[发明专利]一种等离子炬装置及延长电极寿命的方法

说明书

本发明公开了一种等离子炬装置，包括阴电极、阴电极电磁线圈、中间电极、中间插入段绝缘体、插入段绝缘体、阳电极、阳电极电磁线圈、阳电极永磁体。所述中间电极和阴电极之间有中间插入段绝缘体，中间电极与阳电极之间有插入段绝缘体。工作时，在电压差的作用下，先在阴电极和中间电极之间形成电弧。起弧成功且稳定之后，阴电极和阳电极之间充满了离子化物质，在上游气流的作用下，阴电极和中间电极之间的弧被引向下游，从而在阴电极和阳电极之间击穿并形成稳定的电弧。在气流和磁感应线圈形成磁场力作用下，阴电极和阳电极之间形成的电弧可以旋转且周期变动位置，防止电极只在某一窄区域烧蚀，从而延长了电极的使用寿命。

技术领域

本发明涉及等离子炬技术领域，具体涉及一种等离子炬装置及延长电极寿命的方法。

背景技术

等离子体炬通过电弧来产生超高温热源以及大量高反应活性离子态的颗粒，可采用空气、氮气、水蒸气、氩气等氧化、还原或惰性的气体作为载气，在气化、裂解、反应、熔融和冶炼等各种功能的工业炉中有广泛应用前景。在工业应用中，根据具体需求，可以设计成转移弧式、非转移弧式、以及兼备转移弧和非转移弧的联合式等离子体炬。

美国西屋公司和凤凰公司具有三十多年的大功率等离子炬（100-600kW）开发和应用经验，产品成系列且非常成熟，近年来国内也有不少公司在致力于等离子炬的开发，但是与国外的等离子炬产品无论是在炬载气的多样性和产品的成熟和稳定性方面都有较大差距。电极是等离子炬的最大耗件。一方面，电极的寿命过段将增加消耗量，从而增加运行成本。另一方面，过于频繁地更换电极，也增加人力成本，影响工艺生产，从而影响产品质量和增加安全风险。目前，国内主流的等离子炬生产和研发机构电极寿命可以达到300小时，但是国外的一些同行电极寿命可以达到1000小时。尤其是对于超大功率（兆瓦以上）的等离子炬，因为需要的输入电流更大，电极寿命更短。国内尚无兆瓦级别甚至更高功率的等离子炬开发报道和商业产品。超大功率的等离子炬在冶金冶炼和灰熔融处理方面都有广泛应用前景，其成功开发将极大地助力相关工艺水平的提升，尤其是关键的电极寿命的提升将极大地降低生产运营成本，为安全运行提供保障。

发明内容

本发明的目的是针对超大功率等离子炬电极消耗的问题，进行优化改善解决不足，提出超大功率等离子炬装置。

为解决上述技术问题，本发明采取如下技术方案：一种等离子炬装置，阴电极、阴电极电磁线圈、中间电极、中间插入段绝缘体、插入段绝缘体、阳电极、阳电极电磁线圈和阳电极永磁体；所述中间电极和阴电极之间有中间插入段绝缘体；中间电极与阳电极之间有插入段绝缘体；所述阴电极的外部有阴电极电磁线圈；所述阳电极的外部设置有阳电极电磁线圈和阳电极永磁体。

进一步地，所述的阴电极为中空结构，阴电极的尾部设置有布风孔供气，气流沿阴电极轴线平行方向供入；阴电极电磁线圈位于阴电极的外部，阴电极中空区域的磁场强度可以通过控制电磁线圈实现；阴电极采用水冷冷却。

进一步地，所述的中间电极为中空结构，中间电极采用水冷冷却；所述中间电极和中间插入绝缘体之间有供气装置。

进一步地，所述中间插入段绝缘体和阴电极之间有供气装置。

进一步地，所述的插入段绝缘体为多级绝缘件，绝缘件的级数由等离子炬的功率决定；绝缘件外部采用水冷冷却，且绝缘件和相邻绝缘件之间有供气装置。

进一步地，插入段绝缘体和中间电极之间是设置供气装置。

进一步地，所述的阳电极为铜电极，阳电极外设有阳电极电磁线圈和阳电极永磁体，在阳电极与阳电极电磁线圈和阳电极永磁体之间设置水冷装置；所述阳电极和插入段绝缘体之间设有供气装置。

一种延长电极使用寿命的方法，其特征在于：包括如下步骤：

1）开始启动时，在阴电极和中间电极之间形成电压差，两电极之间气体被击穿并形成电弧；