專利名稱：一種用于化學過程的炬裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種配置著軸向磁場的等離子炬裝置，該軸向磁場用于使等離子弧圍繞炬的中心軸線旋轉。
等離子炬主要按照兩個原理設計的。在一個實施例中，兩個或者多個管電極彼此同心地固定在外部。在第二個實施例中，兩個或多個管電極彼此同心相對地固定著。該電極連接到電源上并且可以供給交流電或者供給直流電。氣體供應到該炬，一般通過這些電極或者在這些電極之間。一種高溫等離子體是由氣體形成的，該氣體由電弧加熱，該電弧擴展在電極之間。
眾所周知，等離子炬裝置有一個磁場。由德國專利DE-1300182可知，一種等離子炬具有彼此同心的固定在外部的兩個管電極。一個通直流電的線圈配置在外部電極的周圍。該線圈在炬中產生軸向磁場，該軸向磁場使該電弧圍繞炬的中心軸線旋轉。
該專利還說明了一個具有兩個彼此同心相對固定的管電極的等離子炬。在每一個空心電極上固定有一個線圈，該線圈產生一個磁場，從而引起電弧旋轉。
該磁場的目的主要是提供一個電磁力作用于電弧，引起電弧圍繞炬的中心軸線旋轉，從而得到一種圍繞該炬的均勻的套和在實際電極上保護的一種均勻的旋轉的對稱。當該電弧旋轉得足夠快時，電弧基點的最高溫度降低了，從而減少了電極材料的蒸發(fā)速度，或者換句話說，減少了電極材料的磨損和開裂，因此，可以使電極上功率負載增加。
等離子炬是利用一個或多個環(huán)形的線圈或者一個或多個環(huán)形的永久磁鐵產生應用磁場。這樣的線圈或磁鐵通常固定在電極的周圍，并且最好固定在炬的形成電弧的部位或者固定在接近形成電弧的部位。該線圈或者永久磁鐵的軸線通常與電極的中心軸線重合。
當一個線圈通過直流電時，一種旋轉對稱的磁場就在該線圈周圍產生。在該線圈的橫截面上，該磁場是軸向的并且近似為一常數(shù)。線圈的端部傾斜，這樣在該端部表面上的場強相對于在線圈中部的場強值降低了。線圈端部表面外圍的場強迅速下降，并且在離開該端部的一個矩距離內就已經降至在中心場強值的很小的百分數(shù)。
在線圈橫截面上存在著一些導體和物體，它們在這里會影響該磁場。特別是鐵磁材料的物體會影響該磁場，使得該磁場與原始的相比具有完全不同的形狀和性質。
出于經濟上的、實際上的和技術上的原因，有利于在等離子炬中位于靠近炬的軸線處得到可能最強的磁場是在該靠近炬軸線處電弧盡可能用最小的線圈尺寸來操作。一種現(xiàn)行的方案是把一個線圈放到空心電極之內，以便使線圈盡可能的靠近炬的軸線，這樣就在電弧區(qū)域產生可能最強的磁場。然而，這樣的線圈不能放置在實心電極內。在空心電極中，該電極是不損耗的，因此需要冷卻，放入一種足夠大的線圈而不降低冷卻介質的通過流量是困難的。因此，線圈放置到空心電極內沒有得到任何實際上的應用。
本發(fā)明的目的就是提供一種裝置，該裝置在電弧的操作區(qū)域將得到一種可能最強的磁場。
本目的是通過在專利權利要求中表達的特征而確定的裝置達到的。
利用一個或多個物體，這種物體是由位于或沿著炬的中心軸線的鐵磁材料構成的，這將增加該物體端部或者這些鐵磁材料端部外圍磁場強度和磁通密度。當一個或多個這樣的物體以此方式配置時，它們從一個最好是不變的磁場的部位和它的一個端部表面靠近操作電弧的部位延伸。在該部位得到一種磁場集中。已經證明，利用一種正確放置的物體，在電弧區(qū)域的磁場可以局部增強十倍或者更多。
這樣一種物體可以有形式的變化。它可以設計成具有任意形狀的棒體或者設計成一種管狀體。
該物體可以設計成一個部件的一部份，該部件形成了等離子炬和該炬延伸到等離子區(qū)域的一個整體件。這需要設計成在電極上的一個壁或者設計成電極的一部分和在電極支架上的一個或多個壁。該物體也可以設計成一個或者多個壁或者在冷卻道或者冷卻管上的分開的板，或者設計成在用于混合的一個供應管上的一個或者多個壁或者一個分開的板。
所有類型的鐵磁材料均可以用于這種物體，例如鋼、鎳、鈀或者它們的合金。材料具有高導磁常數(shù)是特別有利的。具有特別磁性能的金屬陶瓷也可以使用。
這種類型中的一個鐵磁物體通常是由用于冷卻介質的道來冷卻，或將該鐵磁體置于靠近該炬中的其它冷卻另件。該鐵磁體也可以安裝在一個另件中，該另件在等離子炬中被冷卻，該另件的一部分或者多部分由鐵磁材料構成。
該物體的長度最好能適應于使具有在最強的軸向磁場區(qū)域延伸，例如由線圈的中心延伸到電弧的操作區(qū)域。所采用的物體的長度對于產生磁場的線圈而言，最好至少是線圈的長度，且由線圈的一個端部延伸至電弧操作區(qū)域。當該物體設計成一個另件或者一個另件的一部分，該另件形成了等離子炬的一部分，該物體的長度可以是另件的長度。
利用改變這樣一個鐵磁物體尺寸和軸向位置，該磁場可以在強度方面和電弧操作方向上加強。這是本發(fā)明的一個優(yōu)點。
在磁場中的徑向分量的作用是這樣的，即與電流的切向分量一起在炬的縱向方向提供了一種作用于電弧的力。利用電流方向和磁場的徑向分量方向的恰當?shù)慕Y合，這樣的力將有助于使電弧保持在軸向方向的矛形的端部。一個由鐵磁材料構成的物體在尺寸和方向上影響磁場，一個事實將在本發(fā)明中說明。
一個等離子炬設計成用于氣體的化學反應，電弧的軸向穩(wěn)定和電弧的旋轉速度的結合將對化學過程提供一種最佳的條件。這種結合當鐵磁物體相對于電極的端面處于正確位置時就可能得到。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點是該磁場又可以引導到電弧區(qū)域。由于實踐上的原因，把線圈放置在電弧操作區(qū)域周圍是困難的，例如，假若該電弧區(qū)域位于一個反應箱內，在這種情況下，為了產生所需的一種足夠強度的磁場，要使用一種大尺寸的線圈。在這種情況下，一個線圈可以以正常的方式安置在炬的電極的周圍。一種沿著炬的中心軸線放置的鐵磁物體將引導該磁場從被線圈所包圍的區(qū)域到電弧操作區(qū)域。在該線圈的端部該磁場迅速的傾斜，并且由于沒有該物體在電弧區(qū)域，磁場的強度將特別低。
在本發(fā)明的范圍內，由鐵磁材料構成的物體的許多不同的設計都可以使用，且本發(fā)明還可以用于許多不同類型的等離子炬，例如在挪威專利申請No914907中說明的一種等離子炬。
在本申請的以下部分中將要更詳細地參考附圖進行說明，這些附圖概略地表示了固定在等離子炬內的鐵磁物體的一些實施例。


圖1、2、3和4是本發(fā)明的等離子炬的垂直截面圖。
在圖1中表示出的等離子炬裝有一個外電極1和一個中心電極2。這些電極形狀是環(huán)形的并且內部是彼此同心放置的。該電極是實芯的并且是能夠消耗的。也可以使用冷卻的電極。在操作電弧的區(qū)域圍繞著電弧設置有一個環(huán)形線圈3。在該線圈橫截面上產生一個軸向磁場。一個棒狀物體4，最好是圓筒形，是由一種鐵磁材料組成，該棒狀物體4沿著炬軸線設置。該物體4裝有冷卻道5、6，在必要時用于輸送冷卻介質。該物體4將會集中磁場，從而在電弧的操作區(qū)域得到可能最強的磁場。
在圖2中表示出的等離子炬裝有一個外部電極1和一個中心電極2。這些電極形狀是環(huán)形的并且內部是彼此同心放置。這些電極是由分開的板提供冷卻的，這樣就形成了用于運輸冷卻介質的通道。在這些電極周圍設置了環(huán)形的線圈3。在該線圈的橫截面內產生一軸向磁場。一個由鐵磁材料構成的環(huán)形物體4設置成與中心電極2的內冷卻壁相接觸。該物體4也可以做為一個中心電極2和一個內壁或中心電極2的內壁的一部分，該壁或者該壁的一部分由鐵磁材料構成。該物體4將集中該磁場，從而在操作電弧的區(qū)域得到可能最強的磁場。
在圖3中所示的等離子炬裝有一個外電極1和一個中心電極2。這些電極形狀是環(huán)形的并且內部彼此同心放置。這些電極是實心的并且可以消耗。也可以使用冷卻電極。該電極設計成一個空間3，在該空間上可以提供熱，例如一個反應箱。圍繞該電極設置了一個環(huán)形線圈4。在該線圈橫截面內產生一軸向的磁場。
在一些情況下，空間3的壁可以由鐵磁材料構成。在另一些情況下空間3的尺寸難于使磁場線圈圍繞電弧操作區(qū)域設置。一個物體5沿著炬的軸線設置，該物體最好是一圓筒形的，并且由鐵磁材料構成。當需要時該物體設置冷卻通道6、7。該物體5最好從低于線圈的區(qū)域延伸到炬內的電弧區(qū)域。為了得到可能最強的磁場，物體5將使磁場從軸向磁場加強的方向導致電弧操作區(qū)域并同時集中該磁場。
在圖4中所示的等離子炬裝有兩個電極，兩個電極可以設計成左電極1和右電極2。該電極是環(huán)形的并且同心彼此相對的。這些電極最好由它們的分隔板來冷卻，這樣就形成了用于輸送冷卻介質的通道。也可以使用實心電極。在電弧操作區(qū)域圍繞該電極設置了環(huán)形線圈3、4。在線圈的橫截面上產生一軸向磁場。在每一個電極1和2是最好設置圓筒形物體5、6，它們由鐵磁材料構成并且沿著電極的軸線設置。物體5、6裝有通道7、8、9和10用于輸送冷卻介質。物體5和6的一個端部固定在緊靠電弧操作區(qū)域，并且集中磁場，以便在該區(qū)域得到可能最強的磁場。
權利要求
1.一個等離子炬裝置，最好是在電弧操作區(qū)裝有一個軸向的磁場，以便圍繞炬的中心軸線旋轉電弧，其特征在于，一個或者多個鐵磁材料的物體設置在或者沿著炬的中心軸線，該物體具有一個端部固定在靠近電弧操作區(qū)域，且該物體最好由最強的軸向磁場區(qū)域延伸到電弧操作區(qū)域，該物體可以在軸向方向運動。
2.按照權利要求1所述的等離子炬裝置，其特征在于，該鐵磁材料物體是具有任意橫截面的棒狀或者管狀。
3.按照權利要求1和2所述的離子炬裝置，其特征在于，該物體最好由提供的冷卻介質的通道冷卻，或者在炬內將該物體設置在靠近冷卻件處。
4.按照權利要求1所述的等離子炬裝置，其特征在于，該物體設計成一個部件的一部分或者設計成一個部件，該部件是炬的整體的一部分，該部件或者部件的一部分是由鐵磁材料構成。
全文摘要
一個等離子炬最好裝有一個軸向磁場，以便圍繞炬的中心軸線旋轉電弧。一個或多個磁性材料的物體(4)設置在炬的中心軸上或沿著炬的中心軸線設置，該物體具有一個靠近電弧操作區(qū)域的端部。鐵磁體(4)將磁場集中到電弧區(qū)域，且如果需要可把磁場由沿軸向磁場加強方向的區(qū)域導致電弧操作區(qū)域。
文檔編號H05H1/40GK1077330SQ9211537
公開日1993年10月13日 申請日期1992年12月11日 優(yōu)先權日1991年12月12日
發(fā)明者S·賴努, K·豪斯滕, K·霍斯, J·哈達爾, N·邁克里巴斯特 申請人:克瓦納爾工程有限公司