssigheder i plasmaets kvasi-neutrali-tet eller termiske ligevægt.

Den hastighed, hvormed buen bringes til at cirkulere i en kreds, skal i kombination med virkningerne af 15 pulseringen og af de indførte partikler være tilstrækkelig til, at partiklernes ophold varer længe nok til opnåelse af den ønskede reaktion. I visse tilfælde kan der anvendes cirkulationshastigheder helt ned til 1000 omdr./ m, men sædvanligvis vil hastigheden overskride de værdi-20 er, der anvendes i de omtalte E.P.P.-reaktorer, f.eks.

400 omdr./m i GB patentskrift nr. 1.390.351 og 4000 omdr.

/m i GB patentskrift nr. 1.529.526. De foretrukne hastighedsværdier strækker sig fra ovennævnte værdier op til 60.000 omdr./m eller mere.

25 Man kan postulere følgende række hændelser, selv om opfindelsens anvendelighed på ingen måde afhænger af denne teoris nøjagtighed.

(1) Den effekt, der tilføres plasmaet, vokser hurtigt, hvorved der sker en udvidelse af buekanalen og en 30 hurtig stigning af gastemperaturen i den omgivende atmosfære. Dette udvider eller fortynder gassen i u-middelbar nærhed og frembringer en kompressionsfront.

(2) Den effekt, der tilføres plasmaet, formindskes derefter hurtigt, hvorved buekanalen indsnævres, og tempe- 35 raturen i den omgivende atmosfære falder. Dette stand ser udvidelsen og bevirker en vis dæmpning af den som angivet under pkt.(1) frembragte akustiske bølge.

(3) Den rundtkredsende plasmabue går ind i det område, 12

DK 152000 B

! igennem hvilket der forplanter sig akustiske bølger, og påvirkes væsentligt af sådanne bølger. Når plasmaet vandrer gennem et kompressionsområde, nærmer det sig hurtigt sin ligevægt mellem ion- og elektrontem-5 peratur (Ί\—i^Te), medens det ikke er i ligevægt (Te > Ti), når det går ind i et fortyndet område. Tilstedeværelsen af medbragte partikler ændrer dette billede kraftigt, idet dette indfører nye og forstærker de allerede tilstedeværende kraftige diskontinui-10 teter, dvs. chokbølger.

Desuden fremskynder disse kraftige diskontinuiteter i plasmaet dannelsen af "mikrofelter", hvori der opstår meget høje lokale potentialforskelle og andre tilknyttede fluktuerende uregelmæssigheder. Disse lo-15 kale højpotentialforskelle og beslægtede uregelmæs sigheder synes at have en markant virkning på de medbragte partikler, f.eks. dannelse af elektriske og mekaniske spændingskræfter, sønderrivning, polarisation, forøget ionisering og vekselvirkning med fast-20 stoffejl. Virkninger af denne art er i hovedsagen j ikke-termiske virkninger, der beror på mikroskopiske mekanismer i plasmaet, og selv om de tidligere er j blevet iagttaget, jfr. D.A. Frank-Kamenetskii: Leet- : i ures in Plasma Physics, udg. Atomizdat, Moscow,1964, : 25 er de hidtil ikke blevet brugt i behandlingen af fa- : i ste materialer i plasmaer.

Selv om den ovenstående model er meget forenklet, j antyder den den grundmekanisme, med hvilken opfindelsen j kan overvinde den væsentlige vanskelighed i opnåelsen af 30 en meget effektiv overføring af energi fra et omgivende medium til et i dette medium anbragt legeme. Udtrykt statistisk sikrer mekanismen en hurtig genoprettelse af høje j diffusionsgradienter. ;

Da elektrodestrukturerne er stationære, forstået j 35 på den måde at de ikke drejer for at få buen til at drep j rundt (som det skal forklares nærmere senere, kan de dog j til forskellige fomål forskydes aksialt eller radialt) , ! må buens rundtgående bevægelse opnås ved hjælp af ikke-

DK 152000B

13 mekaniske midler, dvs. i hovedsagen elektroniske og/eller elektromagnetiske midler. I henhold til en udførelsesform for anlægget ifølge opfindelsen, specielt til laveffekt-reaktorer på op til f.eks. 6MW, udgøres katoden af én en-5 kelt ringformet elektrode anbragt koaksialt i reaktoren.

Den primære bueudladning bringes elektromagnetisk til at kredse rundt i forhold til katoden ved hjælp af en eller flere spoler i katodestrukturen. I alle aspekter af opfindelsen er det karakteristisk, at selve buen ikke drej-10 er rundt, som når elektromagnetiske midler bringes til at virke på spalten mellem elektroderne, idet det er de punkter, hvor buen har forbindelse med katoden og anoden, som bevæger sig. I en anden udførelsesform for anlægget, specielt hvor effekten overstiger 6MW, omfatter katodestruk-15 turen et ringformet arrangement af i afstand fra hinanden værende plasmabrændere, der aktiveres sekventielt for at få den primære bue til at cirkulere i rundkreds. Denne sekventielle aktivering kræver ingen slukning af buen ved hver plasmabrænder, kun en reduktion af effekt.

20 Anoden vil sædvanligvis også være riiigformet, men der anvendes fortrinsvis en anode bestående af segmenter. Dette gør det muligt at forskyde segmenterne radialt for herved at opveje tab af anodemateriale under driften, og det gør det nemmere at bringe den primære bue til at cir-25 kulere på anodestruktren ved hjælp af elektriske midler.

På grund af den hindring,' faststof partiklerne giver, har buen meget mindre energi, når den når anoden, hvorfor den nemmere kan cirkulere ved anoden. Den ene måde at opnå dette på, er at forbinde hvert anodesegment med en tyri-30 stor (ensretter - SCR). Disse tyristorer aktiveres sekventielt for at bringe buen til at cirkulere på hvilken som helst ønsket måde. En anden måde, hvorpå man kan bringe buen til at cirkulere på anoden, går ud på at anvende en flerfaset generator med variabel frekvens til 35 aktivering af elektromagnetspoler, som er anbragt mellem anodesegmenterne, idet modstående spoler parvis er forbundet med hinanden og tilsluttet hver sin fase.

En væsentlig fordel ved styret cirkulation af buen

DK 152000B

14 i

J

ved anoden er den nemhed, det giver til opnåelse af forskydning forud eller bagud mellem den primære bueudladnings forbindelsespunkter med katoden og anoden. Dette gør det muligt at tvinge den primære udladning til at 5 følge en ikke-lineær bane, hvorved den forlænges og dermed for lasnger den tid, hvori partikler opholder sig i plasmaet.

Den effektive flydeevne hos de partikler, der går nedad gennem det rundtkredsende og pulserende plasmaområ-10 de - og dermed varigheden af partiklernes ophold - afhænger af følgende hovedfaktorer: (i) den horisontale komposant af buens kredsbevægelse, som forlænger den nedadgående straskning og herved tillader større vekselvirkning med forskellige 15 gnidningskræfter. Muligheden for at forskyde bue cirkulationen forud eller bagud uafhængigt af elektroderne og for at ændre geometrien af keglekonfigurationen spiller her en væsentlig rolle.

(ii) partiklernes modstandskræfter, der forøges kraftigt 20 af de pulserende chokbølgers virkning, tilvejebrin ger stærkt snoede buer.

(iii) den horisontale komposant af styringen af buen i en kanal på grund af partikelpopulationen og de heraf resulterende partikelkollisioner.

25 (iv) de elektrostatiske og elektromagnetiske vekselvirkninger på overfladen af og inden i partiklerne samt en hurtig afgasning (i begyndelsen af nedstignin- j gen), der ofte fører til henfald af partiklerne. i

Den anden af ovennævnte faktorer og muligheden for ! 30 at lade buen bevæge sig i rundkreds og styre denne bevægelse inden for vide grænser under den første faktors bi- j drag, er særlig karakteristisk for opfindelsen og sikrer ' en høj grad af ensartethed i behandlingen af materialerne. j

Selv om principperne for opfindelsen kan finde an- j 35 vendelse i forbindelse med vekselstrømsbueudladninger, i vil man i praksis foretrække jævnstrømsbuer, selv om der i med henblik på buepulsering eller -cirkulation kan over- i lejres en fluktuerende eller vekslende komposant på jævn-

DK 152000B

15 strømmen. En vekselstrømsbue slukkes to gange pr.cyklus, og en stor del af cyklen udnyttes sædvanligvis ikke. Desuden er en vekselstrømsbue tilbøjelig til at være selvensrettende. Endvidere er der i en jævnstrømsbue ca. 2/3 5 af tabene til elektroderne, der går til anoden, og ca.1/3 til katoden således, at man nemmere undgår termisk belastning af katoden. Dertil kommer, at en på anoden prellende jævnstrømsbue overfører det meste af sin energi til tilbagekastede bi-flammer (på engelsk såkaldte "streamers'% 10 hvilket i en reaktor med ringformet anode giver en nyttig haleflamme. Som det skal forklares nærmere senere, kan sådanne bi-flammers styrke og nytte yderligere forstærkes ved anvendelse af en segmenteret anode.

Den til opfindelsens formål foretrukne form for 15 strømtilførsel til plasmaet er ikke-udglattet jævnstrøm, dvs. jævnstrøm ændret til at udvirke de hurtige pulsationer, der udgør et træk ved opfindelsen. En ikke-udglattet jævnstrømsforsyning indbefattende dele af en sinusbølge, som f.eks. den der opnås med en tændvinkelstyret 20 tyristor, er særlig velegnet til dette formål. Fluktuationerne i forsyningen har fortrinsvis en frekvens fra 50 til 1 kHz. For at undgå henfald må plasmaet have kontinuert tilførsel af elektroner, og dette begunstiges ved hurtig cirkulation af buen. Da vektorerne for diffu-25 sion udadtil fra buen divergerer, medens de indre vektorer konvergerer, er der tilbøjelighed til opsamling af ladede partikelgrupper (species) i den kegle, der defineres af den rundtkredsende bue. Op over en kritisk hastighed vender buen tilbage til en tidligere position, 30 før alle elektronerne er forsvundet, hvilket giver et lavinefænomen og en multiplikation af ladning. Svingning af plasmaet på grund af pulsation af buen bidrager også til opretholdelse af plasmaet. De akustiske chokbølger, som pulsationerne tilvejebringer, kastes tilbage fra re-35 aktorens vægge og reagerer gentagne gange med plasmaet på den allerede beskrevne måde.

På grund af den regulerbare flydeevne, opfindelsen sikrer, er der mulighed for effektiv behandling af par-

DK 152000 B

16 ! tikler af vidt forskellige størrelser i reaktorer ifølge opfindelsen, og man kan opnå meget varierende opholdsvarigheder .

Partikelstørrelsen er fortrinsvis 100 til 500 μ, 5 men man har fået tilfredsstillende behandling af partikler helt ned til 1-10 μ eller helt op til 3000 μ.

Ophold af varighed fra ca. 10 ms. til ca. 1 sekund kan opnås ved passende valg af rotationshastigheden, anodens forskydning forud eller bagud og pulsationsfrekven-10 sen. Nogle reaktioner kræver kun nogle få msek. for at gennemføres, medens andre, navnlig glasdannelse, kræver 1/2 eller 3/4 sek.

Man kan opstille forskellige former for reaktor, allesammen på basis af opfindelsens principper, men spe-15 cielt egnede til gennemførelse af særlige reaktionstyper.

I henhold til en første foretrukken udførelsesform for opfindelsen omfatter en reaktor til medtransport og behandling af tætte populationer af partikler i lav-tem-peraturplasmaer et opstrøms-katode-arrangement, der hen-20 sigtsmæssigt opfatter et antal i omkredsretningen i afstand fra hinanden værende, indsnævrede bueplasmabrændere (der arbejder i den såkaldte "transferred mode"), et ring- i formet nedstrøms-anode-arrangement, der fortrinsvis omfatter et antal radialtgående anodesegmenter, midler til ! 25 tilførsel af en plasmadannende gas til katodearrangementet, en forsyning til reaktoren, fortrinsvis omfattende helt eller delvis styrbare faststofensrettere , midler ; til separat styring af den effekt, der tilføres hver af katoderne i en styrbar, forud fastlagt sekvens, midler 30 til etablering af primære plasmastrømme mellem hver af ; katoderne og anoderne i de respektive arrangementer, på en sådan måde at der opstår en hurtig rækkefølge af varierende effekt i sådanne udladninger, der skal bevæge sig ! langs frembringeren til en keglestub mellem katodearran-35 gementet og anodearrangementet med reguleret forskydning forud eller bagud mellem de respektive elektroder i alle samvirkende par, midler til indførelse af partikelformet materiale i nærheden af katodearrangementet 17

DK 152000 B

og midler til yderligere behandling eller fjernelse af produkterne fra reaktoren. Reaktoren kan hensigtsmæssigt anfatte midler til behandling af det partikelformede materiale, inden det føres ind i plasmaområdet, og midlerne til yder-5 ligere behandling kan omfatte midler til afgysning af de plasmabehandlede partikler for at standse deres reaktion. Når der anvendes en segmenteret anode, kan en enkelt stationær plasmabrænder være tilstrækkelig som katode.

Med det ovenfor nævnte arrangement kan man etablere 10 en række plasmastrømme med skiftevis høj effekt og lav effekt ved høje frekvenser op til 1 kHz eller mere under anvendelse af forskellige typer aktiveringsteknik af den art, der anvendes i styrbare faststofkredse til effektskiftning og -ensretning. Fordelen ved dette arrangement, 15 som kan yderligere fremmes ved anvendelse af elektromagnetiske midler til forskydning af plasmabuens anodeende fra det ene anodesegment til det næste, ligger i hovedsagen i, at der ikke er mekanisk bevægelige dele, samtidig med at man har en pålidelig og nemt styrbar kommutering 20 af buen. I det kegleformede reaktionsrum opstår der bølger af hurtigt henfaldende, termisk ikke-ligevægtige plasmaer og lokale 'feltsvingninger eller mikrofelter, der, som tidligere nævnt, igen bevirker, at der opstår meget fordelagtige termiske og ikke-termiske fænomener i 25 de medbragte partikler. Selv om man ikke fuldt ud forstår den detaljerede mekanisme i disse fænomener, forstår man nogle af deres træk, som forklares nærmere herefter.

Der er mange stoffer, og specielt dem der indeholder krystallinske legemer af ikke-støkiometrisk type, der når 30 de medbringes i sådanne plasmaer, udviser en "virkning indefra", som om de var transparente for det omgivende plasma, og man kan postulere, at ikke-termiske plasmaer tilvejebringes i de mikroskopiske porer i de tilførte partikler, som følge af spontan pola-35 risation. Dette fænomen gælder for en bred række af krystallinske strukturer med forskellige fejl, som uundgåeligt er til stede i mineralske materialer. Denne type plasma opstår nærmest øjeblikkeligt i porerne i en parti- DK 152000B i 18 kel, og inden partiklen opvarmes i det omgivende plasma, opretholdes plasmaet inden i partiklen i lang tid, inden det diffunderer til yderfladen som følge af afgasning, hvorpå det reagerer med det omgivende plasma. Andre kry-5 stallinske stoffer er også i stand til, når de medbringes i plasmaet, øjeblikkeligt at udvikle deres eget specifikke plasma i porerne mellem krystallerne på grund af spontan polarisation. Det er derfor sandsynligt, at det er dette indre plasma, der dels er årsagen til de meget hur-10 tige reaktioner i nærværelse af ioniserede partikler, f. eks. jernoxider, eller til den ligeledes hurtige totale separering af carbon fra kulgrubeaffaid, dels giver mulighed for opretholdelse af udladningen i nærværelse af den tætte partikelpopulation ved indføring af yderli-15 gere plasma i systemet.

I det tilfælde, hvor dette fænomen ikke forekommer eller kun forekommer i mindre omfang, kan fremgangsmåden i henhold til opfindelsen hvile på en elektrostatisk ladning af partiklerne inden de går ind i reaktorens plasma-20 zone med henblik på reduktion af den effektive elektron-scavenging og opretholdelse af udladningen. I begge ovennævnte tilfælde anvender opfindelsen tætte populationer j af plasma-medbragte partikler med henblik på forsnævring j af plasmaet gennem disse partikler. Denne adfærd kan sam- i 25 menlignes med indsnævringen af den primære bue i plasma- ; brænderen og sikrer ligeledes en vis grad af dynamisk j stabilisering. Under disse forhold udsættes de plasmamedbragte partikler for en ofte voldsom afgasning, hvori ! der dannes mikroskopiske chokbølger. Disse overlejres på ! 30 den lokale turbulens, og den samlede spiral-bevægelse af j partiklerne og omgivende plasma. Vekselvirkningen mellem j disse fænomener sikrer den hensigtsmæssige ensartede be- j i handling af råmaterialet, medens omfanget af pulsationen j i i hver primær strøm og hældningen af spiralen på grund { i 35 af den styrede forskydning forud eller bagud mellem ka- i toderne og anoderne bestemmer, hvor lang tid partiklerne j opholder sig i reaktionszonen. j 19

DK 152000 B

Den netop beskrevne udførelsesform for opfindelsen er særlig velegnet af opstilling af store industrielle installationer, hvor der i stedet for at koncentrere hele plasmaeffekten inden for få plasmabrændere kan anvendes 5 et stort antal på passende måde fordelte plasmabrændere, hvilket i stort omfang reducerer de krav, som andre metoder til behandling af partikler i ekspanderede plasmaer skal opfylde. Når der anvendes et antal plasmabrændere, kan disse hensigtsmæssigt placeres i ens afstande fra 10 hinanden i en omkreds eller på flere koncentriske omkredse, eller i andre fortrinsvis symmetriske konfigurationer. Sådanne løsninger på problemet om udformning af katoden sikrer en passende indføring af partikelformede råmaterialer gennem åbninger mellem plasmabrænderne eller 15 langs omkredse mellem de omkredse langs hvilke plasmabrænderne er fordelt. Imidlertid opstår der ofte situationer, hvor der er behov for en forudgående vurdering ved behandling af små mængder af mineralske materialer, og til dette og andre lignende formål kan man anvende en 20 anden udførelsesform for opfindelsen.

I henhold til denne anden udførelsesform for opfindelsen kan plasmareaktorens opstrøms katode omfatte en ringformet eller hul, cylindrisk, ikke-brændbar elektrode med tilspidsende kant ved den elektronemitterende ende.

25 Denne katode er monteret i et omgivende bueindsnævringskammer, der definerer en udadtil skrånende,ringformet passage. Midten af den hule katode har elektrisk isolerende midler til elektromagnetisk rotation af buen, hvilke midler hensigtsmæssigt kan omfatte en torusformet 30 elektromagnet, indrettet til at afgive en varierende feltstyrke, og til at flytte buens udgangspunkt langs kanten af katoden. På denne måde som ved plasmabrænderne i den foregående udførelsesform fødes denne type hule plasmabrænder-arrangement med plasmadannende gasser. Den-35 ne type katode afgiver en primær bue i retning mod et anodearrangement af i det væsentlige den samme art som i den første udførelsesform for opfindelsen. Alternativt kan der være en række elektromagneter, der afgiver et i 20

DK 152000 B

pulserende felt, og er anbragt mellem anodesegmenterne med henblik på opnåelse af en uafhængigt styret cirkulation ved anoden og af den tidligere nævnte, særlig fordelagtige spiralvirkning. Der kan her anvendes udtrykket 5 "glide-katode". I betragtning af den store arbejdsflade på denne type katode med glidende bue er kravene til afkøling af katoden ikke vanskelige at opfylde.

Specifikke udførelsesformer for opfindelsen beskrives nærmere nedenfor under henvisning til den skematiske 10 tegning.

Fig. 1 viser en udførelsesform for en reaktor ifølge opfindelsen med flere plasmabrændere 1, der med de fornødne tilslutninger for gas, strøm og kølemiddel er således monteret, at de danner en vinkel med vertikalen 15 og ligger i ens afstande fra hinanden i en rundkreds i plasmareaktorens hoved 2. Der er anvendt en modulær konstruktion til nemmere demontering af hele hovedstykket 2 med dets skal 3 og de ildfaste parter 4. På den samme omkreds som plasmabrænderne 1 har hovedet 2 20 også isolerede, i tværsnittet i fig. 1 ikke viste kanaler til indføring af fødemateriale, og der kan være yderlige- j re materialetilførselskanaler 5, der er placeret på an- i dre cirkler. Disse kanaler strækker sig opad forbi ikke i viste elektrostatiske opladningssonder til heller ikke ! i 25 viste materialetilførselsapparater. Umiddelbart under ho- ! vedsektionen 3 findes der et reaktionskammer 6. De stiplede linjer 7 angiver retningen for de primære plasmastråler, som udgår fra plasmabrænderne til midtpunktet på de respektive anodeelementer 8. Plasmabræn- ! i 30 derne 1 og de tilsvarende anodeelementer 8 er til- i sluttet en styrbar forsyning, f.eks. en faststofensret- !

ter 9. For overskueligheds skyld er der kun vist én en- I

kelt ensretter. Mellem anodeelementerne 8 er der an- j bragt spoler 10, der afgiver impulser til forskydning 35 forud eller bagud af det punkt, den primære plasmastråle rammer på anoden, men for overskueligheds skyld har man undladt at vise forsyningen og kølemidlerne til hele anodearrangementet 11. Under den modulære anodesektion 8, 10 i 21

DK 152000 B

er der en kort "haleflamme" - sektion 12 , der omfatter flere anodesløjfer, hvoraf den ene er vist ved 13. Afhængigt af den planlagte anvendelse af reaktoren kan der være yderligere forskellige modulsektioner som vist i 5 fig. 3 og 4. Hvis den i fig. 1 viste reaktor skal anvendes til produktion af smeltet metal og slagge , kan der være en anden anode, bundanode, som vist ved 41 i fig.

4, idet anodesektionen 10 holdes under et lavere potentiel end bundanoden. Når der kræves almindelig smeltning 10 eller legering, vil anodesektionen 10 være fjernet, medens keglen af roterende og pulserende plasma bringes til direkte at ramme det smeltede område.

Fig. 2A viser en form for glidekatodearrangement til en laveffekt-reaktor ifølge opfindelsen. Den hule, 15 ikke brændbare katode 14 med tilslutningsterminal 15 er monteret centralt i et plasmadannende kammer 16, der er afgrænset af et ydre vandkølet element 17 med kølerør 18, og et indre element 19, der også afkøles med vand gennem et centralt rør 20. Begge disse elementer 20 er isolerede fra katoden^ 14, og en ringformet isolator 21 danner hvirvelkanal for den plasmadannende gas, der indføres gennem et rør 22. Det punkt 23, hvor buen har forbindelse med katoden, bringes til at cirkulere under påvirkningen fra et roterende felt, som tilvejebringes 25 ved hjælp af en spole 24, som er placeret inden i det indre element 18.

For at forøge feltstyrken i det roterende felt har spolen 24 fortrinsvis en lamineret kerne af transformerblik.

30 I en anden udførelsesform, der er vist i fig. 2B, er kanten af giidekatoden placeret i spalten i en elektromagnet. En indre elektromagnetspole 24 med kerne 25 anbragt inden i det hule katodelegeme 14 og omgivet af et køle-mellemrum 26, frembringer et felt, hvis 35 magnetiske kraftlinjer er koncentrerede i den rundtgående spalte 27, hvori katodespidsen 28 er placeret. Dette arrangement sikrer en meget effektiv buecirkulation ved spidsen af katoden med et meget lille effektforbrug af DK 152000 B | 22 elektromagneten.

Fig. 2C viser en glidekatode-struktur, der blot har en i katoden 141 s vandkølede legeme anbragt spole 24 for rotation af buen. En hvirveldannende kera-5 mik-isolator 21 sætter gasstrømmen mellem katoden og den omgivende skærm 29 i rotation. Dette enkle arrange-: ment giver kun en svag bueindsnævring, der kun skyldes bremsning på grund af buecirkulation rundt langs katodekanten.

10 Fig. 3 viser skematisk en reaktor ifølge opfindel sen til brug ved udvinding af energi fra carbonholdige affald. Denne udførelsesform for opfindelsen finder mange industrielle anvendelser, hvor behandlingen af materialer finder sted under passagen gennem reaktoren. Sådanne 15 anvendelser indbefatter blandt andet partiel, selektiv eller komplet reduktion af metaloxider, udvinding af store mængder energi fra vidt forskellige carbonholdige affald, f.eks. kulgrubeaffald, og gennemførelse af forskellige reaktioner, specielt endotermiske synteser af f.eks.

20 acetylen, hvori produkterne kræver afgysning og fjernelse fra reaktionszonen. I den type reaktor, der er vist i fig. 3, er materialetilførselsaggregater 30 gennem elektrostatiske opladningssonder 31 forbundet med det modu- ' i lære plasmahoved 2, der også får tilført den plasmadan- ! 25 nende gas, kølemidlet og den elektriske strøm til kato- j derne i plasmabrænderne. Neden for plasmahovedet 2 fin- j der man reaktionskammeret 6 og sektionen 11 med anode- j

arrangementer. Hvis reaktoren f.eks. skal genvindes til I

udvinding af energi fra kulgrubeaffald, er der et forbræn- i 30 dingskammer 33 umiddelbart under anodesektionen 11, j hvilket forbrændingskammer får tilført regulerbare mæng- j der luft, som indføres ved 34 til at bevirke forbræn- ! ding af carbon, der separeres fra kulgrubeaffaldet i re- j aktoren 6. En sideledning 35 fører de resulterende 35 varme gasser bort med henblik på produktion af damp og elektricitet, medens det faste affald, der i høj grad har j fået pozzolanagtige egenskaber og kan aktiveres til dan- 1 nelse af en bred række af hydrauliske . cementer, føres

DK 152000B

23 gennem et afkølingskammer 36 til en kollektor 37. I dette særlige eksempel tilvejebringes der små mængder halvstål ud fra indholdet af jern i affaldet, og de kan samtidig udvindes fra det afkølede pulverprodukt ved elek-5 tromagnetisk separering. En lignende procedure kan anvendes, når man behandler olieskifre af lav kvalitet.

Den samme type plasmareaktor for medbragte partikler kan også anvendes til fremstilling af mange forskellige puzzolaner og hydrauliske cementer, når den udsty-10 res med kølemidler. En lignende reaktorkonstruktion kan også benyttes til direkte reduktion af jernmalm og koncentrater, uden behov for omdannelse til haglform. I så fald bliver det muligt at producere fint metalholdigt granulat eller, ved at anbringe en kollektor for smeltet 15 metal og slagge under det af flere elementer bestående anodearrangement 11, at aftappe disse to produkter hver for sig for at opnå flydende halvstål. I henhold til endnu en udførelsesform er det muligt at producere højt aktiv reduktionsgas ud fra billigt affald med stort indhold 20 af carbon - f.eks. kulgrubeaffald - i en plasmareaktor i-følge opfindelsen, og at anvende den direkte i de fleste af de eksisterende installationer, eller, når man skal undgå omdannelse til haglform, i en anden plasmareaktor i henhold til opfindelsen.

25 Fig. 4 viser skematisk en reaktor, der kan vippe og er særligt velegnet til charge-produktion af halvstål eller ferro-legeringer, udvinding af metal fra stålstøv og lignende metallurgiske operationer. I denne variant af opfindelsen er en beholder 38, der indeholder reak-30 toren 6, ophængt i en kvadrant 39, der ved hjælp af hydrauliske cylindre vippes for 'at tømme indholdet gennem et afløbsrør 40. I dette udførelseseksempel rettes plasmastrålerne, der hidrører fra plasmahovedet 2, som er udstyret med strømterminaler 15, mod en bundelektro-35 de 41 af grafit, der er udformet med terminaler 42, og på hvilken der opsamles et lag smeltet metal 48 og et lag slagge 44.

i

DK 152000B

24 Når opfindelsen anvendes til smeltning af materialer i bunden af reaktoren, tilsættes de af plasmaet medbragte partikler de fornødne additiver til f.eks. opkul-ning, legering eller tilslag.

5 De foretrukne midler til styring af aktiveringen af en segmenteret anode som vist i fig. 1 med henblik på opnåelse af en styret cirkulation af udladningen ved anoden, fremgår af fig. 5 og 6. i

Fig. 5 viser et diagram over de elektriske og elek-10 troniske midler til at bringe buens forbindelsespunkt med anoden til sekventielt at kredse rundt ved anodeaggregatets segmenter. De enkelte segmenter af anoden får tilført strøm for at bringe buens forbindelsespunkt med anodesegmenterne til at kredse rundt. Når det er nødvendigt af 15 hensyn til buens stabilitet, er det også muligt at holde en gruppe hosliggende segmenter i aktiveret tilstand. I en stor installation af denne art, hvor der anvendes et antal plasmabrændere, er det endvidere også muligt at bringe et antal bueudladninger til at kredse rundt på 20 den ovenfor angivne måde. En hensigtsmæssig måde at opnå denne form for kredsbevægelse på, er vist i fig. 5, hvor der for seks anodesegmenter 8 findes seks SCR-elementer 9, hvis anoder er tilsluttet en fælles anodeterminal 50 på apparatets forsyning, og hvis katoder er forbundet med 25 hver sit anodesegment 8. Styreindgangen til de enkelte 1 SCR-elementer er tilsluttet en tændkreds 51, medens en kommuteringskreds 52 er tilkoblet de enkelte SCR-ele-menters anode-katodestrækning. Den sekventielle tænding j ί af de enkelte SCR-elementer 9 opnås ved hjælp af en j 30 kort impuls af passende amplitude og varighed til styre- j elektroden, hvorved elementet bringes i ledende tilstand. j

Denne funktion udføres af tændkredsen 51. Slukningen af I

de ledende SCR-elementer opnås ved tvangskommutering, eksempelvis klasse C tvangskommutering, ved hjælp af kom-35 muteringskredsene 52. !

Udover den elektriske og elektroniske styring af denne rundtkredsende bues forbindelsespunkt som beskrevet ovenfor (fig. 5) giver opfindelsen også anvisning på et

DK 152000B

25 alternativt elektromagnetisk rundkredssystem, baseret på en styret rundtgående bevægelse af buens forbindelsespunkt med anoden. Dette aspekt af opfindelsen er vist i fig. 6. Et arrangement af elektromagnetspolér, der place-5 res symmetrisk i anodens plan eller lidt op over dette plan, idet anodesegmenterne, der for overskueligheds skyld ikke er vist her, er beliggende i mellemrummene mellem spolerne. Når der er seks anodesegmenter, findes der seks radialt anbragte spoler 10, der hver har en 10 lamineret kerne 53 og er forbundet med en ydre lamineret kernering 54. De indbyrdes modstående spoler er forbundet i serie med hinanden og har en sådan viklingsretning, at deres felter adderes til hinanden. Hvert spolepar har sin egen fase 0^, osv. fra en multifasefor-15 syning 55 med variabel frekvens, fortrinsvis i frekvensområdet fra 100 Hz til 5 kHz. På tegningen er dér vist en trefaseforsyning svarende til seks anodesegmenter. Når en sådan forsyning tilkobles på den ovenfor beskrevne måde, vil der være tre hovedkomposanter til det 20 magnetiske felt i tegningens plan. Da polariteten fra forsyningen skifter, vil resultanten af disse feltkompo-santer dreje. På denne måde vil en bue, der opstår mellem katoden i f.eks. en plasmabrænder og et anodeségment, udsættes for en kraft på grund af dette felt. Som følge 25 heraf vil buen gennemløbe anodeaggregatet, idet buens forbindelsespunkt bevæger sig rundt fra segment til segment. Ved ændring af frekvensen fra flerfaseforsyningen kan den hastighed, hvormed buens forbindelsespunkt med anoden drejer rundt, styres meget præcist.

30 Ovennævnte foranstaltninger ifølge opfindelsen har væsentlige fordele over for andre midler til rotation af buen, f.eks. anvendelsen af en spole, der omgiver buen.

For det første kræves der kun en meget lille mængde energi for i overenstemmelse med opfindelsen af bringe en 35 bues forbindelsespunkt med anoden til at dreje, og for det andet er en rundtkredsende bue altid positivt låst til frekvensen, således at kredsbevægelsen sker i dynamisk stabil ligevægt.

26

DK 152000 B

Ovennævnte metode til at bringe buen til at dreje kan også finde anvendelse til glidekatoder af den art, der er vist i fig. 2A, B og C. I så fald erstattes den ydre laminerede ring 54 med en indre lamineret kerne, 5 hvor spolerne 10 med deres kerner 53 strækker sig radialt udad i retning mod katoden 141 s bueglidekant.

I denne udførelsesform for opfindelsen er det muligt at anvende andre former for forsyning. I stedet for en flerfaseforsyning med variabel frekvens kan man f.eks.

10 anvende en digitalt styret tyristorforsyning til aktivering af spolerne i en hvilken som helst forudbestemt sekvens. Et sådant arrangement er særligt velegnet til store installationer, hvori et antal buer hidrørende fra separate plasmabrændere (jf. fig. 1) med præcision kan 15 styres til rundtgående bevægelse.

Diagrammet i fig. 7 viser den generelle opstilling af hovedbestanddelene i en typisk reaktorinstallation.

Denne installation kan varieres alt efter den givne anvendelse. Tilberedningen af råmaterialet som antydet ved 20 56, kan indbefatte formaling og blanding af malmkoncen- 3 trater med en reduktor eller, hvis det drejer sig om fremstilling af hydraulisk cement, blanding af kulgrube-affald med kalkstensadditiver. Råmaterialetilførselsaggregatet 30 har til funktion at indføre en konstant 25 mængde råmateriale i den øvre del af den keglestub, som det rundtkredsende plasma tegner, medens det elektrostatiske opladningsaggregat 31 hensigtsmæssigt anvendes til opladning af partiklerne af råmaterialet. Katodeaggregatet 2 får tilført strøm til plasmadannelse gennem 30 en ledning 57, en lille mængde inert gas såsom argon som vist ved 58 med henblik på dannelse af den primære plasmabue, samt strøm gennem en ledning 59 med henblik på at bringe buens forbindelsespunkt med katoden til at dreje rundt. Endvidere afkøles katoden eller kato-35 derne ved hjælp af meget rent, deioniseret vand, der ved hjælp af en varmeveksler afkøles med almindeligt vand i et kølearrangement 60. Dette arrangement sørger også for afkøling af anodeaggregatet 11. Den elektriske for-

DK 152000B

27 syning til installationen omfatter en hovedplasmaforsy-ning 61 til frembringelse af buen eller buerne mellem katoden og anoden samt en hjælpeforsyning 62, der virker som separat kilde for centrale styremidler 63, ka-5 tode- og anode-rotormekanismer 64 og 65 som beskrevet i det foregående, og "pulsatoren" 66. Dette aggregat forskyder tændvinklen for SCR-elementerne forud eller bagud, og følgeligt formindsker eller forøger effekten til SCR-elementerne i forsyningen til plasmadannelsen.

10 Størrelsen af effektformindskelsen samt varigheden af denne effektformindskelse, dvs. udnyttelsesforholdet, kan styres, hvorved man opnår den fornødne kraftige diskontinuitet i den således tilvejebragte akustiske bølge. Under anodekammeret eller anodeaggregatet 11, 15 i den øvre del 67 af frifald-kammeret 68 kan der være anbragt midler til indføring af hjælpegasser og/e^ler andre stoffer gennem en indgang 69. Dette arrangement kan f.eks. anvendes til effektiv forbrænding af carbon og hydrogen i kulgrubeaffald under fremstillingen af hy-20 drauliske cementer, eller generelt når man ønsker at ændre det kemiske potential af buekammereffluenter, eller til udførelse af specifikke reaktioner eller reduktion af temperaturen i sådanne effluenter, eksempelvis ved igangsætning af endotermiske reaktioner.

25 Medens de ikke-gasagtige produkter (væsker og fa faststoffer) udgår fra bunden 70 af frifaidskammeret 68 (hvor de kan udsættes for en yderligere behandling såsom brat afkøling og separering) kan de gasformede udstødsprodukter med en vis mængde medbragte partikler ud-30 sættes for varmeveksling ved 71, separeres fra støv i en cyklon 72, når det er nødvendigt, og helt eller delvis benyttes til foropvarmning af råmaterialet ved 56, inden de ledes bort.

Fig. 7 viser ikke midlerne til igangsætning af den 35 primære bue, hvilket kan ske ved hjælp af standardmidler af i og for sig kendt art, f.eks. etablering af en pilotbue ved hjælp af en højfrekvensudladning, eller på anden i og for sig kendt måde til etablering af en ledende bane.

DK 152000B

28

Fig. 8 viser to varianter med hvilke der kan gennemføres en reduktion af jernmalm. De samme henvisningsbetegnelser med bogstaverne a og b angiver de samme dele til de to reaktorer A og B. I den første variant er der 5 anvist en enkelt plasmareaktor (reaktor A) i den højre del af fig. 8. Malmkoncentrat og en reduktor såsom kul sammenblandes omhyggeligt ved 56a/ og gennem et fødear-rangement 30a tilføres buekammeret 6a. Råmaterialet passerer gennem buekammeret med det rundtkredsende og 10 pulserende plasma, falder gennem anodeåbningen og "hale-flamme" -området umiddelbart under anodeåbningen og passerer gennem frifaldkammeret 68a, ved enden af hvilket det eventuelt udsættes for brat afkøling ved 69a. Det ved 70a udgående produkt er et i hovedsagen fuldt me-15 talliseret, granuleret halvstål-produkt, der kun kræver let knusning og elektromagnetisk separering fra vedhængende slagge. Carbonindholdet i det resulterende halvstål kan inden for vide grænser justeres ved ændring driftsparametrene. En del af udstødsprodukterne ved 78a kan 20 hensigtsmæssigt benyttes til direkte foropvarmning af i råmaterialet og genopkulning af en del af de brugte gasser. I denne udførelsesform er den fornødne energi relativt større end i den følgende anden variant, eftersom askeindholdet i kullet uundgåeligt forøger den globale 25 belastning.

I henhold til den anden variant, der også er vist i fig. 8, anvendes begge reaktorer A og B. Reaktoren A fødes kun med malmkoncentratet, medens reaktoren B får tilført vidt forskellige carbonholdige affald og/eller 30 brændstoffer af ringe værdi, eksempelvis kulgrubeaffald. Reaktoren B's hovedrolle er at forsyne reaktoren A med et højt reaktivt reduktionsmiddel. I så henseende repræsenterer hele den venstre del af fig. 8 et forgasningsanlæg, som kan anvendes i forbindelse med en hvilken som 35 helst anden direkte reduktionsproces, der kræver Anvendelse af et sådant reduktionsmiddel. I reaktor B afgiver fødeaggregatet 30b kulgrubeaffald i det rundtkredsende og pulserende plasma, hvor carbon hurtigt frigøres fra

DK 152000B

29 den ikke-carbonholdige mineralske matrix, medens partiklerne opholder sig i buekammeret 6b, og det bringes til at reagere med delvis oxideret udstødsgas fra reaktoren A, idet denne gas over en ledning 77 føres frem til det 5 øvre område 67b af frifaldskammeret 68b i reaktor B.

De carbonberigede gasser fra reaktor B kan passende afkøles i en varmeveksler 78b og indføres separat eller sammen med malmkoncentraterne i reaktoren A. På denne måde vil reaktoren A, der producerer halvstål, vedvarende for-10 synes med fuldt carbonberiget og højt reaktivt reduktionsmiddel. Dette reduktionsmiddel omfatter i hovedsagen en meget fin suspension af højt reaktive carbonpartikler i carbonmonoxidgas. Den indeholder også umættede kulbrintforbindelser, hydrogen og forskellige arter aktiverede og 15 ioniserede partikler. Det karakteristiske ved opfindelsen er dog, at denne reducerende blanding er fri for de {af-faldsbestanddele, der er til stede i store mængder i råmaterialet.

Det falder også inden for rammen af denne variant 20 af opfindelsen at anvende de faststofmaterialer, der afgives fra reaktoren B's udgang 70b, som udgangsmateriale for værdifuldt puzzolan-holdigt hydraulisk cement.

Med henblik herpå oxideres disse faststofmaterialer i en strøm af varm luft for at fjerne carbonresterne, hvorpå 25 de udsættes for hurtig afkøling. De udviser udmærkede puzzolanagtige egenskaber og kan på i og for sig kendt måde aktiveres til opnåelse af en bred række af puzzolan-holdige cementer. Til fremstilling af cementer kan råmaterialet tilsættes kalksten ved 56b.

30 En anden variant, der anvender to plasmareaktorer i tandem-opstilling (jf. fig. 8), er også særlig anvendelig, når der kræves en selektiv reduktion i et sammensat malmkoncentrat. Denne type procedure er velkendt i forbindelse med behandling af chrom-jernsten-malm af ringe 35 værdi, hvori forholdet Cr:Fe er lille. Malm af denne art er ret almindelig - den findes f.eks. i Nordamerika og på Grønland - men dens udnyttelse er hidtil blevet betragtet som uøkonomisk. I overensstemmelse med opfindelsen 30

DK 152000 B

behandles sådanne malmkoncentrater, der, når de direkte smeltes, giver et meget let Cr/Fe-forhold, først i store mængder pr.tidsenhed gennem reaktoren A, der får tilført reduktionsmiddel fra reaktoren B, idet der kun oprethol-5 des et lavt reduktionspotential, som fører til en selektiv reduktion af jern. Jernet fjernes på sædvanlig måde, eksempelvis ved formaling og elektromagnetisk separering, hvorpå den resterende slagge, hvori det ønskede Cr/Fe-forhold kan etableres nøjagtigt, igen smeltes, denne gang 10 under stærkt reducerende forhold, for at bevirke en reduktion af chromjernsten og resterne af jernoxid. Sidstnævnte trin kan hensigtsmæssigt gennemføres under anvendelse af det i fig. 4 viste anlæg.

I de følgende eksempler på den praktiske anvendelse 15 af opfindelsen angives procentværdierne i vægtprocent.

Eksempel 1

Fremstilling af halvstål i én enkelt reaktor.

Der anvendes koncentrat af taconitmalm, der indeholder 95,8% magnetit, og 4,2% i hovedsagen siliciumoxid-2o holdigt gangue. Råmaterialet tilberedes med 60% ovennævnte koncentrat, 1,2% kalksten og 38,8% kokspulver, idet disse materialer blandes intimt sammen og formales til under 300 μ. Råmaterialet tilføres fritfaldende i en mængde på 19 g pr.sekond i den øvre del af den rundtkredsende og 25 pulserende plasmakegle i en forsøgsreaktor, hvori der anvendes en enkelt stationær plasmabrænder, der fødes med 3 argon i en mængde på 1,26 m /time og har en segmenteret anode. Der arbejdes med en gennemsnitlig effekt til plasmaet på 184 kW, idet pulsationens maksimale effekt er på 30 200 kW i 16 ms med en efterfølgende effekt på 120 kW i 4 ms i hver cyklus. Buen, som har en længde på ca. 26 cm, bringes til at kredse langs anoderingen med en hastighed på 30.000 omdr./min. ved hjælp af de i fig. 6 viste midler. Faststofmaterialet fra reaktoren kræver kun let 35 formaling og separeres nemt. Stålet separeres elektromagnetisk, og man opnår i hovedsagen fuldt metalliseret halvstålhagl med ca. 0,3% carbon og med en karakteristisk

DK 152000B

31 dominerende alph a- f err it- struktur og lidt perlitisk struktur. Udstødsgassen anvendes til foropvarmning af 'råmaterialet.

Eksempel 2 5 Fremstilling af halvstål under anvendelse af to reaktorer og kulgrubeaffald fra kulbehandlingsanlæg.

Der anvendes koncentrat af taconitmalm med 93,8% magnetit og 6,2% i hovedsagen siliciumoxidholdig gangue til fremstilling høj kvalitet halvstål i et system med to 10 reaktorer som vist i fig. 8. Fødematerialet til reaktor A indeholder ovennævnte malm tilsat 2% kalksten, idet materialet blandes og findeles . til under 350 μ. Dette materiale foropvarmes direkte med en del af udstødsgasserne fra reaktor B og indføres i den øverste del af plasmakeg- 15 len i reaktor A i en mængde på 134 g pr.sek. En større „ t del af udstødsgassen fra reaktor B indføres også i plasma-kammeret i reaktor A. Forsøgsreaktoren A har en plasmakilde med glidekatode som vist i fig. 2A og et system til buecirkulation som vist i fig. 5. Buérotationshastigheden 20 både på katoden og anoden holdes på ca. 10.000 omdr./min., således at anoden leder over for katoden. Den gennemsnitlige effekt i plasmaet i reaktoren A er på 116 kW med en pulsation med en cyklus på 18 ms på 120 kW efterfulgt af 2 ms på 80 kW. Reaktoren B får tilført fra kulbehand-25 lingsanlægget bitumenholdigt affald af følgende beskaffenhed: 23% carbon, 1,1% fugt, 0,9% svovl og 67,5% aske. Dette affalds brændværdi er ca. 9.300 J/g. Dette affaldsmateriale tilsættes 8% kalksten, og den resulterende blanding formales til <250 μ og tilføres reaktoren B i en mæng-30 de på. 200 g/sek. Den gennemsnitlige effekt i plasmaet i denne reaktor er på 200 kW. Reaktoren fødes med ca. 1,75 m argon, og pulsationen indstilles på en cyklus på 12 ms på 230 kW efterfulgt af 5 ms på 130 kV?, Reaktoren B har en plasmakilde med glidekatode som vist i fig. 2A og en 35 anode som vist i fig. 6. Buerotationshastigheden holdes på 40.000 omdr./min. Faststofprodukterne fra reaktoren A underkastes afgysning med vand efterfulgt af knusning, der

DK 152000B

32 bevirker, at den vedhængende slagge nemt separeres fra halvstålgranulatet. Analysen viser, at dette granulat indeholder ca, 0,6% carbon. Gasprodukterne fra reaktoren A blandes med foropvarmet luft med henblik på forbrænding 5 og indføres på nedstrømssiden for frifaldskammeret i reaktoren B for herved at forbrænde carbonresterne i det udgående materiale. Til sidst foretages der afgysning af produkterne med vand med henblik på opnåelse af et granuleret puzzolanprodukt. Det ovenfor givne eksempel fører 10 til meget stor besparelse af elektrisk energi ved fremstilling af højkvalitetshalvstål, samtidigt med at man opnår energigenvinding og fuld udnyttelse af det carbon-holdige affaldsmateriale.

Eksempel 3 15 Fremstilling af materiale med højt indhold af puzzolan ud fra kulgrubeaffald.

Kulgrubeaffald i form af et groft bitumenholdigt affald fra kulbehandlingsanlæg, med følgende beskaffenhed: f carbon 32,30%, aske 56,40%, svovl 1,60%, fugt 0,90%, an-20 vendes her til opnåelse af et puzzolanprodukt, samtidigt med at der er energigenvinding. Ved yderligere analyse udviste dette affald forbrændingstab på 43,20% og en brændværdi på ca. 13.000 J/g. Elementaranalysen af asken som procent af det samlede affaldsudbytte blev: Si 14,59%, 25 Al 2,82%, Fe 2,74%, Ti 0,01%, Ca 0,01%, Mg 0,01%, K 0,36%,

Na 0,13%.

Ovennævnte kulgrubeaffald, hvortil der tilsættes 25% kalksten, formales til under 200 y og indføres i en plasmareaktor af samme art som den, der er vist i fig. 3, 30 i en mængde på 280 g/sek. Reaktoren anvender en plasmakilde med glidekatode som vist i fig. 2A og en segmenteret anode som vist i fig. 1 med et system til buecirkulation som vist i fig. 6. Buerotationshastigheden holdes på 50.000 omdr./min., og pulsationen indstilles til opnå-35 else af et maksimum på 270 kW i 12 ms efterfulgt af 4 ms på 200 kW, hvilket giver en gennemsnitseffekt til plasmaet på 252 kW. Efter passage gennem den rundtkredsende

DK 152000B

33 plasmakegle og haleflammeområdetumiddelbart under anoden og ved indføring af foropvarmet trykluft i den øvre del "af frifaidskammeret bibringes partiklerne ca. 13ΰ% af deres støkiometriske behov for oxygen. Efter passage af he-5 le længden af frifaidskammeret udsættes partiklerne for hurtig afgysning med vand. Det tørrede og formalede produkt udviser udmærkede puzzolan-egenskaber med bl.a. en fuldt vitrificeret struktur i røntgenstråle-diffraktogram. Lea's puzzolanicitetstest med 40% erstatning gav efter 10 hærdning på 18°C en kompressionsstyrke på 36,4 ΜΚΓ pr. m2 2 og på 48,2 MN pr. m efter 28 dage. De resulterende gasef fluehter havde en gennemsnitstemperatur på 1380°C og kunne anvendes i overensstemmelse hermed. Det har vist sig, at puzzolaniteten i de resulterende produkter redu-15 ceres mærkbart, når den høje cirkulationshastighed i ovennævnte test reduceres til 3000 omdr./min., og pulsationsarrangementet standses.

Eksempel 4

Raffinering af chromjernstenmalm.

20 I dette eksempel reduceres chromjernstenmalm med lavt Cr/Fe-forhold på 0,99 selektivt i én enkelt behandling i en plasmareaktor til opnåelse af et Cr/Fe-forhold på 3,5. Analysen af malm giver: Cr203 34,48%, total Fe 24,14%, A1203 24,03%, MgO 6,20%, SiC>2 0,81%, TiC>2 0,46%, 25 MnO 0,29%, V205 0,26%, K20 0,15%, Na20 0,07%, P2C>5 0,09%.

Der tilsættes 5,2% grafitpulver, og blandingen formales til under 200 μ og tilføres plasmareaktoren med den samme mængde og de samme driftsparametre som angivet i Eksempel 1. Produktet opsamles og udsættes for en let behandling 30 med hammermølle, og man fjerner 18,4% jernpartikler, der separeres elektromagnetisk. Resterne smeltes portionsvis i en plasmareaktor af den art, der er vist i fig. 4, og man opnår et Cr/Fe-forhold på 3,5, medens der i slaggen resterer 5,6% Cr203.

35 Fordelene ved opfindelsen er følgende:

En reaktor ifølge opfindelsen har en relativt stor produktionskapacitet under et relativt lille volumen.

34

DK 152000 B

Derfor er anlægssummen lille, og opfindelsen økonomisk anvendelig såvel for reaktorer med relativt lille produktionskapacitet som for større enheder. På grund af den relativt lille størrelse kan en reaktor ifølge op-5 findelsen sættes i gang inden for en kort tid.

En sådan reaktor er også økonomisk hvad angår materialerne til opbygning. Den kræver ikke kostbare specialiserede ildfaste organer, eftersom plasmaet ikke kommer i kontakt med reaktorkammerets vægge. Råmaterialet, som 10 kan være korroderende, kommer heller ikke i kontakt med væggene. Det er for eksempel velkendt i forbindelse med fremstilling af glas, at blandingen er meget ætsende, indtil reaktionen er afsluttet, men i en reaktor ifølge opfindelsen vil reaktionen udelukkende finde sted i de 15 af plasmaet medbragte partikler. Man opnår også besparelser i elektrodematerialerne. Katoder af torieret wolfram forbrændes praktisk taget ikke og er i stand til at tåle meget høje strømtætheder. Anodesegmenterne kan justeres radialt indad for at kompensere for det slid, der fore-20 kommer under drift.

Disse reaktorer kan nemt opbygges i moduler, f.eks. foropvarmeren for råmaterialet, plasmahovedet, reaktions-kammeret, anodesektionen, forbrændingskammeret, kølekammeret, produktsamleren og spildvarme-kogeren. Disse modu-25 ler kan tages fra med henblik på vedligeholdelse og udskiftning, og de kan også kobles til eller fra enheden med henblik på tilpasning til andre behandlinger eller produkter.

Den hastighed eller grad, hvormed partiklerne op-30 varmes og afkøles i reaktoren, er meget høj, hvilket muliggør gennemførelse af processer og opnåelse af produkter, som ikke var mulig før.

Reaktoren er en i det væsentlige simpel enhed, som nemt kan tilpasses forskellige processer under anvendelse 35 af forskellige faste råmaterialer og forskellige gasser, hvorved man opnår vidtforskellige produkter. Denne mutiple anvendelighed bevirker, at man kan holde en reaktor i brug til trods for økonomiske ændringer, fordi reaktoren

Claims (29)

1. Fremgangsmåde til behandling af partikelformet materiale i lavtemperaturplasma, og hvor der tilveje- 10 bringes en elektrisk bueudladning mellem to i afstand fra hinanden værende elektrodestrukturer, og hvor den til buén tilførte effekt og bueudladningens fordeling om den ene elektrodestrukturs periferi hurtigt varieres for at føre burudladningen rundt i det mellem elektro- i. 15 derne værende rum, som danner reaktionszonen, og.hvor der indføres partikelformet materiale i det i reaktionszonen frembragte, udvidede plasma, kendeteg- v net ved, at bueudladningen frembringes mellem to stationære elektrodestrukturer (2, 11), og at det partikel-20 formede materiale indføres i en sådan mængde, at den heraf resulterende store partikeltæthed bevirker, at bueudladningen kan følge en bane, der ofte forgrener sig og afviger fra den korteste bane, hvorved plasmaet stabiliseres, og vekselvirkningen mellem plasmaet og 25 partiklerne øges.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at udladningens effekt varieres med tilstrækkelig hurtighed til, at der dannes chokbølger eller diskontinuiteter i nævnte plasma.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kende tegnet ved, at udladningen er en ikke-udglattet jævnstrømsudladning, der fluktuerer ved en frekvens i området fra 50 Hz til 1 Hz.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, 2 eller 3, k e n -35 detegnet ved, at udladningen eller fluktuationen i denne udladning cirkulerer rundt om elektrodernes periferier med en hastighed på 1000-60.000 omdr./min. * DK 152000 B

5. Fremgangsmåde ifølge ethvert af kravene 1-4, kendetegnet ved, at ændringen i effektfordelingen over periferien tilvejebringes ved elektromagnetisk flytning af forbindelsespunktet for buen rundt om 5 en i ét stykke udformet, rundtgående elektrode.

6. Fremgangsmåde ifølge ethvert af kravene 1-4, kendetegnet ved, at ændringen i effektfordelingen rundt om elektrodeperiferien tilvejebringes ved styring af den individuelle aktivering af et symmetrisk, 10 rundtgående arrangement af stationære katoder.

7. Fremgangsmåde ifølge krav 5 eller 6, kendetegnet ved, at udladningsbanen mellem katodestrukturen og anodestrukturen styres ved relativ vinkelbevægelse mellem cirkulationen af den varierende udladning 15. forhold til katodestrukturen deri og cirkulationen om et ringformet arrangement af anodesegmenter, der udgør anodestrukturen.

8. Fremgangsmåde ifølge krav 7, kendetegnet ved, at cirkulationen af buens forbindelsespunkt 2^0 med anoden og af de heraf resulterende biflammer udføres ved hjælp af et mellem anodens segmenter oprettet elektromagnetisk felt.

9. Fremgangsmåde ifølge ethvert af kravene 1-8, kendetegnet ved, at det partikelformede ma- 25 teriale oplades, inden det indføres i plasmazonen.

10. Fremgangsmåde ifølge ethvert af kravene 1-9, kendetegnet ved, at det partikelformede materiales gennemsnitlige opholdstid i plasmazonen er fra 10 ms til 1 s.

11. Fremgangsmåde ifølge ethvert af kravene 1-10, og til fremstilling af cementer eller af mellemprodukter til fremstilling af cement, kendetegnet ved, at det indførte, partikelformede materiale omfatter silicium- og/eller aluminiumholdige bestanddele.

12. Fremgangsmåde ifølge ethvert af kravene Ϊ-10 og til udvinding af energi eller brændstof, kendetegnet ved, at det indførte, partikelformede ma- DK 152000B teriale omfatter carbonholdige bestanddele.

13. Fremgangsmåde ifølge krav 11 eller 12, kendetegnet ved, at det partikelformede materiale omfatter kulgrubeaffald eller andet carbonholdigt mine- 5 ralsk materiale.

14. Fremgangsmåde ifølge ethvert af kravene 1-10 og til fremstilling af metaller, kendetegnet ved, at det indførte partikelformede materiale omfatter metalmalm eller andet metalholdigt materiale, og at den 10 atmosfære, hvori plasmaet indføres, eller det partikelformede materiale omfatter ethvert fornødent reduktionsmiddel .

15. Fremgangsmåde ifølge krav 14, kendetegnet ved, at der indføres malm i reaktionszonen i en 15 første reaktor, hvor det reagerer med plasma og med en reducerende gas hidrørende fra en anden reaktor af samme type med henblik på dannelse af metalpartikler og effluentgas, og at effluentgassen overføres fra den 1 første reaktor til den anden reaktor, hvor carbonholdigt 20 materiale bringes til at reagere med plasma og med en reducerende effluentgas, der tilføres den første reaktor.

16. Fremgangsmåde ifølge krav 15, kendetegnet ved, at det carbonholdige materiale indeholder 25 siliciumholdigt mineralsk materiale, og at vekselvirkningen i den anden reaktor danner et puzzolanholdigt materiale eller cement som andet produkt af fremgangsmåden .

17. Fremgangsmåde ifølge krav 14, 15 eller 16, og 30 til bearbejdning af chromjernstenmalm af ringe kvalitet, kendetegnet ved, at malmen udsættes for en første reduktion ved vekselvirkning med en svagt reducerende gas og plasma med henblik på dannelse af jernpartikler og restmalm, at jernpartiklerne fjernes, og 35 at restmalmen udsættes for en anden reduktion ved vekselvirkning med en stærkere reducerende gas og plasma med henblik på dannelse af metalpartikler, der indeholder chrom og jernrester. DK 152000 B tt

18. Fremgangsmåde ifølge ethvert af kravene 1-10 og til smeltning af metaller, kendetegnet ved, at det metal, der skal smeltes, bringes i kontakt med plasmaet i området ved anoden, og at det partikelforme-5 de materiale omfatter et legeringsmetal, opkulningsmate-rialeflux eller andet additiv.

19. Anlæg til udøvelse af fremgangsmåden ifølge de foregående krav og omfattende et par elektrodestrukturer (2, 11), hvoraf den ene er ringformet, og som er be- 10 liggende i afstand fra hinanden til dannelse af en mel-lemliggende reaktionszone (6), midler (5) til indføring af partikelformet materiale i reaktionszonen, en forsyning (9) til påtrykkelse af hurtigt varierende potentialforskel mellem elektrodestrukturerne (2, 11) med 15 henblik på dannelse og opretholdelse af en udlasning (7) og midler (19) indrettet til at bevirke hurtig cirkulation af udladningen rundt om reaktionszonen, kendetegnet ved, at begge elektrodestrukturer (2, 11) 3 er stationære og i hovedsagen ringformede.

20. Anlæg ifølge krav 19, kendetegnet ved, at katodestrukturen omfatter en enkelt ringformet katode (14), og at de udladningsændrende midlér omfatter en ved og fortrinsvis inden for den ringformede katodestruktur anbragt spole (24) samt midler til aktivering 25 af denne spole for at bringe udladningen til at cirkulere langs den ringformede katode.

21. Anlæg ifølge krav 19, kendetegnet ved, at katodestrukturen omfatter flere langs katodestrukturens periferi fordelte katoder, og at de udlad- 30 ningsændrende midler omfatter midler (9) til styrbar variation af aktiveringen af de respektive katoder.

22. Anlæg ifølge ethvert af kravene 19-21, kendetegnet ved, at anodestrukturen omfatter et rundtgående arrangement af i afstand fra hinanden væren- 35 de segmenter (8), der er indkoblede til styrbar aktivering hver for sig.

23. Anlæg ifølge krav 22, kendetegnet ved, at segmenterne er tilsluttet hver sin tyristor (9), DK 152000B hvilke tyristorer aktiveres sekventielt.

24. Anlæg ifølge krav 22, kendetegnet ved, at der mellem anodesegmenterne findes elektromagnetspoler (10), der er parvis tilsluttet respektive faser i 5 en flerfasegenerator (55) med varierbar frekvens.

25. Anlæg ifølge ethvert af kravene 19-21, kendetegnet ved, at anoden (41) er placeret på eller udgøres af bunden af reaktoren.

26. Anlæg ifølge ethvert af kravene 19-25, k e n -10 detegnet ved, at midlerne (5) til indføring af partikler omfatter midler til elektrisk opladning af partiklerne og til tilførsel af de ladede partikler til et sted i nærheden af katoden eller katoderne.

27. Anlæg ifølge ethvert af kravene 19-26, k e n -15 detegnet ved midler til indføring af yderligere materiale for reaktion på nedstrømssiden for en elektrodestruktur eller begge elektrodestrukturer.

28. Anlæg ifølge ethvert af kravene 19-26, k e ij, -detegnet ved midler (33-36) til yderligere be- 20 handling af det partikelformede materiale efter passage gennem reaktionszonen (6).

29. Anlæg ifølge ethvert af kravene 19-28 i kombination med et andet anlæg af samme type, k e n d e tegnet ved midler (77) til at forbinde det første anlæg 25 med det andet anlæg for at overføre effluentgas fra det første til det andet anlæg på nedstrømssiden for anoden (11b) i det andet anlæg og for at overføre effluentgas fra det andet til det første anlæg på opstrømssiden for anoden (11a) i det første anlæg.