JPH01501430A - 誘導プラズマ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 誘導プラズマ装置 発明の分野 本発明は電気式金属溶解装置に関し、特に、誘導プラズマ装置に関する。

従来の技術 誘導溶解装置は鋳造工場および冶金工場において広く使用されるようになって来 た。しかしながら、活動的な冶金工程を支持する能力は、導入されるスラッジの 相対的に低い温度によって制限され（その温度は溶解温度を超えることはできな い）、このことは、金属−スラッジ界面において行われる化学的および物理的工 程の強さに重要な彩管を与えることが見出されている。誘導装置の容量もまた溶 解物の過度に高度なわん曲面および循環率のような望ましくない電気力学的現象 の発生による特定の力の許容値によって制限される。

これらの短所は、２つの加熱技術、すなわち誘導およびプラズマ法を組合せた誘 導プラズマ装置において除去されていた。この種類の装置は実質的に溶解時間を 切詰めることおよび金属のトン当りの電力の入力を減少することができ、同時に 、気体、非金属含有物、および所望しない不純物の含有量の低減によって溶解金 属の品質を顕著に改善し、「熱い」スラッジの存在による金属の能動的な処理を 導入でき、鉱石燃料の小球、すなわちコークスを用いない冶金工程による純粋な 金属を得るための進歩した初期物質を再溶解しかつ生産するための好適な条件を 創造することができ、特定の動力を増加する限界を除去することができる。

役人材料を溶解する容器を具備し、−組のキャパシタおよび交流電源に接続され たインダクタと、そしてインダクタに電気的に接続された、例えばインダクタと 直列に接続された少なくとも１つのプラズマ装置を内部に収容する誘導プラズマ 装置（Ｓ１１．　Ａ、　４６２３２０）が知られている。

この装置においては、プラズマアークが偶然中断されるか、またはプラズマ装置 が溶解過程に従って切離されるかのいずれかの時、インダクタの電力供給回路は 中断され、その結果、インダクタは突然電源から切離され、そのため−組のキャ パシタの両端の過電圧でこの一組の破壊をひき起こす。その上、溶解工程におけ る電力入力の再分配のためのインダクタおよびプラズマ装置の操作を個々に制御 することは実際上不■１能である。この電力再分配は知られた装置においては、 溶Ｍｌ二程中に溶解された役人材料のパラメータが変化するにつれて自発的に起 こる。

従来技術の装置において、プラズマ装置は交流電源でのみ操作可能である。しか し、プラズマ装置は直流電源で操作されることが望まれる。その理由は直流のア ークは明確な方向性を有する円錐形として形成され、一定の弾力と可撓性を持つ ためであり、このことは役人材料における深い井戸状部を迅速に燃焼できる。実 際の場合、プラズマ装置による全電力の投入は役人材料を加熱するため用いられ 、これは該装置をより効率的にする。

さらに、役人材料を溶解するための容器を具備し、内部に一組のキャパシタおよ び少なくとも１つのプラズマ装置がまた電気的に接続されている制御可能な電源 に接続されたインダクタを収容する誘導プラズマ装置（ＰＣＴ／ＳＩＪ　ｇ６１ ０００４ｇ）が知られている。

この装置においては、プラズマ装置またはプラズマ装置のグループは、インダク タのいくつかのコイルと並列に、切換え装置および整流器を介して接続され、交 流および直流電源で操作可能である。インダクタとプラズマ装置の間の電力の再 分配は複数段階において行われる。整流器の結合は電気的損失を減少させ、その 結果、装置の効率に影響を与える。

発明の開示 本発明の目的は、プラズマ装置に接続された電源を具備し、溶解サイクル中にイ ンダクタとプラズマ装置の間の電力の限定のない再分配を提供し、装置を一層効 率的にする誘導プラズマ装置を提供することにある。

この目的は、役人材料を溶解する容器を具備し、内部に、−組のキャパシタに並 列に接続されたインダクタと少なくとも１つのプラズマ装置に電気的に接続され た制御可能な電源を収容し、該電源は整流器と、入力が整流器の出力および少な くとも１つのプラズマ装置に接続されているインバータとを有する誘導プラズマ 装置において達成される。

誘導プラズマ装置において、もしプラズマ装置のグループが利用できれば、すべ てのプラズマ装置は直列に互いに接続され、かつインバータの入力に直列に接続 されると好都合である。

プラズマ装置がインバータの入力に接続されると、インダクタおよびプラズマ装 置へ供給される電力の制御範囲は広げられ、円滑に電力の入力を再分配できる可 能性がある。このことは溶解時間を低減し、熱の損失を節減し、装置の効率を上 昇し、電力を節約できる。

図面の簡単な説明 本発明は、添付の図面を参照して、実施例についてさらに説明される。図面にお いて、 第１図はインダクタと縦断面図で示された溶解容器とを備えた本発明を具体化す る誘導プラズマ装置を概略説明する図、第２図は、２つのプラズマ装置を有する 本発明の変形実施例を概略説明する図である。

発明を実施するための最良の形態 誘導プラズマ装置は役人材料を溶解するための容器１　（第１図）を具備し、内 部に、−組のキャパシタ３および制御可能な電源４と並列に接続されたインダク タ２を収容する。電源４は整流器５と整流器５の出力に接続された入力を有する インバータ６と整流器５およびインバータ６のための制御装置７とを含んでいる 。

容器ｌの上から閉じるふた８は、鉛直方向の動作のために動作機構（図示せず） の援助を得て装着された少なくとも１つのプラズマ装置を収容し、該プラズマ装 置は、ここに記載の実施例ではインバータ６の入力に接続された電気アークプラ ズマ装置９である。プラズマアーク１０および溶解金属１１を介してプラズマ装 置９の動作する電気回路を完成するため、炉に装着された電極１２が容器１の底 に収容されて設けられる。プラズマ装置９の電気回路は次の部分から成立ってい る。すなわち、インバータ６０入カープラズマ装置９−プラズマアーク１０−溶 解金属１１−炉に装着された電極１２−インバータ６０入力である。

第２図に概略説明された誘導プラズマ装置の変形された実施例は基本的には上記 の実施例と同様である。しかし、プラズマ装置９と直列に接続された他の１つの プラズマ装置１；（（第２図）を含むことが異なる。プラズマ装置１３（第２図 ）の動作回路はプラズマアーク１４、溶解金属１１およびプラズマ装置９のプラ ズマアーク１０を介して完成されるから、この実施例は炉に装着された電極１２ （第」図）は必要としない。

ここに開示する誘導プラズマ装置は次のように動作する。

溶解されるべき役人材料は容器１（第１図）の中へ装填される。−組のキャパシ タ３における可変キャパシタは「インダクター金属」システムのりアクタンスを 補償するよう制御される。電源４は付勢され、役人材料はインダクタ２の操作に よって加熱される。発振器（図示せず）は、プラズマ装置９の電極間に補助アー クを点火するよう操作され、ブラダ°“Ｉ発生気体がプラズマ装置９へ供給され る。次いで、主アーク１０はプラズマ装置９の陰極と役人材料の間に点火され、 役人材料溶解工程は開始される。

溶解工程を高速化するために、インダクタ２とプラズマ装置９０合同の動作が開 始され、プラズマアーク１０の高温度が役人材料の急速溶解のために提供される 。一方、インダクタ２の電磁界は活動的に溶解された金属１１を攪拌し、アーク １０の陽極部分における部分的過熱を避ける。制御装置７は整流器５およびイン バータ６を調整し、採用した技術と対応した「インダクター金属−プラズマ装置 」システムの最適電気デユーティを設定するよう操作される。

整流器５に対する装置７の制御動作は制御角αを変えてなされ、インバータ６に 対する制御動作は電流反転周波数ωを変えてなされる。

インバータ６の出力電圧Ｕは制御角αおよび周波数ωで変化し、次のように表す ことができる。

ここに、Ｕｌは角αに依存する整流器５の出力電圧であり、ψは周波数ωに依存 するインバータ６の出力電流および出力電圧によって規定される位相角である。

角αおよび周波数ωに比例する制御信号を制御装置７からそれぞれ整流器５およ びインバータ６へ送ることによって、それぞれプラズマ装置９およびインダクタ ２へ供給された電圧値を無制限にかつ独立に制御する効果を与えることが可能で あり、このようにして、プラズマ装置９とインダクタ２の間の電力入力の段階の ない再分配の効果をもたらすことができる。実際には、プラズマ装置９の供給電 圧Ｕ６は公称または定格レベルの２０％から１００％の範囲内で変化でき、イン ダクタ２の供給電圧Ｕは、Ｕ：Ｕｄ−ｃ、比を少くとも１．３：１に保ち、公称 または定格レベルの１５％から１００％の範囲内で変化できる。

役人材料の第４バツチが容器１内で溶解されると、電源４は消勢され、役人材料 の次のバッチが容器１に装填される３゜次いで、容器１はふた８を再び閉じ、プ ラズマ装置９と炉に装着された電極１２０間に電圧が供給され、アーク１０が点 火され、溶解サイクルは、役人材料の全量が容器１中で溶解されるまで続けられ る。

溶解段階が終了すると、必要であれば、金属は溶解温度以上に加熱され精製され る。このことは、インダクタ２およびプラズマ装置９の合同動作またはインダク タ２単独の動作のいずれかによってもたらされる。

第２図において図解された誘導プラズマ装置の実施例の動作は上記動作に類似で ある。

インバータの入力に接続されたプラズマ装置またはプラズマ装置のグループによ って溶解工程における、それまたはそれらの動作の最適デユーティの選択が容易 にされ、このことは溶解時間を減少させ装置の効率を上昇させ、処理能力を広げ る。

産業上の利用可能性 この誘導プラズマ装置は、冶金および鋳造における高品質な鉄および非鉄金属お よび合金の溶解および処理に対するものである。

国際調査報告

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．投入材料を溶解するための容器を具備し、一組のキャパシタおよび少なくと も１つのプラズマ装置に電気的に接続された制御可能な電源と並列に接続された インダクタを内部に収容した誘導プラズマ装置において、前記制御可能な電源（ ４）がインバータ（６）の入力に接続された整流器（５）を含み、少なくとも１ つのプラズマ装置（９）が該インバータ（６）の入力に接続されていることを特 徴とする誘導プラズマ装置。
2. ２．プラズマ装置（９，１３）のグループが設けられた時、すべてのプラズマ装 置（９，１３）は互いに直列に接続され、かつ該インバータ（６）の入力に接続 されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の誘導プラズマ装置。