JPH0514399B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は電極の外壁に沿つてガスを供給するた
めノズルブロツク内に挿入した電極を有し、電極
がイオン化可能ガスのための中心出口を有する流
路を有し、かつ液冷した電極ホルダに固定されて
いるプラズマトーチに関する。

従来の技術 プラズマトーチの電極がイオン化可能プラズマ
ガスの一部をプラズマ炎に供給するための中心流
路を有する場合、中実電極に比して中心に供給す
るプラズマガスを介して付加的に冷却される利点
が達成される。このようなプラズマトーチに長い
安定なアークを保証するため、円錐台形電極と電
極を収容する同軸のノズルブロツクの間にリング
ノズルを形成し、これを介してプラズマガスを鋭
角にアークへ導入することは公知である（西独公
開特許公報第3241476号参照）。このノズルの形に
よつて流出するガスはアーク安定性を決定的に改
善する方向を得る。もちろん電極がノズルブロツ
クより軸方向に引込んだ特殊なノズル形のため、
ノズルブロツクが大きい熱負荷にさらされ、ノズ
ルが早く焼損し、したがつてノズルの形が変化
し、所望の流れ角度を長時間にわたつて維持する
のが困難となるのが欠点である。さらに電極の電
流負荷能力が制限される。

プラズマジエツト発生器の電気的出力および効
率を上昇するため、ノズルから出るプラズマジエ
ツトの速度を上昇することは公知である。（西独
特許第1954851号公報参照）。この目的でプラズマ
ジエツト発生器のアーク燃焼室の出口ノズルを２
重ノズルとして形成し、その際内側ノズル出口孔
と外側のリング状ノズル出口孔がラバールノズル
を形成する。この公知プラズマジエツト発生器の
場合、トーチ出力の出口ノズルの形成による上昇
が出口ノズルの範囲にすでにアーク燃焼室内で発
生したプラズマジエツトが存在するので、不可能
なことは不利である。

発明が解決しようとする問題点 したがつて本発明の目的はこれらの欠点を避
け、前記プラズマトーチを比較的簡単な手段によ
りトーチ出力が上昇し、電極寿命が長くなるよう
に改善することである。

問題点を解決するための手段 この目的は本発明により流路の中心出口をデイ
フユーザとして形成し、デイフユーザの出口孔が
ノズルブロツクから軸方向に突出することによつ
て解決される。

作 用 プラズマジエツト発生のため２つの電極を備え
ているアーク燃焼室の出口ノズルでなくて、電極
の中心流路の出口をデイフユーザとして形成する
ことによつて、供給するプラズマガスの膨張およ
び円筒形の孔に比して拡大した表面積との関連で
電極の付加的冷却が達成される。しかしデイフユ
ーザはプラズマガスの流れの有利な形成も保証
し、それによつてノズル直後に発生するプラズマ
ジエツトが安定化される。さらに高いアーク安定
性はアークの範囲内の浴の運動を生ずるので、溶
湯に浮くスラグ層の運動から生ずる破砕のため、
溶湯への直接的熱伝達が可能になる。デイフユー
ザによつて達成される大きい電極表面により大き
い放出面が得られ、それによつて電極の表面負荷
が低くなり、したがつてトーチ出力が高くなる。

トーチ出力の増大にも拘らず十分な寿命が保証
されるように、デイフユーザの出口孔は軸方向に
ノズルブロツクから離れて突出する。デイフユー
ザによつてプラズマジエツトが十分安定化される
ので、電極より引込んだ常用法で冷却されるノズ
ルブロツクは破壊的熱負荷にさらされる危険がな
い。それゆえノズルの形状は長い寿命にわたつ
て、とくに電極とノズルブロツクの間の半径方向
間隔がデイフユーザの出口孔に向つて増大する場
合、維持される。この間隔増大はノズルブロツク
の熱負荷に有利に作用するだけでなく、ノズルを
通して供給するガスの流れにも、デイフユーザ効
果によつて層流の形成が助長されるので、有利な
影響をおよぼす。

アークに導入するプラズマガスのためのとくに
有利な流れ条件を得るため、デイフユーザをラバ
ールノズルの一部とすることができる。

電極の放出ゾーンはデイフユーザまたはラバー
ルノズルを超えて流路に向つて拡がるので、デイ
フユーザまたはラバールノズルを少なくとも２つ
の貫通孔を介して流路へ接続するのが有利であ
る。同じ流路断面の場合２つまたは多数の貫通孔
の表面はただ１つの貫通孔の表面より大きいの
で、電極の放出面はこの手段によつて著しく拡大
され、電極の比表面負荷は低下し、最大許容表面
負荷があらかじめ与えられた場合トーチ出力の相
当する上昇が可能になる。

実施例 次に本発明のプラズマトーチの実施例を図面に
より説明する。

図示のプラズマトーチは主として水冷した電極
ホルダ２に常用法で固定した電極１からなる。こ
の電極１は電極ホルダ２とともに水冷したノズル
ブロツク３内に挿入され、このブロツクは電極１
に対して洗浄ガスまたはプラズマガス通過のため
のリングギヤツプ４を形成する、冷却液循環を保
証するため、ノズルブロツク３内にも電極ホルダ
２内にも管からなる隔壁５が備えられる。イオン
化可能プラズマガスの中心供給のため導管６が使
用され、この導管は電極ホルダ２を密に貫通し、
電極１の相当する収容孔に挿入される。この導管
６は中心出口をラバールノズル８として形成した
流路７を形成する。このラバールノズル８は少な
くとも２つの貫通孔９を介して流路７に接続する
ので、イオン化可能ガスは流路７から貫通孔９を
通つてまずラバールノズル８の細まり部１０に達
し、次にラバールノズルのデイフユーザ１１とし
て形成した部分を介して電極１から流出する。図
から明らかなようにデイフユーザ１１の出口孔１
２はノズルブロツク３より軸方向距離ａだけ前に
ある。距離ａが電極直径の少なくとも1/5に相当
すればとくに有利なノズル条件が得られる。電極
１はその突出端に半球状外壁を有し、ノズルブロ
ツク３の内壁は円錐形に形成されるので、電極１
とノズルブロツク３の間隔ｂはデイフユーザ１１
の出口端１２に向つて大きくなる。それゆえリン
グギヤツプ４を通つて導かれるガスはそれによつ
て達成されるデイフユーザ効果のため有害な渦流
形成を避けながら導かれる。リングギヤツプ４の
出口に向つて拡大する間隔ｂにより副アークのノ
ズルブロツク３に対する重なりが有効に防止さ
れ、同時に突出する電極１のデイフユーザによつ
てアークの良好な安定性が達成される。

流路出口のラバールノズルの形の形成により中
心を導くプラズマガスのとくに好ましい流れ状態
が保証されるだけでなく、電極１の放出面の拡大
も達成され、それによつて電極の比表面負荷が低
下される。貫通孔９によつて拡大した表面がこの
効果を支援するので、電流負荷は従来の電極に比
して決定的に上昇する。この場合熱負荷は供給す
るプラズマガスによる電極冷却のため許容限内に
留まる。というのは比較的大きい放出表面積およ
びデイフユーザ１１内のガスの膨張により電極の
冷却が改善されるからである。さらに乱流がほぼ
避けられることによりアーク他端の浴運動を可能
にするプラズマ流れが得られるので、溶湯に浮く
スラグ層が裂け、溶湯への直接的熱伝達を達成す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明によるプラズマトーチの縦断面図
である。 １…電極、２…電極ホルダ、３…ノズルブロツ
ク、４…リングギヤツプ、５…隔壁、６…導管、
７…流路、８…ラバールノズル、９…貫通孔、１
０…細まり部、１１…デイフユーザ、１２…出口
孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電極１の外壁に沿つてガスを供給するためノ
   ズルブロツク３内に挿入した電極１を有し、電極
   １がイオン化可能ガスのための中心出口を有する
   流路７を有し、かつ液冷した電極ホルダ２に固定
   されているプラズマトーチにおいて、流路７の中
   心出口がデイフユーザ１１として形成され、デイ
   フユーザ１１の出口孔１２がノズルブロツク３か
   ら軸方向に距離ａだけ突出していることを特徴と
   するプラズマトーチ。 ２ デイフユーザ１１がラバールノズル８の一部
   である特許請求の範囲第１項記載のプラズマトー
   チ。 ３ デイフユーザ１１またはラバールノズル８が
   少なくとも２つの貫通孔９を介して流路７に接続
   している特許請求の範囲第１項または第２項記載
   のプラズマトーチ。 ４ 電極１とノズルブロツク３の半径方向間隔ｂ
   がデイフユーザ１１またはラバールノズル８の出
   口孔１２に向つて拡大する特許請求の範囲第１項
   から第３項までのいずれか１項に記載のプラズマ
   トーチ。