JPS593838B2 - ア−ク加熱装置 - Google Patents

ア−ク加熱装置

Info

Publication number
JPS593838B2
JPS593838B2 JP51095026A JP9502676A JPS593838B2 JP S593838 B2 JPS593838 B2 JP S593838B2 JP 51095026 A JP51095026 A JP 51095026A JP 9502676 A JP9502676 A JP 9502676A JP S593838 B2 JPS593838 B2 JP S593838B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
arc
housing
heating device
arc heating
phase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP51095026A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS5220452A (en
Inventor
モーリス・ジエラード・フエイ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CBS Corp
Original Assignee
Westinghouse Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Westinghouse Electric Corp filed Critical Westinghouse Electric Corp
Publication of JPS5220452A publication Critical patent/JPS5220452A/ja
Publication of JPS593838B2 publication Critical patent/JPS593838B2/ja
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21BMANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B5/00Making pig-iron in the blast furnace
    • C21B5/001Injecting additional fuel or reducing agents
    • C21B5/002Heated electrically (plasma)
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21BMANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/12Making spongy iron or liquid steel, by direct processes in electric furnaces
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B4/00Electrothermal treatment of ores or metallurgical products for obtaining metals or alloys
    • C22B4/08Apparatus
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B7/00Heating by electric discharge
    • H05B7/18Heating by arc discharge
    • H05B7/20Direct heating by arc discharge, i.e. where at least one end of the arc directly acts on the material to be heated, including additional resistance heating by arc current flowing through the material to be heated
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/10Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions
    • Y02P10/134Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions by avoiding CO2, e.g. using hydrogen

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Discharge Heating (AREA)
  • Furnace Details (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 15この発明は、卓越した電気的安定性ならびに高エネ
ルギ熱源として充分に許容できる市販品としての性能特
性を有し、しかも酸化、還元または不活性状態下で極め
て多数のガスで動作可能であり商用周波数のAC電源で
作動するアーク加熱装置20に関する。
周知のように自己安定型のアーク加熱装置は、電力波形
ならびに作用ガスのエンタルピー準位が正弦波である単
相デバイスである。
変動するエンタルピー準位もしくはレベルは、例えば軽
量の炭25化水素からのアセチレン製造および元素状態
の窒素と酸素からの窒素分決定のようなガス反応におい
て急冷現象を幇助するものと考えられる。このことは直
流電力で動作する他の報告されている定エンタルピ・プ
ラズマ装置と比較した場合に、測1 定された固有エネ
ルギ要件が低いことからも明らかである。例えば、交流
アーク加熱プラントにおけるエネルギ要件は、メタンか
ら造られるアセチレン1ボンド当り3.7KW時という
程に低いのに対して、直流アーク加熱プラントではアセ
チレン351ボンド当り約4.7KW時のエネルギが必
要であるという報告がある。単相のアーク加熱器は、ガ
ス反応に対しては有利であるが固体の加熱には欠点があ
る。
というのは、電力波形の下側の部分に対応する期間中に
固体粒子がアーク加熱器からの流出流れに注入された場
合に、固体粒子が冷たいガス層に捕捉されてしまい、所
望の作用温度まで加熱されなくなるからである。動作条
件が適切に制御されない場合にこのような現象が起り得
る1つの例として、米国特許第3765870号明細書
に開示されているような鉱石の還元におけるアーク加熱
されたガスと流れの中に注入される粉末鉱石との間の高
温化学反応を挙げることができる。本発明による高エネ
ルギ熱源として使用されるアーク加熱装置は、充満室を
形成するハウジングと、該ハウジングに取付けられてほ
ぼ半径方向に延びる複数個のアーク加熱器とを備え、そ
してアーク加熱器の各々は・・ウジングに隣接する下流
側の電極、該電極から離間した上流側の電極訃よびこれ
らの電極間の介在ギヤツプを有しており、さらに各相毎
に1つの導体と中性導体を有する多相のY接続された電
力系を備え、各アーク加熱器の上流側の電極はそれぞれ
上記相導体の1つに接続され、下流側の電極は中性導体
に接続され、そしてアーク加熱器からのアーク加熱され
たジニット流は上記・・ウジング内に合流して流入する
ようになつている。
好ましい実施形態として、複数個のアーク加熱器をハウ
ジングの周辺にほぼ半径方向に延びるようにして取付け
、各アーク加熱器に・・ウジングに隣接する下流側電極
と、それから離間した下流側電極と、これら両電極間の
介在ギヤツプとを設け、そして多相のY接続された電力
系は各相毎に1つの導体と中性の導体とを有し、各アー
ク加熱器の上流側および下流側電極の1つをそれぞれ相
導体の1つに接続し、他の電極は中団導体に接続して、
それによりアーク加熱されたジニット流がアーク加熱器
から・・ウジング内に侵入するようにした構成が提案さ
れる。
本発明の装置の利点は、使用者の配電系に均合いのとれ
た負荷が与えられ、電力変動ならびにそれによるガス・
エネルギ変動およびガス速度・圧力変動を受けず、単相
装置を凌駕する容量を有し、充満室の中心線に沿つて軸
方向に注入することにより粉末固体の改善された混合が
達成され、さらに充満室の周辺に接線方向にアーク加熱
器を配置することによつて該室内に渦流を発生できる点
に見られる。
以下、添附図面を参照し本発明の具体例について詳述す
る。
第1図において、多相アーク加熱装置5は、・・ウジン
グ7と、3個のアーク加熱器9と反応器11とを有して
いる。
・・ウジング7は充満室13を形成する円筒形の部材で
あつて二重壁15,17構造を有し、これら壁間には冷
却水用の隔室19が形成されている。
ハウジング7の上端は入口21を有し、この入口を介し
て固体粒状材料23を室13内に導入することができる
。例えば、アーク加熱装置を鉱石の元素金属への還元、
例えばFe2O3を鉄に還元するのに使用する場合には
、固体粒状材料23は鉄鉱石を含んでいる。ハウジング
7の下端は開いておつて反応器11の内部に連通してい
る。な}、3個のアーク加熱器9が設けられるものとし
ているが、2個または2個以上のアーク加熱器を用いて
も本発明の目的に叶うものであることは理解されるべき
である。
アーク加熱器9の構造および動作は米国特許第3705
975号明細書に開示されているものに類似する。各ア
ーク加熱器は約3500KWまでの電力レベルまたは三
相プラントの場合には10000KWまでの電力レベル
が可能な単相の自己安定化AC(交流)デバイスである
。各アーク加熱器9は、約4KVの商用周波数の電力を
受容できるように約1j1のギヤツプを有する2つの環
状の銅電極25,27を備えている。ギヤツプ29には
火花が生じ、そして流入する送りガス31は直ちに火花
をギャツプからアーク室33の内部に吹込む。アーク室
33は整列された電極25,27によつて形成される。
矢印35は吹込み方向を指す。斯くして伸長されたアー
ク31は、アーク電流(数千アンペア)と内部に取付け
られた界磁コイル37,39により発生される直流磁場
との相互作用によつて、毎秒約1000回転の速さで回
転せしめられる。このように高い速度によつて、この型
の装置の運転効率は非常に高くなる。メタンに用いる場
合に約15000BTUまでの範囲の出側エンタルピが
、アーク加熱室33の出口端で良好な熱効率で容易に得
られる。具体的に述べると、ガス31はアーク室に流入
する際に充満室13に向い下流側に運動する。第2図に
おいて、アーク31は充満室13内に延び、他のアーク
加熱器9の対応のアーク31に合流しており、それによ
り各アーク31の下流側の端は下流側の電極27を飛び
越えて他のアーク31の1つを介し回路を閉結する場合
がある。
以上、Y接続された自己安定性のアーク加熱器が3個用
いられて1つの共通の充満室に放電し、この室内でアー
クが互いに衝突してそれにより3つの土流側の電極25
間に延びる三相アークが形成される三相アーク加熱装置
を開示した。第2図には三重のアーク現象を生ぜしめる
電気回路が示してある。
第2図に訃いて、Y接続された電力系は、47で示すよ
うに接続し合わされた巻線41,43,45の始端を有
しており、他端はそれぞれ相導体49,51,53によ
つて各アーク加熱器9の上流側電極25に接続されてい
る。接地中性導体55は接続点47から・・ウジングに
延び、一方該ハウジングは各アーク加熱器9の下流側電
極に接続されている。通例のように、各巻線41,43
,45は交流電源からの1次巻線を有する電力変成器の
2次巻線である。上から明らかなように、交流サイクル
の1つの位相に対して、電流はコイル41,導体49、
限流リアクトル61、上流側の電極25sアーク31お
よび隣接のアーク加熱器9の上流側電極25ならびに導
体53、限流リアクトル63およびコイル43を通つて
流れる。
サイクルの次の位相に対しては、別の対のアーク加熱器
9の組合せが用いられ、このようにしてアーク31は3
つの上流側電極25のうちの2つの電極の間で間欠的に
発弧し、第2図に示すようにアーク室13を通る。コン
デンサ67,69および71は力率補正に用いられてい
る。動作において、固体粒状物質23が充満室13に流
入すると、この物質は、酸化、還元または不活性の適当
なガス雰囲気が存在する幾つかのアーク31の合流部5
7を通つて落下し、それにより物質もしくは材料23は
化学的または物理的にその形態を変えて、充満室13を
通り反応器5に落下し、そこで集められて終局的には出
口59から取出される。
第1図および第2図に示す三相アーク加熱装置5は所望
のように特定の反応を支持する高エネルギ熱源として使
用できることが判明した。
反応は導入される固体粒状材料23の種類ならびに各ア
ーク加熱器9のギヤツプ29を介して導入される反応に
必要な特定のガスにより左右される。例えば、アーク加
熱装置5は、メタン(CH4)のような還元ガスをアー
ク加熱器に導入することにより鉄鉱石(Fe2O3)を
還元して、元素鉄を反応器5の底部に収集するのに使用
することができる。アーク加熱装置5を使用できる別の
例として、ギヤツプ20を介し不活性ガスを導入しつつ
固体粒状物質として磁鉄鉱(Fe3O4)を装入する例
が挙げられる。この場合には、アーク加熱器は充満室1
3内で磁鉄鉱粒子を融解し、そして溶融した滴は球状に
なつて反応器5内に落ちてその底部で収集される。第3
図はアーク加熱装置5の別の具体例を示す。
同図中、同じ参照数字は類似の要素を指すものとする。
第3図の具体例は、第1図のアーク加熱器9と類似の仕
方でほぼ半径方向に延在するアーク加熱器61が数個設
けられている点で第2図の具体例と異なつている。また
、アーク加熱器61は、直立のアーク加熱装置5の垂直
軸線に対して30゜の角度をなすが如く、ハウジング7
から上方に向い傾斜している。このように角度を以つて
アーク加熱器61を設けることに由る利点は、幾つかの
アーク31の中央合流部またはジニット流57が反応器
11内へと下向きに一層深く延び、それにより一層長時
間に亘つて材料23がアーク・ジニットの合流部に曝さ
れる点にある。本発明による多相アーク加熱装置の利点
は、僅か3つの電極で発弧が生じ、それにより電極の取
換え時間および費用が減少し、被処理材料に対して高い
熱伝導比が得られさらに幾つかのアークの衝突または合
流領域を材料が通される点にある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による三相型式のアーク加熱装置の1具
体例を1部切欠きして示す斜視図、第2図は電源を示す
水平断面略図、そして第3図は三相アーク加熱装置の別
の具体例を示す垂直断面図である。 5・・・・・・多相アーク加熱装置、7・・・・・・ハ
ウジング、9・・・・・・アーク加熱器、11・・・・
・・反応器、13・・・・・・充満室、23・・・・・
・秘処理材料、25,27・・・・・・電極、29・・
・・・・ギヤツプ、37v・39・・・・・・界磁コイ
・・・・反応器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 高エネルギ熱源として使用されるアーク加熱装置に
    おいて、充満室を形成するハウジングと、該ハウジング
    に取付けられて実質的に半径方向に延びる複数個のアー
    ク加熱器とを備え、前記アーク加熱器の各々は前記ハウ
    ジングに隣接する下流側の電極、該電極から離れた上流
    側の電極およびこれら電極間の介在ギャップを有してお
    り、さらに各相毎に1つの導体と中性導体を有する多相
    のY接続された電力系を備え、前記各アーク加熱器の上
    流側の電極はそれぞれ前記相導体の1つに接続され、下
    流側の電極は前記中性導体に接続され、そして前記アー
    ク加熱器からのアーク加熱されたジェット流は合流して
    前記ハウジング内に流入することを特徴とするアーク加
    熱装置。 2 前記電力系が三相である特許請求の範囲第1項に記
    載のアーク加熱装置。 3 三相アークが3つの個々のアーク加熱流の合流点を
    通される特許請求の範囲第2項に記載のアーク加熱装置
    。 4 前記ハウジングが中性導体に接続されている特許請
    求の範囲第1項ないし第3項のいずれかに記載のアーク
    加熱装置。 5 各アーク加熱器の軸線が前記ハウジングの軸線に対
    して鋭角をなす特許請求の範囲第1項ないし第4項のい
    ずれかに記載のアーク加熱装置。 6 前記ハウジングの軸線が垂直である特許請求の範囲
    第5項に記載のアーク加熱装置。 7 前記アーク加熱器の軸線がハウジングから傾斜して
    いる特許請求の範囲第1項ないし第5項に記載のアーク
    加熱装置。
JP51095026A 1975-08-11 1976-08-11 ア−ク加熱装置 Expired JPS593838B2 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US05/603,579 US4013867A (en) 1975-08-11 1975-08-11 Polyphase arc heater system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5220452A JPS5220452A (en) 1977-02-16
JPS593838B2 true JPS593838B2 (ja) 1984-01-26

Family

ID=24416043

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP51095026A Expired JPS593838B2 (ja) 1975-08-11 1976-08-11 ア−ク加熱装置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US4013867A (ja)
JP (1) JPS593838B2 (ja)
CA (1) CA1060107A (ja)
DE (1) DE2634615A1 (ja)
FR (1) FR2321226A1 (ja)
GB (1) GB1559878A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210117252A (ko) 2019-01-22 2021-09-28 후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤 구리 합금 판재 및 그 제조 방법

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4145403A (en) * 1977-09-29 1979-03-20 Fey Maurice G Arc heater method for producing metal oxides
US4247732A (en) * 1979-08-21 1981-01-27 Westinghouse Electric Corp. Method and apparatus for electrically firing an iron blast furnace
SE451756B (sv) * 1984-10-19 1987-10-26 Skf Steel Eng Ab Plasmageneratorinstallation i schaktugn
JPH0622719B2 (ja) * 1985-05-13 1994-03-30 小野田セメント株式会社 複ト−チ型プラズマ溶射方法及びその装置
US4630924A (en) * 1985-07-29 1986-12-23 The Dow Chemical Company Conical DC plasma emission source
SE462070B (sv) * 1986-08-11 1990-04-30 Skf Steel Eng Ab Saett att kontinuerligt oeverhetta stora gasfloeden
WO1992012273A1 (en) * 1990-12-26 1992-07-23 Inzhenerny Tsentr ''plazmodinamika'' Method and device for plasma processing of material
US5801489A (en) * 1996-02-07 1998-09-01 Paul E. Chism, Jr. Three-phase alternating current plasma generator
US5767627A (en) * 1997-01-09 1998-06-16 Trusi Technologies, Llc Plasma generation and plasma processing of materials
US6781087B1 (en) 2000-01-18 2004-08-24 Scientific Utilization, Inc. Three-phase plasma generator having adjustable electrodes
US7232975B2 (en) * 2003-12-02 2007-06-19 Battelle Energy Alliance, Llc Plasma generators, reactor systems and related methods
US7135653B2 (en) * 2003-12-09 2006-11-14 Rutberg Alexander P Multi-phase alternating current plasma generator
US7741577B2 (en) * 2006-03-28 2010-06-22 Battelle Energy Alliance, Llc Modular hybrid plasma reactor and related systems and methods
US7411353B1 (en) * 2007-05-11 2008-08-12 Rutberg Alexander P Alternating current multi-phase plasma gas generator with annular electrodes
US8536481B2 (en) 2008-01-28 2013-09-17 Battelle Energy Alliance, Llc Electrode assemblies, plasma apparatuses and systems including electrode assemblies, and methods for generating plasma
US10208263B2 (en) 2015-08-27 2019-02-19 Cogent Energy Systems, Inc. Modular hybrid plasma gasifier for use in converting combustible material to synthesis gas
US10926238B2 (en) 2018-05-03 2021-02-23 Cogent Energy Systems, Inc. Electrode assembly for use in a plasma gasifier that converts combustible material to synthesis gas

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1230937B (de) * 1955-07-26 1966-12-22 Union Carbide Corp Verfahren zum Schmelzen von reaktiven, mindestens bei erhoehter Temperatur elektrisch leitenden Stoffen
AT231020B (de) * 1961-10-09 1964-01-10 Oesterr Studien Atomenergie Vorrichtung zur Herstellung kugelförmiger Teilchen
FR1396484A (fr) * 1964-03-12 1965-04-23 Siderurgie Fse Inst Rech Perfectionnements aux fours de fusion à arc
US3389189A (en) * 1965-04-06 1968-06-18 Westinghouse Electric Corp Method and equipment for the pyrolysis and synthesis of hydrocarbons and other gasesand arc heater apparatus for use therein
US3422206A (en) * 1965-04-07 1969-01-14 Union Carbide Corp Method and apparatus for melting metal in an electric furnace
BE721912A (ja) * 1968-10-07 1969-03-14
CA919529A (en) * 1969-03-19 1973-01-23 R. P. J. F. M. C. Schoumaker Henry Installation de plasma
GB1317919A (en) * 1969-11-14 1973-05-23 Humphreys Corp High temperature method for treating materials
US3705975A (en) * 1970-03-02 1972-12-12 Westinghouse Electric Corp Self-stabilizing arc heater apparatus
US3770935A (en) * 1970-12-25 1973-11-06 Rikagaku Kenkyusho Plasma jet generator
US3765870A (en) * 1971-12-15 1973-10-16 Westinghouse Electric Corp Method of direct ore reduction using a short cap arc heater
LU74464A1 (ja) * 1975-05-20 1976-09-01
BE829239R (fr) * 1975-05-20 1975-09-15 Installation pour l'obtention d'un plasma a haute temperature

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210117252A (ko) 2019-01-22 2021-09-28 후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤 구리 합금 판재 및 그 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
GB1559878A (en) 1980-01-30
US4013867A (en) 1977-03-22
FR2321226A1 (fr) 1977-03-11
JPS5220452A (en) 1977-02-16
DE2634615A1 (de) 1977-02-24
CA1060107A (en) 1979-08-07
FR2321226B1 (ja) 1981-06-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPS593838B2 (ja) ア−ク加熱装置
CA1059946A (en) Process for converting naturally occurring hydrocarbon fuels into gaseous products by an arc heater
US3344051A (en) Method for the production of carbon black in a high intensity arc
US20060266637A1 (en) Plasma reactor for the production of hydrogen-rich gas
US8361401B2 (en) Vortex reactor and method of using it
EP4126757A1 (en) Hydrogen production and carbon sequestration via cracking of hydrocarbons in a heated and fluidized bed
SA96170380B1 (ar) المعالجة الحرارية لمواد كربونية
US3765870A (en) Method of direct ore reduction using a short cap arc heater
US3764272A (en) Apparatus for producing fine powder by plasma sublimation
US4146389A (en) Thermal reduction process of aluminium
CA1147964A (en) Process for reducing spent gas generated in the production of sponge iron
US4219726A (en) Arc heater construction with total alternating current usage
RU2349545C2 (ru) Установка для получения технического углерода и водорода
US3232746A (en) Method for reduction of metal oxide
US4042802A (en) Three-phase arc heater
JP2001158887A (ja) 合成天然ガス製造法およびその装置
US4247732A (en) Method and apparatus for electrically firing an iron blast furnace
JP2004501752A (ja) プラズマ化学リアクター
CN105561903A (zh) 一种电弧加热煤粉制乙炔反应器
Fey et al. Magnetite Spheroidization Using an Alternating Current Arc Heater.
RU2803529C1 (ru) Способ получения водорода и технического углерода из природного газа
US20240359976A1 (en) Device and method for plasma-induced decomposition of alkanes, in particular methane, into carbon and hydrogen
US2768947A (en) Gas phase arc conversion
Lawton Technological uses of low temperature plasmas
CA1107078A (en) Thermal reduction process of aluminum