EP0259503A1 - Induction plasma installation - Google Patents

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EP0259503A1
EP0259503A1 EP87902862A EP87902862A EP0259503A1 EP 0259503 A1 EP0259503 A1 EP 0259503A1 EP 87902862 A EP87902862 A EP 87902862A EP 87902862 A EP87902862 A EP 87902862A EP 0259503 A1 EP0259503 A1 EP 0259503A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
winding
inductor
plasmatron
induction plasma
plasma system
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP87902862A
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German (de)
French (fr)
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EP0259503A4 (en
Inventor
Nikolai Ivanovich Fomin
Vladimir Sergeevich Malinovsky
German Dmitrievich Zaitsev
Alexandr Lvovich Rezunenko
Alexandr Alexandrovich Prostyakov
Evgeny Petrovich Terekhov
Mikhail Mironovich Krutyansky
Vadim Georgievich Ladozhsky
Mikhail Petrovich Chaikin
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VSESOJUZNY NAUCHNO-ISSLEDOVATELSKY PROEKTNO-KONSTRUKTORSKY I TEKHNOLOGICHESKY INST ELEKTROTERMICHESKOGO OBORUDOVANIA VNIIETO
Original Assignee
VSESOJUZNY NAUCHNO-ISSLEDOVATELSKY PROEKTNO-KONSTRUKTORSKY I TEKHNOLOGICHESKY INST ELEKTROTERMICHESKOGO OBORUDOVANIA VNIIETO
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by VSESOJUZNY NAUCHNO-ISSLEDOVATELSKY PROEKTNO-KONSTRUKTORSKY I TEKHNOLOGICHESKY INST ELEKTROTERMICHESKOGO OBORUDOVANIA VNIIETO filed Critical VSESOJUZNY NAUCHNO-ISSLEDOVATELSKY PROEKTNO-KONSTRUKTORSKY I TEKHNOLOGICHESKY INST ELEKTROTERMICHESKOGO OBORUDOVANIA VNIIETO
Publication of EP0259503A1 publication Critical patent/EP0259503A1/en
Publication of EP0259503A4 publication Critical patent/EP0259503A4/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B11/00—Heating by combined application of processes covered by two or more of groups H05B3/00 - H05B7/00

Definitions

  • the invention relates to electrosolar assemblies and in particular relates to an induction plasma system.
  • induction melting systems which enable the production of metal with a uniform temperature and homogeneous chemical composition by intensive electrodynamic mixing of the melt in the crucible, have been widely used. These systems are suitable for remelting the insert (including the waste materials) and for overheating and allowing the melt to stand.
  • active metallurgical treatment of the metal in an induction system because of the low temperature of the active slags (fluxes) that form.
  • induction plasma systems which combine two heating sources (induction and plasma heating source) in one unit and take advantage of both types of heating. They offer the possibility to carry out an active technological treatment of the metal by the presence of a "warm slag", to significantly reduce the content of gases, non-metallic inclusions and harmful admixtures, to significantly reduce the melting time and to reduce the energy consumption for producing a ton of metal. With these Plants were created to create favorable conditions for remelting and reducing ore and fuel pellets. The combination of two types of heating also enables a significant increase in the specific power and capacity of the system.
  • an induction plasma system is known (SU copyright certificate 462 320, published in the sheet “Discoveries, Inventions, Designs, Trademarks", No. 8, 1975), which contains a melting insert which is arranged in an inductor connected to a capacitor bank and an AC power source. and contains at least one plasmatron which is electrically coupled to the inductor, in particular connected in series therewith.
  • the system described is characterized by low capacity, and it is not possible to achieve a high quality of the melting material in it, because the circuit of the inductor if the plasma arc is accidentally torn off (e.g. due to inferior use) or if the plasma cartridge is switched off, which is caused by the requirements of technological leadership was inevitably interrupted, which leads to the inductor being switched off from the source and to the interruption of the technological melting process.
  • the system mentioned there is practically no possibility of independently controlling the electrical operating state of the inductor and plasmatron. There is therefore no possibility of purposefully influencing the course of the technological process and the quality of the melting material.
  • PCT / SU application 86/00048 dated May 29, 1986 contains an insert melting vessel which is arranged in an inductor connected to a capacitor bank and an AC power source, and a plasmatron or a group of plasmatrones which are electrically coupled to one another which is connected in parallel to part of the inductor windings.
  • the invention has for its object an induction plasma system with such a structural design of the inductor and its connection to a Vechselstrom provoke and a plasmatron or a plasmatron group to develop that enables an expansion of the power control range of a plasmatron or a plasmatron group.
  • an induction plasma system which contains an insert melting vessel which is arranged in an inductor connected to a capacitor bank and an alternating current source, and a plasmatron or a group of plasmatrons electrically connected to one another which is connected in parallel with a winding part of the inductor that part of the inductor windings to which the plasmatron or the plasmatron group is connected in parallel is designed in the form of a first winding and the remaining windings in the form of a second winding, which is electrically insulated from the first winding and connected to the capacitor bank and AC source.
  • the first inductor winding is arranged to be displaceable relative to the second winding in a direction perpendicular to its axis.
  • the second winding of the inductor is at least partially covered by its first winding.
  • the first winding of the inductor is arranged to be axially displaceable relative to its second winding.
  • the inductor in the induction plasma system is provided with a magnetic conductor and its second winding is made from two parts, one of which is attached to this magnetic conductor together with the first inductor winding and is magnetically insulated from the other part of the second inductor winding.
  • the induction plasma system has an additional cord capacitor battery with adjustable capacity, which with the first winding of the inductor or the part attached to the magnetic conductor second winding is electrically coupled.
  • the induction plasma system allows the capacity control range of a plasmatron or the plasmatron group to be expanded, thereby ensuring the capacity increase of the system and quality improvement of the melting material.
  • the induction plasma system contains an insert melting vessel (FIG. 1) arranged in an inductor 2 as well as a capacitor bank 3 and an alternating current source 4.
  • a plasmatron or a plasmatron group On the lid 5 of the vessel 1 there is a plasmatron or a plasmatron group, in the embodiment to be described approximately an arc plasmatron 6 height adjustable.
  • the Plamatron 6 is part of the turns of the inductor 2, which form a first winding 7, which is electrically insulated by means of intermediate layers 8 made of dielectric against the remaining turns of the inductor 2, which is a second winding connected to the capacitor bank 3 and AC source 4 Form 9, connected in parallel.
  • a bottom electrode 10 is arranged on the bottom of the vessel 1 and is intended for closing the working circuit of the plasmatron 6 via plasma arc 11, insert 12 to be melted down and melting material 13.
  • the bottom electrode 10 can be metallic, cooled with water or another coolant, graphite or ceramic-metallic.
  • the auxiliary arc is ignited with the aid of an oscillator 14 connected to the cathode 15 and nozzle 16 of the plasmatron 6.
  • the main circuit of the plasmatron 6 is formed by the following elements - first winding 7 of the inductor, plasmatron 6, plasma arc 11, insert 12 to be melted down, melting material 13, bottom electrode 10, first winding 7 of the inductor 2.
  • the induction plasma system which is essentially similar to that described above is possible.
  • the system contains a second plasmatron 17 (FIG. 2) connected in series with the plasmatron 6.
  • the main circuit is closed by means of the Plaamalabohen 18 of the Plasmatrons 17 generated by the Plasmatron 6.
  • the system contains a device 19 for adjusting the first inductor winding relative to the second winding in one on its axis vertical direction.
  • the apparatus 19 includes a housing secured to a l-u se 21 and a nut 20 to a rotary drive 23 and the winding 7 connected screw 22nd
  • the winding 7 (FIG. 3) at least partially includes the winding 9 and is provided with a device 24 for axial displacement relative to the second winding, which enables the electrical operating state of the plasmatron 6 to be regulated within wide limits.
  • the device 24 is designed similar to the device 19.
  • the inductor 2 is provided with a magnetic conductor 25 and its second winding 9 consists of two parts 9 'and 9 ".
  • the part 9' of the winding 9 is common to the first winding 7 of the inductor 2 arranged on this Magaetleiter 25 and magnetically isolated from the other part 9 ". In the embodiment to be described, it is at a considerable distance, which excludes a magnetic interaction.
  • the system contains a capacitor battery 26 with adjustable capacity, which with the first winding? of the inductor 2 or the part 9 '(FIG. 5) of its second winding 9 located on the magnetic conductor 25 is electrically coupled.
  • the parts 9' and 9" of the second winding 9 of the inductor 2 can be parallel to one another as in FIG. 4 or in series as in FIG. 5 can be switched.
  • the induction plasma system works as follows.
  • the vessel 1 (FIG. 1) is charged with the insert 12 to be melted down and closed with the lid 5.
  • the winding 9 of the inductor 2 is connected to the capacitor bank 3 and the AC power source 4.
  • the Plasmatron 6, which is with the help of intermediate layers electrically insulated from 8 dielectric against the second winding 9 of the inductor 2 with the first winding 7 pera l lelge- on.
  • the AC power source 4 is switched on and the total inductive resistance of the electromagnetic system, consisting of the second winding 9 of the inductor 2, the first winding 7 and the plasmatron 6, as well as connecting rails and cables (not shown in the drawing) is compensated for with the aid of the adjustable lap capacity part of the capacitor bank 3 .
  • the heating of the insert 12 entered into the vessel 1 is started with the eddy currents induced with the aid of the second winding 9 of the inductor 2.
  • the oscillator 14 switches on, with the aid of which an auxiliary arc is ignited between the cathode 15 and the nozzle 16 of the plasmatron 6.
  • the plasma-forming gas (as a rule automatically) is fed to the gap between the cathode and the nozzle 16.
  • the main arc 11 is then ignited between the cathode 15 of the plasmatron 6 and the insert 12, which is in electrical contact with the anode (bottom electrode 10) via the melting material 13 or directly (at the beginning of the melting).
  • the insert 12 melts quickly under the influence of the high temperature of the plasma arc 11, and the resulting melting material 13 is mixed and additionally preheated with the aid of the second winding 9 of the inductor 2.
  • the plasmatron 6 is switched off, the cover 5 is moved to the side, and a second charge set is entered into the vessel 1. It is desirable to load the vessel 1 as much as possible.
  • the vessel 1 is closed with the lid 5, the auxiliary arc and then also the main arc 11 ignited, and the melting continues until the loaded insert 12 has completely melted.
  • the melt material 13 is optionally overheated and, if provided in the manufacturing process, refined and alloyed.
  • the alloying elements can be entered into the vessel 1 without the cover 5 having to be removed and the plasmatron 6 having to be switched off.
  • the technological treatment of the melt can take place both when connecting only the second winding 9 of the inductor 2 and when the inductor 2 and the plasmatron 6 are operated together.
  • active slags fluxes
  • the metallurgical processes in the "metal slag" system are considerably intensified under the action of the high temperatures of the plasma arc 11, the high cleaning of the metal from harmful mixtures achieved, the thin liquid of the slags is considerably improved, which contributes to a significant improvement in the quality of the melting material and facilitates the removal of the slag from the vessel 1.
  • the inventive design of the inductor 2 also reduces the undesirable arbitrary influence of the circuit of the plasmatron 6 on that of the inductor 2 and the alternating current source 4, including when there is a rapid change in the burning conditions of the plasma arc 11, because these circuits do not interconnect with one another in the system "rigid” (electrical), but “soft” (magnetic) are coupled. This increases the operational reliability and safety of the system because the plasmatron 6 carries a voltage which is only given by the stable burning conditions of the plasma arc and does not carry the voltage of the alternating current source 4.
  • the system offers the possibility of stabilizing the operating states of the inductor 2 and the plasmatron 6 and of expanding the operating state control range of the plasmatron 6.
  • the operation of the induction plasma system shown in Fig. 2 is similar to that described above.
  • One difference is that in the system the first winding 7 of the inductor 2 is designed to be displaceable relative to the second winding 9 in a direction perpendicular to the axis of the winding 9 by means of the device 19.
  • By turning the screw 22 of the drive 23, its reciprocating movement in the nut 20 takes place together with the winding 7.
  • the asymmetry of the magnetic field generated in this movement in the upper part of the vessel 1 leads to such an interaction between the plasma arcs 11, 18 and the magnetic field, in which they are, as it were, coiled. Their length and cross section of action increase noticeably, which leads to a change in the electrical operating state (to an increase in voltage) of the plasma cartridge 6, 17 and to an enlarged area of the anode focal spots on the spittle of the melting material 13. As a result, the surface of the melting material 13 is less concentrated and thus heated more evenly, its overheating is reduced, and the melting losses and alloying elements are saved. In the end, the metal quality will be better.
  • the asymmetry of the magnetic field also leads to a change in the type of circulation of the melt in vessel 1 and to the intensification of physico-chemical processes at the "metal-active slag" boundary, which also contributes to improving the quality of the melt.
  • the operating state of the plasma cartridge 6, 17 depends to a large extent on the size of the magnetic coupling between the windings 7 and 9, which is given by their mutual arrangement.
  • the design of the inductor 2 (FIG. 3), in which its winding 7 at least partially comprises the winding 9, enables the required operating state of the plasmatron to be set by selecting the position of the winding 7 relative to the winding 9 and securing it in this position J the more the winding 7 includes the winding 9, the stronger the magnetic coupling and the higher the voltage on the winding 7 and the plasmatron 6 under otherwise identical conditions. This offers the possibility of rationally selecting the power ratio between the inductor 2 and the plasmatron 6, for example depending on the type of the melting material.
  • the voltage increase on the Plasmatron 6 leads to an increase in its performance and thus to an increase in the capacity of the system.
  • the temperature in the area of the plasma arc 11 increases, which is accompanied by gas and harmful admixtures and contributes to the dissociation of non-metallic inclusions.
  • a further increase in the capacity of the plant is achieved in the embodiments shown in FIGS. 4 and 5. Due to the controllability of the magnetic coupling between the part 9 'of the second winding 7, which are arranged on the common magnetic conductor 25, and thus the controllability of the power and temperature of the plasma arc 11, a possibility can be found in detail, an intensive course of the physico-chemical Secure processes in the melt and at the "metal slag" border.
  • the electromagnetic mixing of the melt which is independent of the operation of the plasmatron 6 and which is ensured with the part 9 ′′ of the second winding 9 which is magnetically insulated from the part 9 ′, also offers the possibility of intensify processes in the metal.
  • the absence of the magnetic coupling ensures the independence of the operating state of the plasmatron 6 from the change in the properties of the feed material during melting (loss of the magnetic properties of the insert, change in the specific electrical resistance with the rise in temperature of the metal, change in the physical state of the feed material). This makes it possible to maintain the optimal operating state of the plasmatron 6 in the course of the entire melting process in order to increase the capacity of the system and to improve the quality of the melting material.
  • the optimal operating state of the plasmatron 6 is also realized by the capacity control of the capacitor bank 26, which allows the voltage at the plasmatron 6 to be increased by an additional 10 to 15% and thus the capacity of the system while the voltage of the alternating current source 4 remains the same.
  • the induction plasma system is intended for melting and for the technological treatment of high-quality ferrous and non-ferrous metals and alloys in metallurgy and foundries.

Abstract

An induction plasma installation in which a container (1) for melting a charge is mounted inside an inductor (2) a part of whose turns serve as a first winding (7), to which is connected in parallel one plasmatron (6) or a group of electrically inter connected plasmatrons. The other turns of the inductor (2) serve as a second winding (9) electrically insulated from the first winding (7) and connected to a capacitor bank (3) and to an alternating current source (4).

Description

Technisches GebietTechnical field

Die Erfindung bezieht sich auf Elektrosohmelzaniagen und betrifft insbesondere eine Induktionaplasmaanlage.The invention relates to electrosolar assemblies and in particular relates to an induction plasma system.

Zugrundeliegender Stand der TechnikUnderlying state of the art

Das gestiegene Bedürfnis der Industrie, insbesondere der Maschinenbauzweige nach komplexlegierten und Edelstlhlen und Legierung stellt an die Ausrüstung zur Durchführung des Schmelzvorganges und der technologischen Metallbeerbeitung hohe Anforderungen.The increased need of the industry, in particular the mechanical engineering branches for complex alloys and stainless steels and alloys, places high demands on the equipment for carrying out the melting process and the technological metal working.

Im Gießereibetrieb und Hüttenprozeß wurden Induktionsschmelzanlagen, die durch intensive elektrodynamische Durchmischung der Schmelze im Schmelztiegel die Erzeugung von Metall mit volumengleichmaßiger Temperatur und homogener chemischer Zusammensetzung ermöglichen, weitestgehend verbreitet. Diese Anlagen sind zum Umschmelzen des Einsatzes (darunter auch der Abfallstoffe) sowie zum Überhitzen und Abstehenlassen der Schmelze geeignet. Es ist jedoch praktisch unmöglich, wegen der Tieftemperatur der sich bildenden aktiven Schlacken (Flußmittel) eine aktive hüttenmännische Behandlung des Metalls in einer Induktionsanlage durchzuführen.In the foundry and smelting process, induction melting systems, which enable the production of metal with a uniform temperature and homogeneous chemical composition by intensive electrodynamic mixing of the melt in the crucible, have been widely used. These systems are suitable for remelting the insert (including the waste materials) and for overheating and allowing the melt to stand. However, it is practically impossible to carry out an active metallurgical treatment of the metal in an induction system because of the low temperature of the active slags (fluxes) that form.

Eine beträchtliche Qualitätsverbesserung des Schmelzgutes wird durch Induktionsplasmaanlagen ermöglicht, die in einem Aggregat zwei Erwärmungsquellen (Induktions- und Plasmaerwärmungsquelle) vereinigen und Vorteile beider Erwärmungsarten ausnutzen. Sie bieten die Möglichkeit, durch Vorhandensein einer "Warmschlacke" eine aktive technologische Behandlung des Metalls durchzuführen, den Gehalt an Gasen, nichtmetallischen Einschlüssen und schädlichen Beimischungen wesentlich zu vermindern sowie die Schmelzzeit bedeutend zu verkürzen und den Energieverbrauch zur Erzeugung einer Tonne Metall herabzusetzen. Bei diesen Anlagen wurden günstige Bedingungen zum Umsehmelzen und Reduzieren von Erz- und Erennstoffpelleten geschaffen. Durch die Kombination von zwei Erwärmungsarten wird ebenfalls eine wesentliche Erhöhung der spezifischen Leistung und der Kapazität der Anlage ermöglicht.A considerable improvement in the quality of the melting material is made possible by induction plasma systems, which combine two heating sources (induction and plasma heating source) in one unit and take advantage of both types of heating. They offer the possibility to carry out an active technological treatment of the metal by the presence of a "warm slag", to significantly reduce the content of gases, non-metallic inclusions and harmful admixtures, to significantly reduce the melting time and to reduce the energy consumption for producing a ton of metal. With these Plants were created to create favorable conditions for remelting and reducing ore and fuel pellets. The combination of two types of heating also enables a significant increase in the specific power and capacity of the system.

So ist eine Induktionsplasmaanlage bekannt (SU-Urheberschein 462 320, bekanntgemacht im Blatt "Entdeckungen, Erfindungen, Geschmacksmuster, Warenzeichen", Nr.8, 1975), die ein Einsatzschmelzgefäß, das in einem an eine Kondensatorenbatterie und eine Wechselstromquelle angeschlossenen Induktor angeordnet ist, und mindestens ein Plasmatron enthält, das mit dem Induktor elektrisch gekoppelt, insbesondere in Reihe damit geschaltet ist.For example, an induction plasma system is known (SU copyright certificate 462 320, published in the sheet "Discoveries, Inventions, Designs, Trademarks", No. 8, 1975), which contains a melting insert which is arranged in an inductor connected to a capacitor bank and an AC power source. and contains at least one plasmatron which is electrically coupled to the inductor, in particular connected in series therewith.

Die beschriebene Anlage ist durch geringe Kapazität gekennzeichnet, und darin kann keine hohe Qualität des Schmelzgutes erreicht werden, weil der Stromkreis des Induktors bei zufälligem Abreißen des Plasmalichtbogens (z.B. wegen minderwertigen Einsatzes) oder bei Abschaltung des Plasmatrons, die durch die Anforderungen der technologischen Führung verursacht wurde, unvermeidlich unterbrochen wird, was zur Abschaltung des Induktors von der Quelle und zur Unterbrechung des technologischen Schmelzvorganges führt. Bei der erwähnten Anlage gibt es praktisch keine Möglichkeit der unabhängigen Regelung des elektrischen Betriebszustandes vom Induktor und Plasmatron. Somit besteht keine Möglichkeit, zielstrebig auf den Verlauf des technologischen Prozesses und die Qualität des Scbmelzgutes einzuwirken.The system described is characterized by low capacity, and it is not possible to achieve a high quality of the melting material in it, because the circuit of the inductor if the plasma arc is accidentally torn off (e.g. due to inferior use) or if the plasma cartridge is switched off, which is caused by the requirements of technological leadership was inevitably interrupted, which leads to the inductor being switched off from the source and to the interruption of the technological melting process. In the system mentioned, there is practically no possibility of independently controlling the electrical operating state of the inductor and plasmatron. There is therefore no possibility of purposefully influencing the course of the technological process and the quality of the melting material.

Bekannt ist ebenfalls eine Induktionsplasmaanlage (PCT/SU-Anmeldung 86/00048 vom 29.05.86), die ein EinsatzschmelzgefäB, das in einem an eine Kondensatorenbatterie und eine Wechselstromquelle angeschlossenen Induktor angeordnet ist, und ein Plasmatron oder eine Gruppe von elektrisch untereinander gekoppelten Plasmatronen enthält, die zu einem Teil der Induktorwindungen parallelgeschaltet ist.Also known is an induction plasma system (PCT / SU application 86/00048 dated May 29, 1986) which contains an insert melting vessel which is arranged in an inductor connected to a capacitor bank and an AC power source, and a plasmatron or a group of plasmatrones which are electrically coupled to one another which is connected in parallel to part of the inductor windings.

Bei dieser Anlage ist eine Unterbrechung den Induktorstromkreises bei zufälligem Abreißen des Plasmalichtbogens oder Abschaltung des Plasmatrons ausgeschlossen, es besteht die Möglichkeit, die Leistung zwischen Induktor und Plasmatron im Schmelzvorgang neuzuverteilen. Das gestattet, die Kapazität der Anlage zu erhöhen und Bedingungen für die Qualitätsverbesserung des Metalls zu schaffen.With this system, an interruption in the inductor circuit in the event of accidental tearing off of the plasma arc or shutdown of the plasmatron is ruled out. It is possible to redistribute the power between the inductor and plasmatron in the melting process. This makes it possible to increase the capacity of the plant and to create conditions for improving the quality of the metal.

Die Leistungsregelung des Plasmatrons erfolgt jedoch bei dieser Anlage durch Kommutierung eines Windungsteils des durch das Plasmatron überbrückten Induktors mit Hilfe eines Sonderschaltelementes. Dadurch wird die Regelungsmöglichkeit begrenzt, weil es bei einer realen Anlage Winduagazahl schwierig ist, eine ausreichende umsohaltbare Winduagazahl zu gewährleisten, man benötigt zusätzliche Starkstrom-Schaltgeräte und deren Standort, in den Anzapfungen des Induktors treten zusätzliche elektrische Verluste auf, was letzten Endes zur Senkung des Wirkungsgrades, zur nicht vollen Ausnutzung der installierten Leistung der Wechselstromquelle und jeweils zum Leistungsabfall der Anlage fühnt.In this system, however, the power regulation of the plasmatron takes place by commutation of a winding part of the inductor bridged by the plasmatron with the aid of a special switching element. This limits the possibility of regulation, because in a real Winduaga system it is difficult to guarantee a sufficient, sustainable Winduaga number, additional high-voltage switching devices and their location are required, additional electrical losses occur in the taps of the inductor, which ultimately reduces the Efficiency, to not fully utilize the installed power of the AC power source and to decrease the performance of the system.

Die begrenzten Regelungsmöglichkeiten der Plasmatronleistung, der wechselseitige Zusammenhang der Betriebszustände von Plasmatron und Induktor sowie deren Abhän,- gigkeit von den Eigenschaften und dem Zustand des Einsatzgutes, die durch starre elektrische Kopplung der Induktor- und Plasmatronstromkreise bedingt sind, gestatten nicht, die technologischen Möglichkeiten der Anlage im Rahmen der Qualitätsverbesserung des Schmelzgutes in vollem Maße zu realisieren.The limited control options for the plasmatron power, the mutual relationship between the operating states of the plasmatron and the inductor, and their dependence on the properties and the condition of the input material, which are caused by the rigid electrical coupling of the inductor and plasmatron circuits, do not allow the technological possibilities of To fully implement the plant as part of the quality improvement of the melting material.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Induktionsplasmaanlage mit solcher konstruktiven Ausführung des Induktors und dessen solchem Anschluß an eine Vechselstromquelle und ein Plasmatron oder eine Plasmatrongruppe zu entwickeln, die eine Erweiterung des Leistungsregelbereichs eines Plasmatrons oder einer Plasmatrongruppe ermöglicht.The invention has for its object an induction plasma system with such a structural design of the inductor and its connection to a Vechselstromquelle and a plasmatron or a plasmatron group to develop that enables an expansion of the power control range of a plasmatron or a plasmatron group.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelost, daß bei einer Induktionsplasmaanlage, die ein Einsatzschmelzgefäß, das in einem an eine Kondensatorenbatterie und eine Wechselstromquelle angeschlossenen Induktor angeordnet ist, und ein Plasmatron oder eine zu einem Windungsteil des Induktors parallelgeschaltete Gruppe von miteinander elektrisch gekoppelten Plasmatronen enthält, erfindungsgemäß jener Teil der Induktorwindungen, zu dem das Plasmatron oder die Plasmatrongruppe parallelgeschaltet ist, in Form einer ersten Wicklung und die restlichen Windungen in Form einer zweiten Wecklung ausgebildet sind, die gegen die erste Wicklung elektrisch isoliert und an die Kondensatorenbatterie und Wechselstromquelle angeschlossen ist.The object is achieved in that in an induction plasma system which contains an insert melting vessel which is arranged in an inductor connected to a capacitor bank and an alternating current source, and a plasmatron or a group of plasmatrons electrically connected to one another which is connected in parallel with a winding part of the inductor that part of the inductor windings to which the plasmatron or the plasmatron group is connected in parallel is designed in the form of a first winding and the remaining windings in the form of a second winding, which is electrically insulated from the first winding and connected to the capacitor bank and AC source.

Es ist zweckmäßig, wenn bei der Induktionsplasmaanlage die erste Induktorwicklung relativ zur zweiten Wicklung in einer auf deren Achse senkrechten Richtung verschiebbar angeordnet ist.It is expedient if, in the induction plasma system, the first inductor winding is arranged to be displaceable relative to the second winding in a direction perpendicular to its axis.

Es ist von Nutzen, wenn bei der Induktionsplasmaanlage die zweite Wicklung des Induktors wenigstens teilweise von seiner ersten Wicklung umfaßt wird.It is useful if, in the induction plasma system, the second winding of the inductor is at least partially covered by its first winding.

Es ist von Vorteil, wenn bei der Induktionsplasmaanlage die erste Wicklung des Induktors relativ zu seiner zweiten Wicklung axialverschiebbar angeordnet ist.It is advantageous if, in the induction plasma system, the first winding of the inductor is arranged to be axially displaceable relative to its second winding.

Es ist vernünftig, wenn bei der Induktionsplasmaanlage der Induktor mit einem Magnetleiter versehen und seine zweite Wicklung aus zwei Teilen ausgeführt ist, von denen der eine zusammen mit der ersten Induktorwicklung an diesem Magnetleiter angebracht und gegen den anderen Teil der zweiten Induktorwicklung magnetisch isoliert ist.It is reasonable if the inductor in the induction plasma system is provided with a magnetic conductor and its second winding is made from two parts, one of which is attached to this magnetic conductor together with the first inductor winding and is magnetically insulated from the other part of the second inductor winding.

Es ist auch zweckmäßig, daß die Induktionsplasmaanlage eine zusätzliche Kordensatorenbatterie mit regelbarer Kapazität aufweist, die mit der ersten Wicklung des Induktors oder dem am Magnetleiter angebrachten Teil seiner zweiten Wicklung elektrisch gekoppelt ist.It is also appropriate that the induction plasma system has an additional cord capacitor battery with adjustable capacity, which with the first winding of the inductor or the part attached to the magnetic conductor second winding is electrically coupled.

Die Induktionsplasmaanlage gestattet es, den Leistungsregelbereich eines Plasmatrons oder der Plasmatrongruppe zu erweitern, wodurch die Kapazitätserhöhung der Anlage und Qualitätsverbesserung des Schmelzgutes gesichert wird.The induction plasma system allows the capacity control range of a plasmatron or the plasmatron group to be expanded, thereby ensuring the capacity increase of the system and quality improvement of the melting material.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Nachstehend wird die Erfindung an Band konkreter Ausführungabeispiele und der beigefügten Zeichaungen näher erläutert; es zeigen

  • Fig. 1 ein Funktionsschaltbild der erfindungsgemässen Induktionsplasmaanlage (Induktor und Einsatzschchmelzgefäß sind im Längsschnitt dargestellt);
  • Fig. 2 dito wie in Fig. 1 mit zwei Plasmatronen und einer Vorrichtung zum Verstellen der ersten Wicklung in einer auf die Achse der zweiten Wicklung senkrechten Richtung, gemäß der Erfindung;
  • Fig. 3 dito wie in Fig. 1 mit der ersten Wicklung, die die zweite teilweise umfaßt und mit einer Vorrichtung zur Axialverschiebung relativ zur ersten Wicklung versehen ist, nach der Erfindung;
  • Fig. 4 dito wie in Fig. 1 mit einer zweiten zweiteiligen Wicklung und einer zusätzlichen, mit der ersten Wicklung elektrisch gekoppelten Kondensatorenbatterie, nach der Erfindung;
  • Fig. 5 dito wie in Fig. 4 mit einer mit einem der Teile der zweiten Wicklung elektrisch gekoppelten Kondensatorenbatterie, nach der Erfindung.
The invention is explained in more detail below on the basis of specific examples of embodiments and the accompanying drawings; show it
  • 1 shows a functional circuit diagram of the induction plasma system according to the invention (inductor and insert melting vessel are shown in longitudinal section);
  • 2 ditto as in FIG. 1 with two plasma matrons and a device for adjusting the first winding in a direction perpendicular to the axis of the second winding, according to the invention;
  • 3 ditto as in FIG. 1 with the first winding, which partially comprises the second and is provided with a device for axial displacement relative to the first winding, according to the invention;
  • 4 ditto as in FIG. 1 with a second two-part winding and an additional capacitor bank electrically coupled to the first winding, according to the invention;
  • Fig. 5 ditto as in Fig. 4 with a capacitor battery electrically coupled to one of the parts of the second winding, according to the invention.

Bevorzugte Ausführungsform der ErfindungPreferred embodiment of the invention

Die Induktionsplasmaanlage enthält ein in einem Induktor 2 angeordnetes Einsatzschmelzgefäß (Fig. 1) sowie eine Kondensatorenbatterie 3 und eine Wechselstromquelle 4. Am Deckel 5 des Gefäßes 1 ist ein Plasmatron oder eine Plasmatrongruppe, bei der zu beschreibenden Ausführungsform ein Lichtbogenplasmatron 6 höhenverstellbar angeordnet. Das Plamatron 6 ist zu einem Teil der Windungen des Induktors 2, die eine erste Wicklung 7 bilden, welche mittels Zwischenlagen 8 aus Dielektrikum gegen die restlichen Windungen des Induktors 2 elektrisch isoliert ist, die eine zweite, an die Kondensatorenbatterie 3 und Wechselstromquelle 4 angeschlossene Wicklung 9 bilden, parallelgeschaltet.The induction plasma system contains an insert melting vessel (FIG. 1) arranged in an inductor 2 as well as a capacitor bank 3 and an alternating current source 4. On the lid 5 of the vessel 1 there is a plasmatron or a plasmatron group, in the embodiment to be described approximately an arc plasmatron 6 height adjustable. The Plamatron 6 is part of the turns of the inductor 2, which form a first winding 7, which is electrically insulated by means of intermediate layers 8 made of dielectric against the remaining turns of the inductor 2, which is a second winding connected to the capacitor bank 3 and AC source 4 Form 9, connected in parallel.

Auf dem Boden des Gefäßes 1 ist eine Bodenelektrode 10 angeordnet, die zum SchlieBen des Arbeitsstromkreises des Plasmatrons 6 über Plasmalichtbogen 11, niederzuschmelzenden Einsatz 12 und Schmelzgut 13 bestimmt. Je nach der Zusammensetzung des Einsatzes 12 und Auskleidungsart kann die Bodenelektrode 10 metallisch, mit Wasser oder einem anderen KÜhlmittel gekühlt, graphitisch oder keramometallisch ausgeführt werden.A bottom electrode 10 is arranged on the bottom of the vessel 1 and is intended for closing the working circuit of the plasmatron 6 via plasma arc 11, insert 12 to be melted down and melting material 13. Depending on the composition of the insert 12 and the type of lining, the bottom electrode 10 can be metallic, cooled with water or another coolant, graphite or ceramic-metallic.

Der Hilfsbogen wird mit Hilfe eines an die Kathode 15 und Düse 16 des Plasmatrons 6 angeschlossenen Oszillators 14 gezündet. Der Hauptstromkreis des Plasmatrons 6 wird durch folgende Elemente - erste Wicklung 7 des Induktors, Plasmatron 6, Plasmalichtbogen 11, niederzuschmelzenden Einsatz 12, Schmelzgut 13, Bodenelektrode 10, erste Wicklung 7 des Induktors 2 - gebildet.The auxiliary arc is ignited with the aid of an oscillator 14 connected to the cathode 15 and nozzle 16 of the plasmatron 6. The main circuit of the plasmatron 6 is formed by the following elements - first winding 7 of the inductor, plasmatron 6, plasma arc 11, insert 12 to be melted down, melting material 13, bottom electrode 10, first winding 7 of the inductor 2.

In jenen Fällen, daß die Ausnutzung der Bodenelektrode unerwünscht ist, z.B. bei Anlagen zur Außerofen-Stahlbehandlung, ist eine im wesentlichen der oben beschriebenen ähnliche AusfÜhrungsform der Induktionsplasmaanlage möglich. Der Unterschied besteht darin, daß die Anlage ein zweites, mit dem Plasmatron 6 in Reihe geschaltetes Plasmatron 17 (Fig. 2) enthält. Dabei wird der Hauptstromkreis über durch das Plasmatron 6 erzeugten Plaamalichtbohen 18 des Plasmatrons 17 geschlossen.In those cases where the use of the bottom electrode is undesirable, e.g. In the case of systems for out-of-furnace steel treatment, an embodiment of the induction plasma system which is essentially similar to that described above is possible. The difference is that the system contains a second plasmatron 17 (FIG. 2) connected in series with the plasmatron 6. In this case, the main circuit is closed by means of the Plaamalabohen 18 of the Plasmatrons 17 generated by the Plasmatron 6.

Zur Gewährleistung der Regelung des Betriebszustandes der Plasmatrone 6, 17 und der Durchmischungsverhältnisse des Schmelzgutes 13 enthält die Anlage eine Vorrichtung 19 zum Verstellen der ersten Induktorwicklung relativ zur zweiten Wicklung in einer auf ihre Achse senkrechten Richtung. Bei der zu beschreibenden Ausführungaform enthält die Vorrichtung 19 eine an einem Gehlu-se 21 befestigte Mutter 20 und eine mit einem Drehantrieb 23 und der Wicklung 7 verbundene Schraube 22.To ensure the control of the operating state of the plasma cartridge 6, 17 and the mixing ratios of the melting material 13, the system contains a device 19 for adjusting the first inductor winding relative to the second winding in one on its axis vertical direction. In the Ausführungaform to be described, the apparatus 19 includes a housing secured to a l-u se 21 and a nut 20 to a rotary drive 23 and the winding 7 connected screw 22nd

Zur Verstärkung der magnetischen Kopplung zwischen den Wicklungea ? und 9 umfaßt die Wicklung 7 (Fig. 3) mindestens teilweise die Wicklung 9 und ist mit einer Vorrichtung 24 zur Axialverschiebung relativ zur zweiten Wicklung versehen, was die Regelung des elektrischen Betriebszustandes des Plasmatrons 6 innerhalb weiter Grenzen ermöglicht. Die Vorrichtung 24 ist der Vorrichtung 19 ähnlich ausgeführt.To increase the magnetic coupling between the windings a? and 9, the winding 7 (FIG. 3) at least partially includes the winding 9 and is provided with a device 24 for axial displacement relative to the second winding, which enables the electrical operating state of the plasmatron 6 to be regulated within wide limits. The device 24 is designed similar to the device 19.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform ist der Induktor 2 mit einem Magnetleiter 25 versehen, und seine zweite Wicklung 9 besteht aus zwei Teilen 9' und 9". Der Teil 9' der Wicklung 9 ist gemeinsam mit der ersten Wicklung 7 des Induktors 2 an diesem Magaetleiter 25 angeordnet und gegen den anderen Teil 9" magnetisch isoliert. Bei der zu beschreibenden Ausführungsform befindet er sich in einem beträchtlichen Abstand, der eine magnetische Wechselwirkung ausschließt.4, the inductor 2 is provided with a magnetic conductor 25 and its second winding 9 consists of two parts 9 'and 9 ". The part 9' of the winding 9 is common to the first winding 7 of the inductor 2 arranged on this Magaetleiter 25 and magnetically isolated from the other part 9 ". In the embodiment to be described, it is at a considerable distance, which excludes a magnetic interaction.

Außerdem enthält die Anlage eine Kondensatorenbatterie 26 mit regelbarer Kapazität, die mit der ersten Wicklung ? des Induktors 2 oder dem am Magnetleiter 25 befindlichen Teil 9' (Fig. 5) seiner zweiten Wicklung 9 elektrisch gekoppelt ist. Je nach der Spannung der Wechselstromspannung 4 und dem Widerstand der Teile 9', 9" der Wicklung 9 können dabei die Teile 9' und 9" der zweiten Wicklung 9 des Induktors 2 untereinander parallel wie in Fig. 4 oder in Reihe wie in Fig. 5 geschaltet werden.In addition, the system contains a capacitor battery 26 with adjustable capacity, which with the first winding? of the inductor 2 or the part 9 '(FIG. 5) of its second winding 9 located on the magnetic conductor 25 is electrically coupled. Depending on the voltage of the AC voltage 4 and the resistance of the parts 9 ', 9 "of the winding 9, the parts 9' and 9" of the second winding 9 of the inductor 2 can be parallel to one another as in FIG. 4 or in series as in FIG. 5 can be switched.

Die Induktionsplasmaanlage arbeitet wie folgt. Das Gefäß 1 (Fig. 1) wird mit dem niederzuschmelzenden Einsatz 12 beschickt und mit dem Deckel 5 verschlossen. Die Wicklung 9 des Induktors 2 wird an die Kondensatorenbatterie 3 und die Wechselstromquelle 4 angeschlossen. Das Plasmatron 6 wird mit der ersten Wicklung 7 perallelge- schaltet,die mit Hilfe der Zwischenlagen 8 aus Dielektrikum gegen die zweite Wicklung 9 des Induktors 2 elektrisch isoliert ist.The induction plasma system works as follows. The vessel 1 (FIG. 1) is charged with the insert 12 to be melted down and closed with the lid 5. The winding 9 of the inductor 2 is connected to the capacitor bank 3 and the AC power source 4. The Plasmatron 6, which is with the help of intermediate layers electrically insulated from 8 dielectric against the second winding 9 of the inductor 2 with the first winding 7 pera l lelge- on.

Es wird die Wechselstromquelle 4 eingeschaltet und der induktive Gesamtwiderstand des elektromagnetischen Systems, bestehend aus zweiter Wicklung 9 des Induktors 2, erster Wicklung 7 und Plasmatron 6 sowie AnschluBschienen und -kabeln (in der Zeichnung nicht dargestellt) mit Hilfe des regelbaren Lapazitätsteils der Kondensatorenbatterie 3 ausgeglichen. Durch Spannungserhöhung wird mit dem Burchwärmen des in das Gefäß 1 eingegebenen Einsatzes 12 mit mit Hilfe der zweiten Wicklung 9 des Induktors 2 induzierten Wirbelströmen begonnen. Es schaltet sich der Oszillator 14, mit dessen Hilfe ein Hilfsbogen zwischen der Kathode 15 und der Düse 16 des Plasmatrons 6 gezündet wird. Vorläufig wird das plasmabildende Gas (als Regel selbsttätig) dem Spalt zwischen der Kathode und der Düse 16 zugeführt. Danach wird der Hauptlichtbogen 11 zwischen der Kathode 15 des Plasmatrons 6 und dem Einsatz 12 gezündet, der mit der Anode (Bodenelektrode 10) über das Schmelzgut 13 oder unmittelbar (zu Beginn des Schmelzens) in elektrischem Kontakt steht.The AC power source 4 is switched on and the total inductive resistance of the electromagnetic system, consisting of the second winding 9 of the inductor 2, the first winding 7 and the plasmatron 6, as well as connecting rails and cables (not shown in the drawing) is compensated for with the aid of the adjustable lap capacity part of the capacitor bank 3 . By increasing the voltage, the heating of the insert 12 entered into the vessel 1 is started with the eddy currents induced with the aid of the second winding 9 of the inductor 2. The oscillator 14 switches on, with the aid of which an auxiliary arc is ignited between the cathode 15 and the nozzle 16 of the plasmatron 6. For the time being, the plasma-forming gas (as a rule automatically) is fed to the gap between the cathode and the nozzle 16. The main arc 11 is then ignited between the cathode 15 of the plasmatron 6 and the insert 12, which is in electrical contact with the anode (bottom electrode 10) via the melting material 13 or directly (at the beginning of the melting).

Um den Schmelzvorgang zu beschleunigen, wird er bei der gleichzeitigen . Arbeit des Induktors 2 und des Plasmatrons 6 durchgeführt. Unter solchen Bedingungen schmilzt der Einsatz 12 schnell unter der Einwirkung der Hochtemperatur des Plasmalichtbogens 11, und das entstehende Schmelzgut 13 wird durchgemischt und mit Hilfe der zweiten Wicklung 9 des Induktors 2 zusätzlich vorgewärmt.In order to accelerate the melting process, it is used at the same time. Work performed by the inductor 2 and the plasmatron 6. Under such conditions, the insert 12 melts quickly under the influence of the high temperature of the plasma arc 11, and the resulting melting material 13 is mixed and additionally preheated with the aid of the second winding 9 of the inductor 2.

Nach dem Erschmelzen des ersten Beschickungssatzes wird das Plasmatron 6 ausgeschaltet, der Deckel 5 abseits geführt, in das Gefäß 1 ein zweiter Beschickungssatz eingegeben. Es ist dabei erwünscht, das Gefäß 1 maximal zu beschicken. Das Gefäß 1 wird mit dem Deckel 5 verschlossen, der Hilfsbogen und dann auch der Hauptlichtbogen 11 gezündet, und das Schmelzen geht bis zum vollständigen Abschmelzen des beschickten Einsatzes 12 weiter.After the first charge set has melted, the plasmatron 6 is switched off, the cover 5 is moved to the side, and a second charge set is entered into the vessel 1. It is desirable to load the vessel 1 as much as possible. The vessel 1 is closed with the lid 5, the auxiliary arc and then also the main arc 11 ignited, and the melting continues until the loaded insert 12 has completely melted.

Nach Abschluß des Schmelzvorganges wird das Schmelzgut 13 gegebenenfalls überhitzt und, falls im Fertigungsverfahren vorgesehen, raffiniert und legiert. Dabei können die Legierungselemente in das Gefäß 1 eingegeben werden, ohne daß der Deckel 5 abgenommen und das Plasmatron 6 ausgeschaltet werden muß. Die technologische Behandlung der Schmelze kann sowöhl beim Anschluß nur der zweiten Wicklung 9 des Induktors 2 als auch beim Gemeinschaftsbetrieb des Induktors 2 und des Plasmatrons 6 erfolgen. Im letztgenannten Fall können sich an der Oberfläche des Schmelzgutes aktive Schlacken (Flußmittel) bilden, mit deren Hilfe die metallurgischen Vorgänge in dem "Metall-Schlacke"-System unter der Einwirkung der Hochtemperaturen des Plasmalichtbogens 11 wesentlich intensiviert, die Hochreinigung des Metalls von schädlichen Geimischungen erreicht, die Dünnflüssigkeit der Schlacken betrachtlich verbessert werden.Als das trägt zu einer wesentlichen Qualitätsverbesserung des Schmelzgutes bei und erleichtert den Schlackenabzug aus dem Gefäß 1.After completion of the melting process, the melt material 13 is optionally overheated and, if provided in the manufacturing process, refined and alloyed. The alloying elements can be entered into the vessel 1 without the cover 5 having to be removed and the plasmatron 6 having to be switched off. The technological treatment of the melt can take place both when connecting only the second winding 9 of the inductor 2 and when the inductor 2 and the plasmatron 6 are operated together. In the latter case, active slags (fluxes) can form on the surface of the melting material, with the aid of which the metallurgical processes in the "metal slag" system are considerably intensified under the action of the high temperatures of the plasma arc 11, the high cleaning of the metal from harmful mixtures achieved, the thin liquid of the slags is considerably improved, which contributes to a significant improvement in the quality of the melting material and facilitates the removal of the slag from the vessel 1.

Durch die erfindungsgemäße Ausführung des Induktors 2 wird außerdem der unerwünschte willkürliche Einfluß des Stromkreises des Plasmatrons 6 auf den des Induktors 2 und die Wechselstromquelle 4, darunter auch bei eintretender rapider Änderung der Brennverhältnisse des Plasmalichtbogens 11 wesentlich herabzumindern, weil bei der Anlage diese Stromkreise untereinander nicht "starr" (elektrisch), sondern "weich" (magnetisch) gekoppelt sind. Dadurch wird die Betriebszuverlässigkeit und Sicherheit der Anlage erhöht, weil das Plasmatron 6 eine Spannung, die nur durch stabilde Brennverhältnisse des Plasmatlichtbogens gegeben ist, und nicht die Spannung der Wechselstromquelle 4 führt .The inventive design of the inductor 2 also reduces the undesirable arbitrary influence of the circuit of the plasmatron 6 on that of the inductor 2 and the alternating current source 4, including when there is a rapid change in the burning conditions of the plasma arc 11, because these circuits do not interconnect with one another in the system "rigid" (electrical), but "soft" (magnetic) are coupled. This increases the operational reliability and safety of the system because the plasmatron 6 carries a voltage which is only given by the stable burning conditions of the plasma arc and does not carry the voltage of the alternating current source 4.

Die Anlage bietet die Möglichkeit, die Betriebszustände des Induktors 2 und des Plasmatrons 6 zu stabiliseiren sowie den Betriebszustandregelbereich des Plasmatrons 6 zu erweitern.The system offers the possibility of stabilizing the operating states of the inductor 2 and the plasmatron 6 and of expanding the operating state control range of the plasmatron 6.

Die Wirkungsweise der in Fig. 2 dargestellten Induktionsplasmaanlage ist der der oben beschriebenen ähnlich. Ein Unterschied besteht darin, daß bei der Anlage die erste Wicklung 7 des Induktors 2 mit Hilfe der Einrichtung 19 relativ zur zweiten Wicklung 9 in einer zur Achse der Wicklung 9 senkrechten Richtung verschiebbar ausgeführt ist. Durch Drehen der Schraube 22 von dem Antrieb 23 erfolgt ihre hin- und hergehende Bewegung in der Mutter 20 gemeinsam mit der Wicklung 7.The operation of the induction plasma system shown in Fig. 2 is similar to that described above. One difference is that in the system the first winding 7 of the inductor 2 is designed to be displaceable relative to the second winding 9 in a direction perpendicular to the axis of the winding 9 by means of the device 19. By turning the screw 22 of the drive 23, its reciprocating movement in the nut 20 takes place together with the winding 7.

Die bei dieser Bewegung erzeugte Asymmetrie des Magnetfeldes im Oberteil des Gefäßes 1 führt zu solcher Wechselwirkung zwischen den Plasmalichtbögen 11, 18 und dem Magnetfeld, bei der sie gleichsam gewendelt werden. Dabei nehmen ihre Länge und ihr Wirkungsquerschnitt merklich zu, was zur Änderung des elektrischen Betriebszustandes (zum Spannungsanstieg) der Plasmatrone 6, 17 und zur Flächenvergrößerung der Anodenbrennflecke am Speigel des Schmelzgutes 13 führt. Damzufolge wird die Oberfläche des Schmelzgutes 13 weniger konzentriert und somit gleichmäßiger erwärmt, seine Überhitzung geht zurück, die Schmelzverluste und Legierungselemente werden erspart. Letzten Endes wird also die Metallqualität besser. Die Asymmetrie des Magnetfeldes führt ebenfalls zur Änderung der Umlaufart der Schmelze im Gefäß 1 und zur Intensivierung von physikalisch-chemischen Vorgängen an der Grenze "Metall-aktive Schlacke", was auch zur Qualitätsverbesserung des Schmelzgutes beiträgt.The asymmetry of the magnetic field generated in this movement in the upper part of the vessel 1 leads to such an interaction between the plasma arcs 11, 18 and the magnetic field, in which they are, as it were, coiled. Their length and cross section of action increase noticeably, which leads to a change in the electrical operating state (to an increase in voltage) of the plasma cartridge 6, 17 and to an enlarged area of the anode focal spots on the spittle of the melting material 13. As a result, the surface of the melting material 13 is less concentrated and thus heated more evenly, its overheating is reduced, and the melting losses and alloying elements are saved. In the end, the metal quality will be better. The asymmetry of the magnetic field also leads to a change in the type of circulation of the melt in vessel 1 and to the intensification of physico-chemical processes at the "metal-active slag" boundary, which also contributes to improving the quality of the melt.

Der Betriebszustand der Plasmatrone 6, 17 hängt in hohem Grad von der Große der mganetischen Kopplung zwischen den Wicklungen 7 und 9 ab,die durch ihre gegenseitige Anordnung gegeben ist. Durch die Ausführung des Induktors 2 (Fig. 3), bei der seine Wicklung 7 mindestens teilweise die Wicklung 9 umfaßt, wird die Einstellung des erforderlichen Betriebszustandes des Plasmatrons durch Auswahl der Lage der Wicklung 7 relativ zur Wicklung 9 und deren Sicherung in dieser Lage ermöglicht J mehr dabei die Wicklung 7 die Wicklung 9 umfaßt, desto stärker ist die magnetische Kopplung und höher die Spannung an der Wicklung 7 und dem Plasmatron 6 unter sonst gleichen Bedingungen. Das bietet die Möglichkeit, das Leistungsverhaltnis zwischen dem Induktor 2 und dem Plasmatron 6 beispielsweise je nach der Art des Schmelzgutes rationell auszuwählen.The operating state of the plasma cartridge 6, 17 depends to a large extent on the size of the magnetic coupling between the windings 7 and 9, which is given by their mutual arrangement. The design of the inductor 2 (FIG. 3), in which its winding 7 at least partially comprises the winding 9, enables the required operating state of the plasmatron to be set by selecting the position of the winding 7 relative to the winding 9 and securing it in this position J the more the winding 7 includes the winding 9, the stronger the magnetic coupling and the higher the voltage on the winding 7 and the plasmatron 6 under otherwise identical conditions. This offers the possibility of rationally selecting the power ratio between the inductor 2 and the plasmatron 6, for example depending on the type of the melting material.

Die Ausrüstung dieser Anlage mit der Verstellvorrichtung 24 bietet die Möglichkeit, die Spannung am Plasmatron 6 und dementsprechend seine Leistung durch axiale Verschiebung der Wicklung 7 relativ zur Wicklung 9 während des Schmelzens zu ändern. Dadurch wird eine Änderung des Betriebszustandes des Plasmatrons 6, wenn nötig, ohne Leistungsänderung am Induktor 2 erreicht. Auf diese Weise wird die Leistung der Wechselstromquelle 4 zwischen dem Induktor 2 und dem Plasmatron 6 innerhalb weiter Grenzen neuverteilt.Equipping this system with the adjusting device 24 offers the possibility of changing the voltage at the plasmatron 6 and, accordingly, its output by axially displacing the winding 7 relative to the winding 9 during melting. As a result, a change in the operating state of the plasma cartridge 6 is achieved, if necessary, without a change in power at the inductor 2. In this way, the power of the alternating current source 4 is redistributed between the inductor 2 and the plasmatron 6 within wide limits.

Die Spannungszunahme am Plasmatron 6 führt zum Anstieg seiner Leistung und somit zur Kapazitätssteigerung der Anlage. Gleichzeitig nimmt die Temperatur im Bereich des Plasmalichtbogens 11 zu, was von Gas und schädlichen Beimischungen begleitet wird und zur Dissoziation von nichtmetallischen Einschlüssen beiträgt.The voltage increase on the Plasmatron 6 leads to an increase in its performance and thus to an increase in the capacity of the system. At the same time, the temperature in the area of the plasma arc 11 increases, which is accompanied by gas and harmful admixtures and contributes to the dissociation of non-metallic inclusions.

Weitere Kapazitätssteigerung der Anlage wird bei den in Fig. 4 und 5 dargestellten AusfÜhrungsformen erreicht. Aufgrund der Regelbarkeit der magnetischen Kopplung zwischen dem Teil 9' der zweiten Weicklung 7, die am gemeinsamen Magnetleiter 25 angeordnet sind, und somit der Regelbarkeit der Leistung und Temperatur des Plasmalichtbogens 11 läßt sich im einzelnen eine Möglichkeit finden, einen intensiven Verlauf der physikalisch-chemischen Vorgänge in der Schmelze und an der Grenze "Metall-Schlacke" zu sichern. Durch die vom Betrieb des Plasmatrons 6 unabhängige elektromagnetische Durchmischung der Schmelze, die mit dem gegen den Teil 9' magnetisch isolierten Teil 9" der zweiten Wicklung 9 gewährleistet wird, besteht gleichzeitig damit die Möglichkeit, die Stoffaustausch- vorgänge im Metall zu intensivieren. Durch Nichtvorhandensein der magnetischen Kopplung wird die Unabhängigkeit des Betriebszustandes des Plasmatrons 6 von der Änderung der Eigenschaften des Einsatzgutes beim Schmelzen (Verlust der magnetischen Eigenschaften des Einsatzes, Änderung des spezifischen elektrischen Widerstandes mit dem Temperaturanstieg des Metalls, Änderung des Aggregatzustandes des Einsatzgutes) gewährleistet. Das gestattet, im laufe des ganzen Schmelzvorganges den Optimalbetriebszustand des Plasmatrons 6 aufrechtzuerhalten, um die Kapazität der Anlage zu steigern und die Qualität des Schmelzgutes zu verbessern.A further increase in the capacity of the plant is achieved in the embodiments shown in FIGS. 4 and 5. Due to the controllability of the magnetic coupling between the part 9 'of the second winding 7, which are arranged on the common magnetic conductor 25, and thus the controllability of the power and temperature of the plasma arc 11, a possibility can be found in detail, an intensive course of the physico-chemical Secure processes in the melt and at the "metal slag" border. The electromagnetic mixing of the melt, which is independent of the operation of the plasmatron 6 and which is ensured with the part 9 ″ of the second winding 9 which is magnetically insulated from the part 9 ′, also offers the possibility of intensify processes in the metal. The absence of the magnetic coupling ensures the independence of the operating state of the plasmatron 6 from the change in the properties of the feed material during melting (loss of the magnetic properties of the insert, change in the specific electrical resistance with the rise in temperature of the metal, change in the physical state of the feed material). This makes it possible to maintain the optimal operating state of the plasmatron 6 in the course of the entire melting process in order to increase the capacity of the system and to improve the quality of the melting material.

Der Optimalbetriebszustand des Plasmatrons 6 wird ebenfalls durch die Kapazitätsregelung der Kondensatorenbatterie 26 realisiert, die bei gleichbleibender Spannung der Vechselstromquelle 4 die Spannung am Plasmatron 6 zusätzlich um 10 bis 15% und somit die Kapazität der Anlage zu erhöhen gestattet.The optimal operating state of the plasmatron 6 is also realized by the capacity control of the capacitor bank 26, which allows the voltage at the plasmatron 6 to be increased by an additional 10 to 15% and thus the capacity of the system while the voltage of the alternating current source 4 remains the same.

Gewerbliche AnwendbarkeitIndustrial applicability

Die Induktionsplasmaanlage ist zum Schmelzen und zur technologischen Behandlung von hochwertigen Eisen-und Nichteisenmetallen und -legierungen im Hüttenwesen und Gießereibetrieb bestimmt.The induction plasma system is intended for melting and for the technological treatment of high-quality ferrous and non-ferrous metals and alloys in metallurgy and foundries.

Claims (6)

1. Induktionsplasmaanlage, die ein Einsatzaphmalzgefäß (1), das in einem an eine Kondensatorenbatterie (3) und eine Wecheelstromquelle (4) angeschlossenen Induktor (2) angeordnet ist, und ein Plasmatron (6) oder eine mit einem Windungsteil des Induktors (2) parallelgeschaltete Gruppe von miteinander elektrisch gekoppelten Plasmatronen (6, 17) enthält, dadurch gekenn-zeichnet, daß jener Windungsteil des Induktors(2), zu dem das Plasmatron (6) oder die Plasmatrongruppe (6, 17) parallelgeschaltet ist, in Form einer ersten Wicklung (7) und die restlichen Windungen in Form einer zweiten Wicklung (9) ausgebildet sind, die gegen die erste Wicklung (7) elektrisch isoliert und an die Kondensatorenbatterie (3) und die Wechselstromquelle (4) angeschlossen ist.1. induction plasma system, which is an insert naphtha vessel (1) which is arranged in an inductor (2) connected to a capacitor bank (3) and a alternating current source (4), and a plasmatron (6) or one with a winding part of the inductor (2) contains a parallel group of electrically coupled plasmatrones (6, 17), characterized in that that part of the turn of the inductor (2) to which the plasmatron (6) or the plasmatron group (6, 17) is connected in parallel, in the form of a first one Winding (7) and the remaining turns are designed in the form of a second winding (9) which is electrically insulated from the first winding (7) and connected to the capacitor bank (3) and the alternating current source (4). 2. Induktionsplasmaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Wicklung (7) des Induktors (2) relativ zur zweiten Wicklung (9) in einer zu deren Achse senkrechten Richtung verachiebbar angeordnet ist.2. Induction plasma system according to claim 1, characterized in that the first winding (7) of the inductor (2) relative to the second winding (9) is arranged displaceably in a direction perpendicular to the axis thereof. 3. Induktionsplasmaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß die zweite Wicklung 9 des Induktors (2) wenigstens teilweise von seiner ersten Wicklung (7) umfaßt wird.3. Induction plasma system according to claim 1, characterized in that the second winding 9 of the inductor (2) is at least partially covered by its first winding (7). 4. Induktionsplasmaanlage nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Wicklung (7) des Induktors (2) relativ zu seiner zweiten Wicklung (9) axialverschiebbar angeordnet ist.4. Induction plasma system according to claim 1 or 3, characterized in that the first winding (7) of the inductor (2) is arranged axially displaceable relative to its second winding (9). 5. Induktionsplasmaanlage nach einem von Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktor (2) mit einem Magnetleiter (25) versehen und seine zweite Wicklung (9) aus zwei Teilen (9', 9") ausgeführt ist, einer von denen zusammen mit der ersten Wicklung (7) des Induktors (2) an diesem Magnetleiter (25) angeordnet und gegen den anderen Teil (9") der zweiten Wicklung (9) des Induktors (2) magnetisch isoliert ist.5. Induction plasma system according to one of claims 1 to 4, characterized in that the inductor (2) is provided with a magnetic conductor (25) and its second winding (9) is made of two parts (9 ', 9 "), one of which arranged together with the first winding (7) of the inductor (2) on this magnetic conductor (25) and against the other part (9 ") the second winding (9) of the inductor (2) is magnetically isolated. 6. Induktionsplasmaanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine zusätzliche Kondensatorenbatterie (26) mit regelbarer Kapazität aufweist, die mit der ersten Wicklung (7) des Induktors (2) oder dem am Magnetleiter (25) angeordneten Teil (9') seiner zweiten Wicklung (9) elektrisch gekoppelt ist.6. Induction plasma system according to claim 5, characterized in that it has an additional capacitor bank (26) with adjustable capacity, which with the first winding (7) of the inductor (2) or the part arranged on the magnetic conductor (25) (9 ') second winding (9) is electrically coupled.
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