NO164846B

NO164846B - PLASMALANCE WITH CENTER CHARGING.

Info

Publication number: NO164846B
Application number: NO882398A
Authority: NO
Inventors: Per Poppe; Inger Johanne Eikeland
Original assignee: Elkem Technology
Priority date: 1988-06-01
Filing date: 1988-06-01
Publication date: 1990-08-13
Also published as: NO882398D0; NO164846C; NO882398L

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en plasmalanse med ikke-konsumerbare elektroder som er beregnet for neddykking i en smelte så som en stålsmelte, hvor elektrodene består av en ytre ringformet elektrode og en indre elektrode plassert aksielt i den ringformede ytre elektrode. The present invention relates to a plasma lance with non-consumable electrodes which are intended for immersion in a melt such as a steel melt, where the electrodes consist of an outer ring-shaped electrode and an inner electrode placed axially in the ring-shaped outer electrode.

I søkerens norske patentsøknad nr. 880288 er det beskrevet en plasmalanse av den ovenfor angitte art hvor i det minste den ytre ringformede elektrode utgjøres av et kobberrør utstyrt med kanaler for transport av et kjølemedium, hvilket kobberrør i det minste på yttersiden er påført et belegg av ildfast materiale som danner en termisk isolerende barriere med smeiten. In the applicant's Norwegian patent application no. 880288, a plasma lance of the above type is described where at least the outer ring-shaped electrode consists of a copper tube equipped with channels for the transport of a cooling medium, which copper tube is at least on the outside coated with a coating of refractory material that forms a thermally insulating barrier with the melt.

En slik neddykket plasmalanse anvendes til oppvarming av smelter og/eller anvendes kombinert med tilsats av tilsatsstoffer i fast, flytende eller gassform til smeiten. Eksempler på slike tilsetningsstoffer er legeringsele-menter, avsvovlingsmidler, slaggdannere og gasser av ulike slag. Disse tilsatsstoffene tilsettes ved hjelp av en enkel apparatur som bl.a. er innrettet til å holde et tilstrekkelig overtrykk i tilførselsrørene. Det er vanskelig å tilsette tilsatsstoffer til den varmeste del av smeiten og samtidig unngå innløsning av tilsatsstoffene i dette område. Videre gjør denne kjente praksis for oppvarming og legeringstilsetning det vanskelig å hindre utslipp av gasser fra smeiten til den omgivende atmosfære samtidig som det er vanskelig å hindre at uønsket luft tilføres smeiten. Such a submerged plasma lance is used for heating melts and/or is used in combination with the addition of additives in solid, liquid or gaseous form to the melt. Examples of such additives are alloying elements, desulphurisation agents, slag formers and gases of various kinds. These additives are added using a simple apparatus which, among other things, is designed to maintain a sufficient overpressure in the supply pipes. It is difficult to add additives to the hottest part of the melt and at the same time avoid release of the additives in this area. Furthermore, this known practice of heating and alloy addition makes it difficult to prevent the emission of gases from the smelting to the surrounding atmosphere, while at the same time it is difficult to prevent unwanted air being added to the smelting.

Det er derfor et formål med den foreliggende oppfinnelse å fremskaffe en plasmalanse beregnet for neddykking i en smelte hvor tilsatsstoffer kan tilsettes til smeiten gjennom selve plasmalansen. Det er videre et formål med foreliggende oppfinnelse å frembringe en plasmalanse for neddykking i smelter som muliggjør at oppvarming og tilsetning av tilsetningsstoffer til smeiten kan utføres samtidig som gasser fra smeiten effektivt kan fjernes uten å komme ut i den omgivende atmosfære. It is therefore an aim of the present invention to provide a plasma lance intended for immersion in a melt where additives can be added to the melt through the plasma lance itself. It is also an object of the present invention to produce a plasma lance for immersion in melts which enables heating and addition of additives to the smelting to be carried out at the same time that gases from the smelting can be effectively removed without escaping into the surrounding atmosphere.

Foreliggende oppfinnelse vedrører således en plasmalanse beregnet for neddykking i en metallsmelte som er inneholdt i en øse eller en annen innretning for behandling av en smelte hvilken plasmalanse omfatter en ytre ringformet elektrode bestående av et ikke-konsumerbart materiale og en indre elektrode plassert koaksialt i den ytre ringformede elektrode, og oppfinnelsen er kjennetegnet ved at den indre elektrode består av et ringformet rør av ét ikke-konsumerbart materiale og at et tilførelsesrør for tilsatsmaterialer er anordnet sentralt i den indre elektrode samt at tilførselsrøret er elektrisk isolert fra den indre elektrode. The present invention thus relates to a plasma lance intended for immersion in a metal melt which is contained in a ladle or another device for treating a melt which plasma lance comprises an outer ring-shaped electrode consisting of a non-consumable material and an inner electrode placed coaxially in the outer ring-shaped electrode, and the invention is characterized by the fact that the inner electrode consists of a ring-shaped tube of one non-consumable material and that a supply tube for additive materials is arranged centrally in the inner electrode and that the supply tube is electrically isolated from the inner electrode.

I henhold til en foretrukket utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse er plasmalansen anordnet i et øselokk utstyrt med en avgasskanal og med en nedadragende del utformet med en konfigurasjon tilsvarende til øsen eller den innretning som smeiten befinner seg i, hvor den ytre diameter av en nedadragende del er mindre enn den indre diameter av øsen eller den innretning som smeiten befinner seg i, hvorav i det minste en nedre del av den nedadragende del er utstyrt med innvendige kanaler for sirkulasjon av et kjølemedium, hvilken nedre del er innrettet til å nedsenkes i smeiten når øselokket er plassert på øsen. According to a preferred embodiment of the present invention, the plasma lance is arranged in a ladle lid equipped with an exhaust gas channel and with a downwardly projecting part designed with a configuration corresponding to the ladle or the device in which the melt is located, where the outer diameter of a downwardly projecting part is smaller than the internal diameter of the ladle or the device in which the smelt is located, of which at least a lower part of the downwardly extending part is equipped with internal channels for the circulation of a cooling medium, which lower part is arranged to be immersed in the smelt when the ladle lid is placed on the ladle.

Ved den foreliggende oppfinnelse oppnås det at en smelte kan oppvarmes og tilsetningsstoffer kan tilsettes til smeiten ved hjelp av en enkel og kompakt apparatur. Videre fører anbringelsen av plasmalansen i øselokket til at oppvarming og tilsetning av tilsetningsstoffer kan foretas på en kontrollert måte uten utslipp av avgasser til atmo-.sfæren rundt øsen eller den innretning som inneholder smeiten eller inntak av uønskede gasser til smeiten. With the present invention, it is achieved that a melt can be heated and additives can be added to the melt with the help of a simple and compact apparatus. Furthermore, the placement of the plasma lance in the ladle lid means that heating and the addition of additives can be carried out in a controlled manner without the emission of exhaust gases into the atmosphere around the ladle or the device containing the smelt or intake of unwanted gases into the smelt.

Plasmalansen i henhold til foreliggende oppfinnelse vil nå bli nærmere beskrevet i forbindelse med de etterfølgende tegninger hvor, Figur 1 viser et vertikalt snitt gjennom en plasmalanse i henhold til foreliggende oppfinnelse og hvor, Figur 2 viser et vertikalt snitt gjennom en plasmalanse med øselokk og tilhørende utstyr i henhold til foreliggende oppfinnelse neddykket i en metallsmelte inneholdt i en øse eller en annen egnet innretning. The plasma lance according to the present invention will now be described in more detail in connection with the subsequent drawings where, Figure 1 shows a vertical section through a plasma lance according to the present invention and where, Figure 2 shows a vertical section through a plasma lance with ladle lid and associated equipment according to the present invention immersed in a metal melt contained in a ladle or other suitable device.

Plasmalansen vist på figur 1 består av en ytre elektrode 1 og en indre elektrode 2. Den ytre elektroden 1 utgjøres av et kobberrør med en indre vegg 3 og en ytre vegg 4. Kobber-røret er utstyrt med en innvendig deleplate 5 som løper fra toppen av røret og strekker seg nedover og avsluttes et stykke over bunnen av kobberrøret. Kobberrøret er på den ytre vegg 4 belagt med et sjikt 6 av et ildfast keramisk materiale. Det ildfaste keramiske materiale 6 utgjøres fortrinnsvis av et 1 - 5 mm tykt sjikt avAljO^ eller av Zr02 stabilisert med MgO og/eller Y2°3' og-er Påført kobberrøret ved hjelp av flamme eller plasmapåsprøyting. Den ytre elektrode 1 er således oppbygget slik som angitt i norsk patentsøknad nr. 880288. På den nedre del av kobber-røret er det fortrinnsvis anordnet en innsats 7 bestående av wolfram, grafitt eller et annet høytemperaturbestandig elektrisk ledende materiale. På grunn av lysbuen vil inn-satsene på den nedre ende av kobberrøret eventuelt slites og må da fornyes med visse mellomrom. The plasma lance shown in Figure 1 consists of an outer electrode 1 and an inner electrode 2. The outer electrode 1 consists of a copper tube with an inner wall 3 and an outer wall 4. The copper tube is equipped with an inner dividing plate 5 that runs from the top of the pipe and extends downwards and terminates a little above the bottom of the copper pipe. The copper tube is coated on the outer wall 4 with a layer 6 of a refractory ceramic material. The refractory ceramic material 6 preferably consists of a 1 - 5 mm thick layer of AljO^ or of ZrO 2 stabilized with MgO and/or Y 2° 3' and is applied to the copper pipe by means of flame or plasma spraying. The outer electrode 1 is thus structured as stated in Norwegian patent application no. 880288. An insert 7 consisting of tungsten, graphite or another high-temperature-resistant electrically conductive material is preferably arranged on the lower part of the copper tube. Because of the electric arc, the inserts on the lower end of the copper tube will possibly wear out and must then be renewed at certain intervals.

Den indre elektrode 2 utgjøres av et kobberrør med indre vegg 8 og ytre vegg 9. På tilsvarende måte som for den ytre elektrode 1 er den indre elektrode 2 utstyrt med en innvendig deleplate 10 som løper fra toppen av kobberrøret og avsluttes et stykke over bunnen av kobberrøret. Hvis ønskelig kan kobberrørets ytre vegg 9 på utsiden belegges med et sjikt av ildfast materiale tilsvarende sjiktet 6 på utsiden av den ytre vegg 4 av den ytre elektrode 1. Like-ledes er den nedre ende av den indre elektrode utstyrt med innsats 11 bestående av et høytemperaturbestandig elektrisk ledende materiale som for innsatsen 7. The inner electrode 2 consists of a copper tube with an inner wall 8 and an outer wall 9. In a similar way as for the outer electrode 1, the inner electrode 2 is equipped with an inner dividing plate 10 which runs from the top of the copper tube and ends a little above the bottom of the copper pipe. If desired, the outer wall 9 of the copper tube can be coated on the outside with a layer of refractory material corresponding to the layer 6 on the outside of the outer wall 4 of the outer electrode 1. Likewise, the lower end of the inner electrode is equipped with an insert 11 consisting of a high temperature resistant electrically conductive material as for the insert 7.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse er den indre elektrode 2 utstyrt med et aksialt plassert rør 12 som er elektrisk isolert fra den indre vegg 8 av den indre elektrode 2 ved hjelp av et elektrisk isolerende sjikt 13. Røret 12 er fortrinnsvis fremstilt av stål og kan enkelt skiftes ut. Røret 12 anvendes for tilførsel av bl.a. legeringsmaterialer, slaggdannere og gasser til smeiten når plasmalansen er neddykket i en smelte. Tilførselen av de aktuelle materialer skjer således via røret 12 direkte til lysbuen og smeiten. Ved passering av lysbuen vil tilsatsstoffene i en vesentlig grad bli oppvarmet og eventuelt gå over i smeltet form. Dette gir en hurtig og effektiv inn-løsning av tilsetningsmaterialene i smeiten hvilket redu-serer den nødvendige behandlingstid og gir et øket ut-bytte av tilsetningsmaterialene. For å hindre at smelte trenger opp i røret 12, tilføres det fortrinnsvis en inert gass til røret 12 når plasmalansen er nedsenket i smeiten. According to the present invention, the inner electrode 2 is equipped with an axially placed tube 12 which is electrically isolated from the inner wall 8 of the inner electrode 2 by means of an electrically insulating layer 13. The tube 12 is preferably made of steel and can easily replaced. The pipe 12 is used for supplying e.g. alloying materials, slag formers and gases for the smelter when the plasma lance is immersed in a melt. The supply of the relevant materials thus takes place via the pipe 12 directly to the arc and the smelter. When passing through the arc, the additives will be heated to a significant extent and eventually turn into molten form. This provides a quick and efficient dissolution of the additives in the melt, which reduces the necessary processing time and gives an increased yield of the additives. In order to prevent melt penetrating into the tube 12, an inert gas is preferably supplied to the tube 12 when the plasma lance is immersed in the melt.

For å hindre at smelte trenger opp i mellomrommet mellom den ytre elektrode 1 og den indre elektrode 2 kan det fordelaktig anordnes en tetning 14 bestående av et ildfast, elektrisk isolerende materiale utstyrt med i det vesentlige rettede kanaler 15 slik at inert gass som tilføres i mellomrommet mellom den indre elektrode 2 og den ytre elektrode 1 kan tilføres til lysbueområdet på en ønsket optimal måte. Denne gassen påvirker lysbueområdet positivt samtidig som gassen hindrer smelte i å trenge opp i mellomrommet mellom elektrodene 1 og 2. Gassen kan med fordel også ledes ned og ut gjennom kanaler i innsatsen 7. In order to prevent melt from penetrating into the space between the outer electrode 1 and the inner electrode 2, a seal 14 consisting of a refractory, electrically insulating material equipped with essentially straight channels 15 can advantageously be arranged so that inert gas supplied into the space between the inner electrode 2 and the outer electrode 1 can be supplied to the arc area in a desired optimal way. This gas positively affects the arc area at the same time as the gas prevents melt from penetrating into the space between the electrodes 1 and 2. The gas can advantageously also be led down and out through channels in the insert 7.

På figur 2 er plasmalansen som er beskrevet i forbindelse med figur 1 vist anordnet i en øse 16 inneholdende en smelte med et slagglag flytende på smeiten. Plasmalansen er anordnet i et øselokk 17 bestående av en nedadragende del 18. Den nederste del 19 av den nedadragende del 18 utgjøres av kobber med indre kanaler 20 for sirkulasjon av et kjøle-medium. På utsiden av den nedadragende del 18 er det anordnet en føringsanordning 21 for styring av øselokket 17 med plasmalansen til ønsket posisjon når dette senkes ned i øsen 16 og smeiten. Føringsanordnihgen 21 sørger for å styre øselokket 17 ved hjelp av styrihgsanordninger 22 som er anordnet minst tre steder rundt ytterkanten av øsen 16. Øselokket 17 er videre utstyrt medcstoppere 23 som begrenser øselokkets 17. bevegelse nedover. In Figure 2, the plasma lance described in connection with Figure 1 is shown arranged in a ladle 16 containing a melt with a slag layer floating on the melt. The plasma lance is arranged in a ladle lid 17 consisting of a downward extending part 18. The lowermost part 19 of the downward extending part 18 is made of copper with internal channels 20 for circulation of a cooling medium. On the outside of the downward-extending part 18, a guide device 21 is arranged for guiding the ladle lid 17 with the plasma lance to the desired position when this is lowered into the ladle 16 and the melt. The guide device 21 ensures that the ladle lid 17 is controlled by means of control devices 22 which are arranged in at least three places around the outer edge of the ladle 16. The ladle lid 17 is also equipped with stoppers 23 which limit the downward movement of the ladle lid 17.

Øselokket 17 . er videre utstyrt med en' åpning 24 for av-suging av avgass som oppstår under behandling av smeiten. The bucket lid 17 . is further equipped with an opening 24 for extracting exhaust gas that occurs during processing of the smelt.

Når øselokket 17 med plasmalansen er plassert på øsen 16 kan smeiten oppvarmes ved hjelp av plasmalansen og tilsetningsstoffer kan tilsettes til smeiten gjennom røret 12 som løper gjennom den indre elektrode 2 i plasmalansen. Det oppnås dermed en effektiv oppvarming av smeiten samtidig som tilsetningsstoffene tilsettes til den varmeste del av smeiten hvor de innløses hurtig og effektivt. Den nederste del 19 av den nedadragende del 18 av øselokket 17 som er nedsenket i smeiten, gir en fullstendig og kontrollert tetning for gass inn og ut av smeiten. Øselokket 17 med avsugskanalen 24 som tar imot overskuddsgass, hindrer på en enkel og effektiv måte at avgasser trenger ut i atmosfæren på uønskede og ukontrollerte steder. When the ladle lid 17 with the plasma lance is placed on the ladle 16, the melt can be heated with the help of the plasma lance and additives can be added to the melt through the tube 12 which runs through the inner electrode 2 in the plasma lance. Effective heating of the melt is thus achieved at the same time as the additives are added to the hottest part of the melt where they are redeemed quickly and efficiently. The lower part 19 of the downwardly extending part 18 of the ladle cover 17 which is immersed in the smelter provides a complete and controlled seal for gas in and out of the smelter. The bucket lid 17 with the extraction channel 24 which receives excess gas, prevents exhaust gases from escaping into the atmosphere in unwanted and uncontrolled places in a simple and effective way.

Claims

1. Plasma lance intended for immersion in a melt which is contained in a ladle (16) or the like which plasma lance comprises an outer annular electrode (1) consisting of a non-consumable material and an inner electrode (2) placed coaxially in the outer annular electrode (1), characterized in that the inner electrode (2) consists of an annular tube of a non-consumable material and that a supply tube (12) for supplying additive materials to the smelting is arranged centrally in the inner electrode (2) which supply pipe (12) is electrically isolated from the inner electrode (2) by means of an insulating layer (13).

2. Plasma lance according to claim 1, characterized in that the plasma lance is arranged in a ladle lid (17) which is equipped with an exhaust gas channel (24) and with a downwardly extending part (18) designed with a configuration corresponding to the ladle (16) or the device in which the smelt is located, where the outer diameter of the downwardly extending part (18) is smaller than the inner diameter of the ladle (16) or the device in which the ladle is located, of which at least a lower part (19) of the downwardly extending part (18) is equipped with internal channels for the circulation of a cooling medium, which lower part (19) is arranged to be immersed in the melt when the ladle lid (17) is placed on the ladle (16).

3. Plasma lance according to claim 2, characterized in that at least the lower part (19) of the downward pulling part (18) is coated with a refractory insulating material.

4. Plasma lance according to claim 2, characterized in that the ladle cover (17) is equipped with an outer ring-shaped part (21) which is arranged to cooperate with at least three control devices (22) arranged around the outer edge of the ladle (16) in order to control the ladle cover (17) in relation to the ladle (16).

5. Plasma lance according to claims 2-4, characterized in that the ladle lid (17) is equipped with stoppers (23) which limit the downward movement of the ladle lid (17).