FI20187043A1

FI20187043A1 - Plasma arc oven

Info

Publication number: FI20187043A1
Application number: FI20187043A
Authority: FI
Inventors: Matti Ensio Hurtta
Original assignee: Masercata Oy
Priority date: 2018-03-22
Filing date: 2018-03-22
Publication date: 2019-09-23

Abstract

Plasmaugnen är en elektrisk bågeugn för smältning och separering av olika metaller. Plasmaugnen omfattar en stomme som utgörs av ett inklätt metallhölje (24) och som innehåller en panna (4), en med ett elektrodfäste försedd övre katod (1) som möjliggör en förflyttning i horisontalriktningen, samt en anod (2) av koppar, vilken är ansluten till en elektrisk källa och består av en eller flera nedliggande elektroder, samt en strömkälla (20) för att skapa en elektrisk båge som åstadkoms med likström och har vissa parametrar, samt pannans (4) eldfast inklädnad.The plasma furnace is an electric arc furnace for melting and separating different metals. The plasma furnace comprises a body comprised of a clad metal casing (24) and containing a boiler (4), an upper cathode (1) provided with an electrode bracket for horizontal movement, and an anode (2) of copper, which is a connected to an electrical source and consists of one or more downstream electrodes, and a current source (20) to create an electric arc which is provided with direct current and has certain parameters, and the boiler (4) refractory cladding.

Description

Tämän keksinnön kohteena on plasmakaariuuni. Plasmakaariuuni kuuluu sähkötekniikan ja edelleen metal5 linsulatustekniikan alaan.The present invention relates to a plasma arc furnace. The plasma arc furnace belongs to the field of electrical engineering and further to metal5 lens melting technology.

Tunnettuja ratkaisuja tällä tekniikan alalla ovat induktiouunit ja plasmakaariuunit, joilla ei kuitenkaan pystytä sulattamaan kaikkia materiaaleja yhdessä ja erottamaan niin toisistaan. Esim, alumiinin sulatta10 minen yhdessä raudan/teräksen kanssa ei onnistu. Tunnetuissa ratkaisuissa ongelmaksi muodostuu myös merkittävä energia tarve ja kulutus sekä sulatuslaitteiden ja -tekniikan hitaus kuin myös vahvojen metallien määrän vähyys sulatusprosessissa.Known solutions in this field of technology are induction furnaces and plasma arc furnaces, which, however, cannot melt all the materials together and thus separate them from each other. For example, the smelting of aluminum together with iron / steel is not possible. In known solutions, the significant energy demand and consumption as well as the slowness of smelting equipment and technology as well as the small amount of strong metals in the smelting process also become a problem.

Keksinnön tarkoituksena on järjestää eri metallien talteenotto kierrätysmateriaaleista tai jätteistä, kuten esim, elinkaarensa päässä olevista tietokoneista, metalliromusta, pölymäisestä jätteestä, punaliejusta jne. Keksinnön tarkoituksena on sulattaa yhteen em. ma20 teriaalien lisäksi esim. n. 7 prosenttia alumiinia, n.The object of the invention is to provide for the recovery of various metals from recycled materials or waste, such as, for example, end-of-life computers, scrap metal, dusty waste, red sludge, etc. In addition to the above materials, e.g.

prosenttia rautaromua ja n. 2-3 prosenttia muita aineita, jolloin tuloksena syntyy hienojakoinen supervalurauta yhdessä samassa prosessissa. Em. yhdistelyn tai muun, muiden metallien ja muiden aineiden yhdistelyn 25 ohella plasmakaariuunilla voidaan erotella erilaisia metalleja eri romuista eli metallit palautetaan alkutilaansa. Keksinnön suojapiiriä ei rajoiteta tässä lueteltuihin .percent iron scrap and about 2-3 percent other substances, resulting in the formation of fine-grained super cast iron in one and the same process. Em. in addition to the combination or other combination of other metals and other substances, the plasma arc furnace can separate different metals from different scrap, i.e. the metals are returned to their original state. The scope of the invention is not limited to those listed herein.

Tämä tarkoitus voidaan keksinnön mukaisesti saa30 vuttaa järjestämällä eri tilavuuden ja tonniston omaava tasavirralla käytettävä plasmakaari- eli sähkökaariuuni,According to the invention, this object can be achieved by providing a direct current plasma arc or electric arc furnace having a different volume and tonnage,

20187043 prh 22 -03- 2018 johon sähkökaariuuniin kuuluu vuoratun metallikuoren muodostama, pohjan ja kupolin sisältävä runko, elektrodikiinnittimellä varustettu vaakasuoran siirron mahdollistava yläkatodi sekä virtalähteeseen yhdistetystä yhdestä 5 tai useammasta alaelektrodista koostuva anodi tai anodijohto, jossa virtalähde on tehty tietyt parametrit vastaavan tasavirralla aikaansaatavan sähkökaaren luomiseen. Tämä järjestely aikaansaa sähkö- ja sähkömagneettisen kentän jatkuvat aallot, jotka aallot kulkevat täy10 tetyn altaan lävitse koko tilavuudeltaan tiettynä epätasapainoisena lämpökenttänä, mikä mahdollistaa väri- ja mustametallien alkuperäistilaan palautussulattamisen metallinpitoisesta raaka-aineesta ohittaen hapetusprosessit tasavirran sähkökaariuunin altaan työtilassa. Tässä 15 prosessissa ei synny juurikaan kuonaa.20187043 prh 22 -03- 2018 an electric arc furnace comprising a lined metal shell body with a base and a dome, an upper cathode with an electrode clamp for horizontal transfer and an anode or anode wire made of one or more sub-electrodes . This arrangement provides continuous waves of electric and electromagnetic fields, which pass through the filled pool over their entire volume as a certain unbalanced heat field, allowing non-ferrous and ferrous metals to be re-melted from the metal-containing feedstock in an electric stream bypassing oxidation processes. In these 15 processes, little slag is generated.

Plasmakaariuunissa käytettävät jännitteet ovat merkittävästi pienemmät kuin tunnetuissa plasmakaariuuneissa. Tästä syystä keksintö on aivan erilainen tasavirralla toimiva plasmakaariuuni. Plasmakaariuunissa 20 käytettävän muuntajan parametrit tasavirtakaaren aikaansaamiseksi ovat edullisesti jännitteenä 50-90 volttia ja virtana 1000-1000 ampeeria.The voltages used in plasma arc furnaces are significantly lower than in known plasma arc furnaces. For this reason, the invention is a completely different direct current plasma arc furnace. The parameters of the transformer used in the plasma arc furnace 20 to provide a direct current arc are preferably at a voltage of 50 to 90 volts and a current of 1000 to 1000 amps.

Plasmakaariuunin rungon sisäisen työpinnan tulenkestävä vuoraus on ellipsoidin kuten munan tylpän pään 25 muotoinen tai kulmikkaamman muotoinen, kuten kananmunan muotoa muistuttavan katkaistujen kartioiden yhdistelmän muotoinen. Vuorauksessa käytetään tulenkestävä keinotekoista kiveä eli multiittia, joka koostuu bauksiitista, alumiinioksidista, kaoliinista ja koksista.The refractory lining of the inner working surface of the body of the plasma arc furnace is in the shape of an ellipsoid such as the blunt end of an egg or more angular in shape, such as a combination of truncated cones resembling the shape of an egg. The lining uses a refractory artificial stone, i.e. multiite, consisting of bauxite, alumina, kaolin and coke.

Plasmakaariuunin anodijohto valmistetaan kuparista vesijäähdytteisenä alaelektrodina, jossa on pyöreäThe anode lead of a plasma arc furnace is made of copper as a water-cooled lower electrode with a round

20187043 prh 22 -03- 2018 teräksinen pistokappale, jolla on pääsy uunin sulatustilaan itsestään palautuvilla pistokappaleeseen 120 asteen kulmalla kiinnihitsatuilla kolmella teräslevyllä.20187043 prh 22 -03- 2018 steel plug with access to the furnace melting space by self-returning plug with three steel plates welded at an angle of 120 degrees.

Plasmakaariuunin kattilan epätasapainoisessa 5 lämpökentässä tapahtuvat termodynaamiset vuorovaikutusprosessit hiilipitoiseen lisään sisältyvän hiilen mukanaololla grafiittilastujen, koksimurskan, hiilipölyn tai muiden grafiittipitoisten jätteiden ja lisien muodossa palauttavat väri- ja mustametallit alkutilaan metallin10 pitoisesta raaka-aineesta, pyriittipätkistä, kuonasta, punakuonasta, punalietteestä, hilseestä, kivituhkasta ja muista pölynmuotoisista, hienorakeisista ja palajätteistä sekä palauttaa alkutilaan metallipii piinpitoisista jätteistä puhdistamatta niitä öljyistä ja orgaani15 sista lisäaineista, ilman esilämmittämistä uunissa mikäli niiden kosteus on alle 20 prosenttia ja määrä täytössä vastaa sallittua prosenttimäärää.Thermodynamic interaction processes in the unbalanced 5 heat fields of the plasma arc furnace boiler in the presence of carbon contained in the carbonaceous additive from graphite chips, coke crushed stone, coal dust or other graphite from dusty, fine-grained and lumpy waste and to return to the original state metallic silicon-containing waste without purification from oils and organic15 additives, without preheating in an oven if its humidity is less than 20% and the filling level corresponds to the permitted percentage.

Plasmakaariuunissa tietty ajan ja lämpötilan mukainen sulan massan lämpöäjallinen pito tasavirralla 20 plasmakaariuunin altaan epätasapainoisessa lämpökentässä poistaa hiilen pitoisuuden teräksissä ja valuraudoissa aina 0,001 prosenttiin valssaamoiden valssihilseeseen ja muihin jätteisiin sisältyvien ja uuniin tietynmääräisesti syötettävien rautaoksidien läsnä ollessa.In a plasma arc furnace, a certain thermal and temporal holding of the molten mass in direct current in the unbalanced heat field of the plasma arc furnace pool removes the carbon content in steels and castings up to 0.001% in the presence of

Plasmakaariuunissa tasavirran tiettyjen parametrien synnyttämien, täytetyn altaan lävitse koko tilavuudeltaan tiettynä epätasapainoisena lämpökenttänä kulkevien sähkö- ja sähkömagneettikentän jatkuvien aaltojen elektrolyyttinen vaikutus kasvaa, mikäli sähköuunin työ30 tilaan syötetään tietyn prosenttimäärän vastaava alumiini mikä sallii saada martensiittimatriisin omaavat supervaluraudat ja ferroalumiini.In a plasma arc furnace, the electrolytic effect of continuous waves of electric and electromagnetic fields flowing through a filled pool as a given volume of a certain unbalanced heat field generated by certain parameters of direct current increases if a certain percentage of aluminum is fed

20187043 prh 22 -03- 201820187043 prh 22 -03- 2018

Plasmakaariuunissa käytettävä jännite on edullisesti suuruusluokaltaan 380 volttia rajoittamatta käytettävää jännitettä tähän suuruusluokkaan. Järjestelmää voidaan edullisesti jäähdyttää vesikierrolla, jolloin 5 käytännöllisen kokoisiin teholtaan 160 kilogramman uunin järjestelmiin riittää 1,5 kuutiometrin vesisäiliö ja tilantarve on n. 30 neliömetriä. Tällaisen uunin massa on n. 900 kg. Vastaavasti teholtaan 400 kg uunin massa on n. 1500 kg ja sen tilantarve on 40 neliömetriä sekä telo holtaan 1500 kg uunin massa on n. 3000 kg ja tilantarve on n. 80 neliömetriä. Suurin keksinnön mukainen plasmakaariuuni on noin 10000 kg ja sen vetoisuus on noin 10 15 tonnia.The voltage used in the plasma arc furnace is preferably of the order of 380 volts, without limiting the voltage used to this order of magnitude. The system can advantageously be cooled by a water circuit, in which case a 1.5 cubic meter water tank is sufficient for 5 practical-sized systems with a capacity of 160 kg and a space requirement of about 30 square meters. The mass of such an oven is about 900 kg. Correspondingly, a furnace with a capacity of 400 kg has a mass of about 1500 kg and a space requirement of 40 square meters, and a furnace with a roller capacity of 1500 kg has a mass of about 3000 kg and a space requirement of about 80 square meters. The largest plasma arc furnace of the invention is about 10,000 kg and has a capacity of about 10 to 15 tons.

Plasmakaariuunia ohjataan lyhyellä seoksen ja 15 elektrodin välisellä kaarella, joka on vastaavanlainen kuin kaarihitsauksessa, jolloin hitsaus onnistuu suhteellisesti lyhyellä kaarella, muttei pitkällä.The plasma arc furnace is controlled by a short arc between the alloy and the electrode 15, which is similar to arc welding, whereby welding is successful with a relatively short arc, but not a long one.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle ja laitteella on ominaista se, mikä on esi20 tetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.More specifically, the method and device according to the invention are characterized by what is set forth in the characterizing part of claim 1.

Seuraavassa kuvataan keksintöä lähemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissaThe invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which

Kuva 1 esittää poikkileikkauskuvana plasmakaariuunin perusratkaisua,Figure 1 shows a cross-sectional view of the basic solution of a plasma arc furnace,

Kuva 2 esittää poikkileikkauskuvan plasmakaariuunin ripustusratkaisua,Figure 2 shows a cross-sectional view of the suspension solution of a plasma arc furnace,

Kuva 3 esittää plasmakaariuunin kytkentäkaaviota .Figure 3 shows a circuit diagram of a plasma arc furnace.

Plasmakaariuunin perusratkaisuun kuuluu perusta 30 10, runko 23, allas eli kattila 4, elektrodi 9, uunin avaamista ja sulkemista varten oleva hydrauliikkasylin5 teri 7, kannen liikuttamista varten oleva kelkka 8, pohjapuristin 5 sekä huuvan 3 avaamista ja sulkemista varten oleva portaali 6, virran tai virtapiirin muodostamista varten ylempänä oleva katodi eli yläkatodi 1 ja alempana 5 oleva elektrodin käsittävä anodi 2 kiinnityksineen, plasmakaariuunin ohjaamista eli kannen avaamista ja nostamista varten sekä polton keston säätämistä ym. ohjaustoimintoja varten oleva ohjauspaneeli 11, koko plasmakaariuunin käsittävä yksi tai useampi uuniyksikkö 12, mm. 10 vesisäiliön ja vesipumpun käsittävä vesiyksikkö 14 tms.The basic solution of a plasma arc furnace includes a base 30 10, a body 23, a basin 4, an electrode 9, a blade 7 for opening and closing the furnace, a carriage 8 for moving the lid, a bottom press 5 and a portal 6 for opening and closing the hood 3, power or for forming a circuit, an upper cathode, i.e. an upper cathode 1 and an anode 2 comprising an electrode below 5, with its attachments, a control panel 11 for controlling the plasma arc furnace, i.e. opening and lifting the lid, and for adjusting the burn duration and other control functions, one or more furnace units 12 A water unit comprising 10 water tanks and a water pump 14 etc.

anodin 2 ja siihen liittyvän johtimen jäädyttämiseksi, tietotekniikalla varustettu plasmakaariuunin käytön ohjaamista varten oleva ohjauskaappi 15, kuristinkelan käsittävä reaktori 16, virtakiskon ja alumiinilevyt käsit15 tävä lyhytverkko 17, vaihtovirran tasavirraksi muuttamista varten oleva tasasuuntaaja 18, sähkökaappi 19 sulakkeita ym. varten, virtalähteenä toimiva muuntaja 20, tulenkestävällä vuorauksella varustettu metallikuori 24, joka käsittää em. kattilan, huuvan ja koko yläosan.for freezing the anode 2 and the associated conductor, a control cabinet 15 for controlling the use of a plasma arc furnace, a reactor 16 comprising a choke coil, a short network 17 comprising a busbar and aluminum plates, a rectifier 18 for converting alternating current to direct current, an electric cabinet 19 for fuses , a metal shell 24 with a refractory lining, comprising said boiler, a hood and the entire upper part.

Claims

A plasma arc furnace for melting different metals, the plasma arc furnace comprising a direct current electric arc furnace of different volume and tonicity, the electric arc furnace comprising a lined metal shell (24), a base with a base and a dome, i.e. a boiler (4), a horizontal an upper cathode (1) and an anode comprising one or more lower electrodes, i.e. a lower electrode, connected to the power supply (

2) known for

- that the power supply (20) is designed to generate an electric arc corresponding to certain parameters

15 electric arc generates continuous waves of electric and electromagnetic fields passing through the filled boiler (4) over their entire volume as a certain unbalanced heat field, which allows the initial melting of non-ferrous the workspace

- that the refractory lining of the inner working surface of the electric arc furnace boiler (4) is at the blunt end of the egg

25 shaped or resembling the shape of a blunt end of an egg or a combination of truncated cones resembling the shape of a blunt end of an egg

20187043 prh 22 -03- 2018

- that the anode (2) is a copper water-cooled lower electrode with a round steel plug for extending and / or self-accessing the melting space of the furnace.

Plasma arc furnace according to Claim 1, characterized in that the thermodynamic interaction processes in the unbalanced heat field of the basin or boiler (4) in the presence of carbon contained in the carbonaceous additive in the form of graphite chips, crushed stone, coal dust or other graphite , pyrite fragments, slag, slag, red slurry, dandruff, rock ash and other dust-15, fine-grained and lumpy wastes, and recovering .

Plasma arc furnace according to Claim 1, characterized in that a certain thermal and temporal holding of the molten mass in direct current in the unbalanced heat field of the plasma arc furnace basin, i.e. boiler (4), removes the carbon content in steels and castings in the presence of feed iron oxides.

Plasma arc furnace according to Claim 1, characterized in that the electrolytic effect of the continuous waves of the electric and electromagnetic fields passing through a filled basin, i.e. a boiler (4) with a certain volume of a certain unbalanced heat field, increases by 5% if the electric furnace allows to obtain supercast irons and ferroaluminum with a martensite matrix.