JPS5999700A - イオン化可能なガスをア−クバ−ナおよびプラズマバ−ナのプラズマ内に導入する方法およびこの方法を実施するためのプラズマバ−ナ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、場合によっては液体で冷却される電極を備え
たプラズマバーナであって、この電極がイオン化可能な
ガスのアーク内への導入を行う同様に場合によっては液
体で冷却されるノズ内に存在しており、このノズルの狭
隘な噴出口に電極鋭端が突出している様式のアークバー
ナのプラズマ内にイオン化可能なカスを導入するための
方法およびこの方法を実施するだめのプラズマバーナに
関する。

この様式のプラズマバーナは自体公知である。

このプラズマバーナを作動させるにあたって、電極およ
びノズルの堅牢であることが特に重要である。これに伴
う諸種の問題は特にその前提的なものとして、作業が部
分的に２００ｍ１を以上をはるかに越す比較的長いアー
ク長で行われなければならず、またバーナを囲繞してい
る雰囲気が電極を化学的に゛、例えば酸化によって損傷
させるカスを含んでいることにより生じる。このような
困難な事情は例えばプラズマバーナを備えた金属溶融炉
における作業にあって極めてひんばんに起きる。この際
、アークが極めて長いアーク長、例えば７００Ｂ或いは
それ以上のアーク長であっても確実に、即ちアーク裂断
なしに燃焼することがしばしば要請されて来た。

この点でも、またノズル堅牢性の点でもプラズマアーク
の高い安定度が保証されなければならない。即ち、アー
クの形成が不安定であり、かつアークの弦の張りおよび
鋭さの程度が僅かであればあるｔ？Ｅど二次的なアーク
の形成の危険がますます増大し、この二次的アークはノ
ズルの外套に飛散し、燃焼して熔融物質成るいは主アー
クになる。しかし、このような二次アークによってノズ
ルは大抵瞬間的に破壊されてしまう。

酸化トリウム或いは酸化ジルコニウムのような放射物質
の僅かな量を使用してモリブデン。

タンタル或いはタングステンのような高融点の金属から
造られた良く冷却された電極に関する主とした消耗メカ
ニズムは、バーナが電極に対して不活性な雰囲気内で働
くのでなければ、電極の化学的な破壊をうむ。

金属が溶融する際大抵酸化性のカスが発生し、　゛炉室
内にまだ残余空気が存在しているので、この場合の化学
的現象は一般に酸化である。この酸化はもちろんノズル
から流出しかつ電極を囲繞する不活性のプラズマによっ
て多少低減される。

溶融、蒸発、スパッタリング等のような他の消耗要因は
温度が上昇すると共に著しい程度に増大する。したがっ
て特に、流れが極めて強い場合には強い電極冷却を行う
ように気を配らなければならない。

電極を冷却する目的で既に、ドイツ連邦共和国特許第ｔ
４４ｏ５２８号明細書において、電極鋭端内の中央の孔
を介してイオン化可能なガスの一部を供給することが提
案されている。を極は大体円筒形であり、その前端部に
鋭部を備えている。中央におけるガス流によるこの附加
的な冷却によ抄、電極侵蝕は高い流れ強度により低減は
するが、このような構成の場合電極は化学的な侵蝕に対
しては不十分である。更に、この構成は長時間の安定し
たアークの発生を保証しない。このようなバーナは交流
での使用には限界がある。

こう云ったことから本発明の根底をなす課題は、上記の
諸種の欠点を持たず、金属屑熔融炉内において２００ｕ
以上のアーク長での作業における、特に交流もしくは直
流での作業における困難な条件下にあっても高いノズル
寿命および電極寿命を有しているプラズマバーナを造る
ことである。

この課題は、イオン化可能なガスを鋭角でアークバーナ
のプラズマ内に導入することによって解決される。仁の
鋭角はカス流とプラズマ縦軸線によって形成され、６〜
４ｏ０、特に１２°である。

本発明の他の構成により、上記の方法を実施するために
、アーク側面方向に円錐形状に先細りに形成されていて
かつノズルの内側ジャケットで囲繞されている電極を備
えているプラズマバーナが使用される。電極のシャケツ
、トとノズルの内側ジャケットはそれらの円錐形の境界
面とそれらの同心的な配役とにより環状の通路を形成し
、この環状の通路がイオン化可能なカスを鋭角でもって
アーク内に導入する。この目的のため、電極およびノズ
ルの相対している円錐形のジャケット面が少くとも部分
的に、特に電極の鋭端領域において互いに平行に設けら
れており、かつこれらによって形成される環状の通路が
アーク側面方向に先細りに走る形状を有していなければ
ならない。ノズルのアーク側面方向で電極前端から突出
している部分内でノズルの内側ジャケットは円筒形部分
内に移行している。ノズルおよび電極を上記のように構
成することによって、環状通路を通って流出するガスは
、アークの安定性および酸化に対する電極の保護に対し
て決定的な改善をもたらす流れ方向を与えられる。

電極ジャケットの円錐角度は本発明の他の構成により１
２〜６０°であり、ノズルの内側ジャケットの角度は１
２〜８０°である。しかし、それぞれ２４°の円錐角度
を選択される。

他の実施形として電極の平坦に形成されたアーク側面側
の端部が斜面を有しているか、或いは電極が電極鋭端部
の領域内において凹状に或いは凸状に形成されており、
かつ斜面を有しているのが有利である。プラズマバーナ
の大きさもしくはアークの強さに応じて、電極は附加的
にイオン化可能なカスの一部が流過するための一つ或い
は多数の通路を備えている。

ノズルの内側ジャケットには、例えばモリブデン、タン
タル或いはタングステンのような高融点の金属が使用さ
れる。ノズルの前端部分は、鋳込み、溶接、ろうずけ、
押ばめにょシ設けられ、或いは取外し可能な部分として
プラズマバーすもしくは全ノズルとねじにより結合され
ている。

以下に添付図面に図示した実施例につき本発明を詳説す
る。

第１図に図示したプラズマバーナは本質的に、液体で冷
却される電極保持体１に固定されている電極２から成る
。この電極２は前端領域内においてアーク側面側の端部
方向で減少する半径をもって截頭円錐形に形成されてい
る。本質的に平坦に形成された電極のアーク側面側の端
部は円形の斜面３を有している。この領域内において、
電極は凹状に或いは凸状に形成されている。鋭角に形成
されている端部が長い間の使用のうちに円味をおびてく
ることが公知になっているので、もちろん角ばったおよ
び鋭利な形成は行われない。電極２の長さは１０〜２０
１ｍである。短い電極は、アフターバーンが幾分ゆりく
りと行われるにも拘らず時期尚早に交換されなければな
らず、これに反して電極が長過ぎるとアーク側面が加熱
され過ぎ、したがって早期に消耗してしまう。電極２０
円錐角度αは、ノズル９の内側ジャケットが形成する円
錐角度βと同様に２４°である。電極２のジャケット８
はノズル９の内側ジャケット４によって囲繞されている
。したがってその間に環状通路１０が形成され、この環
状通路の境界面は電極鋭端領域内において互いに平行に
走っているか、或いはアーク方向に相互方向に走ってい
る。この環状通路１０の寸法は、流過するイオン化可能
なカスの半径方向での流出速度が冷却状態において３〜
１７ｍ／秒であるように設定されている。

ノズル通路の電極２の前方に存在している出口５はこの
実施例では円筒形であるが、円錐形に形成することも可
能である。

ノズル９と電極２を不発明のように形成することによっ
て、環状間隙を通って流出するガスの方向は、−多数の
実験によって確められたことであるが−アークの安定性
と電極の酸化からの保護が行われるように指向している
。このようにして、交流による作業にあって７００關も
の長い安定して燃焼するアークが得られる。

この場合、１９朋以上の端面側直径を持つ電極において
数時間の作業時間の後でもどんな酸化痕跡も認められな
い。

例えば流れ強さを増大させるために直径もしくは断面の
大きな電極を使用する場合は、イオン化可能なカスの一
部の量を！極内の一つ或いは多数の孔を通して供給する
のが有利である。

イオン化可能なカスの一部の量を電極内の孔を介して単
独で供給することは本発明の課題を解決するには不充分
であることは明瞭であるが、本発明によるカス供給は電
極内の一つ或いは多数の孔を介して行われる附加的な供
給と組合せることによって電極のための有利な保護が達
せられる。

中央にカス供給部を設けない本発明による実施形にあっ
ては、電極はその最少の直径のほぼ−〜−だけノズル通
路の前端部の後方に後退し３ 設けられる。これは例えば直径２０朋では５〜６．５龍
である。この値はもちろん６．５朋を著しく上廻っては
ならない。なぜなら、その際冷却損失がアークの通路内
を通る部分によって太きくなり過ぎ、特にアークがノズ
ルに飛散し、二次アークが形成される危険が生じるから
である。

上記のような電極内の環状通路と孔とによるがス供給の
組合せにより、通路の自由長の電極直一の値に低減され
る。したがって、４０朋以上の電極直径にあっても目指
している利点を達することか可能である。

比較的長い作業時間にあっても環状通路の形状が十分に
保たれるようにするため、ノズルは一般に行われている
のとは異り銅、銅合金或いは鋼から造られるのみならず
、高融点の金属。

特にタングステンから得られる。ノズルの内側ジャケッ
トを形成するこの挿入体は鋳込み、溶接、ろうずけ、押
ばめによって加工されるか、或いは取外し可能な部分と
してプラズマバーナとねじ結合される。

ねじ込まれるタングステンから成る挿入体７を有するノ
ズルの実施例は例えば第２図に図示した。この装置は特
に、摩耗したノズル挿入体が短時間に交換可能でありか
つしたがって全ノズルの代替を必要としないと云う利点
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ中央に電極が設けられて
いるノズルの横断面図。 図中符号は、 ２・・・電極 ４・・・内側ジャケット ８・・・ジャケット ９・・・ノス′ル １０・・・環状通路 代理人江崎光好 代理人江崎光史

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （リ　場合によっては液体で冷却される電極を備えたプ
   ラズマバーナであって、この電極がイオン化可能なカス
   のアーク内への導入を行う同様に場合によっては液体で
   冷却されるノズル内に存在しており、このノズルの狭隘
   な噴出口に電極鋭端が突出している様式のアークバーナ
   のプラズマ内にイオン化可能表ガスを導入するための方
   法において、イオン化可能なガスを鋭角でアークバーナ
   のプラズマバーナ内に導入することを特徴とする、上記
   方法。 （２）　　ガス流とプラズマバーナ縦軸線間に形成され
   る鋭角が６°〜４０°、特悼１２°である、前記特許請
   求の範囲第１項に記載の方法。 （３）　　アーク側面方向で先細りに形成されている電
   極（２）のジャケット（８）とノズル（９）のこの電極
   を囲繞している内側ジャケット（４）が同心的に設けら
   れた少くとも部分的に円錐形の境界面として環状通路（
   １０）を形成しており、この環状通路を通して不活性ガ
   スが鋭角でアーク内に導入されるように構成したことを
   特徴とする、イオン化可能なカスをアークバーナのプラ
   ズマ内に導入するための方法を実施するためのプラズマ
   バーナ。 （４）環状通路（１０）がアーク側面方向に先細りに形
   成されている、前記特許請求の範囲第５項に記載の７ラ
   ズマバーナ。 （５）　　円錐形に形成された電極（２）の円錐角（α
   ）が１２°〜６０°、特に２４°である、前記特許請求
   の範囲第３項或いは第４項に記載のプラズマバーナ。 （６）　　ノズル（９）の内側ジャケット（４）によっ
   て形成される円錐角（β）が１２°〜８０°、特に２４
   ゜である、前記特許請求の範囲第３項或いは第４項に記
   載のプラズマバーナ。 （７）電極（２）の平坦に形成されたアーク側面側の端
   部が斜面（３）を有している、特許請求の範囲第３項か
   ら第５項までのうちのいずれか一つに記載のプラズマバ
   ーナ。 （８）電極（２）のアーク側の端部が凹状および凸状の
   輪郭を有しており、かつ斜面（５）を備えている、特許
   請求の範囲第６項から第５項までのうちのいずれか一つ
   に記載のプラズマバーナ。 （９）ノズル（９）の内側ジャケットが高融点の金属か
   ら成る、前記特許請求の範囲第６項、第４項、第５項或
   いは第８項に記載のプラズマバーナ。 （１０）ノズル前端部分が、鋳込み、溶接、ろう付け、
   押ばめにより加工されているか、或いは取外し可能な部
   分としてノズル（９）とねじ結合によ抄結合されている
   、前記特許請求の範囲第９項に記載のプラズマバーナ。 （１１）電極が附加的にイオン化可能なガスの部分が流
   過するための一つ或いは多数の通路（６）を備えている
   、特許請求の範囲第３項から第１０項までのうちのいず
   れか一つに記載のプラズマバーナ。