NO163412B

NO163412B - Plasmalanse.

Info

Publication number: NO163412B
Application number: NO880288A
Authority: NO
Inventors: Inger Johanne Eikeland; Per Poppe
Original assignee: Elkem Technology
Priority date: 1988-01-25
Filing date: 1988-01-25
Publication date: 1990-02-12
Also published as: KR890011669A; NO880288L; NO880288D0; EP0326318A3; JPH026073A; EP0326318A2; US5103072A

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en lanse for å generere en høytemperatur plasma ved hjelp av en elektrisk lysbue som føres mellom en ikke-konsumerbar, ringformet ytre elektrode og en indre elektrode plassert aksialt i den ringformede ytre elektrode. Mer spesielt vedrører foreliggende oppfinnelse en plasmalanse av den ovenfor nevnte type som er egnet til å neddykkes i smeltet metall, så som f.eks. en stålsmelte.

Det er kjent plasmalanser som er egnet for neddykking i smeltet metall hvor elektrodene består av et konsumerbart materiale som f.eks. grafitt. Denne kjente type av plasmalanser er imidlertid beheftet med en del vesentlige ulemper. Således forekommer det forholdsvis ofte brudd i grafittelektrodene, hvilket medfører avbrudd i oppvarmingen av metallsmelten. Grafittelektroder kan heller ikke brukes i metallsmelter som løser karbon, slik som stålsmelter, ferromangansmelter etc. Videre må plasmalansen være utstyrt med anordninger for fremmatning av grafittelektrodene etter hvert som disse forbrukes. Dette kompliserer konstruksjonen av plasmalansen. Endelig er forbruket av grafittelektrode en vesentlig faktor som fører til høye driftsutgifter for denne type plasmalanse.

Det er et formål ved den foreliggende oppfinnelse å frem-bringe en plasmalanse av den ovenfor nevnte type hvor i det minste den ytre elektrode er fremstilt av et ikke-konsumerbart materiale, hvilken plasmalanse kan anvendes for opp-varming av en metallsmelte ved neddykking av plasmalansen i metallsmelten.

Foreliggende oppfinnelse vedrører således en lanse for å generere en høytemperatur plasma ved hjelp av en elektrisk lysbue som er innrettet til å føres mellom en ikke-konsumerbar ringformet ytre elektrode og en indre elektrode plassert aksialt i den ytre ringformede ytre elektrode og oppfinnelsen er kjennetegnet ved at i det minste den ytre elektrode består av et kobberrør utstyrt med kanaler for transport av et kjøle-medium hvilket kobberrør i det minste på yttersiden er påført et belegg av ildfast materiale. 1 henhold til en foretrukket utførelsesform består belegget av ^ 2^ 3 el^-er av Zr02 stabilisert med 5-25 vekt %, fortrinnsvis 20 vekt %, MgO og/eller Y-O-, eller oksider av andre sjeldne jordartsmetaller. Belegget av ildfast materiale har en tykkelse av 1 - 5 mm, fortrinnsvis 2 - 4 mm og er påført kobberrøret ved flamme eller plasma-påsprøytning.

Den indre elektrode kan bestå av et ukjølt eller kjølt, kobberrør eller en konsumerbar elektrode, f.eks. av grafitt. Strømtilførselen til elektrodene er fortrinnsvis anordnet slik at lysbuen roterer rundt spissen av den ytre elektrode.

I henhold til en ytterligere utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse er det anordnet et rør av et keramisk materiale slik som aluminiumoksid på utsiden av og i en avstand fra den ringformede ytre elektrode, hvilket rør er åpent i sin nedre ende, hvorved smelte kan trenge inn i mellomrommet mellom den ytre elektrode og røret av keramisk materiale.

Som kjølemedium for kjøling av den ytre elektrode som ut-gjøres av et kobberrør anvendes det fortrinnsvis olje eller et flytende, lavtsmeltende metall.

Ved bruk tilføres en gass i mellomrommet mellom den ytre og den indre elektrode og en elektrisk lysbue tennes mellom elektrodespissene.

Lansen kan videre fordelaktig være utstyrt med innretninger som muliggjør tilsats av legeringstilsetning til metallsmelter gjennom mellomrommet mellom den indre og den ytre elektrode.

Det termiske belegg på yttersiden av den ytre elektrode har flere funksjoner. For det første beskyttes kobberrøret mot termiske og kjemiske påkjenninger når lansen neddykkes i metallbadet. Levetiden for den ytre elektrode økes derved vesentlig. For det andre virker belegget som en termisk barriere mellom metallsmelten og kobberrøret, slik at varmen som trekkes ut fra metallsmelten ved den innvendige kjøling av kobberrøret reduseres vesentlig. Derved økes lansens virkningsgrad. For en plasmalanse med en ytre elektrode fremstilt av et ubelagt kobberrør ville varme-tapet fra metallsmelten gjennom kobberrøret og til kjøle-mediet være betydelig og nedsette plasmalansens effektiv-itet.

Innsiden av den ytre elektrode samt den indre elektrode kjøles ved hjelp av gassen som tilføres plasmalansen og på disse deler av plasmalansen er det derfor vanligvis ikke nødvendig å belegge med ildfast materiale.

Ved å anbringe et keramisk rør på utsiden og i en avstand fra den ytre ringformede elektrode oppnås det en enda bedre beskyttelse av plasmalansen. Når plasmalansen utstyrt med et slikt keramisk rør neddykkes i en metallsmelte, vil metall trenge inn i mellomrommet mellom den ytre elektrode og det keramiske rør. Det smeltede metall i dette mellomrommet vil i det alt vesentlige være i ro og vil beskytte den ytre elektrode, da man ikke vil ha en kontinuerlig strøm av varmt metall langs utsiden av den ytre elektrode.

Plasmalansen i henhold til foreliggende oppfinnelse vil nå bli nærmere beskrevet i forbindelse med de etterfølgende tegninger, hvor Figur 1 viser et vertikalt snitt gjennom en plasmalanse i henhold til foreliggende oppfinnelse og hvor Figur 2 viser et vertikalt snitt gjennom en annen utførel-sesform av plasmalansen i henhold til foreliggende oppfinnelse hvor den ytre elektrode er omgitt av et keramisk rør.

Plasmalansen vist på figur 1 består av en ytre elektrode 1 og en indre elektrode la. Den ytre elektrode 1 utgjøres av et ringformet kobberrør med indre vegg 2 og ytre vegg 3. Kobberrøret er utstyrt med en innvendig deleplate 4 som løper på toppen av røret og strekker seg nedover og av-sluttes et stykke over bunnen av kobberrøret. Kobberrøret er videre utstyrt med inn- og utløpsåpning 5 og 6 for et flytende kjølemedium. Kobberrøret er på den ytre vegg 3 belagt med et sjikt 7 av et ildfast materiale. Det ildfaste materiale utgjøres fortrinnsvis av et 1 - 5 mm tykt sjikt av A^O^ eller av ZrC^ stabilisert med 5 - 25 %

MgO og/eller Y2°3'°^ er Påført kobberrøret ved hjelp

av flamme- eller plasmasprøyting. På den nedre ende av kobberrøret er det fortrinnsvis anordnet innsatser bestå-ende av wolfram, grafitt eller et annet høytemperatur-bestandig elektrisk ledende materiale. På grunn av lysbuen vil innsatsene på den nedre ende av kobberrøret slites og må eventuelt fornyes med visse mellomrom.

Plasmalansen er utstyrt med konvensjonelle anordninger for tilførsel av elektrisk strøm (ikke vist). Videre er plasmalansen utstyrt med midler for tilførsel av gass som f.eks. argon til mellomrommet mellom den indre og den ytre elektrode.

På figur 2 er det vist en andre utførelsesform av plasmalansen i henhold til foreliggende oppfinnelse hvor plasmalansen er utstyrt med et keramisk rør 8 anordnet rundt og i en avstand fra den ytre ringformede elektrode. Røret 8 er åpent i sin nedre ende og er i sin øvre ende festet til utsiden av den ytre elektrode. Lengden av det keramiske rør 8 er slik at det strekker seg i det minste oppover til et nivå som er over metallbadet når plasmalansen er neddykket i et metallbad.

Når lansen neddykkes i metallbadet vil metallsmelten fylle mellomrommet mellom den ytre elektrode 1 og det keramiske rør 8. Så lenge lansen er neddykket vil metallet i mellomrommet mellom den ytre elektroden 1 og det keramiske rør 8 idet vesentlige være i ro. Dette smeltede metall vil dermed beskytte utsiden av den ytre elektrode mot kontinuerlig strømning av varmt smeltet metall rundt utsiden av den ytre elektrode. Påkjenning på de ildfaste belegg og kobberrøret vil dermed reduseres og levetiden av plasmalansen vil øke.

Claims

1. Lanse for å generere en høytemperatur plasma ved hjelp av en elektrisk lysbue som er innrettet til å føres mellom en ikke-konsumerbar ringformet ytre elektrode (1) og en indre elektrode (la) plassert aksialt i den ytre ringformede elektrode (1), karakterisert ved at i det minste den ytre elektrode (1) består av et kobberrør utstyrt med innvendige kanaler for transport av et kjølemedium, hvilket kobberrør i det minste på yttersiden er påført et belegg (7) av ildfast materiale.

2. Lanse i henhold til krav 1, karakterisert ved at belegget (7) har en tykkelse mellom 1 og 5 mm, fortrinnsvis 2-4 mm.

3. Lanse i henhold til.krav 1 eller 2, karakterisert ved at belegget (7) består av flamme- eller plasmapåsprøytet zirkoniumoksid stabilisert med 5-25 vekt % magnesiumoksid og/eller yttriumoksid eller oksider av andre sjeldne jordartsmetaller.

4. Lanse i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at belegget (7) består av flamme- eller plasmapåsprøytet aluminiumoksid.

5. Lanse i henhold til et eller flere av kravene 1-4, karakterisert ved at et rør av et keramisk materiale (8) er anordnet på utsiden av og i en avstand fra den ringformede ytre elektrode (1).

6. Lanse i henhold til krav 5, karakterisert v e d at det keramiske rør (8) består av aluminiumoksid.

7. Lanse i henhold til kravene 1-6, karakterisert ved at den indre elektrode er fremstilt av grafitt eller kobber med indre kanaler for transport av et kjølemedium.