JPH01500384A - induced plasma device - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】 誘導プラズマ装置 技術分野 本発明は、電気溶解装置、更に詳しくは誘導プラズマ装置に関する。[Detailed description of the invention] induced plasma device Technical field TECHNICAL FIELD The present invention relates to electrolytic melting devices, and more particularly to induction plasma devices.
背景技術 現在、製造された金属の品質に対して、更に溶解を行なう装置に対して厳格な要 請がある。Background technology Currently, there are strict requirements for the quality of the metal produced, as well as for the equipment that performs the melting process. I have a request.
誘導溶解装置は鋳物産業や冶金産業における用途が拡大しつつある。しかし、上 記装置における活性の高い冶金過程の実行の可能性は、形成されるスラグの温度 が低いことによって制約を受けている(スラグ温度が溶湯温度より高くなること ができないので金属/スラグ界面での物理化学的過程の強度が低下する)。複合 合金化(多成分)@および合金の溶解には、被覆性(保護性)のあるフラフクス を用いる必要がある。誘導装置の出力は、望ましくない電気力学的現象のため、 すなわちメニスカスが高くかつ溶湯の循環が高速であるため、特定の定格出力の 許容値によって制限される。Induction melting equipment is increasingly being used in the foundry and metallurgical industries. But above The possibility of carrying out highly active metallurgical processes in this equipment depends on the temperature of the slag formed. (slag temperature becomes higher than molten metal temperature) (This reduces the strength of the physicochemical processes at the metal/slag interface.) composite For alloying (multi-component) @ and melting of alloys, use Flux with coating (protective) properties. It is necessary to use The output of the induction device, due to undesirable electrodynamic phenomena, In other words, because the meniscus is high and the molten metal circulates at high speed, the Limited by tolerance.
上記の欠点は、2通りの加熱方法、すなわち誘導加熱とプラズマ加熱を併用する 誘導プラズマ装置においては解消される。誘導プラズマ装置は、加熱時間を大幅 に削減して金属トン当りの製造に要する電気エネルギーを低減させること、ガス 含有量、非金属介在物、および有害不純物を減少させて金属製造物の品質を本質 的に向上させること、豊富なスラグによって金属の活性な処理を行なうこと、石 炭を用いない冶金法による純金属の製造のための基本的材料として使用できる原 鉱石−燃料ベレットの再溶解および還元のために望ましい状態を提供すること、 特定の定格出力の増加に対する制約を除去して誘導溶解装置の出力を高めること ができる。The above disadvantages are due to the combination of two heating methods, namely induction heating and plasma heating. This problem is eliminated in induced plasma equipment. Induction plasma equipment significantly reduces heating time to reduce the electrical energy required to produce per ton of metal, gas Improve the quality of metal products by reducing content, non-metallic inclusions, and harmful impurities active treatment of metals with rich slag; A raw material that can be used as a basic material for the production of pure metals by metallurgical methods that do not use charcoal. providing desirable conditions for remelting and reduction of ore-fuel pellets; Increasing the output of induction melting equipment by removing constraints on increases in specific rated output Can be done.
綱の溶解に用いられる1つの公知の誘導プラズマ装置は、誘導加熱体を有するる つぼ、上記鋼に電流を導く底部電極、プラズマ発生装置、それぞれ誘導加熱体お よびプラズマ発生装置の個別に制御された2つの電力供給源を含んで成る。この ような装置は、たとえば論文集” Advanced procedures ofMelting for 5naped Castings’、 Kiev + 1978.pp5 13に記載されている。One known induction plasma device used for melting steel has an induction heating element. A pot, a bottom electrode that conducts current to the above steel, a plasma generator, and an induction heating element and and two independently controlled power supplies for the plasma generator. this Such a device is used, for example, in a collection of papers "Advanced procedures. ofMelting for 5naped Castings’, Kiev +1978. It is described in pp5 13.
この装置は、別個の2つ電力供給源を用いるため、装置が大型化して広い工場面 積を占有し、装置コストが高くがっ保守が複雑である。更に、溶解過程での電力 利用率が比較的低いので装置全体での電力消費が大きい。This equipment uses two separate power supply sources, making it large and requiring a large factory floor area. occupies space, equipment costs are high and maintenance is complicated. Furthermore, the electric power during the melting process Since the utilization rate is relatively low, the power consumption of the entire device is large.
上記の欠点は、1つの(共通の)電力供給源から誘導加熱体とプラズマ発生装置 に電力を供給する誘導プラズマ装置においては解消される。The disadvantages mentioned above are that the induction heating element and the plasma generator can be connected to one (common) power supply source. This problem is eliminated in induced plasma devices that supply power to the plasma.
更に、1つの公知の誘導プラズマ装置(ソビエト連邦発明者証第462320号 、“発見、発明、意匠、および商標”、隘8゜1975)は、キャパシター・バ ンクと交流電源とに接続された、装入物を溶解するための容器、および誘導発熱 体と電気的に連携し、これと特定の直列接続をした少なくとも1つのプラズマ発 生装置を含んで成る。Furthermore, one known induced plasma device (USSR Inventor's Certificate No. 462320) , “Discoveries, Inventions, Designs, and Trademarks,” 8th Edition, 1975) a vessel for melting the charge, connected to a tank and an alternating current power supply, and an induction heating at least one plasma generator electrically associated with the body and having a specific series connection therewith; comprising raw equipment.
しかし、このような装置においては、装入物の溶解状態によってプラズマ・アー クの消火やプラズマ発生装置の除勢が不意に発生した場合に、誘導加熱体の電気 回路が破壊されて誘導加熱体が電力供給源から突発的に切り離される結果、キャ ハシター°バンクに過剰電圧がかかってキャパシター・バンクが破損する。However, in such equipment, the plasma arc depends on the melted state of the charge. In the event of an unexpected fire extinguishment or deenergization of a plasma generator, the The circuit is broken and the induction heating element is suddenly disconnected from the power supply, resulting in Excessive voltage applied to the capacitor bank will damage the capacitor bank.
更に、誘導加熱体およびプラズマ発生装置の作動のB様を別個に制御できないの で、この装置で溶解装入物のパラメータが突発的に変化したときに、誘導加熱体 とプラズマ発生装置とに電力を再配分することができない。Furthermore, it is not possible to separately control the operation of the induction heating element and the plasma generator. With this equipment, when the parameters of the melting charge suddenly change, the induction heating element It is not possible to reallocate power between the plasma generator and the plasma generator.
以上説明した装置においては、プラズマ発生装置は交流でのみ作動し得る。この ことは溶解の最終段階および溶湯の精錬過程で好都合である。同時に、溶解され つつある装入物中の井戸状部分(ウェル、”well”)を急速に溶解するため には、プラズマ発生装置を直流で作動させた方がエネルギー消費の観点から有利 である。更に、この装置では、プラズマ発生装置と誘導加熱体とが同じ1つの電 流を使用しているので、前者の作動態様は後者の作動B様と厳格に連携している 。プラズマ発生装置に負荷されてその作動態様を決定している電圧は、交流電源 の電圧の変化および誘導加熱体に負荷された電圧に等しく、且つ常にこの値を超 えることはできない。しがし、場合によっては(たとえば主アークを開始する態 様においては)、この電圧を増加させる必要が生じ、また、プラズマ発生装置を 別個に作動させる必要も生ずる(たとえば、誘導加熱体が除勢されるとき)。In the device described above, the plasma generator can only operate with alternating current. this This is advantageous in the final stages of melting and in the process of refining the molten metal. At the same time, it is dissolved To rapidly dissolve the well-shaped portion (well) in the charging material that is being , it is more advantageous in terms of energy consumption to operate the plasma generator with direct current. It is. Furthermore, in this device, the plasma generator and the induction heating element are connected to the same electric current. Since the flow is used, the operating mode of the former is strictly linked to the operating mode B of the latter. . The voltage that is applied to the plasma generator and determines its operating mode is the AC power supply. and the voltage applied to the induction heating element, and always exceeds this value. I can't get it. However, in some cases (e.g. when starting the main arc) (in some cases), it becomes necessary to increase this voltage, and the plasma generator needs to be increased. A need for separate activation also arises (for example when the induction heater is deenergized).
発明の開示 本発明の目的は、プラズマ・アークの消火時に誘導加熱体が交流電源から突発的 に切り離されることがなく、溶解過程で誘導加熱体およびプラズマ発生装置への 電力の配分を再設定できる誘導プラズマ装置を提供することである。Disclosure of invention The purpose of the present invention is to prevent the induction heating element from being suddenly disconnected from an AC power source when extinguishing a plasma arc. The induction heating element and plasma generator are not separated during the melting process. An object of the present invention is to provide an induced plasma device in which power distribution can be reset.
この目的は、本発明によれば、キャパシター・バンクと交流電源とに接続された 誘導加熱体の中に設けられた、装入物を溶解する容器、および該誘導加熱体に電 気的に接続された少なくとも1つのプラズマ発生装置を含んで成る誘導プラズマ 装置において、該プラズマ発生装置が該誘導加熱体の巻線の一部分と並列に接続 されていることを特徴とする誘導プラズマ装置によって達成される。This purpose, according to the invention, consists of a capacitor bank connected to an alternating current power source. A container for melting the charge, which is provided in the induction heating element, and an electric current connected to the induction heating element. an induced plasma comprising at least one plasma generating device in gaseous connection; In the apparatus, the plasma generator is connected in parallel with a portion of the winding of the induction heating body. This is achieved by an induced plasma device characterized by:
誘導プラズマ装置は、2つ以上のプラズマ発生装置を含んで成る1群のプラズマ 発生装置を含み、この1群のプラズマ発生装置が該誘導加熱体の巻線の該一部分 と並列に接続されていることが望ましい。An induced plasma device is a group of plasma generators comprising two or more plasma generators. a plasma generating device, the group of plasma generating devices being connected to the portion of the winding of the induction heating body; It is desirable to connect in parallel with.
誘導プラズマ装置は、該誘導加熱体の巻線の該一部分と1つのプラズマ発生装置 もしくは1群のプラズマ発生装置とに直列に接続されたスイッチング要素を含ん で成ることが望ましい。The induction plasma device includes the portion of the winding of the induction heating body and one plasma generator. or includes a switching element connected in series with a group of plasma generators. It is desirable that the
誘導プラズマ装置は、1つのプラズマ発注装置もしくは1群のプラズマ発生装置 を流れる交流電流の整流装置を含んで成り、該整流装置の入力が該誘導加熱体の 巻線の該一部分と電気的に連携し、該装置の出力が1つのプラズマ発生装置もし くは1群のプラズマ発生装置と結合されて、1つのプラズマ発生装置もしくは1 群のプラズマ発生装置の直流回路を形成することが望ましい。Induced plasma equipment is one plasma ordering equipment or one group of plasma generators. a rectifying device for the alternating current flowing through the induction heating element; A plasma generator may be electrically connected to the part of the winding, and the output of the device may be one plasma generator. or one group of plasma generators to form one plasma generator or one plasma generator. It is desirable to form a DC circuit for a group of plasma generators.
誘導プラズマ装置は、該誘導加熱体の巻線の該一部分と、1つのプラズマ発生装 置もしくは1群のプラズマ発生装置と、および交流電流の該整流装置と電気的に 連携した付加的スイッチング要素を含んで成り、該付加的スイッチング要素は、 1つのプラズマ発生装置もしくは1群のプラズマ発生装置を、装入物溶解過程中 は交流電流の該整流装置の出力に接続し、再加熱過程および/または溶湯の精錬 過程中は該誘導加熱体の巻線の該一部分に接続することが望ましい。The induction plasma device includes the part of the winding of the induction heating body and one plasma generation device. or one group of plasma generators, and the alternating current rectifying device electrically. comprising associated additional switching elements, the additional switching elements comprising: One plasma generator or a group of plasma generators during the charge melting process. is connected to the output of the rectifier of alternating current, and is used for reheating process and/or smelting of molten metal. It is desirable to connect to the part of the winding of the induction heater during the process.
誘導プラズマ装置は、1つのプラズマ発生装置もしくは1群のプラズマ発生装置 の回路中に交流電流の該整流装置と直列に接続された直流電源を含んで成ること が有利である。An induced plasma device is one plasma generator or a group of plasma generators. including a direct current power source connected in series with the alternating current rectifying device in the circuit of is advantageous.
本発明の誘導プラズマ装置は、1つのプラズマ発生装置もしくは1群のプラズマ 発生装置を誘導加熱体の巻線の一部分と並列に接続することによって、プラズマ アークの消火時に誘導加熱体が交流電源から突発的に切り離されることがない。The induced plasma device of the present invention comprises one plasma generator or a group of plasma generators. Plasma can be generated by connecting the generator in parallel with a portion of the winding of the induction heating element. To prevent an induction heating element from being suddenly disconnected from an AC power source when an arc is extinguished.
誘導加熱体の巻線の一部分とかつ1つのプラズマ発生装置もしくは1群のプラズ マ発生装置と直列に接続されたスイッチング要素が存在するので、誘導加熱体お よびプラズマ発生装置への電力の配分を(たとえば、溶解した金属の性質、溶解 状態に応じて)再設定することができるため、加熱時間が短縮し、電気エネルギ ーの所要量が低減、され、どのような入力電力でも溶湯に必要な電磁撹拌状態を 達成でき、それによって種々の性質の合金を得ることができる。A part of the winding of the induction heating body and one plasma generator or one group of plasmas Since there is a switching element connected in series with the induction heating element and and power distribution to the plasma generator (e.g., the nature of the molten metal, the can be reset (depending on conditions), reducing heating time and saving electrical energy. The amount of electromagnetic stirring required for the molten metal is reduced, and the necessary electromagnetic stirring state is achieved for the molten metal at any input power. can be achieved, thereby making it possible to obtain alloys of various properties.
更に、誘導プラズマ装置において、1つのプラズマ発生装置もしくは1群のプラ ズマ発生装置を交流または直流で適宜作動させることができる。これを可能とす るために、誘導プラズマ装置は、誘導加熱体とかつ1つのプラズマ発生装置もし くは1群のプラズマ発生装置と直接または付加的スイッチング要素を介して間接 に接続された整流装置を含んで成る。Furthermore, in an induced plasma device, one plasma generator or one group of plasma The Zuma generator can be operated with alternating current or direct current as appropriate. make this possible In order to directly or indirectly with one group of plasma generators or via additional switching elements. a rectifier connected to the rectifier.
装入物の溶解過程でプラズマ発生装置を交流電流の整流装置の出力に接続するこ とによって、装入物の第1部分を急速に溶解して「ウェル」 (アークが装入物 に囲まれている状態)を形成し、その結果アークのエネルギーが効果的に(高い 効率で)装入物に伝達され、溶解過程が加速され、望ましくない熱損失、最終的 には電気エネルギーの消費量が低減される。Connecting the plasma generator to the output of the alternating current rectifier during the melting process of the charge The first part of the charge is rapidly melted into a "well" (the arc as a result of which the energy of the arc is effectively (high efficiently) is transferred to the charge, accelerating the melting process, resulting in undesirable heat losses, and ultimately Electrical energy consumption is reduced.
溶湯の再加熱および精錬の過程で1つのプラズマ発生装置もしくは1群のプラズ マ発生装置を誘導加熱体の巻線の一部分に接続することによって、金属後部や溶 融金属表面上に形成されたスラグをより均一に加熱することができ、金属の局部 的な過剰加熱および合金元素の溶解損失を低減できる。プラズマ発生装置の回路 中に直流電源が接続されているので、誘導加熱体と1つのプラズマ発生装置もし くは1群のプラズマ発生装置のパラメーターの適合度が向上する結果、誘導プラ ズマ装置の出力が高まる。更に、プラズマ発生装置を、たとえば除勢された誘導 加熱体とは別個に(誘導加熱体とは独立に)作動させることができる。In the process of reheating and refining molten metal, a plasma generator or a group of plasma By connecting the generator to a portion of the winding of the induction heating element, it is possible to The slag formed on the surface of the molten metal can be heated more uniformly, and localized parts of the metal can be heated more uniformly. This can reduce excessive heating and melting loss of alloying elements. Plasma generator circuit Since a DC power supply is connected inside, an induction heating element and one plasma generator may be used. As a result of improving the suitability of the parameters of one group of plasma generators, the induction plasma The output of the Zuma device increases. Furthermore, the plasma generator can be used, for example, as a deenergized inductor. It can be operated separately from the heating element (independently from the induction heating element).
図面の簡単な説明 以下に、本発明をその特定の実施B様を参照し、添付図面と関連させて更に詳し く説明する。Brief description of the drawing In the following, the present invention will be described in further detail with reference to a specific implementation thereof, B, and in conjunction with the accompanying drawings. Explain in detail.
第1図は、本発明に従った誘導プラズマ装置(誘導加熱体および溶解用容器の長 手方向断面)の機能図、第2図は、2つのプラズマ発生装置とスイッチング要素 とを有する第1図と同一の本発明に従った誘導プラズマ装置の機能図、 第3図は、プラズマ発生装置を流れる交流電流の整流装置を有する第1図と同一 の本発明に従った誘導プラズマ装置の機能図、 第4図は、付加的なスイッチング要素を有する第3図と同一の本発明に従った誘 導プラズマ装置の機能図、および第5図は、プラズマ発生装置の回路中に接続さ れた直流電源を有する第3図と同一の本発明に従った誘導プラズマ装置の機能図 である。FIG. 1 shows an induction plasma apparatus (induction heating element and melting vessel length) according to the present invention. Figure 2 shows the two plasma generators and switching elements. a functional diagram of an induced plasma device according to the invention identical to FIG. 1, having Figure 3 is the same as Figure 1 with a rectifier for the alternating current flowing through the plasma generator. functional diagram of an induced plasma device according to the invention, FIG. 4 shows the same induction according to the invention as FIG. 3 with additional switching elements. The functional diagram of the plasma guiding device and FIG. Functional diagram of an induced plasma device according to the invention identical to FIG. 3 with a DC power supply It is.
発明を実施するための最良の形態 第1図で1.誘導プラズマ装置は、キャパシター・バンク3と交流電源4とに接 続された誘導加熱体2の中に設けられた装入物溶解用の容器1を含む。位置設定 機構(図示せず)によって鉛直移動できる少なくとも1つのプラズマ発生装置が 、容器1を閉じるカバー5の中に配設されている。本実施態様においては、この プラズマ発生装置として、電気アークプラズマ発生装置6が誘導加熱体2の一部 分7と並列に接続されている。一般的には、1つのプラズマ発生装置もしくは1 群のプラズマ発生装置をカバー5の中にまたは容器1の側壁の中に設けることが できる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In Figure 1, 1. The induced plasma device is connected to a capacitor bank 3 and an AC power source 4. It includes a container 1 for melting the charge, which is installed in an induction heating element 2 connected to the heating element 2. position setting at least one plasma generator capable of vertical movement by a mechanism (not shown); , is arranged in a cover 5 that closes the container 1. In this embodiment, this As a plasma generator, an electric arc plasma generator 6 is a part of the induction heating body 2. 7 is connected in parallel. Typically one plasma generator or one A group of plasma generators can be provided in the cover 5 or in the side wall of the container 1. can.
プラズマ発生装置6からプラズマアーク8そして溶解されつつある金属9までの 動作電流回路を閉じるために、容器1の底部に配設された底部電極10が用いら れる。底部電極は水冷された金属、水冷のないグラファイトもしくはサーメット 材料で作られている。プラズマ発生装置6の電極に接続されたオシレータ11に よってバイロフト・アークが開始(点火)される。From the plasma generator 6 to the plasma arc 8 and the metal being melted 9 A bottom electrode 10 arranged at the bottom of the container 1 is used to close the operating current circuit. It will be done. Bottom electrode is water-cooled metal, graphite or cermet without water cooling made of material. The oscillator 11 connected to the electrode of the plasma generator 6 Thus, the viroft arc is started (ignited).
プラズマ発生装置6の電気回路は次の要素で構成される。The electric circuit of the plasma generator 6 is composed of the following elements.
すなわち、誘導加熱体2の巻線の一部分7−プラズマ発生装置6−プラズマアー ク8−溶解されつつある金属9−底部電極1〇−誘導加熱体2の巻線の一部分7 である。That is, a part 7 of the winding of the induction heating body 2 - the plasma generator 6 - the plasma arc 8-Metal being melted 9-Bottom electrode 10-Part 7 of winding of induction heating element 2 It is.
本発明のもう1つの実施態様においては、誘導プラズマ装置は上記誘導プラズマ 装置とほぼ同様である。相異点は、第2のプラズマ発生袋W12(第2図)を有 していることであり、これによってプラズマ発生装置6(第2図)の動作電流回 路はプラズマアーク8から金属9そしてプラズマ発生装置12のプラズマアーク 13を通って完結するので、底部電極10 (第1図)は用いられない。In another embodiment of the invention, the induced plasma device comprises the above-mentioned induced plasma It is almost the same as the device. The difference is that it has a second plasma generation bag W12 (Fig. 2). This reduces the operating current cycle of the plasma generator 6 (Fig. 2). The path is from the plasma arc 8 to the metal 9 and then to the plasma arc of the plasma generator 12. 13, so the bottom electrode 10 (FIG. 1) is not used.
プラズマ発生装置6,12を最適作動態様とするために、誘導プラズマ装置はプ ラズマ発生装置6.12と並列に接続された誘導加熱体2の巻線の数をスイッチ ング要素14(第2図)によって変更することができる。溶解されつつある金属 9の性質およびプラズマアーク8.13の長さが溶解過程中に変わるときに、プ ラズマ発生装置6 、12のパラメータ(たとえば、電流、電圧)と誘導加熱体 2の同様のパラメータとを適合させる必要に応じて上記の巻線の数の変更を行な う。スイッチング要素14が存在することによって、交流電源4の電力利用係数 を向上させることができ、誘導加熱体2とプラズマ発生装置6.12との間の電 力配分を再設定して技術的体系を再設定することができる。In order to make the plasma generators 6, 12 in the optimum operating mode, the induced plasma device is Switch the number of windings of the induction heating element 2 connected in parallel with the plasma generator 6.12 This can be changed by means of a switching element 14 (FIG. 2). metal being melted 9 and the length of the plasma arc 8.13 changes during the melting process. Lasma generator 6, 12 parameters (e.g. current, voltage) and induction heating element Make changes in the number of windings above as necessary to match similar parameters in 2. cormorant. Due to the presence of the switching element 14, the power utilization coefficient of the AC power source 4 The electric current between the induction heating element 2 and the plasma generator 6.12 can be improved. The power distribution can be reconfigured and the technical system can be reconfigured.
本発明において、もう1つの実施態様では、以上に説明した誘導プラズマ装置と ほぼ同様であるが直流で作動する1つのプラズマ発生装置もしくは1群のプラズ マ発生装置を用いている。第1図に示した実施態様との相異点は、誘導プラズマ 装置が、プラズマ発生装置6を流れる交流電流の整流装置15(第3図)を含む ことである。この整流装置は入力が誘導加熱体20巻線の一部分7に接続し出力 がプラズマ発生装置6に接続して次のような直流電流回路を形成する。すなわち 、交流電流の整流装置15の「負」の出力−プラズマ発生装置6−プラズマアー ク8−溶解されつつある金属9−底部電極1〇−交流電流の整流装置15の「正 」の出力、という回路である。In another embodiment of the present invention, the above-described induced plasma device and A plasma generator or group of plasmas that are similar but operate with direct current. A generator is used. The difference with the embodiment shown in FIG. 1 is that the induced plasma The apparatus includes a rectifier 15 (FIG. 3) for the alternating current flowing through the plasma generator 6. That's true. This rectifier has an input connected to a part 7 of the induction heating element 20 winding and an output is connected to the plasma generator 6 to form the following DC current circuit. i.e. , "negative" output of the alternating current rectifier 15 - plasma generator 6 - plasma arc 8 - Metal being melted 9 - Bottom electrode 10 - "Positive" of alternating current rectifier 15 ” output.
交流および直流のいずれでも作動し得るようにするために、この実施B様の誘導 プラズマ装置はスイッチング要素16(第4図)を具備する。スイッチング要素 16は、装入物の溶解過程中にIの位置にあってプラズマ発生装置6を交流電流 の整流装置15の出力に接続し、溶湯の再加熱および/または精錬の過程中に■ の位置にあってプラズマ発生装置6を誘導加熱体2の巻線の一部分7に接続する 。Hの位置にあるときは、交流電流の整流装置15はプラズマ発生装置6がら切 り離されている。In order to be able to operate with both alternating current and direct current, this implementation B-like induction The plasma device comprises a switching element 16 (FIG. 4). switching element 16 is located at position I during the melting process of the charge and supplies the plasma generator 6 with an alternating current. during the process of reheating and/or refining the molten metal. Connect the plasma generator 6 to the part 7 of the winding of the induction heating element 2 at the position . . When in position H, the alternating current rectifier 15 is disconnected from the plasma generator 6. separated.
たとえば、溶解過程を加速するために、プラズマ発生装置6の電圧をその電力を 増加させずに高めたり、プラズマ発生袋W6によって溶湯に付加的なエネルギー を導入したりする必要がある場合には、プラズマ発生装置6の直流回路中に交流 電流の整流装置15と直列に接続された直流電源17(第5図)を、誘導プラズ マ装置に設ける。For example, in order to accelerate the melting process, the voltage of the plasma generator 6 can be changed to its power. Add energy to the molten metal using the plasma generation bag W6. If it is necessary to introduce an AC into the DC circuit of the plasma generator 6, The DC power supply 17 (Fig. 5) connected in series with the current rectifier 15 is connected to an inductive plasma. installed in the master device.
次に誘導プラズマ装置の作動を説明する。Next, the operation of the induced plasma device will be explained.
容器1 (第1図)に、溶解される装入物を装入する。プラズマ発生装置6を誘 導加熱体2の巻線の一部分7と並列に接続する。誘導加熱体2の一部分7の巻線 の数は、プラズマ発生装置6、誘導加熱体2、および交流電源のパラメータに応 じて、実験または計算によって決定される。誘導加熱体/プラズマ発生装置系の 総リアクタンスはキャパシター・バング3の可変キャパシターによって相殺され る。交流電源4のスイッチを入れて、誘導加熱体2によって装入物の加熱を開始 する。オシレータ11のスイッチを入れて、プラズマ発生装置6の電極間にパイ ロットアークを発生させる。この場合、プラズマ形成ガスを予めプラズマ発生装 置6の中に導入しておく。次に、プラズマ発生袋W6の陰極と装入物との間に主 アーク8が発生し、溶解過程が開始する。溶解過程を加速するためには、誘導加 熱体2およびプラズマ発生装置6を同時に作動させて溶解過程を開始させるべき である。この場合、プラズマ・アーク8の高温が装入物の高速溶解を行なうと共 に誘導加熱体2の電磁場が溶解されつつある金属9を強力に撹拌してプラズマ・ アーク8の陽極点での金属の局部的な過剰加熱を防止する。Container 1 (FIG. 1) is charged with the charge to be melted. Inviting plasma generator 6 It is connected in parallel with a portion 7 of the winding of the conductive heating element 2. Winding of part 7 of induction heating body 2 The number depends on the parameters of the plasma generator 6, induction heating element 2, and AC power supply. determined by experiment or calculation. Induction heating element/plasma generator system The total reactance is offset by the variable capacitor in capacitor bang 3. Ru. Turn on the AC power supply 4 and start heating the charge by the induction heating element 2. do. Turn on the oscillator 11 and put a pipe between the electrodes of the plasma generator 6. Generate lot arc. In this case, the plasma-forming gas is supplied to the plasma generator in advance. Introduce it into the storage 6. Next, between the cathode of the plasma generation bag W6 and the charged material, An arc 8 is generated and the melting process begins. To accelerate the dissolution process, inductive The heating element 2 and the plasma generator 6 should be operated simultaneously to start the melting process. It is. In this case, the high temperature of the plasma arc 8 causes fast melting of the charge and The electromagnetic field of the induction heating element 2 strongly stirs the metal 9 that is being melted to create a plasma. This prevents local excessive heating of the metal at the anode point of the arc 8.
装入物の第1の部分が溶は落ちたら、プラズマ発生袋W6のスイッチを切り、装 入物の次の部分を容器1に装入する。Once the first part of the charge has melted down, switch off the plasma generating bag W6 and remove the charge. Charge the next portion of the container into container 1.
装入物の装入過程はプラズマ発生袋W6のスイッチを切らずに行なうこともでき る。次に再び容器1をカバー5で閉じ、バイロフト・アークそして次に主アーク 8を発生させた後、加熱を継続させて装入物全体を溶は落ちさせる。The charge charging process can also be carried out without turning off the plasma generation bag W6. Ru. Then close the vessel 1 again with the cover 5, the viroft arc and then the main arc. After generating 8, heating is continued to melt the entire charge.
溶解過程が完了したら、金属を融点以上に再加熱して、必要ならば精錬を行なう 、そのためには、誘導加熱体2およびプラズマ発生装置6を一緒に作動させるか 、誘導加熱体2のみを作動させる。いずれの場合にも、溶融金属を強力に電磁撹 拌するべきである。Once the melting process is complete, the metal is reheated above its melting point and smelted if necessary. For this purpose, it is necessary to operate the induction heating element 2 and the plasma generator 6 together. , only the induction heating element 2 is operated. In either case, the molten metal is strongly electromagnetically stirred. Should be stirred.
プラズマ発生袋W6の除勢(あるいはプラズマ・アーク8の消火)によって誘導 加熱体2の回路は破られず、誘導加熱体2は正常に作動を4!!続する。Induction by energizing the plasma generation bag W6 (or extinguishing the plasma arc 8) The circuit of the heating element 2 is not broken and the induction heating element 2 operates normally! ! Continue.
スイッチング要素14 (第2図)を用いれば更に別の可能性が付加される。ス イッチング要素12によって、溶解の前に、溶解されている金属の性質および必 要な溶解条件に応じて、誘導加熱体2の必要な数の巻線をプラズマ発生装置6゜ 12に接続することができる。溶解過程中にはこの巻線数は変化させなくてよい 。しかし、スイッチング要素14が存在することによって、溶解過程中にプラズ マ・アーク8.13の長さおよび金属の性質が変化したときに、溶解過程中に巻 線数を変化させることによって誘導加熱体2およびプラズマ発生袋ff6.12 の作動態様を最適化することができる。それによって、効率を最大にして電気エ ネルギーの消費を最小にすることができる。その他の場合には、第2図に示した 誘導プラズマ装置は前記と同様の作動をする。The use of switching element 14 (FIG. 2) adds further possibilities. vinegar The switching element 12 determines the nature and requirements of the metal being melted before melting. Depending on the required melting conditions, the required number of windings of the induction heating body 2 are connected to the plasma generator 6°. 12 can be connected. This number of turns does not need to be changed during the melting process. . However, due to the presence of switching element 14, plasma is generated during the melting process. When the length of the arc 8.13 and the properties of the metal change, the winding occurs during the melting process. By changing the number of wires, the induction heating body 2 and the plasma generation bag ff6.12 The operating mode of the system can be optimized. thereby maximizing efficiency and Energy consumption can be minimized. In other cases, the The induced plasma device operates in the same manner as described above.
第3図の誘導プラズマ装置も同様に作動するが、ただしプラズマ発生装置が直流 で作動することが相異点である。The induced plasma device shown in Figure 3 operates in the same way, except that the plasma generator is The difference is that it operates at
知られているように、直流アークは明確な形状の方向性のある錘体状であり、明 確な「弾性および剛性」を具備するので装入物中の深い「ウェル」を通して急速 に燃焼することができる。したがって、この実施態様においては、プラズマ発生 袋W6から導入される全エネルギーを装入物の加熱のために用いることができ、 しかも溶解容器1の壁を装入物によってプラズマ・アーク8の影響から遮蔽する ことができる。それによってライニングの寿命が大幅に向上する。As is known, a DC arc has a well-defined directional cone shape, and It has a certain “elasticity and stiffness” so that it can be quickly penetrated through deep “wells” in the charge. can be burned. Therefore, in this embodiment, plasma generation All the energy introduced from bag W6 can be used for heating the charge; Moreover, the wall of the melting vessel 1 is shielded from the influence of the plasma arc 8 by the charge. be able to. This significantly increases the life of the lining.
しかし、溶湯の再加熱および精錬の期間中には、直流アークはガスによる金属の 飽和に寄与し金属の品質を悪化させる。However, during the reheating and refining of molten metal, the direct current arc Contributes to saturation and deteriorates metal quality.
更に、この期間中には溶解容器の壁が直接プラズマ・アークの作用を受けるので 、直流アークの放射は交流アークの放射よりも非常に強力なため、ライニングの 寿命を著しく短縮する。熔解の期間中にプラズマ発生装置を交流で作動させると 効果が少ない。それは、交流のプラズマ・アークは形状が不鮮明であり、金属は 「表面」が加熱されるが装入物中の深い「ウェル」中の燃焼は起こらないのでエ ネルギーが装入物によってあまり有効に利用されないからである。Furthermore, during this period, the walls of the melting vessel are directly affected by the plasma arc. , the radiation of a direct current arc is much stronger than that of an alternating current arc, so the lining Significantly shortens lifespan. If the plasma generator is operated with alternating current during the melting period, Less effective. That is, the shape of the alternating current plasma arc is unclear, and the shape of the metal is Although the "surface" is heated, combustion in the deep "wells" in the charge does not occur, so the This is because the energy is not utilized very effectively by the charge.
したがって、溶湯の再加熱および精錬の期間中には、誘導プラズマ装置のプラズ マ発生装置6を交流で作動させて交流アーク8にスラグを付加的にかつ効果的に 加熱させ、スラグによって容器1のライニングを被覆させることが望ましい。Therefore, during the period of reheating and refining of the molten metal, the plasma of the induced plasma device By operating the arc generator 6 with alternating current, slag is additionally and effectively added to the alternating current arc 8. It is desirable to heat the container 1 so that the slag coats the lining of the container 1.
その結果、ガスによる金属の飽和が軽減されて金属9の品質が向上する。したが って、装入物の溶解過程中はスイッチング要素16(第4図)をIの位置に設定 することによってプラズマ発生装置6を直流で作動させ、金属9の再加熱および 精錬の期間中はスイッチング要素16を■の位置に設定することによってプラズ マ発生装置6を誘導加熱体2の巻線の一部分7に直接に接続する。スイッチング 要素16をこの位置に設定して、溶融金属を必要な温度にまで再加熱し、そして もし必要ならば精錬を施す(もちろん、これら以外の技術的な操作も可能である )。精錬は、金属表面上に活性なスラグを形成しまたは適当な合金元素もしくは 精錬元素を溶湯中に導入することによって行なわれる。As a result, the saturation of the metal by the gas is reduced and the quality of the metal 9 is improved. However, Therefore, during the melting process of the charge, the switching element 16 (FIG. 4) is set in position I. By doing so, the plasma generator 6 is operated with direct current, and the metal 9 is reheated and During the refining period, plasma is removed by setting the switching element 16 to position ■. A magnetic generator 6 is connected directly to a portion 7 of the winding of the induction heating body 2 . switching With element 16 set in this position, the molten metal is reheated to the required temperature, and Perform refinement if necessary (of course, other technical operations are also possible) ). Smelting involves the formation of an active slag on the metal surface or the addition of suitable alloying elements or This is done by introducing refining elements into the molten metal.
交流アーク8がスラグを高温に加熱し、この高温によって金属/スラグ系での物 理化学過程の進行が促進されることによって、また誘導加熱体2が溶融金属9を 強力に撹拌しで、金属中に導入された後の元素を容器1の体積全体にわたって均 一に分布させかつ反応生成物を溶湯から除去してスラグ・オフできるようにする ことによって、金属精錬過程を最適条件で行なうことができる。The AC arc 8 heats the slag to a high temperature, and this high temperature causes the metal/slag system to By promoting the progress of the physical and chemical process, the induction heating element 2 also heats the molten metal 9. Stir vigorously to evenly distribute the elements introduced into the metal over the entire volume of container 1. uniform distribution and removal of reaction products from the melt to allow slag-off. This allows the metal refining process to be carried out under optimal conditions.
第5図に示した誘導プラズマ装置は以上に説明した誘導プラズマ装置と同様に作 動する。ただし、プラズマ発生装置6の作動態様を、プラズマ発生装置6の回路 中に付加的な直流電源17が存在することを考慮してスイッチング要素14によ って選択する。The induced plasma device shown in Figure 5 is constructed in the same way as the induced plasma device described above. move. However, the operating mode of the plasma generator 6 may be changed depending on the circuit of the plasma generator 6. by the switching element 14 taking into account the presence of an additional DC power supply 17 in the I choose.
プラズマ発生装置6に負荷される電圧は、交流電流の整流装置15および付加的 な直流電源17の電圧、それぞれU1Σプラズマ発生装置6に設定するために用 い、スイッチング要素14および交流電流の整流装置15によってU、に等しい 電圧をプラズマ発生装置6に負荷する。The voltage applied to the plasma generator 6 is applied to the alternating current rectifier 15 and the additional The voltage of the DC power supply 17 is used to set the voltage of the U1Σ plasma generator 6, respectively. , equal to U by the switching element 14 and the alternating current rectifier 15 A voltage is applied to the plasma generator 6.
溶解過程中の溶融金属9の性質の変化に応するために必要なプラズマ発生装置6 の作動B様の変更は、スイッチング要素14によって電圧’a、の値を調節する ことによって行なうことができる。Plasma generator 6 necessary to respond to changes in the properties of molten metal 9 during the melting process The actuation B-like modification of adjusts the value of the voltage 'a, by the switching element 14 This can be done by
主装置6が自律的なり様で作動できるように選択する。それによって、プラズマ 発生装置6に必要な作動態様の選択が容易になり、エネルギー消費と技術的能力 の観点から見た誘導プラズマ装置の適応性が高められる。たとえば、プラズマ発 生装置6が自律的な態様で作動するときに、必要な金属循環速度は誘導加熱体2 で設定し、同時に、金属加熱の機能はプラズマ発生袋W6で達成することができ る。The main device 6 is selected to be able to operate in an autonomous manner. Thereby, plasma The selection of the required operating mode of the generator 6 is facilitated, reducing energy consumption and technical capabilities. The adaptability of the induced plasma device from the viewpoint of For example, plasma When the heating device 6 operates in an autonomous manner, the required metal circulation rate is and at the same time, the function of metal heating can be achieved with plasma generation bag W6 Ru.
産業上の利用可能性 本発明の誘導プラズマ装置は、冶金および鋳物産業における高品質の鉄および非 鉄合金の溶解および処理を行なうのに適する。Industrial applicability The induced plasma device of the present invention is suitable for high quality ferrous and non-ferrous metals in metallurgical and foundry industries. Suitable for melting and processing iron alloys.
手続補正書(方式) 昭和63年11月10日 特許庁長官 吉 1)文 毅 殿 1、事件の表示 PCT/SU8610 OO4B 2、発明の名称 誘導プラズマ装置 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 4、代理人 住所 〒105東京都港区虎ノ門−丁目8番10号6、補正の対象 (1)明細書の翻訳文 (2)請求の範囲の翻訳文 7、補正の内容 (1)明細書の翻訳文の浄書(内容に変更なし)(2)請求の範囲の翻訳文の浄 書(内容に変更なし)8、添付書類の目録 (1)明細書の翻訳文 1通 (2)請求の範囲の翻訳文 1通Procedural amendment (formality) November 10, 1986 Yoshi, Commissioner of the Patent Office 1) Takeshi Moon 1.Display of the incident PCT/SU8610 OO4B 2. Name of the invention induced plasma device 3. Person who makes corrections Relationship to the incident: Patent applicant 4. Agent Address: 8-10-6 Toranomon-chome, Minato-ku, Tokyo 105, subject to amendment (1) Translation of the specification (2) Translation of the scope of claims 7. Contents of correction (1) An engraving of the translation of the specification (no change in content) (2) An engraving of the translation of the scope of the claims (No change in content) 8. List of attached documents (1) Translation of the specification: 1 copy (2) One translation of the scope of claims
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