EP0823192B1 - Plasmabrenner für übertragenen lichtbogen - Google Patents

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EP0823192B1
EP0823192B1 EP97904327A EP97904327A EP0823192B1 EP 0823192 B1 EP0823192 B1 EP 0823192B1 EP 97904327 A EP97904327 A EP 97904327A EP 97904327 A EP97904327 A EP 97904327A EP 0823192 B1 EP0823192 B1 EP 0823192B1
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EP
European Patent Office
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gas
torch
electrode
pct
plasma
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EP97904327A
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English (en)
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EP0823192A1 (de
Inventor
Wolfgang Hoffelner
Patric Van Der Haegen
Alex Zeman
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MGC-Plasma AG
MGC Plasma AG
Original Assignee
MGC-Plasma AG
MGC Plasma AG
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    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24Generating plasma
    • H05H1/26Plasma torches
    • H05H1/32Plasma torches using an arc
    • H05H1/34Details, e.g. electrodes, nozzles
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05H1/34Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H05H1/3431Coaxial cylindrical electrodes
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    • HELECTRICITY
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    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
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    • H05H1/32Plasma torches using an arc
    • H05H1/34Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H05H1/3478Geometrical details

Definitions

  • the invention relates to a plasma torch for direct current with a transmitted arc, a device for the vortex-shaped supply of the plasma gas, a thermal insulation on the outside of the burner and the same potential between the burner nozzle and metallic outer casing of the burner.
  • Plasma torches are realized by stabilizing an arc on a carrier gas becomes.
  • the simplest way to do this is to use a graphite electrode with axial bore through which the carrier gas in the arc, which is between Forms electrode and hot melt, is blown.
  • graphite burners it also cooled metal burners. They can be burner with non-transmitted Arc (indirect torch) and in torch with transferred arc (direct torch) organize.
  • indirect burners the electrode and counter electrode are integrated in the burner. In the case of direct burners, one electrode is arranged in the burner and the counter electrode represents the material to be treated.
  • the burner gas is either introduced axially, with a rod-shaped electrode being washed around or tangentially into a gap, which lies below a cooled hollow electrode. Spiral forms in this hollow electrode a gas vortex. The base point of the arc is thus the inner one Electrode surface moves, causing it to remove the electrodes as evenly as possible is coming.
  • the known designs are very prone to failure and tend to form standing Electric arc. This leads to rapid destruction of the electrode and to burner failure. There are also very high thermal losses.
  • the rotation of the arc is supported by auxiliary magnetic fields. These burners are available in indirect version (e.g. Union Carbide / Linde, Westinghouse) or direct version (e.g. Plasma Energy Corp., Retech).
  • FIG. 1 shows a functional sketch of an embodiment according to the invention. It exists from a burner holder (1) with thermal insulation (2), outer housing (3) with thermal Insulation (4), with hollow electrode (5) and nose (6). Between the electrode and nose a rotationally symmetrical ring with two or more rows of holes as a gas vortex generator (7) used, through which the gas (9) is blown tangentially. The nozzles are arranged in the same direction.
  • Figure 2 shows a section through the gas ring (7). The nozzles (10) are arranged so that they flow tangentially to the top rows of the baffle. Thereby In contrast to known burners of this type, the gas vortex is divided into two parts disassembled.
  • One part forms in the hollow electrode, while the other part in the nose is stabilized. This results in a very stable vortex configuration. While with direct Burners of conventional design, distance fluctuations between the nose and what is to be treated Well disturb the vortex formation and thus lead to locally increased electrode erosion lead, the vortex formation with the multi-row gas vortex generator remains unaffected. This ensures homogeneous removal of the hollow electrode.
  • This inventive Measures cause the electrode to be extended by one Factor of at least 10.
  • the position of the removal in the axial direction is due to the gas velocity adjustable. Around the removal surface as broadly as possible in the axial direction to keep the burner gas with an alternating pressure that is variable by a constant pressure blown in. Amplitudes and frequencies are corresponding to gas vortex generators and Programmable burner voltage.
  • gas can also be blown in through the nozzle (8) become. This means that if the arc fails, one of the Burner directed flow can be obtained, which prevents contamination.
  • the outer casing of the burner and the nose are set to the same potential. Leakage currents between This prevents the nose and the outer casing of the burner from becoming harmful Rollovers.
  • To conduct conductive precipitation on the metallic surface of the cooled Burner outer housing and thus flashovers between the burner housing and burner holder To prevent the burner outer housing and burner holder with a thermal insulated protective layer.
  • the burner is with a common ignition mechanism equipped.

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Description

Die Erfindung betrifft einen Plasmabrenner für Gleichstrom mit übertragenem Lichtbogen, einer Einrichtung zum wirbelförmigen Zuführen des Plasmagases, einer thermischen Isolation auf der Aussenseite des Brenners und gleichem Potential zwischen Brennerdüse und metallischem Aussengehäuse des Brenners.
Plasmabrenner werden verwirklicht, indem ein Lichtbogen auf einem Trägergas stabilisiert wird. Die einfachste Form, um dies durchzuführen, ist die Verwendung einer Graphitelektrode mit achsialer Bohrung, durch die das Trägergas in den Lichtbogen, der sich zwischen Elektrode und Schmelzgut ausbildet, eingeblasen wird. Neben diesen Graphitbrennern gibt es auch gekühlte metallische Brenner. Sie lassen sich in Brenner mit nicht übertragenem Lichtbogen (indirekte Brenner) und in Brenner mit übertragenem Lichtbogen (direkte Brenner) einteilen. Bei indirekten Brennern sind Elektrode und Gegenelektrode im Brenner integriert. Bei direkten Brennern ist eine Elektrode im Brenner angeordnet und die Gegenelektrode stellt das zu behandelnde Gut dar. Die Einbringung des Brennergases erfolgt entweder achsial, wobei eine stabförmige Elektrode umspült wird oder tangential in einen Spalt, der unterhalb einer gekühlten Hohlelektrode liegt. In dieser Hohlelektrode bildet sich spiralförmig ein Gaswirbel aus. Der Fusspunkt des Lichtbogens wird dadurch über die innere Elektrodenoberfläche bewegt, wodurch es zu möglichst gleichmässigem Elektrodenabtrag kommt. Die bekannten Ausführungen sind sehr störanfällig und neigen zur Bildung von stehenden Lichtbögen. Dies führt zu schneller Zerstörung der Elektrode und zu Brennerausfall. Ebenso entstehen sehr hohe thermische Verluste. Bei manchen Ausführungen wird die Rotation des Lichtbogens durch magnetische Hilfsfelder unterstützt. Diese Brenner gibt es in indirekter Ausführung (z.B. Union Carbide/Linde, Westinghouse) oder in direkter Ausführung (z.B. Plasma Energy Corp., Retech).
Bei direkten Gaswirbel-Plasmabrennern ist der Abstand zwischen Elektrode und Gegenelektrode bei technischer Anwendung im allgemeinen nicht konstant, da das zu behandelnde Gut die Gegenelektrode darstellt. Dies gilt besonders für Abfallbehandlung, wo das zu behandelnde Gut ungleichmässig verteilt ist. Durch Gasentwicklung, Staubentwicklung oder Ausbildung von leitenden Schichten durch Staubablagerungen oder Kondensation auf Brennerteilen kommt es zu zusätzlichen Schwierigkeiten im Betrieb. Es kommt zu Störungen im Gaswirbel, wodurch lokal starker Abtrag der Elektrode deren Lebensdauer herabsetzt. Leitfähige Schichten führen zu parasitären Strömen, die zu Nebenbögen führen, die den Brenner schädigen. Nach zufälligem Erlöschen des Brenners im Betrieb (z.B. bei Kontakt mit grösserem nicht leitenden Beschickungsmaterial) kann es durch die lokale Saugwirkung des Gaswirbels zum Einsaugen von Staub in den Brenner kommen, was zu Verschmutzung und mangelhafter Brennergasversorgung führt, wodurch ein Weiterbetrieb unmöglich wird und der Brenner zerstört werden kann.
Der erfindungsgemässe Plasmabrenner beseitigt die Nachteile der bekannten Ausführungen. Figur 1 zeigt eine Funktionsskizze einer erfindungsgemässen Ausführung. Er besteht aus einer Brennerhalterung (1) mit thermischer Isolation (2), Aussengehäuse (3) mit thermischer Isolation (4), mit Hohlelektrode (5) und Nase (6). Zwischen Elektrode und Nase ist ein rotationssymmetrischer Ring mit zwei oder mehreren Lochreihen als Gaswirbelerzeuger (7) eingesetzt, durch welchen das Gas (9) tangential eingeblasen wird. Die Düsen sind gleichsinnig angeordnet. Figur 2 zeigt einen Schnitt durch den Gasring (7). Die Düsen (10) sind so angeordnet, dass sie die oberen Reihen die Prallwand tangential anströmen. Dadurch wird, im Gegensatz zu bekannten Brennern dieses Typs, der Gaswirbel in zwei Teile zerlegt. Ein Teil bildet sich in der Hohlelektrode aus, während der andere Teil in der Nase stabilisiert wird. Daraus resultiert eine sehr stabile Wirbelkonfiguration. Während bei direkten Brennern üblicher Ausführung Abstandsschwankungen zwischen Nase und zu behandelndem Gut die Wirbelausbildung stören und somit zu lokal erhöhter Elektrodenerosion führen, bleibt die Wirbelausbildung mit dem mehrreihigen Gaswirbelerzeuger davon unbeeinträchtigt. Dadurch ist ein homogener Abtrag der Hohlelektrode sichergestellt. Diese erfinderischen Massnahmen bewirken eine Lebensdauerverlängerung der Elektrode um einen Faktor von mindestens 10. Die Lage des Abtrags in achsialer Richtung ist durch die Gasgeschwindigkeit einstellbar. Um die Abtragsfläche auch in achsialer Richtung möglichst breit zu halten, wird das Brennergas mit einem um einen konstanten Druck variablen Wechseldruck eingeblasen. Amplituden und Frequenzen sind entsprechend Gaswirbelerzeuger und Brennerspannung programmierbar. Durch die Düse (8) kann bei Bedarf ebenfalls Gas eingeblasen werden. Dadurch kann bei Ausfall des Lichtbogens sehr rasch eine aus dem Brenner heraus gerichtete Strömung erhalten werden, die eine Verschmutzung verhindert. Brenneraussengehäuse und Nase werden auf gleiches Potential gelegt. Kriechströme zwischen Nase und Brenneraussengehäuse werden dadurch verhindert und damit schädliche Überschläge. Um leitende Niederschläge auf der metallischen Oberfläche des gekühlten Brenneraussengehäuses und somit Überschläge zwischen Brennergehäuse und Brennerhalterung zu verhindern, werden Brenneraussengehäuse und Brennerhalterung mit einer thermisch isolierten Schutzschicht versehen. Der Brenner ist mit einem üblichen Zündmechanismus ausgerüstet.

Claims (5)

  1. Plasmabrenner für übertragenen Lichtbogen mit wirbelförmiger Gaszuführung dadurch gekennzeichnet, dass
    der Gaswirbelerzeuger (7) aus einem zylindrischen Körper mit mindestens zwei übereinander angeordneten Lochreihen (10) und einer den oberen Lochreihen zugeordneten Prallwand besteht.
  2. Plasmabrenner gemäss Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass Brennernase (6) und Brenneraussengehäuse (3) auf gleichem Potential liegen.
  3. Plasmabrenner gemäss Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass auf der Aussenseite des Brenneraussengehäuses (3) eine wärmebeständige thermische Isolation (4) aufgebracht ist.
  4. Plasmabrenner gemäss Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass im Brenner Zusatzdüsen (8) so angebracht sind, dass eine achsiale Gaszuführung möglich ist.
  5. Plasmabrenner gemäss Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Gasdruck des Plasmagases so gesteuert wird, dass der Gaswirbel in achsialer Richtung oszilliert.
EP97904327A 1996-02-23 1997-02-21 Plasmabrenner für übertragenen lichtbogen Expired - Lifetime EP0823192B1 (de)

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CH471/96 1996-02-23
CH47196 1996-02-23
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EP0823192A1 EP0823192A1 (de) 1998-02-11
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WO1997031509A1 (de) 1997-08-28
EP0823192A1 (de) 1998-02-11
DE59702375D1 (de) 2000-10-26
ATE196587T1 (de) 2000-10-15
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CH690408A5 (de) 2000-08-31

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