JP2001097721A - プラズマ装置 - Google Patents

プラズマ装置

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JP2001097721A
JP2001097721A JP27574099A JP27574099A JP2001097721A JP 2001097721 A JP2001097721 A JP 2001097721A JP 27574099 A JP27574099 A JP 27574099A JP 27574099 A JP27574099 A JP 27574099A JP 2001097721 A JP2001097721 A JP 2001097721A
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JP
Japan
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plasma
negative electrode
positive electrode
melting
container
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JP27574099A
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Akira Kojo
昭 古城
Nobuyoshi Tomita
信義 冨田
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Koike Sanso Kogyo Co Ltd
Koike Sanso Kogyo KK
Original Assignee
Koike Sanso Kogyo Co Ltd
Koike Sanso Kogyo KK
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/02Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture in electric furnaces, e.g. by dielectric heating
    • C03B5/025Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture in electric furnaces, e.g. by dielectric heating by arc discharge or plasma heating

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Materials Engineering (AREA)
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  • Plasma Technology (AREA)
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  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Furnace Details (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】固形物の状態では非導電性を有し溶融物の状態
では導電性を有する物体を溶融する作業を合理化する。 【解決手段】溶融すべき物体を収容し且つ所定位置に陽
電極1を配置した容器2の上方に、陰電極3と、陰電極
3の近傍に陽電極4を設けたプラズマトーチ5を配置す
る。プラズマトーチ5に形成された通路10にガス供給装
置6からプラズマガスを供給し得るように構成し、各電
極1,3,4を電源装置7に接続する。電極4と電源装
置7との間にはスイッチ8を介在させる。溶融の初期段
階では陰電極3と陽電極4との間で放電させてプラズマ
アーク11を形成し、溶融が進行した後は溶融物(陽電極
1)と陰電極3との間で放電させてプラズマアーク12を
形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、固形物の状態では
非導電性であり溶融したときに導電性を発揮する物体を
合理的に溶融させるプラズマ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】プラズマアークの熱によって固形物を溶
融することがある。固形物が例えばスクラップ鋼材のよ
うに導電性を有する場合、固形物を電極として該固形物
とプラズマ用電極との間で放電させてプラズマアークを
形成し、このプラズマアークの熱を利用しているのが一
般的である。また固形物が導電性を有しない場合、該固
形物の近傍に一対のプラズマ用電極を配置して両電極の
間で放電してプラズマアークを形成するのが一般的であ
る。
【0003】例えば、ガラスのように固形物の状態では
導電性を有しないものの、溶融物の状態では導電性を発
揮するものがある。このため、プラズマアークによって
ガラスを溶融させる場合には、溶融池となる部分に陽極
となる電極を配置しておき、バーナー等によって固形物
であるガラスを局部的に溶融させ、溶融したガラスとプ
ラズマ電極との間に放電させてプラズマアークを形成
し、その後、プラズマアークの熱を利用しているのが一
般的である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記の如く、固形物の
状態で非導電性で且つ溶融物の状態で導電性を発揮する
ような物体をプラズマアークの熱によって溶融させる場
合、プラズマアークを発生するのに先立って、バーナー
等によって固形物を局部的に加熱して溶融物を生成さ
せ、この溶融物を電極としてプラズマ用電極との間に放
電させている。
【0005】プラズマアークの熱を効率良く利用するに
は、作業対象物と該対象物の近傍に配置した電極の間で
放電させてプラズマアークを形成することが好ましい。
しかし例えばガラスのように固形物では非導電性を有す
る物体では、他の手段によって部分的な溶融を実現する
ことが必須であり、溶融作業に際し初期の作業が人手に
よらざるを得ず、工程の無人化や合理化をはかるうえで
支障が出ているのが現状である。
【0006】本発明の目的は、固形物の状態では非導電
性で溶融物の状態では導電性を有する物体をプラズマア
ークによって溶融する際に用いて有利なプラズマ装置を
提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明に係るプラズマ装置は、固形物の状態では非導
電性であり溶融したときに導電性を発揮する物体を溶融
するためのプラズマ装置であって、前記物体を収容する
と共に所定位置に陽電極を配置した容器と、前記容器の
上方に配置され中心に陰電極を設けると共に該陰電極と
対向して陽電極を設けたプラズマトーチと、前記プラズ
マトーチの陽電極と陰電極の間にプラズマガスを供給す
るガス供給装置と、前記物体を溶融させる初期状態では
前記プラズマトーチに設けた陰電極と陽電極との間で放
電させてプラズマアークを形成し前記物体が溶融を開始
して導電性を発揮したとき前記容器に配置された陽電極
とプラズマトーチに設けた陰電極との間で放電させてプ
ラズマアークを形成するように通電する電源装置とを有
して構成されるものである。
【0008】上記プラズマ装置では、物体を収容すると
共に陽電極を配置した容器の上方に陽電極と陰電極とを
有するプラズマトーチを設けることによって、このプラ
ズマトーチの両電極の間に放電することで、これらの電
極間に供給されたプラズマガスをプラズマ化して物体に
向けて噴射することが出来る。前記プラズマアークによ
って物体が局部的に溶融して導電性を発揮した後、容器
に配置した陽電極とプラズマトーチの陰電極との間で放
電させることで、プラズマアークを継続して形成するこ
とが出来る。
【0009】このため、物体を溶融させる際に該物体を
バーナーによって加熱する作業が不要となり、且つプラ
ズマトーチに設けた両電極間の放電から容器とプラズマ
トーチとの間の放電を電源装置によって切り換え制御す
ることで、無人化をはかることが出来る。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、上記プラズマ装置の好まし
い実施形態について図を用いて説明する。図1はプラズ
マ装置の構成を説明する図、図2は物体に対する溶融を
開始した初期の状態を説明する図、図3は物体が溶融し
て導電性を発揮した状態を説明すえる図である。
【0011】図に示すプラズマ装置Aは、例えばガラス
のように固形物の状態では非導電性を有し、溶融物の状
態で導電性を発揮する物体をプラズマアークによって溶
融するに際し、初期溶融をバーナー等に頼ることなく人
手を排除し、これにより無人化を実現したものである。
以下、このような物体の代表的な例としてガラスを溶融
する場合について説明する。
【0012】図に於いて、プラズマ装置Aは、ガラスの
破片や塊等の固形物を収容すると共に所定位置に陽電極
1を配置した容器2と、容器2の上方に配置され陰電極
3及び該陰電極3の近傍に設けた陽電極4を有するプラ
ズマトーチ5と、プラズマトーチ5に於ける両電極3,
4の間にプラズマガスを供給するガス供給装置6と、陽
電極1,4と陰電極3との間に通電して放電させる電源
装置7とを有して構成されている。またプラズマトーチ
5に設けた陽電極4と電源装置7とを接続するケーブル
にはスイッチ8が設けられている。
【0013】容器2は、初期状態では固形物からなるガ
ラス塊を収容し、溶融作業の進行に伴って溶融したガラ
スを保持するものであり、窯或いは坩堝を利用してい
る。この容器2の所定位置、即ち、プラズマトーチ5と
対向する位置に絶縁体9を介して陽電極1が設けられて
いる。しかし、容器2に於ける陽電極1の位置は、必ず
しもプラズマトーチ5と対向する必要はなく、溶融して
導電性を発揮したガラスと接触して該ガラスに通電し得
る位置に配置されていれば良い。従って、容器2の低部
の一部を凹状に形成しておき、この凹部に陽電極1を配
置することによって、溶融したガラスを積極的に凹部に
流動させて通電し得るようにすることが好ましい。
【0014】プラズマトーチ5は、絶縁体9を介して中
心に陰電極3を配置すると共に該陰電極3を囲んで陽電
極4が設けられている。前記陰電極3と陽電極4の間に
はプラズマガスの通路10が形成されており、該通路10に
ガス供給装置6から窒素ガスやアルゴンガス等の不活性
ガスを供給し得るように構成されている。そして両電極
3,4の間に放電させた状態で、通路10にプラズマガス
を供給することで、供給されたプラズマガスをプラズマ
化させて容器2に向けて噴射する。
【0015】プラズマトーチ5に設けた陰電極3はタン
グステンを材料とした棒状に形成されており、陽電極1
は銅又は銅合金を材料とした棒状に、陽電極4は銅又は
銅合金を材料としたリング状に形成されている。しか
し、これらの電極1,3,4が前記形状にのみ限定され
るものではないことは当然である。
【0016】ガス供給装置6は、窒素ガスやアルゴンガ
ス等の不活性ガスをプラズマトーチ5に形成された通路
10に供給する機能を有するものであり、前記ガスを収容
したガスボンベ或いは工場配管等の供給源と、この供給
源から供給されたガスを最適な圧力に調整する圧力調整
機構と、圧力が調整されたガスを最適な流量で通路10に
供給する流量調整機構等を有して構成されている。
【0017】電源装置7は、直流電源からなり、予め設
定された電圧のもとに陽電極1,4と陰電極3に通電し
てこれらの電極間に放電させるものである。特に、容器
2に配置された陽電極1は常に電源装置7と接続されて
おり、プラズマトーチ5に設けた陽電極4はスイッチ8
を介して電源装置7と接続されている。
【0018】上記構成に於いて、スイッチ8が閉じてい
るとき、陰電極3と陽電極4,1に通電される。このと
き、容器2に収容されたガラスが固形物の上程である場
合、陰電極3と陽電極1は極間の距離が大きいため放電
することがなく、陰電極3と陽電極4との間で放電され
る。そしてガラスの溶融が進行したとき、溶融したガラ
スが導電体となって陰電極3との間で放電する。このタ
イミングでスイッチ8を開放することで、陰電極3と容
器2に収容された溶融したガラスとの間で放電が継続し
てプラズマアークが形成される。
【0019】次に、上記の如く構成されたプラズマ装置
Aによってガラスを溶融する際の手順について図2,図
3により説明する。
【0020】先ず、図2に示すように、容器2に固形物
からなるガラスを収容する。次いで、ガス供給装置7を
作動させてプラズマトーチ5の通路10にプラズマガスを
供給すると共にスイッチ8を閉じて電源装置7を作動さ
せる。この結果、陰電極3と陽電極4,1に通電され、
先ず、陰電極3と陽電極4の間で放電してプラズマアー
ク11が形成され、プラズマガスの流速に応じてガラス側
に延長し、これにより、収容されたガラスを局部的に加
熱する。
【0021】上記状態を保持することによって、プラズ
マアーク11に加熱されたガラスは短時間で溶融し、容器
2の低部に貯留される。そして溶融したガラスの量が増
加して該溶融したガラスのレベルが上昇する。
【0022】溶融したガラスの面とプラズマトーチ5に
設けた陰電極3との距離が一定の値になったとき、図3
に示すように、溶融したガラスと陰電極3との間で放電
が開始され、プラズマアーク12が形成される。このと
き、電源装置7では陰電極3と陽電極1との間での放電
が開始されたことを認識し、スイッチ8を開放する。こ
れにより、陰電極3と陽電極4との間に於ける放電が停
止し、陰電極3と陽電極1との間の放電が継続してプラ
ズマアーク12によってさらなるガラスの溶融が継続され
る。
【0023】上記の如くしてプラズマトーチ5の陰電極
3と容器2の陽電極1との間で放電を継続し、プラズマ
アーク12によるガラスの溶融を行い。容器2に収容され
たガラスが全て溶融したとき、電源装置7の作動を停止
して陰電極3と陽電極1との間の放電を遮断することで
プラズマアーク12を停止させ、更に、ガス供給装置6の
作動を停止してプラズマトーチ5に対するプラズマガス
の供給を停止することで、ガラスの溶融作業を終了する
ことが可能である。
【0024】
【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明に係る
プラズマ装置では、陽電極を配置した容器の上方に陽電
極と陰電極を設けたプラズマトーチを配置し、溶融の初
期段階では、プラズマトーチに設けた陰電極と陽電極と
の間で放電させてプラズマアークを形成して、該プラズ
マアークによって固形物を局部的に加熱することで、溶
融を開始させることが出来る。そして溶融物が増加した
とき、該溶融部とプラズマトーチに設けた陰電極との間
で放電させることで、プラズマアークを形成することが
出来る。
【0025】このため、固形物の状態では非導電性を有
し溶融状態では導電性を有する物体を効率良く溶融する
ことが出来、且つ初期の溶融を人手によることなく実施
し得るので、無人化や合理化をはかることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】プラズマ装置の構成を説明する図である。
【図2】物体に対する溶融を開始した初期の状態を説明
する図である。
【図3】物体が溶融して導電性を発揮した状態を説明す
える図である。
【符号の説明】
A プラズマ装置 1,4 陽電極 2 容器 3 陰電極 5 プラズマトーチ 6 ガス供給装置 7 電源装置 8 スイッチ 9 絶縁体 10 通路 11,12 プラズマアーク
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C22B 9/22 C22B 9/22 Fターム(参考) 3K084 BA07 BB05 BC05 BE01 4K001 AA42 FA12 GA13 GB12 4K063 AA04 AA12 BA06 CA07 FA56 FA73

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固形物の状態では非導電性であり溶融し
    たときに導電性を発揮する物体を溶融するためのプラズ
    マ装置であって、前記物体を収容すると共に所定位置に
    陽電極を配置した容器と、前記容器の上方に配置され中
    心に陰電極を設けると共に該陰電極と対向して陽電極を
    設けたプラズマトーチと、前記プラズマトーチの陽電極
    と陰電極の間にプラズマガスを供給するガス供給装置
    と、前記物体を溶融させる初期状態では前記プラズマト
    ーチに設けた陰電極と陽電極との間で放電させてプラズ
    マアークを形成し前記物体が溶融を開始して導電性を発
    揮したとき前記容器に配置された陽電極とプラズマトー
    チに設けた陰電極との間で放電させてプラズマアークを
    形成するように通電する電源装置とを有することを特徴
    とするプラズマ装置。
JP27574099A 1999-09-29 1999-09-29 プラズマ装置 Pending JP2001097721A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004284944A (ja) * 2003-03-03 2004-10-14 Sumitomo Electric Ind Ltd ガラス加工方法及びガラス加工装置
JP2006292333A (ja) * 2005-04-14 2006-10-26 Babcock Hitachi Kk プラズマ式溶融炉の運転方法およびプラズマ式溶融炉
CN111043865A (zh) * 2019-12-24 2020-04-21 南京玻璃纤维研究设计院有限公司 用于电熔炉生产的电极给进装置

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