200870. lajstromszámú szabadalom • Plazmaives indukciós kemence
HU 200870 B A találmány tárgya plazmaíves indukciós kemence, amely a villamos olvasztó kemencék családjába tartozik. Az öntödékben és kohászatban az indukciós olvasztó kemencék igen széles körben elteijedten használatosak. Ennek ellenére korlátozott annak a lehetősége, hogy aktív kohászati eljárásokat végezzenek ezekben a kemencékben, mivel a képződő salak alacsony hőmérsékletű, hiszen a salak hőmérséklete az olvadék hőmérsékletét nem szabad túllépje. Ennek következménye, hogy a szén-salak határnál végbemenő fizikai-kémiai jelenségek intenzitása lényegesen csökken. Az indukciós kemencékben az áthaladási teljesítmény nem kívánatos elektrodinamikus jelenségek, különösen a magas meniskus és az olvadék túl nagy cirkulációs sebessége miatt a fajlagos teljesítmény megengedett értékig van korlátozva. Ezeket a hiányosságokat olyan plazmaíves indukciós kemencékkel próbálták javítani, amelyekben két hevítési eljárást alkalmaztak, mégpedig az indukciós hevítést és a plazmahevítést együttesen, ezekben a kemencékben az olvadási idő és az áramfogyasztás az előállítandó fém tonnájaként lényegesen csökkenthető volt, ezenkívül javult az olvadék minősége is, mivel kevesebb volt benne a gáztartalom, a fémzárványok száma, valamint a káros adalékanyagok mennyisége. Ugyanakkor ezekkel a berendezésekkel a jelenlévő forró salak következtében aktív technológiai fémkezeléseket lehetett végezni, mivel kedvező feltételek teremtődtek a behelyezett fém és érc megfelelő olvasztására és regenerálására, és a koksztól független hőkezelő eljárásoknál igen jó alapanyagot nyújtottak ezek az olvadékok a tiszta fém gyártásához, előnye ezeknek a berendezéseknek még az is, hogy a fajlagos teljesítményre vonatkozó korlátozás is elhárult. A SU 462320. sz. SU szerzői tanúsítvány, amelyet 1975-ben tettek közzé, tartalmaz egy, a fémolvadék megolvasztására kiképzett tégelyt, amely induktorban van elhelyezve, amely induktor kondenzátortelepre és váltakozó áramú áramforrásra van csatlakoztatva, tartalmaz továbbá ez a berendezés legalább egy, az induktorral villamosán összekapcsolt plazmatront, mégpedig úgy, hogy a plazmatront az induktorral sorosan van kapcsolva. Az ilyen jellegű kemencékben és berendezésekben a plazmaív véletlenszerű leszakadásánál, illetőleg a plazmatron esetleges kikapcsolásánál, amel például az olvadék bevezetés megváltozása miatt jöhet létre, az induktor áramköre nyit, amelynek következtében az induktor az áramforrásról önmagától lekapcsolódik, ennek következtében a kondenzátortelepen túlfeszültség lép fel, amely annak a kieséséhez vezet. Ennél a berendezésnél nincs meg a lehetősége az induktor és a plazmatron külön-külön történő vezérlésének, és a két üzemmódnak a hevítés során történő teljesítmény elosztására, amelynek következtében az olvadék paraméterei megváltoznak. A fent említett berendezésnél a plazmatron csak váltakozó árammal működtethető. Ugyanakkor célszerű a plazmatront egyenárammal is működtetni, mivel az egyenáramú ív egy éles kontúrral rendelkező kúpalakot mutat, amelynek azonban bizo-1 hetővé teszi, hogy a fémolvadék telj« mélységében gyorsan átolvadjon, illetőleg átégjen. Ebben az esetben a plazmatron által szolgáltatott teljes teljesítmény a fémolvadék hevítésére szolgál, és ezáltal a berendezésnek a hatásfoka növelhető. Egy további ismert plazmaíves indukciós kemencét ír le a SW 86/00048. sz. PCT bejelentés, amelynél a plazmaíves indukciós kemence tartalmaz egy a fémolvadék megolvasztására kiképezett, és induktorban elhelyezett tégelyt, ahol az induktor kondenzátor telepre és szabályozható áramforrásra van csatlakoztatva, és legalább egy plazmatronnal villamosán is össze van kapcsolva. Ez utóbbi berendezésben a plazmatron, illetőleg egy sor egymással párhuzamosan kapcsolt plazmatron adott esetben kapcsoló elemen és egyenirányítón keresztül az induktor tekercselésének egy részével van párhuzamosan kapcsolva, és flymódon mind váltakozó feszültségű, mind egyenfeszültségű áramforrásról működtethető. Ennél a berendezésnél azonban az induktor és a plazmatron közötti teljesítmény eloszlás, illetőleg elosztás csak fokozatosan valósítható meg. Ezen kívül az egyenirányító következtében a veszteségek megnőnek, és a teljes berendezés hatásfoka csökken. A találmánnyal célul tűztük ki olyan plazmaíves indukciós kemence kialakítását, ahol a plazmatron és az induktor, valamint az áramforrás olymódon vannak egymáshoz csatlakoztatva, hogy a berendezés hatásfoka nő, az induktor és a plazmatron közötti teljesítmény eloszlás az olvasztás folyamata alatt pedig folyamatosan állítható. A találmány tehát plazmaíves indukciós kemence, amely az olvasztandó anyaghoz kiképezett, és induktorban elhelyezett tégelyt tartalmaz, az induktor kondenzátor teleppel és szabályozható áramforrással van párhuzamosan kapcsolva úgy, hogy az áramforrással legalább egy plazmatron is párhuzamosan van kapcsolva. A találmány szerinti plazmaíves indukciós kemence lényege az, hogy a szabályozható áramforrás egyenirányítót és invertert tartalmaz, ahol az inverter bemenete és a plazmatron az egyenirányító kimenetére van csatlakoztatva. Előnyös a találmány azon kiviteli alakja, ahol a plazmatront egy sor egymással sorosan kapcsolt plazmatron képén, és ezek vannak az inverter bemenetére csatlakoztatva. Azáltal, hogy a plazmatron az inverter bemenetére van csatlakoztatva, az induktor és a plazmatron teljesítményének szabályozási tartománya szélesebbé válik, és a teljesítménynek a közöttük történő folyamatos, fokozat nélküli elosztása biztosítható. Ennél a megoldásnál a megolvasztási idő lecsökken, csökken továbbá a nem hasznos hő keletkezése, ennek következtében pedig nő a berendezés hatásfoka és csökken az áramfogyasztása. A találmány szerinti plazmaíves indukciós kemencét a továbbiakban példakénti kiviteli alakjai segítségével a mellékelt ábrákon ismertetjük részletesebben. Az 1. ábrán látható a találmány szerinti plazmaíves indukciós kemence vázlata úgy, hogy az induktor és 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
