RU32955U1

RU32955U1 - Arc Plasma Furnace

Info

Publication number: RU32955U1
Application number: RU2003115242/20U
Authority: RU
Original assignee: ОАО "Первоуральский динасовый завод"
Priority date: 2003-05-23
Filing date: 2003-05-23
Publication date: 2003-09-27

Abstract

1. Электродуговая плазменная печь, содержащая выполненную из продольных водоохлаждаемых секций дуговую камеру, магнитопровод, стержневые электроды и механизмы их перемещения, отличающаяся тем, что механизмы перемещения стержневых электродов выполнены в виде прямолинейных электроизолированных направляющих, на которых установлены приводные каретки с водоохлаждаемыми держателями стержневых электродов.2. Электродуговая плазменная печь по п.1, отличающаяся тем, что каретка механизма перемещения стержневых электродов имеет трособлочный привод.3. Электродуговая плазменная печь по п.1 или 2, отличающаяся тем, что внутренняя поверхность дуговой камеры расширена книзу, а ее водоохлаждаемые секции смонтированы на электроизолированных металлических обечайках.4. Электродуговая плазменная печь по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что внутренняя поверхность дуговой камеры имеет двухслойное электроизоляционное покрытие из высокотемпературных оксидных материалов.1. An electric arc plasma furnace containing an arc chamber made of longitudinal water-cooled sections, a magnetic circuit, rod electrodes and mechanisms for their movement, characterized in that the rod electrode movement mechanisms are made in the form of rectilinear electrically insulated guides on which drive carriages with water-cooled rod electrode holders are mounted. 2. An electric arc plasma furnace according to claim 1, characterized in that the carriage of the mechanism for moving the rod electrodes has a cable block drive. An electric arc plasma furnace according to claim 1 or 2, characterized in that the inner surface of the arc chamber is expanded downward, and its water-cooled sections are mounted on electrically insulated metal shells. An electric arc plasma furnace according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the inner surface of the arc chamber has a two-layer electrical insulating coating of high temperature oxide materials.

Description

Электродуговая плазменная печьArc Plasma Furnace

Полезная модель относится к производству плавленых огнеупорных материалов и может быть использована, например, для получения непрозрачного кварцевого стеклаThe utility model relates to the production of fused refractory materials and can be used, for example, to produce opaque quartz glass.

Известны электродуговые плазменные печи (плазменные реакторы),Known electric arc plasma furnaces (plasma reactors),

где с помощью тепловой энергии потока низкотемпературной плазмы производится переработка тугоплавких материалов, например изобретения по патентам РФ № 2129343 Н05 В7/18 1999г. № 2176277 Н05 В7/18 2001г. № 2035128 Н05 В7/22 1995г. 3.where, using the heat energy of the low-temperature plasma stream, refractory materials are processed, for example, the invention according to the patents of the Russian Federation No. 2129343 H05 B7 / 18 of 1999. No. 2176277 H05 B7 / 18 2001 No. 2035128 H05 B7 / 22 1995 3.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является плазменный реактор по патенту РФ № 2035128 Н05 В7/22 1995г. 3.The closest in combination of essential features is the plasma reactor according to the patent of the Russian Federation No. 2035128 H05 B7 / 22 1995. 3.

Он содержит дуговую камеру, выполненную из продольных водоохлаждаемых секций, магнитопровод, два стержневых электрода и роликовые механизмы их перемещения. Механизмы перемещения установлены на кронпггейнах, имеюпщхтри степени свободы.It contains an arc chamber made of longitudinal water-cooled sections, a magnetic circuit, two rod electrodes and roller mechanisms for their movement. Movement mechanisms are mounted on crowheads, which have three degrees of freedom.

Внутренняя поверхность дуговой камеры имеет однослойное электроизоляционное покрытие из оксида алюминия.The inner surface of the arc chamber has a single-layer electrical insulation coating of aluminum oxide.

Принцип работы данного плазменного реактора заключается в том, что электрическая дуга, возникающая между стержневыми электродами (анодом и катодом) при подаче на них напряжения, преобразуется с помощьюThe principle of operation of this plasma reactor is that the electric arc arising between the rod electrodes (anode and cathode) when voltage is applied to them is converted using

20031 152(220031 152 (2

МПК Н05 В7/22 IPC N05 V7 / 22

магнитного поля в поток низкотемпературной плазмы, тепловая энергия которой расплавляет подаваемый материал. В рабочем режиме анод подается со скоростью в два раза большей, чем катод, так как он выгорает быстрее. Ролики подают стержневые электроды в рабочую зону, оставаясь закрепленными на кронштейне. Готовый слиток (блок) вытягивается из камеры вниз. Стержневые электроды вьфабатываются до остаточной длины 300 мм (огарки) и заменяются новыми из-за отсутствия возможности их наращивания.magnetic field into the stream of low-temperature plasma, the thermal energy of which melts the supplied material. In operating mode, the anode is fed at a speed twice that of the cathode, since it burns out faster. The rollers feed the rod electrodes into the working area, while remaining attached to the bracket. The finished ingot (block) is pulled down from the chamber. The rod electrodes are fabricated to a residual length of 300 mm (cinder) and are replaced with new ones due to the lack of the possibility of their extension.

Недостатками данного плазменного реактора являются низкая производительность из-за простоев, происходящих при замене сгоревших стержневых электродов. Кроме того, имеет место большой удельный расход электродов на плавку, вследствие образования значительного количества огарков, что дает удорожание себестоимости плавленого материала.The disadvantages of this plasma reactor are low productivity due to downtime occurring when replacing burnt rod electrodes. In addition, there is a large specific consumption of electrodes for melting, due to the formation of a significant number of cinder, which makes the cost of the fused material more expensive.

Задачей полезной модели является создание высокопроизводительной электродуговой плазменной печи с малым удельным расходом электродов.The objective of the utility model is to create a high-performance electric arc plasma furnace with a low specific consumption of electrodes.

Техническим результатом является повышение производительности, вследствие исключения простоев по причине замены электродов и снижение удельного расхода электродов на 1 тонну выплавленного материала за счет более полного использования электродов.The technical result is an increase in productivity due to the exclusion of downtime due to the replacement of electrodes and a decrease in the specific consumption of electrodes per 1 ton of melted material due to more complete use of electrodes.

Для достижения этого, согласно п.1 формулы полезной модели, механизмы перемещения стержневых электродов выполнены в виде прямолинейных электроизолированных направляющих, на которыхTo achieve this, according to claim 1 of the utility model, the mechanisms for moving the rod electrodes are made in the form of rectilinear electrically insulated guides on which

установлены приводные каретки с водо-охлаждаемыми держателями стержневых электродов.drive carriages with water-cooled holders of rod electrodes are installed.

Данная конструкция дает возможность применять стандартные стержневые электроды и своевременно их наращивать по мере сгорания, что исключает простои из-за замены электродов и ликвидирует огарки.This design makes it possible to use standard rod electrodes and to increase them in a timely manner as they burn, which eliminates downtime due to electrode replacement and eliminates cinder.

В соответствии с п. 2 формулы полезной модели каретка механизма перемещения стержневых электродов имеет тросо-блочный привод, обеспечивающий подачу электродов в рабочую зону и возвратнопоступательное движение каретки.In accordance with paragraph 2 of the utility model formula, the carriage of the mechanism for moving the rod electrodes has a cable-block drive that provides electrodes to the working area and the reciprocating movement of the carriage.

В соответствии с п. 3 формулы полезной модели внутренняя поверхность дуговой камеры расширена книзу, а её водо-охлаждаемые секции смонтированы на электроизолированных металлических обечайках. Конусность внутренней поверхности дуговой камеры предохраняет водоохлаждаемые секции от повреждений при вытяжке наплавленного слитка.In accordance with paragraph 3 of the utility model formula, the inner surface of the arc chamber is expanded downward, and its water-cooled sections are mounted on electrically insulated metal shells. The taper of the inner surface of the arc chamber protects the water-cooled sections from damage during the drawing of the deposited ingot.

Электроизолированные обечайки выполнены из немагнитного металла, в отличие от текстолитовых обечаек в прототипе, что повышает прочность дуговой камеры и срок её службы.The insulated shells are made of non-magnetic metal, in contrast to the textolite shells in the prototype, which increases the strength of the arc chamber and its service life.

В соответствии с п. 4 формулы полезной модели внутренняя поверхность дуговой камеры имеет двухслойное электроизоляционное покрытие из высокотемпературных оксидных материалов, например, оксидов циркония и алюминия, что значительно повышает надежность работыIn accordance with paragraph 4 of the utility model formula, the inner surface of the arc chamber has a two-layer electrical insulation coating of high-temperature oxide materials, for example, zirconium and aluminum oxides, which significantly increases the reliability

дуговой электроплазменной печи за счет исключения прожогов водоохлаждаемых секций.arc electroplasma furnace due to the exclusion of burn-through water-cooled sections.

Полезная модель поясняется примером выполнения электродуговой плазменной печи, общий вид которой представлен на фигуре чертежа.The utility model is illustrated by an example of an electric arc plasma furnace, a general view of which is shown in the figure of the drawing.

Электродуговая плазменная печь содержит дуговую камеру 1, выполненную из продольных электроизолированных водо-охлаждаемых секций 2, магнитопровод 3, два стержневых электрода 4 и механизмы их перемещения.The electric arc plasma furnace contains an arc chamber 1 made of longitudinal electrically insulated water-cooled sections 2, a magnetic circuit 3, two rod electrodes 4 and mechanisms for their movement.

Каждый механизм перемещения содержит каретку 5, установленную на прямолинейных направляющих 6 и тросо-блочный привод 7 каретки. На каждой каретке 5 смонтирован водо-охлаждаемый держатель 8, в котором закреплен стержневой электрод 4. Направляющие 6 закреплены на кронштейнах 9.Each movement mechanism includes a carriage 5 mounted on straight guides 6 and a cable-block drive 7 of the carriage. A water-cooled holder 8 is mounted on each carriage 5, in which a rod electrode 4 is fixed. The guides 6 are mounted on the brackets 9.

Внутренняя поверхность дуговой камеры расширена книзу за счет формы водо-охлаждаемых секций 2, имеющих в продольном сечении вид трапеции.The inner surface of the arc chamber is expanded downward due to the shape of the water-cooled sections 2 having a longitudinal section in the form of a trapezoid.

Водо-охлаждаемые секции дуговой камеры смонтированы на электроизолированных металлических обечайках 10. Обечайки выполнены из немагнитного металла. К этим обечайкам в местах стыка водо-охлаждаемых секций при1феш1ены металлические накладки 11с теплоизолирующим слоем 12 для повышения герметичности дуговой камеры.Water-cooled sections of the arc chamber are mounted on electrically insulated metal shells 10. The shells are made of non-magnetic metal. Metal shells 11 with a heat-insulating layer 12 are attached to these shells at the junction of the water-cooled sections 1 to increase the tightness of the arc chamber.

Внутренняя поверхность дуговой камеры 1 имеет двухслойное электроизоляционное покрытие, например: внутренний слой из оксида циркония, наружный слой из оксида алюминия.The inner surface of the arc chamber 1 has a two-layer electrical insulation coating, for example: the inner layer of zirconium oxide, the outer layer of aluminum oxide.

Для подачи исходного сырья служит питатель 13 с бункером 14. Для удаления наплавленного блока применяется механизм 15 вытягивания слитка. Синхронизация процесса подачи стержневых электродов в зону плавления и вытяжки слитка производится автоматически блоком )шравления.A feeder 13 with a hopper 14 serves to feed the feedstock. An ingot pulling mechanism 15 is used to remove the deposited block. The synchronization of the process of feeding rod electrodes into the melting and drawing zone of the ingot is carried out automatically by the etching unit.

Электродуговая плазменная печь при выплавке, например, непрозрачного кварцевого стекла, работает следующим образом. В дуговую камеру с помощью механизма вытягивания слитка вводится «затравка в виде фрагмента слитка кварцевого стекла, полностью перекрывающего нижнее поперечное сечение д товой камеры.An electric arc plasma furnace in the smelting of, for example, opaque silica glass, operates as follows. A “seed” in the form of a fragment of a quartz glass ingot completely overlapping the lower cross section of the cubic chamber is introduced into the arc chamber using the ingot pulling mechanism.

Стержневые электроды 4 сводятся до полного смыкания и устанавливается сила тока 1500А. После зажигания дуги электроды разводятся до установления напряжения 250В и прогреваются в течение 2-3 минут для стабилизации плазмы электрической дуги, после чего включается подача кварцевого песка. Магнитопровод 3 обеспечивает вытягивание дугового столба в петлю, занимающую зону от конца электродов до поверхности слитка. В рабочем режиме межэлектродное расстояние составляет 50-60 мм, сила тока 1500А, напряжение 350-400В.The rod electrodes 4 are reduced to complete closure and a current of 1500A is set. After ignition of the arc, the electrodes are bred until a voltage of 250V is established and heated up for 2-3 minutes to stabilize the plasma of the electric arc, after which quartz sand is turned on. Magnetic core 3 provides the extension of the arc column into a loop occupying the area from the end of the electrodes to the surface of the ingot. In the operating mode, the interelectrode distance is 50-60 mm, current strength 1500A, voltage 350-400V.

Расплав оседает на «затравке и, охлаждаясь, застывает в виде слитка кварцевого стекла. Слиток вытягивается вниз по мере его наплавления со скоростью, обеспечивающей постоянство высоты плазменной зоны.The melt settles on the seed and, cooling, solidifies in the form of an ingot of quartz glass. The ingot is pulled down as it is deposited at a speed that ensures the constancy of the height of the plasma zone.

В процессе наплавки слитка каретки 5, удерживая стержневые электроды 4 в водо-охлаждаемых держателях 8, перемещаются трособлочным приводом 7 по прямолинейным направляющим 6 сверху вниз.In the process of surfacing the ingot of the carriage 5, holding the rod electrodes 4 in the water-cooled holders 8, they are moved by a cable-block drive 7 along straight guides 6 from top to bottom.

Перемещение кареток вниз происходит до момента окончания наплавки слитка. Готовый слиток удаляется из дуговой камеры механизмом вытягивания слитка 15. После этого производится наращивание оставшихся частей (огарков) стержневых электродов с помощью ниппельного соединения. Электроды освобождаются от держателей, тросо-блочный привод реверсируется, перемещая каретки по прямолинейным направляющим вверх на исходную позицию. Наращенные стержневые электроды вновь закрепляются в водо-охлаждаемых держателях.The carriage moves down until the end of the ingot surfacing. The finished ingot is removed from the arc chamber by the ingot pulling mechanism 15. After this, the remaining parts (cinders) of the rod electrodes are built up using a nipple connection. The electrodes are released from the holders, the cable-block drive is reversed, moving the carriages along straight guides up to the starting position. The expanded rod electrodes are again fixed in water-cooled holders.

Применение указанного механизма перемещения стержневых электродов в условиях ОАО «Первоуральский динасовый завод позволяет повысить производительность электродуговой плазменной печи на 15%, снизить удельный расход стержневых электродов на 50%, а также увеличить ресурс работы узлов печи за счет применения электроизолированных металлических обечаек, конусности внутренней поверхности дуговой камеры и её двухслойного электроизоляционного покрытия. 6The use of the indicated mechanism for moving rod electrodes in the conditions of Pervouralsky Dinas Plant OJSC allows to increase the productivity of the electric arc plasma furnace by 15%, reduce the specific consumption of rod electrodes by 50%, and also increase the life of the furnace units due to the use of electrically insulated metal shells and the taper of the inner surface of the arc chamber and its two-layer electrical insulation coating. 6

Источники информации:Sources of information:

1.Патент РФ № 2129343 Н05 В7/18 1999г. 1. RF patent No. 2129343 H05 B7 / 18 1999

2.Патент РФ № 2176277 С22 В9/22 2001г. 2. RF patent No. 2176277 C22 B9 / 22 2001.

3.Патент РФ № 2035128 Н05 В7/22 1995г. 3.3. RF patent No. 2035128 H05 B7 / 22 1995. 3.

Патентовед .Д.МалышкинаPatent Specialist D.Malyshkin

Claims

1. An electric arc plasma furnace containing an arc chamber made of longitudinal water-cooled sections, a magnetic circuit, rod electrodes and mechanisms for their movement, characterized in that the rod electrode movement mechanisms are made in the form of rectilinear electrically insulated guides on which drive carriages with water-cooled rod electrode holders are mounted.

2. The electric arc plasma furnace according to claim 1, characterized in that the carriage of the mechanism for moving the rod electrodes has a cable block drive.

3. The electric arc plasma furnace according to claim 1 or 2, characterized in that the inner surface of the arc chamber is expanded downward, and its water-cooled sections are mounted on electrically insulated metal shells.

4. An electric arc plasma furnace according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the inner surface of the arc chamber has a two-layer electrical insulating coating of high temperature oxide materials.