NO315540B1 - Fremgangsmåte for varmebehandling av et smeltet metall, anordning for utförelse av fremgangsmåten samt elektrode for en plasmalysbuegeneratorfor bruk i anordningen - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører plasmalysbuegeneratorer av både overførbare og ik-keoverførbare typer, og mer spesielt vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte for varmebehandling av et smeltet metall som angitt i innledningen til patentkrav 1, en anordning for en plasmalysbuegenerator som angitt i innledningen til patentkrav 3, og en elektrode for en plasmalysbuegenerator som angitt i innledningen til patentkrav 10.

Plasmalysbuegeneratorer brukes for varmebehandling av forskjellige objekter i en rekke teknologiske prosesser, f.eks. i metallurgiske prosesser for såkalt plasmagjensmelting, plasmastøping, plasmarensing etc. I et av sine trekk vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte for oppvarming med en sirkulerende plasmabue et flytende metall som av-kjøles og krystalliseres i en form med den hensikt å eliminere typiske støpeeffekter så som dannelse av blåsehuller og porøsitet, segregering, dannelse av kontraksjonshulrom, ujevnhet i den kjemiske sammensetningen og krystallstrukturen over barren etc.

Plasmageneratorer innbefattende plasmalysbuebrennere er kjent og generelle beskrivel-ser av deres utforming og anvendelse for forskjellige metallurgiske anvendelser kan finnes i en rekke tekniske artikler eller håndbøker, f.eks. kapittelet "Plasma Melting and Casting" i Metals Handbook, 9. utgave, vol. 15, Metals Park, Ohio, og artikkelen "Plasma Metallurgy, The Principles" av V. Dembovsky, Elsevier, 1985, s. 314-315.

Hovedsakelig kan plasmageneratorer oppdeles i to grupper: de hvor både katoden og anoden danner en del av apparatet som er kjent som plasmageneratorer med ikke-overførbare buer eller ikkeoverførbare plasmalysbuegeneratorer; og de som kun innbefatter en elektrode mens motelektroden er i et elektrisk ledende substrat, som er kjent som plasmageneratorer med overførbare lysbuer eller overførbare plasmalysbuegeneratorer.

GB 1268843 beskriver en ikkeoverførbar plasmalysbuegenerator innbefattende en vann-kjølt katode og to ringformede anoder, en for antenning og den andre for vanlig drift, forbundet med en strømtilførsel. Katodespissen er beskyttet ved injeksjon av en inertgass så som argon, helium eller nitrogen.

US-A-4.958.057 beskriver en typisk overførbar plasmalysbuegenerator for bruk for oppvarming av metall i en kontinuerlig støpeprosess. Den innbefatter et sylindrisk kato-deholdende legeme med vannkjølingsarrangement, en antennelsesanode og en ringformet katode, med en indre kanal for injeksjon av en inertbeskyttende gass. En elektrisk utladning skjer mellom katoden og substratet som skal behandles, som er innstilt som anoden.

Den iboende ulempen med konvensjonelle plasmageneratorer av både overførbar og ikke-overførbar type er at for å få en tilfredsstillende drift er det nødvendig med injeksjon av en beskyttende gass eller vannkjøling. Når det anvendes gasskjøling, brukes såkalte plasmabrennere som omfatter en plasmatiløfrselsdyse. Injeksjonen av en trykksatt inertgass inn i brenneren er forbundet med dannelsen av en langstrakt plasmastråle som sendes ut ved høy hastighet fra plasmautleveringsdysen som i tilfelle ved behandling av en størknende metallstøp medfører at det utvises lokalt trykk på overflaten av det frem-deles størknende metallet, noe som medfører dannelse av store hulrom under avkjøling.

Nærværet av vannkjøling er farlig fordi en lekkasje av vann som når det varme flytende metallet kan medføre en eksplosjon.

Det er også kjent plasmageneratorer hvor en plasmabue er kontrollerbart anordnet med hensyn til et behandlet substrat i en åpen, f.eks. rett, eller lukket, f.eks. sirkulær måte langs en tilsvarende utformet elektrode. Slik anbringelse av buen forhindrer overopp-varming, gir en mer jevn behandling av substratet og reduserer erosjon av elektrodene og forbedrer derved levetiden til anordningen. US 5.132.511 beskriver derved en ikke-overførbar plasmabue med to koaksiale rørformede elektroder aksialt i avstand fra hverandre og som er tilveiebrakt med en elektromagnetisk spole for dreining av buen. Spo-len er montert i en forseglet sylindrisk kammer anbrakt mellom de to elektrodene.

US 5.393.954 beskriver en ikke-overførbar plasmabrenner som innbefatter to koaksiale rørformede elektroder hvor minst er omgitt av et magnetisk felt forbundet med elektronisk kontrollorgan, hvorved plasmabuefoten blir forskjøvet på en kontrollert måte. Når en plasmagenererende gass injiseres i et kammer som atskiller elektrodene, blir lysbuen tent.

US 4.000.361 beskriver en elektroslaggsmelteovn med relativ forskyvning av en støpe-form og en barre som blir støpt. En elektrisk kontroll- eller styrekrets er tilveiebragt for å styre forskyvningen av konsumerbare elektroder, en elektrisk kontroll- eller styrekrets for å styre forskyvningen av støpeformen, og en elektrisk styre- eller kontrollkrets for å styre effektinnmatingen i samsvar med hastigheten til barregjensmeltingen, hvor alle de elektriske kretsene er elektrisk koplet til hverandre.

US 5.177.338 beskriver en katodestruktur til en overgangstype plasmalysbuebrenner, hvori en kjøleeffekt blir økt, og også bruksmengden av katodemateriale blir redusert ved kontinuerlig å bevege et utladepunkt i bunnendeoverflaten til katoden under generering av en plasmalysbue. Katodestrukturen innbefatter en katode med en sirkulær søyleform med liten diameter som har et lite/konkavt overflateparti tilformet på dens bunnende-overflate symmetrisk i forhold til den akse, en holder for å holde katoden som har en slik struktur at enkel og høyst effektiv avkjøling er mulig, og en anordning som genere-rer linjer av magnetisk kraft anordnet koaksialt med den forannevnte katoden slik at en linje av magnetisk kraftvektor B slik at ExB er ulik null kan tilveiebringes i forhold til en linje av elektrisk kraftvektor E generert på bunnendeoverflaten til katoden, kan gene-reres symmetrisk i forhold til aksen til katoden.

US 5.399.829 beskriver en fremgangsmåte for å behandle avfallsmateriale som involve-rer å danne et hovedsakelig kontinuerlig forheng av plasma og rette materialer som skal behandles gjennom dette forhenget. En elektrisk lysbue blir generert mellom to elektroder som er separert av et ringformet rom, og lysbuesøylen bringes til å rotere om aksen til dette ringformede rommet slik at et hovedsakelig uavbrutt forheng av plasma ligger over rommet og strekker seg rundt omkretsen av rommet. Rotasjonsretningen til lysbue-søylen er generelt på tvers av retningen hvori denne søylen strekker seg mellom de to elektrodene, og materialet som skal behandles blir matet gjennom forhenget i en retning som er på tvers av både rotasjonsretningen og retningen til den longitudinale utstrek-ningen av lysbuesøylen. En av elektrodene kan ha sylindrisk rørformet fasong, i hvilket tilfelle materiale som skal behandles blir matet inn i området til lysbuen gjennom den aksiale boringen til denne elektroden. Den andre elektroden kan ha et hulrom som flukter med den tilstøtende enden av den rørformede elektroden som tjener til å rette materialet i en retning slik at det passerer gjennom plasmaforhenget.

GB 1219658 beskriver en lysbueutlader som omfatter minst to gapringer som er anordnet parallelt i forhold til hverandre og har strømledende skinner forbundet med ringene ved gapene på en slik måte at når en lysbueutladning finner sted flyter strøm gjennom ringene i motsatte retninger, og hvor de ringformede elektrodene er anordnet koaksialt og lengden av hvert gap som er tilveiebragt korresponderer med diameteren til lysbue-kjernen for å forhindre bryting av lysbueutladningen når den løper på tvers av de nevnte gapene.

Det er kjent at buen i en plasmagenerator kan forskyves ved virkningen av en ponderomotiv kraft kjent som Lorentz-kraften. En Lorentz-kraft oppstår når en elektrisk ladning beveges i et magnetisk felt og er proporsjonal med den magnetiske induksjonen til feltet, den elektriske ladningen, dens hastighet og vil også avhenge av vinkelen mellom vekto-rene til den magnetiske induksjonen og hastigheten til den bevegende ladningen. Det er kjent at en Lorentz-kraft dannes i en plasmagenerator som et resultat av interaksjon mellom buen (som er en intensiv elektrisk utladning), dens magnetiske felt og det magnetiske feltet dannet i generatoren av den elektriske strømmen som strømmer gjennom elektrodene. Når elektrodene danner en såkalt toskinnestruktur, vil Lorentz-kraften akselerere og forskyve den elektriske buen.

Begrepet "toskinnestruktur" som brukes her med henvisning til elektrodene i plasmageneratorer, bør forstås å bety to parallelle strømførende objekter (såkalte skinner) i innbyrdes avstand fra hverandre, og som hver er forbundet til en elektrisk strømtilfør-selspol. Når en elektrisk bue dannes mellom elektrodene, vil den beveges langs skinnene bort fra stedet med elektrisk kontakt derav med strømtilførselen.

I henhold til kjent terminologi blir plasmalysbuegeneratorer hvor bueutladningen akselereres av en ponderomotiv kraft i et rom mellom to parallelle elektroder enkelte ganger betegnet som elektromagnetiske skinneakseleratorer eller plasmaakseleratorer med skinnegeometri.

Fenomenet hvorved Lorentz-kraften akselererer og forskyver plasmabuen i en plasmalysbuegenerator med en toskinnestruktur er kjent som prinsippet med elektromagnetisk akselerasjon. Det er nevnt i litteraturen med henvisning til plasmaakseleratorer eller magnetiske hydrodynamiske generatorer, f.eks. i "Impulse Plasma Acellerators" av Alexandrov et al., Charkov, 1983, s. 192,194 og i "Electroslag Welding and Melting" av J. Kompan og E. Sherbinin, Machinostroenie, 1989, s. 191,192. En spesiell anvendelse av Lorentz-kraften er beskrevet i "Sealing Laws for Plasma Armatures in Rail-guns" av Lindsey D. Tornhill m. fl., Transactions of Plasma Science, vol. 21, nr. 3, juni 1993, s. 289-290.

Et eksempel på en ikke-overførbar plasmalysbuegenerator med magnetisk skinneakselerasjon er beskrevet i SU 890567.1 denne generatoren er elektrodene i form av to koaksiale elliptiske rør og rommet mellom elektrodene inneholder et dielektrisk materiale. En vegg til hvert av rørene er aksialt oppslisset slik at slissen i et rør vender mot et ikke-oppslisset veggparti til det andre røret. Nær hver slisse er det en elektrisk kontakt og på denne måten oppnåes en toskinnestruktur. For uavbrutt sirkulasjon av plasmabuen må den være i stand til å krysse slissene og bredden til hver slisse må derfor være mindre enn tykkelsen til buen. Ved kryssing av enhver av slissene må imidlertid buen ankom-me nøyaktig ved sonen til den nærliggende elektriske kontakten, hvor retningen til dens videre bevegelse er ubestemt og hastigheten som buen beveger seg med nær slissen blir redusert og utladningen er tilfeldig og til og med avbrutt, noe som er en innlysende ulempe.

SU 847533 beskriver en overførbar plasmalysbuegenerator for behandling av et elektrisk konduktivt substrat. Det omfatter en hovedelektrode som utgjør en del av generatoren og det elektrisk konduktive substratet er innstilt som motelektrode. Hovedelektroden er i form av et spiralviklet hult langsgående legeme med en vikling hvis delvis overlap-pende ender er vinkel forskjøvet i forhold til hverandre for å danne en spalte mellom dem. Kanten av en ende av spirallegemet er anbrakt i nærheten av substratet (proksimal kant) og er forbundet til en pol til en elektrisk strømtilførsel ved hjelp av koblingsorgan som er anbrakt nær spalten. Spiralutformingen til elektroden følger følgende ligning:

hvor Y er spiralstigningen, K er proporsjonalitetskoeffisienten og X er den lineære avstanden langs spiralens omkrets mellom tilkoplingsanordningen og spiralens ende. Overensstemmelse med denne ligningen påstås å sikre akselerasjon av buen langs spiralelektroden.

Bruk av en elektrode hvis utforming oppfyller stipuleringene til forholdet over er imidlertid forbundet med en rekke mangler: (a) fremstilling av spiralelektroden av grafitt eller wolfram eller andre materialer som vanligvis brukes for fremstilling av elektroder for plasmalysbuegeneratorer er vanskelig og kostbar; (b) på grunn av den eksponentielle økning av Y som en funksjon av X vil plasma-strømmen fluktuere og i praksis vil derfor en plasmalysbuegenerator i henhold til SU 847533 være i stand til å operere pålitelig uten ekstra anordninger kun opp til en spiral-diameter på ikke mer enn 6 cm, mens det ved større diametre kan oppstå avbrudd i plasmabuen. For å forhindre slike avbrudd må plasmabueutladningen spennes igjen ved hver syklus ved hjelp av en høyspenningsoscillator; (c) siden plasmaet akselereres ujevnt langs spiralens proksimale elektrodekant, blir elektroden oppvarmet på en ujevn måte, noe som krever et effektivt og pålitelig vann-kjølingssystem med passende instrumentering for effektiv regulering av vanntemperatur og trykk. Alt dette gjør plasmageneratoren kostbar og gjør den ubrukelig i anvendelser hvor bruk av kjølevann er uønsket på grunn av farlige konsekvenser ved en eventuell lekkasje.

En hensikt med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en enkel og rimelig elektrode for en plasmalysbuegenerator anpasset til å danne en kontinuerlig sirkulerende, selvsta-biliserende plasmabue uten behov for noen vannkjøling eller injeksjon av en beskyttende gass, og som med en effekt på ca. 50 kW kan operere i betydelige tidsperioder.

En annen hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe en plasmagenerator som innbefatter den nye elektroden.

Nok en hensikt med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en overførbar buetype plasmagenerator av den angitte type passende for varmebehandling av størknende flytende metall i former.

Nok en hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe en forbedret fremgangsmåte for varmebehandling av størknende flytende metall i former med en sirkulerende plasmabue.

Dette oppnås med en fremgangsmåte, anordning og elektrode som angitt innledningsvis som er kjennetegnet ved trekkene angitt i karakteristikken til de respektive patentkravene 1, 3 og 10.

Fordelaktige utførelser av oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige patentkravene.

I den etterfølgende beskrivelse og kravene brukes begrepene "langsgående" i forbindelse med en plasmabuegenererende elektrode med et rørformet legeme med to endekanter, for å beskrive enhver bane eller retning langs veggen til det rørformede legemet som føres fra den ene kanten til den andre og begrepene "sideveis" og "lateralt" beskriver en retning som skjærer en langsgående linje.

Det i det vesentlige rørformede legemet til en plasmageneratorelektrode i henhold til oppfinnelsen kan være sylindrisk, prismatisk, polyhedrisk med en stjerneformet profil og lignende.

I henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen har det rørformede legemet en enkelt spalte og de to veggsektorene går sammen i et enkelt legeme som strekker seg fra en side av spalten til den andre. I henhold til denne utførelsesformen har derved elektroden et enkelt slisset rørformet legeme.

I henhold til en annen utførelsesform av oppfinnelsen har det rørformede legemet flere spalter og flere veggsektorer, hvor veggsektor strekker seg mellom to spalter.

En del av en plasmabue som er i kontakt med det andre kantområdet til generatorelekt-roden betegnes innen området som "fot". Under drift av en plasmabuegeneratorelektro-de i henhold til oppfinnelsen beveges plasmabuefoten i en lukket bane langs det andre kantområdet.

I henhold til en foretrukket utførelsesform av en plasmalysbuegeneratorelektrode i henhold til oppfinnelsen er hver andre kantområdespaltestrekning dimensjonert slik at det i det vesentlige ikke er bredere enn den minste diameteren til den aktuelle plasmabuekolonnen og avstanden mellom projeksjonen av det spalteforbunnede tilkoplingsstedet på et andre kantparti og den elektriske mottakende so sonen er i det vesentlige ikke mindre enn den største diameteren til foten til den aktuelle plasmabuekolonnen.

Det bør legges merke til at diameteren til buekolonnen og diameteren til buefoten er synlig bestemmelige verdier som kan måles eksperimentelt. Verdiene av den minste og største buekolonnedi am eteren kan videre beregnes fra verdiene fra den største og minste buestrømmen, ved hjelp av ligninger kjent for fagmenn innen området. F.eks. i et gass-formig miljø ved atmosfærisk trykk og en buestrøm på ca. 300 A vil buekolonnediame-teren på en fast elektrode nå ca. 5 cm, og diameteren til buefoten er vanligvis innen området fra 3 til 5 mm.

Betydningen av forutsetningene over er at den smalest mulige buekolonnen initiert i anordningen bør være i stand til å krysse en spalte og den bredeste foten til buen bør ikke overlappe en sone som ligger under et tilkoplingssted mens den krysser en andre kantområdespaltestrekning, men i stedet bevege seg gjennom den elektriske mottakende so sonen som er lateralt fjernet fra tilkoplingsstedet på en spesifisert måte, hvorved det sikres en uavbrutt bevegelse av den elektriske buen.

Fortrinnsvis er tilkoplingsstedene anbrakt i nærheten av det første kantområdet.

Om ønskelig, kan det andre kantområdet til elektroden være utformet med skråkant hvorved overflaten for elektrodeutladning økes og avviker fra normalen til det rørfor-mede legemets akse og muliggjør derved regulering av buens orientering.

I henhold til en utførelsesform av en plasmalysbuegeneratorelektrode i henhold til oppfinnelsen er hovedstrekningen til den minst ene langsgående spalten utformet slik at projeksjonen av det spaltetilhørende tilkoplingsstedet på et andre kantparti er anbrakt i den veggsektoren som inneholder den elektrisk bueoverførende sonen.

I henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen er sektorene til det rørformede legemet utformet slik at projeksjonen av hvert spaltetilhørende tilkoplingssted på et andre kantparti er anbrakt utenfor den lukkede banen, enten inne i eller på utsiden av avgrensningen av den lukkede banen.

Om ønskelig, kan veggsektorene til plasmalysbuegeneratorelektroden i henhold til oppfinnelsen være utformet slik at minst den andre kantområdestrekningen til hver spalte er dannet av et overlapp mellom nærliggende veggsektorpartier innbefattende plasmabueoverførende og mottakende soner. I en slik utforming blir tverrsnittsarealet til elektroden økt utenfor et sylindrisk rørformet legeme hvis avgrensning er definert av tilkoplingsstedene på den første kanten. F.eks. kan det rørformede legemet til elektroden ha en stjernelignende polyhedrisk form og kan være sammensatt av et mangfold legemsmodulsegmenter som delvis overlapper nær deres kanter.

Når den er strømsatt, er en plasmageneratorelektrode i henhold til oppfinnelsen, f.eks.av grafitt eller et ildfast metall i stand til å danne en plasmabueutladning på opptil 50 kW energi, uten behov for vannkjøling. For elektroder i henhold til oppfinnelsen med en tverrdimensjon som ikke overskrider 7 cm, kan det imidlertid være nødvendig med drift uten avbrudd.

I henhold til et andre trekk ved oppfinnelsen er det tilveiebrakt en plasmalysbuegenerator innbefattende en elektrode av den angitte typen. Plasmalysbuegeneratoranordningen kan være av enten ikke-overførbar eller overførbar type. En ikke overførbart plasmalysbuegenerator i henhold til oppfinnelsen kan anvendes for plasmabehandling av ikke-ledende substrater så som råmaterialer for bygningsindustrien, avfall eller ethvert annet dielektrisk materiale.

I henhold til en utførelsesform tilveiebringer oppfinnelsen en overførbart plasmalysbuegenerator innbefattende en plasmalysbuegeneratorelektrode for samvirke med et elektrisk ledende substrat som virker som en motelektrode, hvilken plasmalysbuegeneratorelektrode og motelektrode sammen danner en toskinnestruktur som er i stand til å danne en plasmabueutladning som er forskyvbar langs en lukket bane i en første retning, hvilken plasmalysbuegeneratorelektrode har elektriske tilkoplingsorgan for tilkopling til en likestrømskilde til en elektrisk strømtilførsel og innbefatter et i det vesentlige rørformet legeme med en første kantdannende del til det første kantområdet og en andre ar-beidskantdannende del til et andre kantområde og virker for den elektriske bueutladningen, i hvilken elektrode: elektrodetilkoplingsanordningen innbefatter minst et tilkoplingssystem på elektroden; det rørformede legemet har minst en langsgående spalte med et første kantområde strekning, en hovedspaltestrekning og en andre kantområdespaltestrekning, hvor hver av spaltene deles sideveis mellom to veggsektorer med første og andre kantpartier, hvor en av veggsektorer bærer et tilkoplingssted forbundet med spalten; det andre kantpartiet til en av veggsektorene har en plasmabueoverføringssone og det andre kantpartiet til den andre veggsektoren med tilkoplingsstedet har en plasmabuemottakende sone, hvilke plasmabueutsendende og mottakende soner er atskilt av og er avgrenset på den andre kantområdespaltestrekningen til den langsgående spalten, og danner derved to sider av spaltestrekningen; det spaltetilhørende tilkoplingsstedet er anordnet slik at dets projeksjon på et andre kantområde er sideveis fjernet fra den plasmabue mottakende sonen i en andre retning som er motsatt den første retningen, hvorved under drift det dannes en Lorentz-kraft i toskinnestrukturen som medfører at en plasmabue dannet mellom plasmalysbuegeneratorelektroden og motelektroden beveges uavbrutt i en lukket bane i en første retning langs det andre kantområdet og over hver av de andre kantområdespal-testrekningene.

I den etterfølgende beskrivelsen vil en plasmalysbuegeneratorelektrode i henhold til oppfinnelsen danne en del av en plasmalysbuegeneratoranordning av og til bli henvist til som "hovedelektrode".

I en utførelsesform innbefatter den overførbare plasmalysbuegeneratoranordningen i henhold til oppfinnelsen et sylindrisk hus som omgir hovedelektroden og har innbyrdes avstand fra denne og danner derved et ringformet kammer. Om ønskelig, kan det være tilveiebrakt et lokk for forsegling av huset fra enden proksimalt til elektrodens første kant. Videre om ønskelig, kan antennelsesorgan for antennelse av en plasmabueutladning være montert i det ringformede rommet mellom huset og hovedelektroden i nærheten av den første kanten, hvorved det ved antennelse dannes en ytterligere bue som an-tenner hovedbuen.

Typisk kan antennelsesanordningen innbefatte en første stanglignende elektrode som holdes i en andre koaksialt rørformet elektrode med innbyrdes avstand, hvor den første og andre elektroden kan tilkobles de to polene til den elektriske likestrømstilførselen, en tredje stangformet elektrode er anbrakt i det vesentlige normalt til den andre rørformede elektroden med et endeparti derav, hvilken tredje elektrode er elektrisk tilkoblbar til en høyspenningsoscillator. Fortrinnsvis er endepartiet til røret utformet med en indre avsats for derved å definere en smal spalte mellom den stanglignende og rørformede elektroden i området hvor høyoscillasjonsspenningen påføres via den tredje stanglignende elektroden.

Ved en spesiell utforming er antennelsesanordningen festet til lokket av huset og strekker seg aksialt til området til den andre kanten av hovedelektroden.

I henhold til en foretrukket utførelsesform av den overførbare plasmalysbuegeneratoren i henhold til oppfinnelsen er det tilveiebrakt organ for aksiell forskyvning av hovedelektroden hvorved avstanden til den andre kanten fra substratet kan reguleres og opti-maliseres under drift.

En typisk anvendelse av en overførbart plasmalysbuegenerator i henhold til oppfinnelsen er varmebehandling av et flytende metall under størkning i en passende form så som en barreform.

I henhold til nok et trekk ved oppfinnelsen er det tilveiebrakt en fremgangsmåte for varmebehandling av et størknende flytende metall inne i en form innbefattende et over-førbart plasmalysbuegenerator med en hovedelektrode for samvirke med et elektrisk ledende substrat som virker som en motelektrode, hvilken hovedelektrode i forbindelse med det elektrisk ledende substratet danner en toskinnestruktur som er i stand til å danne en plasmabueutladning som er forskyvbar langs en lukket bane i en første retning, i hvilken hovedelektrode har elektriske tilkoplingsorgan for tilkopling til en likevekts-spenning til en elektrisk strømtilførsel og innbefatter et i det vesentlige rørformet med en første kant som danner en del av et første kantområde og en andre arbeidskant som danner en del av et andre kantområde og virker for utladning av den elektriske buen, i hvilken elektrode: (i) hvilke elektriske tilkoplingsorgan innbefatter minst et tilkoplingssted på elektroden; (ii)det rørformede legemet har minst en langsgående spalte med en første kantområdespaltestrekning, en hovedspaltestrekning og en andre kantområdespaltestrekning, hvor hver av spaltene oppdeles sideveis mellom to veggsektorer som hver har første og andre kantpartier, hvor en av veggsektorer bærer et tilkoplingssted forbundet med spalten; (iii) det andre kantpartiet til en av veggsektorene har en plasma-bueoverførende sone og det andre kantpartiet til den andre veggsektoren som bærer tilkoplingsstedet har en plasmabuemottakende sone, hvilke plasmabueutsendende og mottakende soner er atskilt av og avgrenset på den andre kantområdespaltestrekningen til den langsgående spalten, og danner derved to sider av spaltestrekningen; (iv) det spalte-tilhørende tilkoplingsstedet er anordnet slik at dets projeksjon på det andre kantpartiet er lateralt fjernet fra den plasmabuemottakende sonen i en retning som er motsatt den førs-te retningen, og plasmageneratoren installeres slik at den andre kanten er proksimal til overflaten av det flytende materialet med en passende valgt avstand fra denne, tilkoble den første elektroden til en pol til en elektrisk strømtilførsel og det flytende metallet til den andre polen derav, antenne en elektrisk bue, hvorved det under drift dannes en Lorentz-kraft i toskinnestmkturen innbefattende hovedelektroden og motelektroden, som medfører at en plasmabue dannes mellom hovedelektroden og motelektroden og beveges uavbrutt i en lukket bane i en første retning langs det andre kantområdet og over hver av de andre kantområdestrekningene; og behandlingen fortsettes inntil det flytende metallet når størkning.

Regulering av avkjøling og størkningsregimet til et flytende metall ved varmebehandling med en plasmabue i henhold til oppfinnelsen forbedrer kvaliteten til det størknende metallet. I henhold til oppfinnelsen ble det funnet at en slik forbedring skyldes forskyvningen av plasmabuen langs en lukket bane ved virkning av en Lorentz-kraft dannet inne i den nye plasmageneratoren. Det er videre funnet i henhold til foreliggende oppfinnelse at på grunn av en slik behandling kan tidligere støpedefekter så som dannelse av blåsehull og porøsitet, segregering, dannelse av kontraksjonshulrom og ujevnhet i kjemisk sammensetning og krystallstruktur over barren unngåes. Det er også funnet at i henhold til oppfinnelsen reduseres mengden av avfallsmetall. Det er ytterligere blitt funnet at som en konsekvens av varmebehandlingen i henhold til oppfinnelsen blir krystallstrukturen til det størknede metallet forbedret som en mulig konsekvens av de elektriske feltene som står for dannelsen av Lorentz-kraften.

For en bedre forståelse av oppfinnelsen vil det nå bli beskrevet noen spesielle utførelses-former av oppfinnelsen ved hjelp av eksempler med henvisning til de medfølgende teg-ninger. Fig. 1 viser en skjematisk tredimensjonal utførelsesform av en plasmalysbuegenerator i henhold til oppfinnelsen. Fig. 2A viser en annen utførelsesform av en elektrode i henhold til oppfinnelsen sett fra siden og viser også skjematisk en motelektrode.

Fig. 2B viser utførelsesformen i fig. 2A sett ovenfra.

Fig. 3 viser skjematisk tredimensjonalt nok en utførelsesform av en plasmalysbuegeneratorelektrode i henhold til oppfinnelsen sammen med en motelektrode. Fig. 4 viser skjematisk tredimensjonalt nok en utførelsesform av en plasmalysbuegeneratorelektrode i henhold til oppfinnelsen. Fig. 5 viser et tverrsnitt av en utførelsesform av en ikke-overførbart plasmalysbuegeneratoranordning i henhold til oppfinnelsen. Fig. 6 viser skjematisk et tverrsnitt av en utførelsesform av en overført plasmalysbuegeneratoranordning i henhold til oppfinnelsen. Fig. 7A viser skjematisk et aksialt tverrsnitt av en annen utførelsesform av en overfør-bart plasmalysbuegeneratoranordning i henhold til oppfinnelsen.

Fig. 7B viser utførelsesformen i fig. 7A sett nedenfra.

Fig. 8 viser et forstørret tverrsnitt av antennelsesanordningen i en plasmalysbuegeneratoranordning i henhold til oppfinnelsen. Fig. 9 viser et generelt oppsett av implementeringen av kontrollert avkjøling og størk-ning av flytende metall i en form ved hjelp av en plasmalysbuegeneratoranordning i henhold til oppfinnelsen. Fig. 10 viser barrer størknet med og uten behandling med en sirkulerende plasmabue i henhold til oppfinnelsen. Fig. 1 viser en perspektivskisse av en utførelsesform av en plasmabuegenererende elektrode i henhold til oppfinnelsen. Som vist innbefatter elektroden 2 et ringformet sylindrisk legeme med en langsgående akse, en første kant 3, en andre arbeidskant 4 som virker for elektrisk bueutladning som er en bestanddel i toskinnestrukturen som under drift definerer en lukket bane for bevegelse av den elektriske buen som en konsekvens av en Lorentz-kraft dannet i anordningen. Sideveggen 5 til det sylindriske elektrodelegemet er oppslisset av en enkelt gjennomgående spalte 6 som strekker seg generelt i aksialretningen og som har en første kantområdespaltesstrekning 7, en hovedspaltesstrekning 8 og en andre kantområdestrekning 9. Som vist består hovedspaltesstrekningen 8 av to deler som mellom dem danner en stump vinkel. Spalten 6 oppdeler to sektorer 10 og 11 til veggen 5. Elektroden 2 har på den første kanten 3 et spaltetilhørende tilkoplingssted 12 forsynt med en tilkopling 13 som virker for tilkopling til en pol til en likespenningskilde (ikke vist). Det bør imidlertid legges merke til at tilkoplingsstedet ikke nødvendig-vis må være anbrakt på den første kanten og kan være anbrakt ved ethvert nivå til det rørformede legemet, men fortrinnsvis i en rimelig avstand fra arbeidskantens side for ikke å påvirkes av plasmabuen og substratrøk. Den stiplede pilen 14 i fig. 1 viser beve-gelsesretningen til den dannede elektriske buen under drift som en konsekvens av Lorentz-kraften, dvs. den såkalte første retningen. Som nevnt, av hensikt til denne bevegelsen, er elektroden 2 med den andre kanten 4 en komponent av den nødvendige toskinnestrukturen og motelektroden 15 utgjør den andre komponenten.

Den andre kantområdespaltestrekningen 9 oppdeler en elektrisk bueutsendende sone 16 og en elektrisk buemottakende sone 17. Den mottakende sonen 17 er på samme veggsektor 11 som tilkoplingsstedet 12.

Som vist i denne utførelsesformen, er spalten 6 også utformet slik at projeksjonen 19 til tilkoplingsstedet 12 på den andre kanten 4 til elektroden 2 er anbrakt nær den elektriske bueutsendende sonen 16 og er beveget fra den mottakende so sonen 17 i en retning (den såkalte andre retningen) som er motsatt til den førstnevnte retningen ved en avstand L. Denne avstanden er i det vesentlige ikke mindre enn den største diameteren til foten av den dannede plasmabuekolonnen.

Når buen er antent mellom elektroden 2 og motelektroden 15, danner den et strømføren-de plasmalegeme som danner bro over de to elektrodene. Når de to elektrodene utgjør en toskinnestruktur, vil den elektriske strømmen danne et magnetisk felt som samvirker med buestrømmen og dens magnetiske felt og derved danner Lorentz-kraften som driver buekolonnen langs den andre kanten 4 i retning bort fra projeksjonen 19 til tilkoplingsstedet 12, dvs. i retningen antydet med den stiplede pilen 14.

I henhold til oppfinnelsen oppnås en uavbrutt bevegelse av plasmabuen på grunn av det faktum at ved hver kryssing av den andre kantspaltestrekningen 9 er plasmabuefoten nedstrøms (med henvisning til bevegelsen av buen i retning av pilen 14) av en sone av elektrisk påvirkning av tilkoplingsstedet 12, dvs. nedstrøms av projeksjonen 19.

Fig. 2A og 2B viser en annen utførelsesform av elektroden i henhold til oppfinnelsen og innbefatter et rektangulært rørformet legeme 20 satt sammen fra en rekke segmenter som danner elektrodeveggsektorer 21 og som er atskilt av et mangfold skrånende spalter 22. De øvre kantene til segmentene 21 danner en første kant 24 til elektroden 20 og de nedre kantene derav danner en andre kant 27 derav, hver sektor 21 derved har første og andre kantpartier. Hver av el ek trodesek torene 21 er tilveiebrakt med et elektrisk tilkoplingssted forsynt med sideveis utstikkende tilkoplinger 23 og anbrakt ved det øvre indre partiet av sektorene 21 nær denne første kanten derav. Alle tilkoplingene 23 er sammen-koblet med en felles strømførende plate 25 som kan tilkobles elektrisk til en pol til en likespenningskilde (ikke vist) via en strømførende buss 26.1 det vesentlige er plasseringen av hver spaltetilhørende tilkopling 23 i forhold til den tilhørende spalten 22 og de elektriske bueutsendende og mottakende sonene på de to sidene av den andre kantområdespaltestrekningen, så vel som plasseringen av projeksjonen av hvert tilkoplingssted på et andre kantparti alle lik arrangementet vist i fig. 1 selv om former og antall sektorer og spalter er forskjellige. Som vist, vil projeksjonen av hver tilkopling 23 forbundet med en spesiell elektrodelegemssektor 21, til et plan som holder den andre kanten 27 til elektroden 20 falle på det nærliggende elektrodesegmentet, nær dets plasmabueutsendende

sone. I fig. 2A og 2B er det skjematisk vist en motelektrode 28 anbrakt under den andre kanten 27 til elektroden 20. Motelektroden er tilveiebrakt med en terminal 29 for tilkopling til den motsatte polen til likespenningskilden (ikke vist). Når en elektrisk bueutladning starter mellom elektrodene 20 og 28, dannes en Lorentz-kraft ved hvilken plasma-

buen forskyves uavbrutt langs den andre arbeidskanten 27 til det rørformede legemet i retningen av en stiplet pil i fig. 2B (første retning).

Fig. 3 viser nok en utførelsesform av en elektrode 30 i henhold til oppfinnelsen med en stjemelignende form og som innbefatter et i det vesentlige rørformet legeme fremstilt av et mangfold frusto-trekantende segmenter som danner et mangfold veggsektorer 31 atskilt av aksialt utstrekkende spalter 32.1 aksialretningen strekker det rørformede legemet til elektroden 30 seg mellom en første (øvre) kant 33 og en andre (nedre) arbeidskant 34. De frusto-trekantende veggsektorene 31 har hver et første veggparti 35 som inneholder den plasmabuemottakende sonen og også en elektrisk tilkopling 37 og et andre veggparti 36 som inneholder den plasmabueutsendende sonen. Kanten 38 til et første parti 35 av en sektor 31 som er nær en tilhørende spalte 32 er her betegnet som en proksimal kant og den motsatte kanten 39 til et andre parti 36 av en nærliggende sektor 31 blir her betegnet som distal kant 39. De elektriske tilkoplingsorganene 37 til alle elektrodesektorene 31 er forbundet til en felles strømførende plate 40 tilveiebrakt med en buss 41 for tilkopling til en pol til en likespenningskilde (ikke vist). Under elektroden 30 er det skjematisk vist en motelektrode 42 med en terminal 43 for tilkopling til den motsatte polen av likespenningskilden (ikke vist).

Det kan sees kan elektrodesektorene 31 er anordnet på en slik måte at projeksjonen av

tilkoplingene 37 på den andre kanten 34 er anbrakt innen avgrensningen av den lukkede banen til buebevegelsen i den første retningen, vist ved av den stiplede pilen. Videre vil hvert første parti 35 til en sektor 31 delvis overlappe det andre veggpartiet 36 til en nærliggende elektrodesektor 31 med dannelse av spaltene 32. Hver proksimal kant 38 med tilhørende tilkopling 37 er derved fjernet fra den nærliggende distale kanten 39 i en andre retning som er motsatt den første retningen ved en avstand L. I denne spesielle utfø-relsesformen er denne klaringen også avstanden mellom den elektriske mottakende so sonen og projeksjonen av posisjonen til de elektriske tilkoplingsorganene 37 på den andre kanten 34. (Som definert vil den bueutsendende sonen og mottakende so sonen danne sidene til hver av spaltene 32 ved den andre kantens 34 område.) På grunn av dette arrangementet vil hver elektrisk bueutsendende sone (ikke vist) sende ut den bevegelige buekolonnen til den nærliggende mottakende so sonen over den andre kantområdespaltestrekningen ved en posisjon som er nedstrøms fra posisjonen til tilkoplingen 37 og sikrer derved en uavbrutt bevegelse av buen i den første retningen til den stiplede pilen.

Fig. 4 viser skjematisk nok en utførelsesform 44 av en elektrode i henhold til oppfinnelsen. Tilsvarende utførelsesformen i fig. 3 hvor spaltene er aksielle med deres første kantområdespaltestrekning, hovedspaltestrekning og andre kantområdespaltestrekning er innrettet, og også ved at projeksjonene av tilkoplingsorganene 45 på et plan P som inneholder den andre arbeidskanten 46 til elektroden 44 er utenfor den lukkede banen 47 til plasmabuebevegelsen på det samme planet P. Til forskjell fra utførelsesformen i fig. 4 vil projeksjonene av tilkoplingsorganet 45 falle på utsiden av avgrensningen av banen 47 og veggsektorene 48 overlapper hverandre ikke nær spaltene 49. Tilsvarende som i fig. 3 er hver projeksjon av en tilkopling 45 på planet P som inneholder den andre kanten 46 fjernet fra en tilhørende plasmabueutsendende sone i en retning motsatt plasma-buens bevegelse med en avstand L hvorved det under drift sikres en uavbrutt bevegelse av plasmabuen langs den lukkede bane.

Alle elektrodeutformingene vist i fig. 1 til 4 er utformet for å tilveiebringe en uavbrutt sirkulerende plasmabueutladning i plasmageneratorer. Som nevnt bør bredden til den andre kantområdespaltestrekningen fortrinnsvis ikke være større enn diameteren til den smaleste buekolonnen utformet til å igangsettes på elektroden og avstanden L bør fortrinnsvis ikke være mindre enn den bredeste foten til en bue dannet på elektroden. Den oppfinneriske utformingen av elektroden muliggjør bruk av relativt store elektroder uten noen vannkjøling og injeksjon av en beskyttelsesgass for stabilisering av plasmautlad-ningen og minst opp til utgangsenergi på ca. 50 kW.

Fig. 5 og 6 viser skjematisk og som et eksempel utførelser av plasmageneratoranord-ninger i henhold til oppfinnelsen av respektive ikke-overførbare og overførbare typer.

I flg. 5 er det vist et aksialt tverrsnitt av en utførelsesform av en plasmageneratoranordning 50 som innbefatter en hovedrørformet elektrode 51 i henhold til oppfinnelsen med en skråstilt gjennomgående spalte 52 og som er tilveiebrakt med elektrisk tilkoplingsorgan 53. Hovedelektroden 51 er konsentrisk omgitt av et ledende sylindrisk hus 54 med et lokk 55. Det bør legges merke til at lokket 55 er valgfritt. Hovedelektroden 51 og huset 54 er koblet til to motsatte poler av en høyspennings likespenningskilde 56 som i og for seg er kjent, hvor huset 54 virker som motelektrode i apparatet. Apparatet 50 er også tilveiebrakt med anvendelsesorgan 57 for igangsette en hjelpebueutladning. Anten-nelsesorganene innbefatter en antennelseselektrode 58 som får spenning fra en høyspen-ningsoscillator 59 som er i og for seg kjent og et fremspring 60 tilveiebrakt på den indre veggen til huset og anbrakt nær hovedelektroden 51 virker til å fremme antennelsen av en hjelpebue 61 som ved antennelse beveges til det nedre kantområdet av hovedelektroden. Den vertikale forskyvningen av hjelpebuen er også forårsaket av Lorentz-kraften som i dette spesielle tilfellet synes å skyldes nærværet av en strømførende skinnelignen-de struktur som innbefatter hovedelektroden 51 og huset 54. Hovedbueutladningen 62 dannes mellom det nedre kantområdet til hovedelektroden 51 og motelektroden 54 og starter å sirkulere rundt den nedre kanten 63 til den rørformede elektroden 51 og tilveiebringer derved varmebehandling av et substrat 64 (f.eks. en betongplate).

Fig. 6 viser skjematisk et tverrsnitt av en overførbart plasmalysbuegeneratoranordning 70 i henhold til oppfinnelsen. En hoved rørformet elektrode 71 til apparatet har den ovenfor beskrevne utforming og er tilkoblet en positiv pol til en likespenningskilde 72,

den motsatte, negative polen er koblet til et elektrisk ledende substrat 73 som er objektet som skal behandles og som virker mot motelektrode. Den negative polen til strømkilden 72 er også tilkoblet et sylindrisk hus 74 som konsentrisk omgir hovedelektroden 71. Det nedre partiet av den indre veggen til huset 74 er belagt med et høytemperatur bestandig

elektrisk isolerende lag f.eks. malt med en passende maling (ikke vist). En antennelseselektrode 75 er montert i det ringformede rommet som er dannet mellom hovedelektroden og huset. Ved antennelse blir elektroden 75 strømsatt med en høyspenningsoscilla-tor 76, og det dannes en hjelpebue 77 mellom hovedelektroden og antennelseselektroden og denne overføres nedover til det nedre kantområdet 78 til hovedelektroden 71. Det nedre kantområdet 78 er avskrådd på en måte som er vist i tegningen og tilveiebringer derved den ønskede form og montering av hovedbueutladningen 79. Det avskrådde kantområdet 78 og den malte veggen til huset 74 medfører at buen 79 spenner fra kanten 78 til overflaten 73 i stedet for til huset 74.

Fig. 7A og 7B viser skjematisk i aksialt tverrsnitt og sett nedenfra nok en utførelsesform

80 av en overførbar plasmageneratoranordning i henhold til oppfinnelsen. Apparatet består av en hoved rørformet elektrode 81 montert i et sylindrisk hus 82 forseglet ovenfra av et deksel 83 som er valgfritt. Generatoren er tilkoblet til en likespenningsstrømtil-førsel 84 som innbefatter en høyspenningskilde og en høyspenningsoscillator (ikke vist) som virker til å strømsette hoved- og motelektrodene og antennelsesanordningen 85 til apparatet. Lengdeaksen til hovedelektroden 81 er vertikal til overflaten av et objekt som skal behandles f.eks. et metallstykke, som er innstilt som motelektrode 86. Huset 82 som gjør plass til hovedelektroden 81 er anbrakt i en avstand W fra overflaten av me-tallstykket for å gi et arbeidsrom for en plasmabueutladning. Hovedelektroden 81 i henhold til oppfinnelsen kan være fremstilt av grafitt eller av elektrisk ledende, erosjonsbe-standig ildfast materiale. Antennelsesanordningen 85 strekker seg ut fra dekselet 83 og

er anbrakt i det ringformede rommet dannet mellom hovedelektroden 81 og huset 82. En elektrisk ledende tilkopling 93 er avtakbart montert i dekselet 83 og er elektrisk forbun-

det ved en ende til strømtilførselsenheten 84 og ved den motsatte enden til hovedelektroden 81 for å tilføre elektrisk strøm til denne.

Spalten 88 vist i fig. 7A strekker seg fra den første (topp) kanten 89 av den sylindriske rørformede hovedelektroden 81 ned til den andre (bunn) arbeidskanten 90 derav og har en første kantområdespaltestrekning 91, en hovedspaltestrekning og en andre kantområdestrekning 92. Som videre vist i fig. 7A, innbefatter spalten 88 to deler, en vertikal del som er parallell med generatrisen til den sylindriske sideveggen til elektroden 81 og en skråstilt del, hvilke deler mellom dem danner en spiss vinkel. På grunn av denne utformingen av spalten 88 er den første og andre kantområdespaltestrekningen 91 og 92 ikke i innretning og er vinkelforskjøvet som vist i fig. 7B. Elektroden 81 innbefatter en elektrodesektor forsynt med en elektrisk kobling 93 montert i et lokk 83 ved hjelp av en isolerende hylse og har sin posisjon ved den første kanten 89 til elektroden i nærhet av den første kantområdespaltestrekningen 91. Projeksjonen av tilkoplingen 93 på den andre kanten 90 er anbrakt mellom den andre kantområdespaltestrekningen 92 og projeksjonen av den første kantområdespaltestrekningen 91 på den andre kanten 90 i en avstand L fra strekningen 92 i en retning motsatt den til bevegelsen av plasmabuen vist ved piler i den sirkulære stiplede linje 94.

Fig. 8 viser en utførelsesform av antennelsesanordningen 9 i en plasmalysbuegeneratoranordning i henhold til oppfinnelsen, f.eks. det som er vist i fig. 7A under henvisnings-tall 85. Antennelsesanordningen 85 kan være avtakbart anbrakt i dekselet 83 til apparatet i fig. 7A og 7B og derved trekke seg mellom hovedelektroden 81 og skilleveggen til huset 82. Det kan også tenkes andre plasseringer av antennelsesanordningen. I utførel-sesformen vist i fig. 8 består antennelsesanordningen 85 av en første, andre og tredje elektrode 95, 96 og 97 som er elektrisk forbundet til strømtilførselen 84 og festet i et høyspenningsisolerende lokk 98. Elektroden 95 er i form av en langstrakt stamme som delvis og koaksialt har plass i den andre rørformede elektroden 96 i innbyrdes avstand med dannelsen av et ringformet rom 99. Den tredje elektroden er i form av en horisontal stang 97 montert nær den øvre kanten til den rørformede elektroden 96 med den indre enden nær elektroden 95. Elektroden 97 er i det vesentlige normal til elektrodene 95 og 96 og er elektrisk forbundet med høyspenningsoscillatoren (ikke vist).

Det er fordelaktig dersom det øvre området av røret 96 er utformet med en indre avsats 100 for derved å definere en dedikert smal spalte mellom elektrodene 95 og 96 i området hvor høyoscillasjonsspenningen påføres.

Fortrinnsvis er antennelsesanordningen 85 anbrakt i avstand fra arbeidsrommet W siden funksjonen derav på denne måten ikke i noen vesentlig grad påvirkes av den varme og meget erosive atmosfæren som er tilstede i arbeidsrommet. I praksis er det anbefalt at antennelsesanordningen er utformet som en modul som muliggjør et raskt og effektivt vedlikehold og utbytting derav.

Plasmalysbuegeneratoranordningen vist i fig. 7A, 7B og 8 blir satt i drift på følgende måte. Strømmen slås på og en arbeidsspenning på ca. 170 V påføres samtidig i arbeidsrommet mellom hovedelektroden 81 og metalloverfiaten 86, mellom hovedelektroden 81 og huset 82, så vel som i det ringformede rommet 99 mellom elektrodene 95 og 96 til antennelsesanordningen 85. Deretter slås høyspenningsoscillatoren på for å tilføre oscil-lerende høyspenning tilstrekkelig for å danne en elektrisk utladning mellom elektroden 97 og avsatsen 100 og også en utladning mellom avsatsen 100 og elektroden 95. Denne bueutladningen etterfølges av dannelse av hjelpeplasmabue i en spalte mellom de koaksialt anbrakte elektrodeanordningene 95 og 96. Plasmabuen forskyves nedover langs sideveggen av hovedelektroden 81 på grunn av skinneakselerasjon tilveiebrakt mellom respektive parallelle overflater av det sylindriske huset 82 og hovedelektroden 81 og skyves mot den andre kanten 90 til hovedelektroden 81 ved en hastighet på ca. 40 m/sek. Hele tiden som er nødvendig for antennelsestrinnet overskrider ikke 0,002 sek. Etter at hjelpeplasmabuen dannet ved antennelsesutladning har nådd den andre kanten 90, inntar den formen av hovedplasmabueutladningen 101 mellom den andre kanten 90 av hovedelektroden og overflaten 86 til metallet som skal behandles, hvilken hoved-plasmabuen roterer i arbeidsrommet W.

Fig. 9 viser skjematisk hvordan en plasmagenerator i henhold til oppfinnelsen kan brukes for varmebehandling av et flytende metall som størkner i en barreform.

Oppstillingen vist i fig. 9 innbefatter en barreform 120 som har et bunnhellearrangement med en helleåpning 121. Det flytende metallet 122 helles fra en digel (ikke vist) inn i en trakt 124 til helleåpningssystemet 121, kommer inn i barreformen 120 gjennom bunnen derav og fyller opp til høyden kontrollert av en sensor 125. Nær den øvre delen av formen 120 er det anbrakt en plasmalysbuegeneratoranordning 126 innbefattende en hovedelektrode 127 i henhold til oppfinnelsen som holdes i en vogn 128 med hjul 135 montert på skinner 129 og som derved kan forskyves mellom en hvileposisjon ut av innretning med formen 120 og en driftsposisjon i innretning med formen. Det er videre tilveiebrakt organ (ikke vist) som er i stand til å løfte og senke apparatet 126. Plasma-lysbuegeneratoranordninget 126 innbefatter en hovedstrømkilde 130, en høyspennings-oscillator 131 og et kontrollpanel 132 for regulering av forskyvningen av apparatet 126 til og fra arbeidsposisjon så vel som dens funksjon under arbeidssyklusen. Av denne årsak er kontrollpanelet 132 forsynt med passende elektronisk kontrollorgan (ikke vist) som muliggjør drift både i manuell modus eller i henhold til et forprogrammert oppsett.

En buss 133 med passende elektriske kabler er tilveiebrakt for elektrisk kommunikasjon mellom strømkildene 130,131 via kontrollpanelet 132 med plasmageneratoren 126, det flytende metallet 122 via en tilkopling 134, mekanismen 135 og sensoren 125.

I praksis bringes plasmageneratoren 126 til arbeidsposisjon over støpeformen 120, det flytende metallet helles inn i formen opp til et visst nivå kontrollert av sensoren 125, hvilket nivå definerer bredden W av arbeidsrommet mellom overflaten av det flytende metallet 122 i formen og den andre (bunn) kanten av hovedelektroden 127. Bredden W holdes vanligvis innen området fra 8 til 10 mm, dersom driftsspenningen er i området 60-80 V. For driftsspenninger høyere enn 80 V økes bredden og er ved 170 V, f.eks. 25 mm. Etter at den påkrevde bredden av arbeidsrommet er justert, slås strømkilden 130 og høyspenningsoscillatoren 131 på, hvorved hjelpebueutladningen antennes og opprettholdes inntil hovedplasmabueutladningen er startet og vannbehandlingen av metallover-flaten begynner. Høyspenningsoscillatoren holdes vanligvis på inntil dannelse av hovedbueutladningen, som er indikert med en elektrisk spenningsstrøm tilsvarende energi-en som er nødvendig for spesiell anvendelse. F.eks. ved en spenning på 170 V kan det oppnås en hovedbueutladning med en strøm på 300A, som gir 50 kW elektrisk energi. Høyden av hovedelektroden 127 er tilnærmet 40-60 mm for en barre med en masse på ca. 20 kg.

Varigheten av hovedbueutladningen, dvs. tiden som er nødvendig for vannbehandlingen, kan kontrolleres ved hjelp av en passende timer (ikke vist). I praksis bør timeren være passende for kontinuerlig eller periodisk aktivering av strømkilden under størk-ningen av barren i formen.

Etter endt varmebehandling blir plasmalysbuegeneratoranordningen slått av og flyttet ut av arbeidsposisjon og etter ytterligere avkjøling kan den avkjølte barren fjernes fra formen.

Det bør legges merke til at på grunn av den jevne sirkulasjonen av hovedbueutladningen som oppnås i henhold til foreliggende oppfinnelse er det mulig å utføre den nødvendige vannbehandlingen ved samtidig variasjon av bredden av arbeidsrommet. Om ønskelig kan derved plasmageneratoren som er tilveiebrakt med organ (ikke vist) for vertikal bevegelse av hovedelektroden 127 i huset 126 og derved justere bredden av arbeidsrommet W (fig. 7A). En slik vertikal forskyvning kan være kontinuerlig kontrollert av sensoren 125 som måler nivået av flytende metall i formen og sikrer derved senking av elektroden 127 i henhold til metallkrympingen slik at det oppnås en forbedring av behandlingen som fører til eliminasjon av defekter i barren og mengden av avfallsmetall reduseres.

Resultatet av en varmebehandling i henhold til oppfinnelsen er vist i flg. 10 som viser fotografier av to barrer (a) og (b) av aluminiumlegering A332.0 størknet uten (a) og med (b) behandling med den sirkulerende plasmabueteknikken i henhold til oppfinnelsen. Massen av barrene er 7,2 kg. Den konvensjonelle barren (a) har et blåsehull i sitt øvre parti og et betydelig lag av barren må derfor kuttes bort av brukeren. I motsetning til dette har barren (b) som under avkjøling er blitt utsatt for plasmabuebehandlingen i henhold til oppfinnelsen for en periode på 50 sek., en glatt øvre overflate og behøver ikke noen ytterligere behandling siden den har de ønskede nøyaktige dimensjoner.

Claims (24)

1. Fremgangsmåte for varmebehandling av et smeltet metall, omfattende trinnet å generere en plasmalysbueutladning mellom en nedre kant (4,27, 34,46,78,90) av en elektrode (2,20, 30,44,51,71,81,127) av en plasmagenerator (50, 70, 80,126) og en motelektrode (15,28,42, 54, 73, 86,122) og som omfatter trinnet å varme flytende metall ved hjelp av plasmalysbuen, karakterisert ved: (a) å installere plasmageneratoren (50, 70, 80,126) med den nedre kanten (4,27,34, 46, 78, 90) i justert avstand (W) fra overflaten til metallet (64), (b) å tilkople elektroden (2,20, 30, 40,51,71, 81,127) med en pol av en elektrisk kraft eller effektforsyning (56,72, 84, 130), og (c) tilkople motelektroden (15, 28,42,54, 73, 86,122) til den andre polen av den elektriske kraft eller effektforsyningen (56, 72, 84,130), og derpå tenne en plasmalysbue (62, 79) og bringe plasmalysbuen (62,79) til å bevege seg uavbrutt i en lukket bane i én retning (14) langs den nedre kanten (4,27,34,46, 78,90) av elektroden (2,20,30,44,51,71, 81,127) under størkningen av det smeltede metallet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert ved at det opprettholdes en kons-tant avstand (W) mellom den nedre kanten (4,27,34,46,78,90) av elektroden (2, 20, 30, 44, 51, 71,81,127) og overflaten til metallet (64) ved på kontrollerbar måte å senke eller løfte elektroden (2, 20, 30,44, 51, 71, 81,127).

3. Anordning for en plasmalysbuegenerator omfattende en elektrode og en motelektrode, som tilveiebringer en toskinnestruktur som er i stand til å generere en plasmalysbue, for utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 1 eller 2, hvor elektroden har et legeme med en øvre kant og en arbeidende nedre kant og er utstyrt med et konnektorsett (13, 23, 37,45, 53,93) tilkoplet en kilde av elektrisk kraft eller effektforsyning, karakterisert v e d at konnektorsettet (13,23,37, 45, 53,93) innbefatter minst et tilkoplingssted (12) som befinner seg på elektroden (2,20,30,44, 51, 71, 81, 127) av toskinnestrukturen; hvor elektroden (2,20, 30,44, 51, 71, 81,127) er tilkoplet én pol av den elektriske kraftforsyningen (56, 72, 84,130) ved tilkoplingsstedet (12); et legeme av elektroden (2, 20, 30, 44, 51, 71, 81, 127) har minst ett gap (6,22,32,49,52,88) som strekker seg longitudinalt med en øvre utstrekning (7,91) ved en øvre kant (3,24, 33, 89) av legemet til elektroden (2,20,30,44,51,71, 81,127), en nedre utstrekning (9,92) ved en nedre kant (4,27,34,46, 78, 90) av legemet til elektroden (2,20,30,44,51, 71, 81,127) og det mellom disse befinner seg en hovedutstrekning (8); hvor hvert gap (6,22, 32,49, 52,88) deler en vegg (5) av legemet til elektroden (2,20, 30, 44, 51,71,81, 127) i to sektorer (10,11; 21,21; 31,31; 48, 48), som hver befinner seg side ved side, hver har en nedre kant og en øvre kant; og tilkoplingsstedet (12) til et konnektorsett (13,23, 37, 45,53,93) befinner seg ved et gap (6,22,32,49, 52, 88) på en av sektorene (11; 21; 31;

48), og en mottakssone (17) for en plasmabue (62, 79,101) befinner seg på dens nedre kant; mens det på en nedre kant av andre sektorer befinner seg en sendesone (16) for en plasmalysbue (62, 79,101), hvilke soner som sender (16) og mottar (17) plasmalysbuen (62, 79, 101) er atskilt av en nedre utstrekning (9,92) av et gap (6,22, 32,49, 52, 88) og er anordnet på to sider av dette; hvor fremspringet av et tilkoplingssted (12) til et konnektorsett (13,23,37,45,53,93) på en nedre kant (4,27,34,46,78, 90) av et legeme til en elektrode (2, 20, 30, 44, 51,71,81, 127) er atskilt fra en mottakssone (17) for en plasmalysbue (62, 79,101) i en andre retning som er motsatt til den første retningen (14).

4. Anordning ifølge krav 3, karakterisert ved at toskinnestrukturen omfatter en motelektrode (73, 86, 122) tilformet av et elektrisk ledende materiale.

5. Anordning ifølge krav 3, karakterisert ved at elektroden (51,71,81,127) er omgitt av et sylindrisk hus (54, 74, 82) atskilt fra elektroden (51,71,81,127), og som danner et ringformet kammer med denne.

6. Anordning ifølge krav 5,karakterisert ved at det ringformede kammeret ved en øvre ende av det sylindriske huset (54, 74, 82) er dekket av et tettende lokk (55, 83).

7. Anordning ifølge krav 5 eller 6, karakterisert ved at en tenningsenhet (57,75, 85) for plasmalysbuen (62, 79,101) er anordnet i det ringformede kammeret.

8. Anordning ifølge krav 7, karakterisert ved at tenningsenheten (57, 75, 85) er montert nær den øvre kanten (3,24,33, 89) av legemet til elektroden (2,20, 30,44,51, 71,81,127).

9. Anordning ifølge krav 3, karakterisert ved at elektroden (2, 20, 30,44,51,71, 81, 127) er tilkoplet en aksial forskyvningsenhet).

10. Elektrode for en plasmalysbuegenerator for bruk i anordningen ifølge et hvilket som helst av kravene 3-9, hvilken elektrode har et legeme med en øvre kant (3,24,33, 89) og en nedre kant (4,27, 34,46, 78,90) og er utstyrt med et konnektorsett for tilkopling til en kilde for elektrisk kraft eller effektlevering, karakterisert ved at konnektorsettet (13,23, 37,45, 54,93) innbefatter minst ett tilkoplingssted (12) som befinner seg på elektrodelegemet; hvilket legeme har minst et gap (6, 22, 32,49, 52, 88) som strekker seg longitudinalt, som har en øvre utstrekning (7, 91) ved den øvre kanten av legemet, en nedre utstrekning (9, 92) ved den nedre kanten av legemet og det mellom disse befinner seg en hovedutstrekning (8); hvor hvert av gapene (6,22,32, 49, 52, 88) deler en vegg (5) av legemet i to sektorer (10,11; 21, 21; 31,31; 48,48) som befinner seg side ved side, som hver har en nedre kant og en øvre kant; og tilkoplingsstedet (12) på en av sektorene (11; 21; 31; 48) til konnektorsettet (13, 23, 37, 45, 53, 93) befinner seg ved et gap (6,22,32,49,52,88) på en av sektorene (11; 21; 31; 48), og det på den nedre kanten befinner seg en mottakssone (17) for en plasmabue (62, 79,101) mens det på en nedre kant til en annen av sektorene befinner seg en sendesone (16) for en plasmabue (62, 79,101), hvilken sendesone (16) og mottakssone (17) for plasmabuen (62, 79,101) er atskilt av en nedre utstrekning (9,92) av gapet (6,22,32,49, 52, 88) og er anordnet på to sider av dette; og fremspringet av tilkoplingsstedet (12) til konnektorsettet (13, 23, 37, 45, 53, 93) på en nedre kant (4,27,34,46,78, 90) av legemet er atskilt fra mottakssonen (17) til plasmabuen (62, 79,101) i en andre retning, som er motsatt til den første retningen (14).

11. Elektrode ifølge krav 10, karakterisert ved at hver nedre utstrekning (9,92) av gapet (6,22,32,49, 52, 88) av legemet ikke er bredere enn den designede minste diameteren til den aktuelle plasmabuen (62, 79,101), og avstanden (L) mellom fremspringet til tilkoplingsstedet (12) til konnektorsettet (13,23,37,45,53, 93) på den nedre kanten (4, 27, 34,46,78,90) og mottakssonen (17) til plasmabuen (62,79,101) ikke er mindre enn den største diameteren til foten til den aktuelle plasmabuen (62, 79,101).

12. Elektrode ifølge krav 10 eller 11,karakterisert ved at legemet har et enkelt gap (6, 52, 88), og to sektorer (10 og 11) av veggen (5) er kombinert sammen slik at de danner et enkelt parti av legemet som strekker seg fra én side av gapet (6,52,88) til en andre side.

13. Elektrode ifølge krav 10 eller 11,karakterisert ved at legemet har et mangfold gap (22, 32, 49) og veggen har et mangfold sektorer (21,31,48), som strekker seg mellom to tilstøtende gap (22,32,49).

14. Elektrode ifølge krav 10, karakterisert ved at minst ett gap (6,22,32, 49, 52,

88) som strekker seg longitudinalt har en øvre utstrekning (7, 91) og en nedre utstrekning (9,92), som ikke flukter med hverandre.

15. Elektrode ifølge krav 14, karakterisert ved at minst ett gap (6,22,32,49, 52, 88), som strekker seg longitudinalt, har en hovedutstrekning (8) som omfatter to deler og som mellom seg danner en stump vinkel.

16. Elektrode ifølge krav 14, karakterisert ved at minst ett gap (6, 22, 32,49, 52,

88) som strekker seg longitudinalt, er skråstilt.

17. Elektrode ifølge krav 10, karakterisert ved at tilkoplingsstedet (12) befinner seg nær en øvre kant (3,24,33, 89) av legemet.

18. Elektrode ifølge krav 10, karakterisert ved at den nedre kanten (4, 27, 34,46, 63, 78, 90) er avfaset.

19. Elektrode ifølge krav 10, karakterisert ved at en hovedutstrekning (8) av minst ett gap (6,22,32,49, 52, 88) omfatter to deler som mellom seg danner en butt vinkel og fremspringet (19) til tilkoplingsstedet (12) til konnektorsettet (13,23,37, 45, 53,93) på den nedre kanten (4,27, 34,46,78, 90) av legemet befinner seg i den sektor (10; 21; 31;

48) av veggen (5) på legemet hvorpå sendesonen (16) til plasmabuen (62, 79,101) befinner seg.

20. Elektrode ifølge krav 10, karakterisert ved at fremspringet til hvert tilkoplingssted (12) av konnektorsettet (13,23,37, 45, 53,93) på den nedre kanten (4,27, 34, 46, 78, 90) av legemet befinner seg forskjøvet fra den lukkede banen til plasmabuen (62, 79,101).

21. Elektrode ifølge krav 10, karakterisert ved at fremspringet til hvert tilkoplingssted (12) til konnektorsettet (13, 23, 37,45, 53,93) på den nedre kanten (4, 27, 34, 46, 78,90) av legemet befinner seg innenfor omkretsen av den lukkede banen til plasmabuen (62,79,101).

22. Elektrode ifølge krav 10, karakterisert ved at fremspringet til hvert tilkoplingssted (12) av konnektorsettet (13,23,37,45, 53,93) på den nedre kanten (4,27, 34, 46,78,90) av legemet befinner seg utenfor omkretsen av den lukkede banen til plasmabuen (62, 79,101).

23. Elektrode ifølge krav 10, karakterisert ved at området på den nedre kanten (4, 27,34,46,78,90) av legemet ved minst en nedre utstrekning (9,92) av hvert gap (6,22, 32,49,52, 88) er tilformet av en overlapping mellom partiene av tilstøtende sektorer (10,11; 21,21; 31,31; 48,48) som omfatter sende- (16) og mottaks (17) sonene til plasmabuen (62, 79,101).

24. Elektrode ifølge krav 10, karakterisert ved at legemet har en stjernelignende mangekantet form og er sammensatt av et mangfold modulære avkortede trekantseg-menter som hver utgjør en sektor (31) av veggen til legemet og tilstøtende sektorer overlapper hverandre nær det respektive gapet (32).