FI63648C - Foerfarande och anordning foer foerlaengning av livstiden hos en elektrod - Google Patents

Description

Tri KUULUTUSJULKAISU / 7 / y| η Ma [Bj <11) UTLÄGGNINOSSKMFT 6 3 6 4 8 C Patentti nyönnetty 11 07 1983 ” Patent aeddelat ^ T ^ (51) Kv.lk.3/lnt,ci.3 H 05 H 1/26 [ SUOMI —FINLAND (11) Ptunttlh«k«mw-PK«Nmeknint 772U58 (22) Hikvmliptlvt — AiwMcnlngadag 17.08.77 * ' (23) Alkupilvt—GlMghatadag 17.08.77

(41) Tullut fulklMlul — Mhrlt offwitMf jQ

Patentti- la rekiiterihallitus .... n.·...,,,. , .

_ * (44) Nihavllulpanon |t kiwLiulkalMNi pvm. — no Qo

Patent-och registaretyreleen ' Amektn utia«d oeh uti.skrtft«i pubUcmd 31.03.03 (32)(33)(31) Pyydetty «uelluus--Ml prior»»·* 02.0 9.76

Iso-Britannia-Storbritannien(GB) 36502/76 (71) Tioxide Group Limited, 10 Stratton Street, London W1A i*XP,

Iso-Britannia-Storbritannien(GB) (72) Allen Patrick George, Stockton-on-Tees, Cleveland, Harold Homer,

Hartlepool, Cleveland, Christopher John Richardson, Guisborough,

Cleveland, Iso-Britannia-Storbritannien(GB) (7*0 Berggren Oy Ab (5*0 Menetelmä ja laite elektrodin eliniän pidentämiseksi - Förfarande och anordning för förlängning av livstiden hos en elektrod Tämä keksintö koskee laitetta ja menetelmää sellaisen elektrodin eliniän pidentämiseksi, jonka välissä ylläpidetään valokaarta.

Sellaisten laitteiden toiminnassa, joissa valokaarta ylläpidetään elektrodien välillä pitkiä ajanjaksoja, esimerkiksi plasmatykkeinä tunnetuissa laitteissa, elektrodien kulumisella tapahtuvan puhkeamisen nopeus alueella, jolla kaaren jalkaosa muodostuu, on erittäin tärkeä. Kun laitetta käytetään valmistusprosessissa, esimerkiksi korkeassa lämpötilassa olevan kaasun jatkuvaksi syöttämiseksi, liian suuri puhkeamisnopeus johtaa laitteen ja prosessin niin pitkään seisokkienkaan, että sitä on mahdotonta hyväksyä. Erästä esimerkkiä prosessista, jossa elektrodien välistä valokaarta käytetään kaasujen lämmittämiseen myöhempää käyttöä varten jatkuvassa kemiallisessa prosessissa, kuvataan brittiläisessä patentissa n:o 1 035 191, jossa kuuma kaasu saa aikaan tarvittavan lämpötilan metallihalidien ha-pettamiseksi höyryfaasissa - erityisesti titaanitetrakloridin ha-pettamiseksi pigmenttititaanidioksidiksi.

2 63648

Eräs menetelmä elektrodien puhkeamisnopeuden pienentämiseksi on muodostaa elektrodin ympärille magnetoimiskäämi, johon normaalisti syötetään tasavirtaa, jolloin kaaren jalkaosa saadaan pyörimään nopeasti magnetoimiskäämin aiheuttamassa magneettikentässä, mikä pienentää kaaresta johtuvan kulumisen ansiosta tapahtuvan puhkeamisen nopeutta. Tällaisella laitteella saadun parannuksen on todettu olevan riittämätön.

Magnetoimiskäämin käytön käsite elektrodin pinnan puhkeamisnopeuden pienentämiseksi on viety pitemmälle käyttämällä laitetta, jota on kuvattu ja jolle patenttivaatimukset on esitetty suomalaisessa patentissa n:o 56602 (pat.hak. n:o 2567/72),jossa magnetoimis- käämi koostuu useista käämeistä, jotka on asetettu erilleen pitkin elektrodia, ja joista jotkut voidaan kytkeä pois mieluummin peräkkäin; näihin käämeihin syötetyn tehon tullessa käännetyksi jäljelle jääviin käämeihin. Tämän laitteen avulla ei ainoastaan pyöritetä kaaren jalkaosaa elektrodin pinnalla vaan sitä liikutetaan myös pituussuunnassa elektrodin pinnalla magneettikentässä, jolloin jälleen elektrodin kulumisesta johtuvan puhkeamisen nopeus pienenee. Osa-käämin poiskytkentätiheys on normaalisti luokkaa yksi käämi viidessä päivässä. Vaikka tällainen laite antaa pienemmän elektrodin puhkeamisnopeuden kuin aikaisempi magnetoimiskäämityyppi, suurempi elektrodin eliniän pidennys on aina toivottava ja tämän keksinnön tarkoituksena on saavuttaa tämä.

Näin ollen tämän keksinnön muodostaa laite ainakin toisen elektrodin eliniän pidentämiseksi niistä, joiden välillä ylläpidetään valokaarta, joka laite käsittää magnetoimiskäämin, joka ympäröi elektrodin sitä osaa, johon kaaren jalka muodostuu; systeemin tasavirran syöttämiseksi magnetoimiskäämiin ja virtavärähtelijän, jonka ulostulo ja tasavirran syöttösyteemi on yhdistetty toisiinsa siten, että magnetoimiskäämiin menevä virta värähtelee taajuudella, joka on välillä 5 x 10-1 - 1 x 10"4 Hz.

Keksinnön muodostaa myös menetelmä vähintään toisen elektrodin eliniän pidentämiseksi niistä, joiden välillä ylläpidetään valokaarta, jossa menetelmässä riittävä magneettivuo aikaansaadaan elektrodin ympärille magnetoimiskäämin avulla, joka ympäröi sitä elektrodia, jossa kaaren jalka sijaitsee elektrodin pinnalla, kaaren jalan stabiloimiseksi syöttämällä tasavirta ja saattamalla magnetoimiskää- 3 63648 miin menevä tasavirtasyöttö värähtelemään taajuudella, joka on välillä 5 x 10_1 - 1 x 10"4 Hz.

Magnetoimiskäämi koostuu mieluummin useista osakäämeistä, jotka on asetettu vierekkäin pitkin elektrodeja yhdistettynä sähköisesti keskenään ja käämittynä siten, että virta kulkee jokaisen käämin läpi samaan suuntaan, jolloin magneettivuo vahvistuu. Johtava materiaali, josta käämit kierretään, on mieluummin varustettu keskiosan läpi kulkevalla kanavalla, jonka läpi nestemäistä jäähdytysainetta, esimerkiksi vettä voidaan johtaa korkeassa paineessa. On suositeltavaa, että sen lisäksi että osakäämit on yhdistetty sähköisesti ne on myös mekaanisesti yhdistetty siten, että nestejäähdytysaine voi kulkea useamman kuin yhden osakäämin läpi ennen kuin se poistetaan. Tämän tyyppisiä magnetointikäämejä kuvataan esimerkiksi suomalaisessa patentissa n:o 56602 (pat.hak. n:o 2567/72). Erityisen sopiva materiaali magnetointikäämin kiertämiseen on kupariputki, jolla on neliskulmainen ulkopoikkileikkaus. Käämin jokainen kierros on luonnollisesti eristetty viereisistä kierroksista ja koko käämi voi olla upotettu sopivaan polymeeriin kiinteän ja helposti käsiteltävän laitteen aikaansaamiseksi. Asianmukaiset liitännät virtaa ja jäähdytysainetta varten muodostetaan magnetoimiskäämin pinnalle.

Magnetoimiskäämi on suositeltavaa (mutta ei välttämätöntä) asettaa putkimaisen elektrodin ympärille ja se sijoitetaan paikalleen pujottamalla käämi elektrodin ulkopuolen päälle, kunnes se ympäröi sitä elektrodin osaa, jolle kaaren jalka muodostuu laitteen toiminnan aikana. Magnetoimiskäämi on suositeltavaa asettaa katodin päälle, mutta se voidaan haluttaessa asettaa anodin ympärille tai vaihtoehtoisesti magnetoimiskäämit voidaan asettaa sekä katodin että anodin ympärille. Kun käytetään putkimaisia elektrodeja, kaari muodostuu elektrodin sisällä ja kaaren jalkaosa kiinnittyy erityiselle alueelle elektrodin sisäpuolelle sen tarkan aseman riippuessa laitteen käyttöolosuhteista. Ilman tehokasta magnetoimiskäämiä kaaren jalan asemalla on taipumus olla epästabiili. Käämillä aikaansaatu magneettivuo auttaa stabiloimaan kaaren jalan asemaa elektrodin sisällä tai sen pinnalla ja saa normaalisti kaaren jalan aseman kiertämään elektrodin pinnan yli.

Systeemi tasavirtasyötön aikaansaamiseksi magnetoimiskäämiin voi olla mikä tahansa sopiva systeemi, josta ulostulo voidaan saada 4 63648 värähteleinään halutulla taajuudella. Esimerkkejä tällaisista systeemeistä ovat sähköinen sarjakuristuskela; kyllästyvä kuristuskela (tai jokin muu systeemi, jolla ulostuloa voidaan vaihdella nopeasti vaihtelemalla sen induktanssia) tai tyristorisäätö (tunnetaan myös nimellä piiohjattu tasasuuntaaja). Sarjakuristuskelassa tai kyllästyvässä kuristuskelassa (tai muussa vaihdeltavan induktanssin laitteessa) on välttämätöntä sijoittaa tasasuuntaaja kuristuskelan ja magnetoi-miskäämin välille vaaditun tasavirtasyötön aikaansaamiseksi. Kun käytetään tyristorisäätöä,muuttaminen tasavirraksi toteutetaan normaalisti itse tyristorisäätimessä. Erästä sopivaa sarj»kuristuskelan muotoa kuvataan brittiläisessä patentissa n:o 1 470 902.

Menetelmä värähtelijän yhdistämiseksi tasavirtalähteeseen vaadittujen värähtelyjen aikaansaamiseksi magnetoimiskäämiin menevässä ta-savirtasyötössä riippuu tasavirtalähteelle kulloinkin valitusta systeemistä.

Sähköisen sarjakuristuskelan ja tasasuuntaajan käytössä tasavirta-lähteen värähteleminen saavutetaan normaalisti sijoittamalla säätö-muuntaja sarjakuristuskelaan menevään vaihtovirtasyöttöön. Värähtelijä liitetään säätömuuntajaan siten, että sarjakuristuskelaan menevä vaihtojännitesyöttö saatetaan värähtelemään, mikä saa sarjakuris-tuskelasta ja sitä seuraavasta tasasuuntaajasta magnetointikäämiin menevän ulostulon värähtelemään halutulla taajuudella.

Kyllästyvä kuristuskela koostuu käämeistä, jotka on kierretty magneettista materiaalia, esimerkiksi rautaa oleville sydämille. Käämin induktanssin määräävät kussakin käämissä olevien kierrosten lukumäärä ja sydämen magneettinen tila. Sydämen magneettisen tilan määräävät sydänmateriaalin magneettiset ominaisuudet ja sen magne-toivan tasavirran suuruus, joka syötetään magneettista materiaalia olevalle sydämelle kierrettyyn toiseen käämiin. Käämien induktanssia voidaan tämän vuoksi säätää vaihtelemalla magnetoivaa tasavirtaa ja eräässä menetelmässä tämän keksinnön toteuttamiseksi magnetoivaa tasavirtaa syötetään ja vaihdellaan virtavärähtelijällä.

Edellä olevasta voidaan arvioida, että sähköisen sarjakuristuskelan ulostuloa säädetään vaihtelemalla siihen menevää jännitesyöttöä, kun taas kyllästyvän kuristuskelan tapauksessa ulostuloa säädetään vaihtelemalla laitteen induktanssia; jännitesyötön pysyessä muuttumattomana .

63648 5

Kun tasavirran syöttösysteemi on tyristorisäädin, tasavirran ulostulon vaihtelu saavutetaan vaihtelemalla tyristoriin menevää ohjaussignaalia; tämän keksinnön värähtelijän ulostulon ollessa liitetty ohjaussignaalin syöttösysteemiin vaaditun vaihtelun aikaansaamiseksi tyristorisäätimen ulostuloon.

Tasavirran syöttösysteemissä magnetoimiskäämiin menevän ulostulon vaihtelun tarkoituksena virtavärähtelijän avulla on varmistaa, että magnetoimiskäämiin menevä tasavirtasyöttö nousee ja laskee säännöllisenä aaltoliikkeenä lyhyellä aikavälillä ja saa näin ollen kaaren jalan liikkumaan nopeasti edestakaisin elektrodin laajentuneella alueella. On suositeltavaa, että kaaren jalkaa myös pyöritetään elektrodin pinnalla magnetoimiskäämin avulla, vaikka tämä ei ole keksinnön oleellinen kohta, sillä on havaittu, että tämän keksinnön avulla aikaansaatu kaaren jalan nopea edestakainen liike antaa elektrodin eliniän oleellisen pidennyksen verrattuna aikaisemmin käytettyihin menetelmiin.

Sopiva virtavärähtelijä on sellainen, jossa virta- ja jänniteominaisuudet ovat yhteensopivia käytettävän magnetoimiskäämin virranoh-jaussysteemin kanssa. Esimerkiksi kyllästyvä kuristuskela saattaa vaatia virtavärähtelijästä esim. 60 A:n ja 50 V:n ulostulon halutun tuloksen saavuttamiseksi, kun taas tyristoriyksikkö saattaa vaatia paljon pienemmän ulostulon, esimerkiksi 1 A ja 1 V.

On havaittu, että magnetoimiskäämiin kohdistetut värähtelytaajuudet, jotka ovat vaaditun alueen alapuolella, eivät pienennä hyväksyttävästi elektrodien kulumisnopeutta, kun taas vaadittua aluetta suuremmat värähtelytaajuudet eivät salli systeemin, so. magnetoimiskäämin ja siihen liittyvän virransyöttölaitteen reagoida kaaren hyväksyttävästi säädetyn liikkeen aikaansaamiseksi elektrodien pinnan yli. On suositeltavaa, että magnetoimiskäämiin kohdistettu värähtelevä taajuus on välillä 5 x 10”^ - 1 x 10”2 Hz.

Liitteenä oleva kaavamainen piirros esittää erästä menetelmää tämän keksinnön prosessin toteuttamiseksi, jossa kyllästyvää kuristuske-laa 1 syötetään pääteholähteellä 2, kyllästyvän kuristuskelan ulostulon kulkiessa tasasuuntaajan 3 kautta magnetoimiskäämiin 4. Tasasuuntaajan tarkoituksena on luonnollisesti muuttaa kyllästyvän kuristuskelan vaihtovirtaulostulo tasavirtasyötöksi magnetoimiskäämiin.

63648

Kyllästyvän kuristuskelan ulostulon vaihteleminen halutulla alueella olevalla taajuudella ja halutulla amplitudilla saavutetaan tässä menetelmässä aikaansaamalla yhdistetty taajuusgeneraattori ja modu-laatiosäädin 5; amplitudin säädin 6 ja ohjelmoitava teholähde 7, jonka ulostuloa käytetään kyllästyvän kuristinkelan induktanssin vaihtelemiseen, kuten tässä patenttimäärityksessä on aikaisemmin esitetty.

Käytössä taajuusgeneraattori tuottaa värähtelevää virtaa halutulla taajuudella (jota voidaan vaihdella modulointisäädöllä) ja tämä syötetään ohjelmoitavaan teholähteeseen, jossa virta (ja jännite) taajuusgeneraattorista tulevalla ulostulotaajuudella voidaan vahvistaa haluttuun arvoon magnetoimiskäämiin menevän ulostulon tarvittavan värähtelyn aikaansaamiseksi. Amplitudin säädön tarkoituksena on säätää prosentuaalista vaihtelua, esimerkiksi aina ± 60 %:n ulostulosta vaaditulla taajuudella.

Seuraavat esimerkit muodostavat likimääräisen vertailun niiden tulosten välillä, jotka on saatu menetelmällä, jota on kuvattu suomalaisen patentin n:o 56602 (pat.hak. n:o 2567/72) esimerkissä ja sen tuloksen välillä, joka saadaan tämän keksinnön menetelmällä.

Esimerkki 1 (a) Suomalaisen patentin n:o 56602 (pat.hak. n:o 2567/72) esimerkissä kuvattu plasmatykki ja magnetoimiskäämi kokoonpantiin ja niitä käytettiin ko. esimerkissä kuvatulla tavalla. Havaittiin, että elektrodin maksimi kulumissyvyys kaaren jalan vaikutuksesta oli 0,6 mm sataa käyttötuntia kohti.

(b) Kokoonpantiin samanlainen plasmatykki kuin suomalaisen patentin n:o 56602 (pat.hak. n:o 2567/72) esimerkissä kuvattu, mut ta jossa oli poiskytkemätön magnetoimiskäämi, so. magnetoimiskäämi, jossa mitään osakäämeistä ei voitu oikosulkea, ja joka koostui 10:stä käämistä. Magnetoimiskäämiin syötettiin 420 A:n virtaa ja tätä vaihdeltiin arvon + 45 % sisällä taajuudella 5 x 10 ^ Hz plas-matykin toiminnan aikana. Kulumisen maksimisyvyyden 100 tunnin aikana havaittiin olevan 0,45 mm.

Virtasyötön vaihtelu kohdassa (b) yllä saavutettiin säätämällä kyllästyvää kuristuskelaa, johon kohdistettiin ulostulo Parnell'in il 63648 "Synthesizes Generator DSG1"-laitteesta, valmistaja Farnell Instruments Limited , Wetherby, Yorkshire, Iso-Britannia. Tämän generaattorin ulostulo (60 V, 53 A) syötettiin kyllästyvän kuristuskelan sydämen ympärillä olevaan sekundääriseen käämiin yllä mainitulla taajuudella, millä vaihdeltiin kyllästyvän kuristuskelan ulostuloa seuraavaan tasasuuntaajaan ja näin ollen magnetoimiskäämiin, jota tasasuuntaaja syötti.

Esimerkki 2

Esimerkin 1 vaiheessa (a) kuvattua prosessia käytettiin kohotetulla kaarivirralla (600 A). Elektrodin maksimikulumisnopeuden havaittiin olevan 0,9 mm/100 tunnin käyttö näissä toimintaolosuhteissa.

Kun prosessia käytettiin esimerkin 1 vaiheessa (b) kuvatulla tavalla yllä mainitulla kohotetulla kaarivirralla, kulumisen maksiminopeuden havaittiin olevan vain 0,3 mm/100 tunnin käyttö.

Kun prosessia käytettiin kuten edellisessä kappaleessa, mutta magne- _3 toimiskäämin virran värähtelytaajuudella 5 x 10 Hz, elektrodin maksimikulumisnopeus oli 0,7 mm/100 tunnin käyttö.

Claims (10)

63648 δ

1. Laite ainakin toisen niistä elektrodeista eliniän pidentämiseksi, joiden välillä ylläpidetään valokaarta, joka laite käsittää magne- to imi sk ääniin, joka ympäröi elektrodin sitä osaa, jossa kaaren jalka-osa muodostetaan, ja tasavirtasyötön magnetoimiskäämin, tunnet-t u siitä, että virtavärähtelijän ulostulo ja tasavirran syöttösys-teemi on yhdistetty toisiinsa siten, että magnetoimiskäämiin menevä virta voidaan saada värähtelemään taajuudella välillä 5 x 10 * -1 x 10"4 Hz.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että systeemi tasavirran syöttämiseksi magnetoimiskäämiin käsittää sähköisen sarjakuristuskelan tai kyllästyvän kuristuskelan ja tasasuuntaajan.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että systeemi tasavirran syöttämiseksi magnetoimiskäämiin käsittää tyristorin.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että tasavirran syöttösysteemi käsittää sähköisen sarjakuristuskelan ja ulostulo virtavärähtelijästä on yhdistetty sähköiseen sarjaku-ristuskelaan menevän teholähteen säätömuuntajaan.

5. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että tasavirran syöttösysteemi käsittää kuristuskelan ja ulostulo virtavärähtelijästä on yhdistetty kuristuskelan magneettista materiaalia olevalle sydämelle kierrettyyn sekundäärikäämiin.

6. Patenttivaatimuksen 3 mukainen laite, tunnettu siitä, että tasavirran syöttösysteemi käsittää tyristorin ja ulostulo virtavärähtelijästä on yhdistetty tyristoriin menevään ohjaussignaalin syöttösysteemi in..

7. Menetelmä ainakin toisen niistä elektrodeista eliniän pidentämiseksi, joiden välillä ylläpidetään valokaarta, jossa menetelmässä riittävä magneettivuo tuotetaan elektrodin ympärille magnetoimiskäämin avulla, joka ympäröi elektrodia, jossa kaaren jalkaosa sijaitsee, kaaren jalkaosan stabiloimiseksi tasavirtaa syöttämällä, tunnettu siitä, että magnetoimiskäämiin menevä tasavlrta-syöttö pannaan värähtelemään taajuudella välillä 5 x 10**1 - 1 x 10~4 Hz. Il 9 63648

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että magnetoimiskäämiin menevä tasavirtasyöttö pannaan väräh-telemään taajuudella välillä 5 x 10~^ - 1 x 10~^ Hz.

9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että magnetoimiskäämiin menevää tasavirtasyöttöä vaihdellaan jopa + 60 %:11a vaaditulla taajuudella.

10 63648