SU877802A1 - Method of protecting plasmotron electrode from oxidation - Google Patents

Description

(54) СПОСОБ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОДА ПЛАЗМОТРОНА ОТ ОКИСЛЕНИЯ(54) METHOD FOR PROTECTING THE ELECTRODE OF PLASMOTRON FROM OXIDATION

II

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к получению низкотемпературной плазмы и плазменной обработке материалов, и может быть применено в плазмохимии, металлурпии и других област х техники, использующих электродуговой нагрев.The invention relates to electrical engineering, in particular to the production of low-temperature plasma and plasma processing of materials, and can be applied in plasma chemistry, metallurgy and other areas of technology that use electric arc heating.

В плазменных электродуговых ус,тройствах широко используютс  электроды из тугоплавких материалов, например из вольфрама. При высокой температуре эти материалы взаимодействуют с химически активными газами, что ведет к сильной эрозии.Electrodes made of refractory materials, such as tungsten, are widely used in plasma electric arc whiskers. At high temperatures, these materials interact with chemically active gases, which leads to severe erosion.

Известны способы защиты электродов от окислени  путем подачи к электроду защитного газа LlJ.Methods are known for protecting the electrodes from oxidation by supplying a protective gas LlJ to the electrode.

Дл  предотвращени  окислени  электрода необходимо использовать защитный гаэ высокой степени очистки. Однако дл  этой цели примен ют дешевые , имеющие широкое распространение в промышленности, технически чистые защитные газы. По существующим тЪсТам.To prevent oxidation of the electrode, a high purity guard must be used. However, for this purpose, cheap, technically pure protective gases having a wide distribution in industry are used. According to the existing standards.

технически чистые защитные газы MQгут содержать от 0,03 до- 0,5% кислорода , от О,2 до 1,0% двуокиси углерода , от 0,03 до 25 г/м паров воды. Ресурс работы электродов при этом невелик.technically pure protective gases MQ contain from 0.03 to 0.5% oxygen, from 0, 2 to 1.0% carbon dioxide, from 0.03 to 25 g / m water vapor. The life of the electrodes while small.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  способ защиты электродаплазмотрона от окислени , при котором подают к электроду основной плазмообг Closest to the present invention, there is a method for protecting an electro-plasmotron from oxidation, in which the main plasma-plasma is supplied to the electrode.

10 разующий и защитный газы, поджигают дуговой разр д и св зьшают кислород, содержащийс  в газах, в термоустойчивое соединение 2.10 discharging and protective gases ignite the arc discharge and bind the oxygen contained in the gases into a heat-resistant compound 2.

Недостатком данного способа  вл IS етс  нестабильность и низка  эффек- тивность защиты.The disadvantage of this method is instability and low effectiveness of protection.

Цель изобретени  - увеличение стабильности и эффективности защиты электрода.The purpose of the invention is to increase the stability and effectiveness of electrode protection.

2020

Claims (2)

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в защитный газ ввод т до полнительный газ, содержащий cpraimческие соединени , например углеводерод , до достижени  концентрации, при которой атомное отношение кислорода в газах к углероду равно 0,4-1,6. Причем ввод т дополнительный газ в защитный до подачи к электроду. В качестве защитного газа выбирают газы, не преп тствующие образованию окиси у1лерода, например инерт ные. На фиг. I изображена схема защиты электрода плавильного плазмотрона с открытой дугой; на фиг. 2 - то же, с межэлектродной вставкой и вихревой подачей газов. Плазмотроны имеют установленный в электродержателе 1 зачищаемый .электрод 2 из тугоплавкого материала или графита, сопло 3, формирующее поток защитного газа у электрода 2 и электрически изолированное от электродержател  1 изол тором 4. П.еред включением плазмотрона к электро ду 2 подают защитный газ из линии 5, а из линии 6 подают оснозной рабочий газ, например воздух. С помощью расходомеров 7 и 8 устанавливают необходимые при работе расходы газ.ов. Известным способом измер ют у поверх ности электрода 2 в месте прив зки дуги концентрации примесей, содержащих кислород. Дл  уменьшени  ошибки определение состава газа около элект рода 2 можно производить во врем  пробного запуска плазмотрона. Исполь зу  измеренные концентрации примесей содержащих кислород, и предлагаемое атомное соотношение между кислородом в примеси и углеродом определ ют необходимый расход органического соединени  или природного газа. Орга ническое соединение или природный газ дл  улучшени  смешени  с защитным газом подают на линию 9, преимущественно в смеситель 10 на линии 5, и с помощью расходомера 11 устанавли вают необходимый расход. Предварительное смешение гаэов предотвращает разложение добавок с вьщелением угле рода в виде сажи, вызьюающее р д нежелательных эффектов. Далее на элект роды 2 и 12 подают напр жение от источника 13 питани  и возбуждают электрическую дугу 14. Защитный газ с добавками органического соединени  или природного газа попадает в зону нагрева. При высокой температуре углеродна  добавка взаимодействует с примес ми и св зьшает содержащийс  в них кислород с образованием окиси углерода. Окись углерода в области рабочих температур электрйда 2  вл етс  термоустойчивой. В результате образовани  окиси углерода концентрации окислительных примесей падают на несколько пор дков и ресурс электрода 2 увеличиваетс . Непрерьшное введение органических добавок в защитный газ обеспечивает стабильность и высокую эффективность защиты электрода 2. Как показьшают исследовани , высокое качество защиты обеспечиваетс  при атомном отношении кислорода к углероду равном от 0,4 до 1,6. При уменьшении указанного отношени  ниже нижнего предела наблюдаетс  увеличивающеес  образование свободного углерода, осаладающагос  на поверхности электрода 2 и привод щего к карбидизации его материала. Как известно , карбиды тугоплавких металлод имеют низкую температуру плавлени  и электрод 2 расплавл етс . При повышении верхнего предела концентрации окислительных компонентов имеют достаточно значимый уровень и уменьшение окислени  незначительно. Оптимальное отношение равно примерно ёдинще . В качестве защитного газа в данном способе используют газы, нее преп тствующие образованию окиси углерода , т,е. инертные газы, азот, водород, окись углерода. При изменении режима работы с помощью известных приборов осуществл ют контроль за содержанием окислительных примесей и регулируют соотношение расходов защитного газ.а-и органических добавок посредством регул тора 15, установленного на лини х 5 и 9. Непрерывное введение органической добавки обеспечивает стабильность, значительное снижение концентрации окислительных компонентов, повышает эффективность и надежность газовой защиты электрода. В .результате уменьшени  окислени  ресурс электрода значительно вьш1в. Данный способ обеспечивает длительную работоспособность электрода при защите не только инертными газами, но и при защите азотом, водородом, окисью углерода. Формула изобретени  1. Способ защиты электрода плазмотрона от окислени , при котором подают к электроду основной плазмооб- .ующйй и защитный газы, поджигают дуговой разр д и св зьшают кислород, содержащийс  в газах, в термоустойчи вое соединение, отличающийс   тем, что, с целью увеличени  стабильности-и эффективности защиты электрода, ввод -г в защитный газ дополнительный газ, содержащий органические соединени , например углеводород , до достижени  концентрац  и, при которой атомное отношение кислорода в газах к углероду равно 0,4-1, 2. Способ по .п. 1, о т л и ч аю щ и- и с   тем, что ввод т допрлни1ельный газ в защитный до подачи к электроду. 3. Способ по п,I, отличающийс  тем, что в качестве защитного выбирают газы, не преп тствующие образованию окиси углерода, например инертные. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР №356978, кл. Н 05 Н 1/00, 1967. This goal is achieved by introducing an additional gas containing cpraimic compounds, such as carbohydrate, into the protective gas until a concentration is reached at which the atomic ratio of oxygen in gases to carbon is 0.4-1.6. Moreover, additional gas is introduced into the protective gas before being supplied to the electrode. As a protective gas, gases are chosen that do not prevent the formation of u1 carbon monoxide, for example, inert gases. FIG. I shows the protection circuit of the electrode of the melting plasmatron with an open arc; in fig. 2 - the same, with an interelectrode insert and a vortex flow of gases. The plasma torches have a cleaned. Electrode 2 of a refractory material or graphite installed in the electric holder 1, a nozzle 3 forming a flow of protective gas from the electrode 2 and electrically isolated from the electric holder 1 by an insulator 4. By switching on the plasma torch, a protective gas is fed to the electrode 2 from the line 5, and from line 6 an ascending working gas is supplied, for example air. With the help of flow meters 7 and 8 set the necessary when working costs gaz.ov. In a known manner, the concentration of impurities containing oxygen is measured at the surface of the arc 2 at the surface of the electrode 2. To reduce the error, the determination of the gas composition near the electrode 2 can be carried out during the trial start of the plasma torch. Using the measured concentration of impurities containing oxygen, and the proposed atomic ratio between the oxygen in the impurity and carbon determines the required flow rate of the organic compound or natural gas. An organic compound or natural gas is fed to the line 9, mainly to the mixer 10 on the line 5, to improve the mixing with the protective gas, and the necessary flow rate is determined using the flow meter 11. Pre-mixing of gaeo prevents the decomposition of additives with the use of carbon in the form of soot, causing a number of undesirable effects. Next, electrodes 2 and 12 supply voltage from the power source 13 and energize the electric arc 14. The protective gas with the addition of organic compound or natural gas enters the heating zone. At high temperatures, the carbon additive reacts with impurities and binds the oxygen contained in them to form carbon monoxide. Carbon monoxide in the operating temperature range of electrone 2 is heat resistant. As a result of the formation of carbon monoxide, the concentration of oxidative impurities falls by several orders of magnitude and the lifetime of electrode 2 increases. The continuous introduction of organic additives into the shielding gas ensures the stability and high efficiency of the protection of electrode 2. As research shows, high quality protection is provided with an atomic ratio of oxygen to carbon of 0.4 to 1.6. When this ratio decreases below the lower limit, an increase in the formation of free carbon is observed, precipitating on the surface of electrode 2 and causing its material to carbidization. As is well known, carbides of refractory metallodes have a low melting point and electrode 2 is melted. With an increase in the upper limit, the concentrations of oxidizing components are quite significant and the decrease in oxidation is insignificant. The optimal ratio is approximately one. As a protective gas, this method uses gases that prevent the formation of carbon monoxide, t, e. inert gases, nitrogen, hydrogen, carbon monoxide. When changing the mode of operation with the help of known devices, they control the content of oxidative impurities and regulate the ratio of the flow of protective gas a and organic additives by means of the controller 15 installed on lines 5 and 9. Continuous introduction of organic additives ensures stability oxidizing components, increases the efficiency and reliability of the gas protection of the electrode. As a result of reducing the oxidation, the electrode resource is significantly higher. This method provides long-term performance of the electrode when protecting not only with inert gases, but also with protection with nitrogen, hydrogen, carbon monoxide. Claim 1. The method of protecting the plasmatron electrode from oxidation, in which the main plasma-generating and protective gases are supplied to the electrode, ignites the arc discharge and binds the oxygen contained in the gases into a thermostable compound, characterized in that increasing the stability and protection efficiency of the electrode, introducing an additional gas containing organic compounds, such as a hydrocarbon, into the shielding gas to achieve a concentration and at which the atomic ratio of oxygen in gases to carbon is 0.4-1, 2. Spo at about n. 1, that is, so that the additional gas is introduced into the protective gas before being supplied to the electrode. 3. A method according to claim 1, characterized in that gases that do not interfere with the formation of carbon monoxide, for example inert, are chosen as the protective gas. Sources of information taken into account during the examination 1. USSR author's certificate No. 356978, cl. H 05 H 1/00, 1967. 2. Авторское свидетельство СССР №609218, кл. Н 05 В 7/18, 1976 (прототип .2. USSR author's certificate No. 609218, cl. H 05 B 7/18, 1976 (prototype.