202343. lajstromszámú szabadalom • Indukciós plazmakemence
1 HU 202 343 B 2 A találmány tárgya indukciós plazmakemence, amely felhasználható a kohászatban és elektromos hevítéshez. Fémek és ötvözetek olvasztásához általánosan használatosak az úgynevezett indukciós tégellyel ellátott olvasztókemencék. Ilyeneket ismertet S. A. Farbman és I. F. Kolonjev „Indukciós kemencék fémek és ötvözetek olvasztásához” című könyve („Metallurgia” kiadó, Moszkva, 1968,328. oldal). Ezen kemencékre jellemző a könnyű töltet alacsony olvasztási sebessége és a salak alacsony aktivitása, amelynek alacsony a hőmérséklete. Ezen kemencékben a salak alacsony hőmérsékletének oka a kemence működési elvének a következménye, amennyiben a teljesítményt az induktivitás elektromágneses tere indukálja az elektromosan vezető töltetben. Mivel a salakot elektromosan nem vezető anyag képezi, ezért abban nem indukálódik teljesítmény és hevítéséhez a hőtcljesítményt az olvadt fém szolgáltatja. Ezen túlmenően ismertek még olyan indukciós plazmakemencék, amelyeknek tűzálló tégelye és a tégelyt körülölelő 10 induktivitása, a tégely fölött elrendezett plazmatronja és fenékelektródja van, aholis az induktivitás áramforrásra csatlakozik, valamint a fenékelektród a tégely fenkérészén van elrendezve, és a plazmatron áramforrására átkapcsolóegységen át csatlakozik. Ilyen indukciós plazmakemencét ismertet a JA 13242/65 számú szabadalmi irat. A fenékelektróda táplálásának bekapcsolása esetén plazmaív keletkezik a plazmatron katódja és a töltet között, amely elektromos kapcsolatban áll a fenékelektróddal. Az ív által előállított teljesítmény nem függ a töltet sűrűségétől és ezáltal a könnyű töltetek olvasztási folyamata lényegesen intenzívebbé válik. Ebben az ismert indukciós plazmakemencében a salakot mindenek előtt az ív által kisugárzott hő hevíti, ami által a salak igen magas, a fém hőmérsékletét meghaladó hőmérsékletre hevíthető. A plazmaív által felhevített salak lényegesen magasabb rafinációs aktivitást mutat, aminek következtében a fém minősége javul. Ennek során azonban a felhevített salak intenzív kölcsönhatásba lép a tégely tűzálló bélésével és megrövidíti annak élettartamát. Ezen kívül a plazmaívek sugárzása a tégely felső részének túlhevítését okozza, amely még inkább lecsökkenti a tégely bélésének élettartamát Ezek a jelenségek korlátozzák a plazmatron által előállított teljesítményt Ezen ismert indukciós plazmakemencében a fenékelektróda a töltet megömlesztése után és a fémolvadék túlhevítése következtében nagy hőterhelésnek van kitéve. A hőterhelés megnövekedésének az az oka, hogy a fenékelektródba folyó áram a Joule-hatás következtében hőt termel, amely hozzáadódik ahhoz a hőmennyiséghez, amelyet a túlhevített olvadék ad át a fenékelektródnak, miközben az olvadék az áram és a saját mágneses mező közötti elektromágneses kölcsönhatás okozta erők hatására a fenékelektród homlokfelülete mentén áramlik. Ez a jelenség felerősíti a fenékelektród leolvadását és idő előtti meghibásodását okozza. A találmánnyal célunk az ismert indukciós plazmakemence szerkezetének oly módon való tökéletesítése, hogy a plazmatron nagy teljesítménye esetében sem rongálódjanak meg a plazmakemence szerkezeti elemei (a tégely bélése, a fenékelektród) és ezáltal növekedjék a plazmakemence élettartama és megbízhatósága és szélesedjen technológiai alkalmazhatósága. A kitűzött feladatot olyan indukciós plazmakemence továbbfejlesztésével értük el, amelynek tűzálló tégelye, a tégelyt körülölelő induktivitása áramforráshoz csatlakozó és a tégely fölött elrendezett plazmatronja, a tégely fenékrészén elrendezett és a plazmatron áramforrásához átkapcsolóegységen át csatlakozó fenékelektródja van. A találmány szerinti továbbfejlesztés értelmében a tégely felső része hűtött fémgyűrűként van kialakítva. A találmány értelmében célszerű, ha a fémgyűrű elektromosan kétutas átkapcsolóként kialakított átkapcsolóegységre csatlakozik. A találmány szerint kialakított indukciós plazmakemence nagy megbízhatósággal és hosszú élettartammal rendelkezik, ami annak a védelemnek a következménye, amelyet a hűtött fémgyűrű nyújt egyrészt az ív sugárzásával, másrészt az aktív forró salakok behatásával szemben, és amely a továbbiakban visszavezethető a fémgyűrű által megvalósított árambevezetésre, amely a töltet megolvadása után valósítható meg a fenékelektród árammentesítésével. A találmány szerinti indukciós plazmakemence teljesítménye igen nagy, a plazmatron által létrehozott teljesítmény megnövelésének következtében technológiai alkalmazási területe széles és jó minőségű fémet szolgáltat, mivel tetszőlegesen aktív reakcióképes salak alkalmazható magas hőmérsékletű plazmaív mellett. A találmányt a továbbiakban a rajzon bemutatott példakénti kiviteli alak kapcsán ismertetjük részletesebben, amely a találmány szerinti indukciós plazmakemencét mutatja metszetben. A találmány szerinti indukciós plazmakemencénck tűzálló 1 tégelye az 1 tégelyt körülölelő 2 induktivitása, az 1 tégely fölött elrendezett és 4 áramforrásra csatlakozó 3 plazmatronja, valamint az 1 tégely alsó részén elrendezett 5 fenékelektródja van, amely 6 átkapcsolóegység „a” érintkezőjén át a 3 plazmatron 4 áramforrására kapcsolódik. Az 1 tégely a 7 salakszint magasságában hűtött 8 fémgyűrű alakjában van kialakítva. A 8 fémgyűrű a 6 átakapcsoló egység „b” érintkezőjén át elektromosan a 3 plazmatron 4 áramforrására kapcsolódik. A 6 átkapcsolóegység „a” és „b” érintkezőkkel ellátott kétútú átkapcsolóként van kialakítva. A 8 fémgyűrű hűtésére vízhűtés, léghűtés, párologtató hűtés vagy folyékony fémmel történő hűtés alkalmazható. A 8 fémgyűrűt alkotó anyag - réz, acél, vagy más fém - jó hővezető képességű és aktivitása csekély a töltettel szemben. A 2 induktivitásnak feszültséggel való ellátására 9 áramforrás szolgál, amely adott esetben a 4 áramforrással együtt közös áramforrássá foglalható össze. A munkatér hermetikus lezárásának elérése és a hőveszteségek csökkentése érdekében az 1 tégely 10 fedővel van ellátva. Ezen kívül az 1 tégely falán 11 csapolónyílás van kialakítva. A találmány szerinti indukciós plazmakemence a következő módon működik. A 1 tégelynek a töltettel való feltöltése után bekapcsoljuk a 4 és 9 áramforrásokat, mikoris a 4 áramforrást 6 átkapcsoló egység „a” érintkezőjén keresztül az 5 fenékelektródával kapcsoljuk össze. A 3 plazmatron és a töltet között 12 ívet hozunk létre, amely aknát éget a töltetbe és hőteljesítményét átadja a megömlesztendő fémnek. Az első beadagolás után újból kipótoljuk a töltetet és a folyamatot midaddig ismételjük, míg az 1 tégelyben a 13 olvadék szintje el nem éri a 8 fémgyűrű 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
