Способ плазменно-дуговой обработки

Союз Советских Социалистических Республик(088. 8) 04.82. Б 1 оллстсць М 15 и открытии Дата опублпковация Описания 23.04.82 72) Лвтор изоорстспи идл(71) Зая 11 итсль осударственный проектный и научно-исследовательски институт гипронцкель(54 Изобретение относится к области электродуговой, преимущественно плазменной сбработки металлов, а также к нагреву газов и может быть применено для плавки, сварки и нагрева в соответствующих отраслях промышленности.Известны способы электродуговой обработки с использованием для плазмообразовашя продуктов сгорания углеводородов в окислителе 1.1 Сдостатком этик способов является невозможность формирования постоянно возобцовляощихся электродов дуги из углерода - продукта пиролиза углеводородов плазмообразующей смеси из-за большого избытка окислителя в смеси (в 5 - 10 раз вьцпе, чем это необходимо для конверсии углеводорс 1(сов смсс ц) .Известен способ плазменной обработки с применением плазмообразующей смеси, содсржашсй углеводороды и окислитель, контактирующей с нерасходуемыми элсктродамц дуги, в частности с катодом. С 15 гласно этому способу, окислитель в смесь вводят в количестве, равном 40 - 90% от количества, необходимого для теоретически полной конверсии углеводородов, входящих в смесь. Это обеспечивает формирование ца рабочей поверхности электродов (катода) слоя (эмпттирующсго) с неизменными во врсмспп конфигурацией и размерами из углсрода - продукта пиролиза углеводоро дои смеси 2.Указанное меньшее, чем это необходцз 10 д(151 полной конВерсии углеводородов, содержание окислителя определяет присутсгвис в нагрстом дугой газе значительного количества несвязанного углерода. Это явлтгстся существенным недостатком для опрсдслсццых химико-металлургических процессов в связи с ухудшением качества обработки материалов, обусловленным их науглсроживаццсм и появлением пор.Целью изобретения является повышениекачества элсктродуговой обработки за счет исключения несвязанного угчерода в нагрстом ду гой газе.20 Это достигается тем, что окислитель вплазмообразующую смесь вводят в количестве в 1,05 - 2,5 раза большем, чем это 11 соохОдимо для полной конверсии углсводородов смеси.Б сильноточных дугах (прп токах более 25 250 - 300 Л) и при необходимых для стабилизации таких дуг повышенных скоростях (более 100 м/с) подачи плазмообразующсй смеси выделение свободного углерода на ,гсрасходуемых электродах дуги происходит 30 и при содержании в смеси окислителя в количестве в 1,05 - 2,5 раза большем, чем это3необходимо для конверсии углсводородоц, входящих в смесь.Подобцый эффск 1 м)5 кцо Обьясцгг следующим образом.Во всякой неоднородной газовой смеси под действием центробежных сцл и градиентов температур происходит мсхгцц 11 сскос и термодиффузцоццос раздслсццс газов, входящих в смесь, При этом более тяжслыс молекулы смещаются к цсрифсрцп ц в более колодные области, я более лсгкпс - к центру и в более нагретые области, В электрической дуге при наличии зца цгтсльпых градиентов температур, значительно возрастающих в случае сс газовой стабилизации, всегда набл 1 одастся хц:)Ическая Неоднородность газовой аз мосфсры в поперечном сечении и по длине дуги. Газы с большим молекулярным весом оттесняются на цсрцфери 1 о дуги, а с меньшим - к сс оси, Переменный жс химический состав цо сечению ц по длине дуги создает различныс условия функционирования цриэлектродцых областей и столба дуги.В рассматриваемом случае все газы и цяры, применяемые как окислнтели, имеют больший молекулярный вес, чем углерод (:)Ол. вес 12) - продукт пиролиза углеводородов смеси. Так, молекулярный вес водяного пара - 18, воздуха - 29, кислорода - 32, углекислого газа - 44, Соответственно соотношением весов того или иного окислителя и углерода происходит их разделение в плазмообразующей смеси: углерод оттесняется к оси дуги, т, с, к активным участкам электродов, а окислитель ца перифсршо дуги. В результате тя кого распрсдслснця при избытке окислителя обссцсчивастся высаживание углерода на рабочей повсрхностп электродов и связывание свободного углерода в химические соединения (СО, СО,), неопасные для качества обрабатываемого дугой материала в уже нагретом дугой газе,КОЛИ 1 сство, введенное в плазмообразующую смесь окислителя, оставшееся в пределах 1,05 - 2,5 от количества, необходимого для полной конверсии углсводородов, принимают тем больше, чем больше молекулярный все окислителя, т. с, чем более цсравцомсрсц химический состав плазмообразующсц смеси цо ссчсц)цо и цо длине д)ти. Так, В смссц природного газа с Воздухом, последний вводят в смесь в количестве в 1,05 - 1,3 раза большсм, 1 м это необходимо для конверсии природного газа.В смеси природного газа с углскцслым газом последний вводят в смесь в количестве в 1,9 - 2,5 раза большем, чем это цсобх 1)- димо для конверсии природного газа.При горении дуги в плазмообразу 1)цих смесях такого состава ца рабочей цовсрхцости цсплавящцхся электродов формируется углеродное образованцс с цсцз),сц)1 ыми во времени конфигурацией и размсря 5 10 15 20 2:) 30 35 )О ") 5 50 60 65 ми, постояцно возобновляющееся в течение гсего време)ш горения дут 1, а в нагретом дугой газе цолцостыо отсутствует несвязанный углерод.Ввсдсццс в смесь окислителя в количестве более чем в 2,5 раза превосходящем цсооходимос дл 51 полной конвсрсии утлсводородов смеси, цс обеспечивает постоянного возобновлсния нсплавящихся электродов цз углерода - продукта циролцзя углсводороцов смесиВведение в смесь окислителя в коли)сствс мснсс чем в 1,05 раза превосходящем необходимое для полной конверсии углеводородов смеси, нс исключает полностью:ссвязацный углерод в нагретом дугой гязс.При горении дуги ц уело)Н 5)х, соотвстс п) У ю 1 Их1) с, 1,1111 с м О м У 1 1) 1; 1) с те) )ю, О О) аз)с 1 С 5 ц ц ОсГ 05 Н 1111) )11) з 1)1)1 ц) вл 5 сс) Н,) цлазмоооразу О 1 цсй среды кят 1)д.3 ъ и т те Р, ф О Р;1 и Ро Н 111 с 51 ц и Ос т 0 51 Н 111) иозооцовляющийся цз углерода1)роду). - та циролцзя углеводородов плазмообр 1)зующсй среды, имеет чсткцс и резко очерченные границы. Это обеспечивает гОкялцз 11- цию катодной области,1 уг и ст,бцг)цос сс горение црактич 1 скн нсограшчсшнк время. Несвязанный углерод в ця грето дугой газе отсутствует полностью.Предлагаемое изобретение прошло успешно длительную проверку на укрупненно-лабораторных установках института Гипроникель цри горении дути мощностью до 200 кВт в плязмообразующих смесях различного состава, но с количеством окислителя в цих, лежащем в заявляемом диапазоне.П р и м е р 1. В плазмообразующую среду дуги, содержащую метан с расходом 3800 нл/ч, горящей в плазмотроне, после выхода на режим стабильного горения вводят воздух в количестве 9500 цл,ч, т. с. в 1,05 раза большем необходимого для конверсии указанного колцчсствя мстаца. Луг, поддерживают ця т 1)кс 400 Л при мощности 112,5 кВт. В этих условиях формируется постоянно возобновляющийся катод, а в нагретом дугой газс полностью отсутствует цссвязаццый уг;ерод,Прим ср. 2, В пл)гзмообразующую среду, содсржащуо метан с расходом 3300 нл/: ,1 у)и, горящей в плазмотропс, после выходя ця режим стабильного горения ввсдсц углекислый гя:1 в количестве б 250 нл/ч, т. с. ц 1,9 раза большем псобходимого для конверсии указапцого количества метана.Д)ту цоддержива)от на токе 520 Л пр: мощности 15 б кВт. В этих условиях формируется постоянно возобновляющийся катод, а в нагретом дугой газс полностью Отсутствует несвязанный углерод.Г 1 р и м ср 3, В плазмообразунгщую срсду, содержащую метан с расходом 4500 нл/ч ;1 уги, горящей в плазхотроцс, после выходя ца режим стаоильного горецИя вводят уг.оставпель Л. Гаврилов Текред Л, Куклина Ко 15 рсктор 3. Тарасова 1 слдк;ор Л. Письман Заказ 27 с 12 Попиисио; Рздй 125 1 и 1 тдяс 11 о ВНИИПИ Государственного комиста СССР ио делам изобрсгеиии и открытий 113035, Москва, Ж, Рдуи;скдя идб., ь Ч 5Загорская типография Упрполигрдф .зддтд Мособлисиолко,:д лекислый газ в количестве 11250 нл/ч, т. с. в 2,5 раза большем необходимого для конверсии указанного количества метана. Дугу поддерживают иа токе 700 А при мощности 250 кВт. В этих условиях формируется постоянно возобновляющийся катод, а в нагретом дугой газе полностшо отсутствует несвязанный углерод.Формул а изобретения(иособ плазгмснно-дуговой обработки с использованием плазмообразующсй смеси, содержащей углеводороды и окислитель, отличающийся тем, что, с целью повышения качества обработки, окис;итегь ви;азмоооразуюЦТ 10 смесь Ввод 5 т в ко:1 ичсствс в 1,05 - 2,5 раза большем, чем это необходимо для полной конверсии т.глсводородов смеси,5 Источники информации,принятыс во внимание прп экспертизе1, Руденко Л. И. и др. Влияние основных параметров процесса на равновесную10 концентрацию окиси азота в воздушно-углеводородной плазме физика, техника иприменене низкотсмпературнои плазмы.Ллта-Лта, 1970, с 15 - -18.2. Авторское свидетельство 0.1,.115 .Й 428646, кл, В 23 1( 9/16, 1972,