JPS6338536A - プラズマア−ク加熱方法および装置 - Google Patents

プラズマア−ク加熱方法および装置

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JPS6338536A
JPS6338536A JP62189977A JP18997787A JPS6338536A JP S6338536 A JPS6338536 A JP S6338536A JP 62189977 A JP62189977 A JP 62189977A JP 18997787 A JP18997787 A JP 18997787A JP S6338536 A JPS6338536 A JP S6338536A
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は溶融金属の加熱、特にこの溶融金属の汚染を減
少するプラズマアーク加熱方法および装置に関するもの
である。
（従来の技術） プラズマアークにより溶融金属を加熱するよう高電圧プ
ラズマアークを発生させる方法および装置は既知である
。この種の従来の装置においては、溶融材料を収容する
炉床と、溶融材料を加熱するよう炉床の上方に取付けた
プラズマアークトーチとを設ける。アーク発生回路はプ
ラズマトーチのための電源と、炉床に取付けた外部電極
とを有し、回路が動作するとき、溶融金属に向ってアー
クを発生させるプラズマトーチに電源から電流が流れる
。アークからの電流は次に溶融金属を経て電源に接続し
た外部電場に流れ、これにより回路が閉成する。このよ
うな方法および装置は溶融金属の加熱および溶融を迅速
かつ効率的に行うという利点がある。米国特許第３７４
９８０３号および第　３７７９１８２号はほぼこの種の
プラズマアーク加熱装置：こ関する。
（発明が解決しようとする問題点） しかし、このような従来の方法および装置：こおいては
、場合によって炉により生ずる溶融材料が外部電極によ
りしばしば汚染されるという深刻な欠点がある。外部電
極の一方の極は電源に接続し、他方の極は溶融金属に接
触させ、加熱作業の全体にわたり溶融金属との接触を維
持している。このような外部電極は、一般的にグラファ
イト即ち炭素で構成されており、従って回路が動作する
とき大電流が電極に流れ、この電流と熱が電極内の炭素
を分解するよう作用し、この結果電極が劣化する。回路
を維持し、溶融金属が溶融すると、電極は劣化し続け、
劣化により生じた遊離炭素は溶融した材料を汚染する。
このような汚染は溶融した材料の質および有用性を低下
させ、従ってプラズマトーチ炉を適用する用途を制限す
ることになる。
従って本発明の目的は、プラズマトーチにより溶融金属
を加熱する従来の方法および装置の欠点を解決し、外部
電極による汚染を効果的に回避することができるプラズ
マアーク加熱方法および装置を得るにある。
（問題点を解決するための手段） この目的を達成するため、本発明によるプラズマアーク
加熱方法および装置は、溶融金属を収容する炉床を有す
る炉室と、それぞれ後部電極を有する１対のプラズマト
ーチとを具える。双方のプラズマトーチはアークが炉床
における溶融金属に指向するよう位置決めする。外部電
極は炉室に取付け、溶融金属と接触する位置と溶融金属
との接触から後退する位置との間に移動自在にする。第
１直流電源装置を炉室の外部に取付け、この第１電源装
冒の陽極を一方のプラズマトーチの後部電極に接続し、
第１電源の陰極を外部電極に接続して一方のプラズマト
ーチおよび外部電極に接続する。更に第２直流電源装置
を炉室の外部に取付け、この第２電源装置の陰極を他方
のプラズマトーチの後部電極に接続し、第２電源装置の
陽極を外部電極に接続して他方のプラズマトーチおよび
外部電極に接続する。
それぞれ、電源装置を動作させるとき、プラズマトーチ
、電源装置、溶融金属および外部電極を含む２つの直列
回路は特性が逆になる。
本発明方法および装置によれば、双方の回路から外部電
極を取外し、これにより双方のプラズマトーチ、双方の
電源装置および溶融金属を含む単独の回路を生ずる。
（作　用） この構成によれば、２個のプラズマトーチおよび２個の
直流電源と共通の外部電極を利用し、プラズマトーチ、
溶融金属、外部電極、電源を含む、極性が逆の２個のア
ーク発生回路を閉成した直後に共通の外部電極を溶融金
属との接触から後退させることにより単独の動作回路を
生ずることができ、この後外部電極をアーク発生回路か
ら取外すことができる。
これにより汚染を生ずる恐れのある電極劣化の機会をほ
ぼ排除することができる。更に、外部電極の劣化度が低
いためこの電極の交換頻度が減少するという効果も得ら
れる。
（実施例） 次に図面につき、本発明の好適な実施例を説明する。
第１．２および３図に示すように、本発明による方法お
よび装置には溶融金属１５を収容する炉床をなす取鍋１
２を有する炉室１０を設ける。この炉室は、内張した非
溶解性材料により構成した底壁および側壁により形成し
、炉床に配置した特定の金属材料例えばスチールを溶融
するに必要な高温に適応できるようにする。着脱自在の
カバー１３を取鍋上に配置し、カバーは熔融すべき金属
材料を導入できるよう、また取鍋を傾動して溶融した金
属材料を排出することができるよう取外す。
１対のプラズマトーチ２０．３０を炉室のカバー１３に
取付ける。各プラズマトーチは、このプラズマトーチに
より生ずるアークが炉床に収容された溶融金属の異なる
点に指向し、以下に説明するように本発明を動作させる
とき溶融金属に最適の電流が流れるようにカバー１３に
取付ける。トーチ２０の構造上の詳細は第４図に示し、
トーチ３０はこれと同一構造とする。特に、トーチ２０
には閉鎖した内端２２および開放した外端２３を有する
管状の後部電極２１を設ける。コリメート用のノズル２
４を後部電極から離して隣接させて取付け、このコリメ
ートノズルは後部電極に軸線方向に整列する中心孔を有
する。更に、トーチには、後部電極とノズルとの中間で
ガスの渦流を発生する渦巻発生装置２５を設ける。
プラズマアークトーチ２０には、更に、後部電極および
ノズルで吸収した熱を取除く冷却剤経路装置２６と、空
気を渦巻発生装置に送る給気装置２７とを設ける。トー
チ２０の内部構成および作用に関する詳細は、本願人に
よる米国特許第３６７３３７５号、第３８１８１７４号
および第４５４９０６５号を参照されたい。
本発明による方法および装置には、更に、外部電極３２
を設ける。この外部電極は代表的にはグラファイトによ
り構成し、以下に詳細に説明するように、双方のプラズ
マトーチにそれぞれ直列回路を生ずるようにこの外部電
極を各プラズマトーチの後部電極に間接的に接続する。
外部電極は炉室に取付け、溶融金、属に接触する位置（
第１および２図参照）と、溶融金属から後退した位置（
第３図参照）との間で垂直方向に移動自在にする。
第１直流電源（以下「電源」と略称する）３４を設け、
この電源３４は炉室の外部に取付ける。電源３４には、
トーチ２０の後部電極２１に接続した陽極と、外部電極
３２に接続した陰極とを設ける。また第２直流電源３５
を設け、この電源の陰極をトーチ３０の後部電極に接続
し、陽極を外部電極３２に接続する。
更に、第１．２および３図に点線で示したバイパススイ
ッチ３８を第２電源の回路に設け、以下に説明するよう
にこの第２電源を選択的に切り離しうるようにする。
次に第１図につき、本発明方法および装置を利用する第
１ステツプを説明する。図示のように、外部電極３２の
下側極が溶融金属に接触する位置に外部電極３２を移動
する。第１電源３４をオンにするとプラズマトーチ２０
に通電され、後部電極から渦巻発生装置２５および／グ
ル２４を経て溶融金属１５に至るプラズマアーク柱を発
生する。このアークは点線で示すように溶融金属を通過
する電流を生じ、この電流は外部電極３２を通過し、第
１電源３４に帰還し、これにより第１電源を切るまで持
続する回路を生ずる。上述の回路の構成部分は第１図に
示す極性を有し、矢印で示す方向に電流が流れるものと
する。
次に第２図につき、本発明方法および装置の使用におけ
る第２ステツプを説明する。上述の第１回路を維持し、
外部電極を溶融金属に接触させた状態で、プラズマトー
チ３０に第２電源３５により通電し、溶融金属１５に向
うプラズマアーク柱を発生する。このアークは溶融金属
を流れる第１回路とは極性が逆の第２電流を生ずる。こ
の第２電流を第２図に点線で示す。この第２電流は外部
電極から溶融金属に流れ、次に溶融金属からプラズマト
ーチ３０の後部電極に流れる。更に電流は、このプラズ
マトーチから第２電源３５に通過する。この第２電源３
５は外部電極に接続しており、従って第２回路を閉成す
る。
第２回路を流れる電流は、第２電源を切るまで第２図に
矢印で示す方向に流れ続ける。第２回路の構成部分は第
２図に示す極性を有するものとする。
次に第３図につき本発明方法および装置を利用する第３
ステツプを説明する。上述の双方の回路をほぼ同一の電
流レベルで維持しつつ、外部電極３２を溶融金属との接
触状態から引き離す。外部電極を後退させると、プラズ
マトーチ２０を流れる第１電流は、溶融金属からプラズ
マトーチ２０とは逆極性のプラズマトーチ３０に流れる
。溶融金属を経て外部電極３２からプラズマトーチ３０
に流れる第２電流は、第１電流と合流し１．プラズマト
ーチ２０から溶融金属を経てプラズマトーチ３０に流れ
る。このように、外部電極を後退させると、溶融金属を
通過する単独の回路を生じ、この回路は双方のプラズマ
トーチと双方の電源を利用する。この後所要に応じ、外
部電極３２は、第３図に線図的に示すように生じた単独
回路から分離することができる。
一度単独の動作回路が生ずると、第３図に示すようにス
イッチ３８が切り換り、第２電源３５が回路から切り離
される。このようにして動作は第１電；Ｊ’５ｔ３４の
みで持続する。このことは第２電源を小さい能力のもの
にすることができ、これにより装置全体のコストを低減
し、また動作効率を向上させる点て有利である。
（発明の効果） 上述したところから明らかなように、本発明を上述のよ
うに使用するとプラズマトーチを溶融金属の加熱に利用
しやすくなる。上述の各ステップを迅速に行うことがで
きる限り、外部電極３２が第１回路または第２回路の一
部として留まる時間を減少し、外部電極の劣化並びに外
部電極が溶は出して溶融金属を炭素で汚染することを防
止することができる。
本発明の一つの実施例として自動操作とすることができ
ることは当業者には明らかであろう。特に、溶融金属に
流れる電流をモニタし、溶融金属との接触から外部電極
を後退させる他の装置に信号を送る制御装置を組み込む
こともできる。このような制御装置は、一方の電源をプ
ラズマトーチから自動的に切離す池の装置にも信号を与
えるようにすることができる。種々の制御装置の出力を
マイクロプロセッサまたは他のコンピュータに送り、信
号を評価し、適切な応答をするように動作させることも
できる。このような自動動作は加熱作業における人的エ
ラーを排除し、作業全体の効率と実用性を向上させると
いう顕著な利点がある。
上述したところは本発明の例を示したに過ぎず、請求の
範囲において種々の変更を加えることができること勿論
である。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の実施例の一方のプラズマトーチ、一
方の電源、溶融金属および外部電極を通過する第１回路
が生じた状態を示す線図、第２図は、第１図の状態に加
えて他方のプラズマトーチ、他方の電源、溶融金属およ
び外部電極を通過する第２回路も生じた状態を示す第１
図と同様の線図、 第３図は、第２図の状態から外部電極を後退させ、双方
のプラズマトーチ、２個の直流電源および溶融金属を通
過する単独の回路を生じた状態を示す線図、 第４図は、本発明るにるプラズマトーチのうちの一方の
構成を示す線図である。 １０・・・炉室　　　　　　　１２・・・取鍋１３・・
・カバー　　　　　　１５・・・溶融金属２０、３０・
・・プラズマトーチ ２１・・・後Ｂ電極　　　　　２４・・・ノズル２５・
・・渦巻発生装置　　　２６・・・冷却剤経路装置２７
・・・給気装置　　　　　３２・・・外部電極３４・・
・第１直流電源　　　３５・・・第２直流電源３８・・
・スイッチ 特許出願人　　プラズマ・エナージー・コーポレーショ
ン

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、溶融金属を収容する炉床を有する炉室（１０）と、
    この炉室に取付け、それぞれ後部電極 （２１）を有する１対のプラズマトーチ（２０、３０）
    と、前記溶融金属に接触しうるよう前記炉室に取付けた
    外部電極（３２）と、第１直流電源装置（３４）および
    第２直流電源装置（３５）とを具え、第１電源装置（３
    ４）の陽極を前記プラズマトーチのうちの一方のプラズ
    マトーチ（２０）の後部電極に接続し、第２電源装置（
    ３５）の陰極を他方のプラズマトーチ（３０）の後部電
    極に接続した炉を始動および稼働するためのプラズマア
    ーク加熱方法において、 前記溶融金属、この溶融金属に接触する外 部電極（３２）、第１電源装置（３４）および一方のプ
    ラズマトーチ（２０）を経る第１電気回路を生ぜしめる
    ステップ、 前記溶融金属、この溶融金属に接触する外 部電極（３２）、第２電源装置（３５）および他方のプ
    ラズマトーチ（３０）を経る第２電気回路を生ぜしめる
    ステップ、 前記第１電気回路および第２電気回路から 前記外部電極（３２）を取外して前記１対のプラズマト
    ーチを接続し、前記溶融金属を経てプラズマトーチ間に
    電流が導通する単独の動作回路を生ぜしめるステップ、 よりなることを特徴とするプラズマアーク加熱方法。 ２、前記外部電極を取外すステップは、この外部電極を
    前記溶融金属との接触から後退させることを含むことを
    特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のプラズマアー
    ク加熱方法。 ３、前記単独の動作回路を生ぜしめるステップは、この
    単独の動作回路を生じた後に前記どちらか一方の電源装
    置（３５）を切り離すことを含むことを特徴とする特許
    請求の範囲第１項に記載のプラズマアーク加熱方法。 ４、溶融金属等を収容する炉床を有する炉室（１０）と
    、プラズマアークを発生および保持するよう前記炉室に
    取付け、それぞれ後部電極（２１）を有する１対のプラ
    ズマトーチ（２０、３０）と、前記炉床における溶融金
    属に接触しうるよう前記炉室に取付けた外部電極（３２
    ）とを具え、炉の始動および稼働を容易にする溶融金属
    のためのプラズマアーク装置において、 前記炉室の外部に取付け、一方のプラズマ トーチ（２０）の後部電極に接続した陽極と、前記外部
    電極（３２）に接続した陰極とを有し、前記一方のプラ
    ズマトーチ（２０）、前記溶融金属、前記外部電極（３
    ２）との間に第１回路を生ずる第１直流電源装置（３４
    ）と、 前記炉室の外部に取付け、他方のプラズマ トーチ（３０）の後部電極に接続した陰極と、前記外部
    電極（３２）に接続した陽極とを有し、他方のプラズマ
    トーチ（３０）、前記溶融金属、前記外部電極（３２）
    との間に前記第１回路とは極性が逆の第２回路を生ずる
    第２直流電源装置（３５）と、 前記外部電極を前記第１回路および第２回 路の各々から選択的に取外し、前記第１電源装置および
    第２電源装置、１対のプラズマトーチおよびこれら１対
    のプラズマトーチ間に電流を導通させる溶融金属を直列
    的に含む単独の動作回路を生ずる外部電極取外し装置と
    を具えたことを特徴とするプラズマアーク加熱装置。 ５、前記外部電極取外し装置は、前記外部電極を前記溶
    融金属に接続する位置と前記溶融金属から後退する位置
    との間に移動させるよう前記炉室に取付けた移動装置を
    有するものとして構成したことを特徴とする特許請求の
    範囲第４項に記載のプラズマアーク加熱装置。 ６、前記２個の直流電源装置のうちの一方の電源装置（
    ３５）は、この電源装置に対応のプラズマトーチからこ
    の電源装置を切り離し、前記単独の動作回路が生ずると
    き前記１対のプラズマトーチの双方を他方の電源装置（
    ３４）によって電力を得るようにする切換装置（３８）
    を有するものとして構成したことを特徴とする特許請求
    の範囲第４項に記載のプラズマアーク加熱装置。 ７、前記他方の直流電源装置（３４）は、双方のプラズ
    マトーチを動作させるに十分な電力を有するものとして
    構成したことを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載
    のプラズマアーク加熱装置。 ８、前記炉は、前記炉床の上方で前記炉室に重なり合う
    着脱自在のカバー（１３）を有するものとして構成し、
    前記１対のプラズマトーチおよび外部電極をこのカバー
    に取付けたことを特徴とする特許請求の範囲第４項に記
    載のプラズマアーク加熱装置。
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