JPS5916197B2 - プラズマ溶解炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はプラズマ溶解炉、詳しくは炉体と、炉ぶたと、
炉体の底部を貫通する１個又はそれ以上の電極と、炉壁
又は炉ぶたを貫通し、底部に向って傾斜するように設置
された少なくとも３本のプラズマバーナとを備えたプラ
ズマ溶解炉に関するものである。

この種のプラズマ溶解炉は、例えば米国特許第３４２２
２０６号明細書にて知られており、これにはプラズマバ
ーナなほぼ円筒状の炉壁に設置した溶解炉が記載されて
いる。

電圧の印加後、線状輻射体として形成されるダイレクト
アークプラズマは、バーナの軸方向には輻射しない。

上方から１回ごとに装入された材料＋−３炉の中に円錐
形の山のように堆積するが、この材料がバーナの上にた
まると短絡をひき起こすので材料がバーナ上にたまらな
いようにしなければならなヘアークプラズマから溶解原
料への熱伝達は上方から行なわれる。

しかし、この方向への伝熱は少ないためこのような炉で
は、溶解性能が低い。

さらに、旋回した電気アークな作り出すために、環状陰
極を有するプラズマバーナが米国特許第４２７５２８７
号明細書にて知られており、これには炉天井板を貫通し
たバーナの中央口を介して、例えばスラグ形成手段がイ
ナートガスによって運ばれるようになっている。

この場合には、固形物を添加することによってアークプ
ラズマがかき乱されるという欠点を有する。

公知のプラズマ溶解炉では、小形の海綿状鉄や軽量スク
ラップあるいはこれらと同等な材料を、連続的にかつ高
効率で溶解すること、すなわち高い溶解性能と低エネル
ギー消費率を同時に達成することは不可能である。

目の詰った鉄に比べて、海綿状鉄は熱伝導性が低く、は
とんど絶縁体とみなされている。

そのため、溶解金属の浴の中では溶けにくく、ときには
スラグによって覆われて過熱され、その結果、爆発に似
た加熱障害が起こることもある。

本発明は上述の欠点や困難性を解消すべくなされたもの
で、小形な海綿状鉄や軽量スクラップまたはこれらと同
等な金属あるいは非金属材料な連続的に装入でき、同時
に溶解原料への熱伝達性と効率とな改善したプラズマ溶
解炉な提供することを目的とする。

前記目的は冒頭に定義した一類のプラズマ溶解炉を用い
て達成される。

すなわち、軽量スクラップや海綿状鉄のような小形の材
料な連続的に溶解するために、装入口が炉ぶたに設けら
れている。

この装入口の鉛直軸は、２つの隣り合うプラズマバーナ
の軸の正射影の対称軸を通る面内にあり、同時に各バー
ナ軸の正射影に対して直角な２つの鉛直面の間に位置し
ている。

そして、前記２つの鉛直面の１つは溶湯上へのダイレク
トプラズマジェットの衝突点を通り、他の１つは前記一
方の鉛直面と平行で、バーナの出口から衝突点までのプ
ラズマジェットの投影の長さの１／３だけ前記一方の鉛
直面から離れた位置にあり、かつ前記プラズマジェット
の投影上の点な通っている。

実質的に球状の海綿状鉄片や小形材料は、その表面が自
由落下の間に２本の隣り合うバーナのダイレクトアーク
プラズマの熱放射な受は易くなるように、本発明によっ
て設けられた装入口を介して金属浴に供給される。

２本の隣り合うプラズマバーナの放熱範囲が相変わる帯
域内を落下する間に、固形材料の予熱が起こり、かつそ
の部分的な溶解も起こる。

約２００００にのダイレクトアークプラズマの高温中で
は、あらゆる自由落下物への熱伝達は非常に強くなる。

この種の熱伝達は、海綿状鉄や多孔性の鉄キャリアーを
溶解する場合に特に効果的である。

炉ぶたば、金属浴への熱放射の良好な反射と集中とを得
るため、半球状に形成した方がよい。

これによって、内張り用のレンガの消費量も低減される
。

好ましくは、炉ぶたば２部分からなり、その上部は下部
と分離可能に結合され、プラズマバーナは炉ぶたの下部
を摺動自在に貫通している。

上記のようなプラズマ溶解炉の場合には、装入口な炉ぶ
たの上部に設けた方がよい。

本発明の好ましい実施例によれば、炉ぶたの上部は炉内
ガスを排出するために、開口と連結管とを有している。

さらに、本発明のプラズマ溶解炉において、装入口の上
方に供給管が設置される場合には、この管は振動搬送手
段によって小形な材料を装入でき、かつその軸が装入口
の鉛直軸と一列に配列されているものが特に好ましい。

以下、本発明の一実施例な添付図面に従って詳細に説明
する。

第１図において、１はプラズマ溶解炉な示す。

このプラズマ溶解炉は、溶湯３を収各する炉体２シ備え
ている。

炉体２の底部４貫通して、電極４が溶湯３中に突入して
いる。

この炉の炉ぶた５はほぼ球面形状をしている。

図示の実施例では、炉ぶた５は２部分で組み立てられた
もので、下部６は炉体２上に着脱可能に結合され、この
下部は炉体２の底部および浴面７に対し鋭角的に傾斜し
、かつ支持構造体９上に軸方向に移動可能に取付けられ
た４本のプラズマバーナ８を備えている。

そして、炉ぶたの上部１０は、炉ぶた５の下部６と分離
可能に連結され、かつプラズマ・電気アーク炉で使用さ
れている上昇旋回手段（図示せず）によって上昇可能と
なっている。

材料装入後、プラズマバーナ８は点火され、装入された
材料は溶解される。

十分な量の溶解金属が形成された後、小形な海綿状鉄お
よび／または軽量スクラップの連続的供給が開始される
。

溶解中に形成される炉内ガスは、炉ぶたの上部１０に設
けられた開口および連結管１１を介して排出される。

この連結管１１は排気管に連結されている。装入口１２
は溶解しにくいように内張りされており、そのライニン
グはじょうご状に炉の外面側が広がったもの、もしくは
装入口１２と同一径の水冷被覆管を貫通させたもの、さ
らにはこの被覆管はじょうご状に広がった形状のものが
好ましへ図示した実施例では、４個の装入口１２が上部
１０に設けられている。

これら装入口は供給管１３と合致しており、一方この供
給管は振動搬送シュート１４の開口（図示せず）の下方
に配置されている。

溶解材料はこのシュートを通って搬送され、その搬送方
向は矢印１５で示されている。

プラズマ溶解炉は、それ自体公知の方法で、可動ビーム
１６とこれに付属する走路１７上に傾動可能に設置され
ている。

さらに、この溶解炉は溶湯あるいは必要であればスラグ
形成材するための開口（図示せず）を備えている。

第２図において、１８はプラズマ溶解炉１の円筒形炉体
２の内壁面を示す。

ダイレクトアークプラズマ（プラズマジェット）１９は
、プラズマ溶解炉の鉛直軸に対して対称的に配置された
４本のプラズマバーナ８から噴射される。

一点鎖線２０は、複数のダイレクトプラズマジェットの
うちの１つのジェットの溶湯上の衝突点を通って、プラ
ズマジェットの投影に対して直角に描かれている。

長さしはバーナ８の出口から衝突点までのプラズマジェ
ット１９の投影の長さである。

第２の線２１はプラズマジェットの投影上の点を通り線
２０から距離Ｌ／３だけ離れて線２０に平行に描かれて
いる。

線２０と２１とは２つの鉛直面の投影を示している。

上述の衝突点は光学的方法で簡単に決定することができ
る。

４本のダイレクトアークプラズマ１９のうちの２本によ
る熱放射の範囲線２２が破線で記入されており、熱放射
の波及方向が示されている。

これから明らかなように、２本の隣り合うバーナ８のプ
ラズマジェットの放熱範囲が和文わる帯域２３が存在す
る。

この帯域は斜線で示されている。

装入口の鉛直軸を配置するために本発明によって選ばれ
た領域は、２本の隣り合うプラズマバーナ８の軸の正射
影の対称軸２４を通る面内にあり、かつ線２０と２１と
を通る２つの鉛直面の間に位置する。

装入口を介して落下する材料は集中した熱放射帯域に達
し、その帯域の１つは２３で示されている。

本発明にかかるプラズマ溶解炉の炉ぶた５あるいはその
上部１０を通して設けられる装入口の好ましい位置は、
１２′で示されている。

ダイレクトアークプラズマは、供給された材料によって
かき乱されることはない。

本発明にかかるプラズマ溶解炉を用いれば、いかなるバ
ーナであっても連続的操業が可能である。

合金元素および／または石灰やほたる石などのスラグ形
成材を装入口１２から連続的にあるいは不連続的に装入
できることは言うまでもない。

バーナの本数は溶解される材料の種類やプラズマ溶解炉
の容量により増減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかるプラズマ溶解炉の縦断面図、第
２図は種々の構造上の詳細部分を省略し、４本のプラズ
マバーナのうちの２本の隣り合うダイレクトアークプラ
ズマの熱放射範囲と４個の装入口の位置とを図示した溶
湯面におけるプラズマ溶解炉の概略拡大横断面図である
。 １・・・・・・プラズマ溶解炉、２・・・・・・炉体、
３・・・・・・溶湯、４・・・・・・電極、５・・・・
・・炉ぶた、６・・・・・・下部、８・・・：・・プラ
ズマバーナ、１０・・・・・・上部、１１・・・・・・
連結管、１２・・・・・・装入口、１３・・・・・・供
給管、１４・・・・・・振動搬送手段、１９・・・・・
・ダイレクトプラズマジェット、２０ ．２１・・・・
・・鉛直面、２４・・・・・・面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炉体２と、炉ぶた５と、炉体２の底部を貫通する１
   個又はそれ以上の電極４と、炉壁又は炉ぶた５な貫通し
   、底部に向って傾斜するように設置された少なくとも３
   本のプラズマバーナ８と炉内ガスな排出するガス排出手
   段とからなり、軽量スクラップや海綿状鉄のような小形
   の材料を連続的に溶解させるために、炉ぶた５に装入口
   １２が設けられ、該装入口１２０鉛直軸は、２つの隣り
   合うプラズマバーナ８の軸の正射影の対称軸を通る面２
   ４内にあり、かつ各バーナ軸の正射影に対して直角な２
   つの鉛直面２０．２１の間に位置し、前記２つの鉛直面
   の一方２０は溶湯３上のダイレクトプラズマジェット１
   ９の衝突点を通り、他方の鉛直面２１は前記一方の鉛直
   面２０と平行で、バーナの出口から衝突点までのダイレ
   クトプラズマジェットの投影の長さの１／３だけ前記一
   方の鉛直面２０から離れた位置にあり、かつ、前記プラ
   ズマジェットの投影上の点を通ることを特徴とするプラ
   ズマ溶解炉。 ２ 前記炉ぶた５はほぼ半球形状であること？特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のプラズマ溶解炉。 ３ 前記炉ぶた５は２部分から構成され、その上部１０
   は下部６と取外し可能に連結されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項又は第２項記載のプラズマ溶解
   炉。 ４ 前記装入口１２は炉ぶた５の上部１０に設けられて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載のプラ
   ズマ溶解炉。 ５ 前記ガス排出手段が炉ぶた５の上部１０に配設され
   た炉内ガスを排出するための開口と連結管１１とからな
   る特許請求の範囲第３項又は第４項記載のプラズマ溶解
   炉。