專利名稱：化學加工用炬裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及向等離子炬供給反應物的引導管。該等離子炬用于反應物的化學處理，并且它可以同時提供等離子態(tài)氣體和反應物。
從挪威專利NO.164，846中已知一種電絕緣的供給混合物的導管，它裝在等離子炬內(nèi)電極中心，該等離子炬為浸沒在冶金熔融物中而設(shè)計的。
在美國專利US4，122，293中，描述了一種供給氣體、混合物、電流到空心電極的內(nèi)部液體冷卻式供給管，它用于電弧熔煉爐中。
還有歐洲專利EPO，178，288中，描述了特別為加熱冶金熔爐設(shè)計的等離子炬噴咀。該噴咀具有一個連接到液體冷卻式電極座上的電極端頭，電極座同時作為等離子態(tài)氣體和電流的供給管。電極端頭具有為等離子態(tài)氣體的中心孔，孔的輸出段首先作為拉伐爾噴咀(Lavalmozzle)，其后作為擴散器，以使氣體噴射出電極。
在反應物的化學處理過程中，如高溫分解過程中，使氣體在到達等離子火焰時具有正確溫度是很重要的。如果該氣體溫度超過一定數(shù)值，氣體將過早反應。在氣體到達等離子火焰之前形成分解產(chǎn)物是不希望的，而這將到導致這種產(chǎn)物在引導裝置中及電極上的沉積。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，用于反應物化學處理的等離子炬中的供給氣體裝置的已知設(shè)計不能產(chǎn)生滿意的結(jié)果。
本發(fā)明的目的是提供一種引導裝置，它能達到向等離子炬提供具有要求溫度和正確速率的反應物的目的。
該目的是由權(quán)利要求所述技術(shù)特征的一種引入管實現(xiàn)的。
該等離子炬由彼此同軸套裝的管形電極構(gòu)成。在其最簡單的形式中，等離子炬包括兩個電極，一個內(nèi)電極和一個外電極。等離子炬也可以裝備更多的電極。
電極可以是空心的，裝備有傳輸冷卻液的冷卻通道。各種具有良好導電導熱性的固體材料都可以用于液體冷卻電極。
最好使用實心電極，實心電極一般由具有高熔點和良好傳導性的材料構(gòu)成，如石墨。
反應物通過同軸安裝在內(nèi)電極中的獨立引入管供給。
反應物指的是純凈氣體，或與液體顆粒或固體顆粒的混合氣體，它們將在等離子火焰中發(fā)生化學反應。
當引導管在等離子區(qū)被加熱時，有必要冷卻引導管。因此它設(shè)有傳輸冷卻液通道。冷卻通道、例如可由在管中設(shè)置內(nèi)部分隔板而成，內(nèi)部分隔板距引導管底部之上一段距離。冷卻液的流動方向由導管內(nèi)部能獲得最低溫度來確定。
當反應物進入等離子區(qū)時，反應物具有適當?shù)臏囟仁呛苤匾?。例如甲烷的溫度希望?50℃到700℃的范圍。通過測量引導管噴咀出口處溫度，例如用安裝在管中的熱電偶的方式，可以經(jīng)過調(diào)節(jié)冷卻液的溫度來達到使反應物離開噴咀時具有要求的溫度的目的。
引導管的外表面，特別是下部面向等離子火焰的表面設(shè)有隔熱層。
具有隔熱層的引導管的直徑比內(nèi)電極的內(nèi)徑要小。在引導管和內(nèi)電極之間形成的環(huán)形通道中，供給等離子態(tài)氣體或反應物。等離子態(tài)氣體或反應物在被供給時，處在低的溫度下，因此將更有助于引導管的冷卻。
等離子態(tài)氣體，例如可以為惰性氣體，如氮、氬，它們一般不參與或影響等離子火焰中進行的化學反應。反應物也可以用作等離子態(tài)氣體。
引導管可以沿軸向移動，以便調(diào)整噴咀使達到相對于等離子火焰的一個適當?shù)奈恢?。由此獲得反應物到達等離子區(qū)時具有有利的溫度條件，并且在化學過程中達到最佳效率。
在等離子吹管中，自耗電極可以被使用，它們有一定程度的燒蝕，因此改變了電極的長度。由于這個原因，引導管為可以移動的也是有利的，以便引導管隨著電極的消耗而得以重新調(diào)節(jié)。
引導管的噴咀或引導管面向等離子火焰的下部有備份以便更換。導管的這部分受高溫作用，以致導管上易發(fā)生燒蝕和裂口。因此噴咀可以每隔一個規(guī)定的時間更換是有利的。
引導管噴咀可以由圓錐收縮形的文丘里或拉伐爾噴咀(Venturior Laval nozzle)構(gòu)成。反應物由此將達到更高的流速，更迅速地向等離子火焰供給。氣體流動速度是為化學過程設(shè)計的等離子炬中達到最合理操作條件的一項參數(shù)。由于文丘里噴咀是可更換的，所以噴咀可以被選擇以提供最佳的使用中的反應物的氣體流速。
就根據(jù)本發(fā)明的導管來說，達到了這樣的發(fā)明目的，即可以提供具有要求的溫度和適當流速的反應物，以及具有相對等離子火焰的正確位置的輸出噴咀，由此防止反應物到達反應區(qū)之前發(fā)生反應。這樣也可以防止在導管噴咀中和電極上分離產(chǎn)物或反應物的沉積。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，引導管可以用于許多不同類型的等離子炬，如本發(fā)明人的挪威專利申請NO914907中所描述的等離子炬。
根據(jù)本發(fā)明的等離子炬導管將結(jié)合附圖表示的實施例進一步描述。


圖1為裝有本發(fā)明導管的等離子炬的縱向剖視圖。
圖2為根據(jù)本發(fā)明的等離子炬導管的第二設(shè)計方案的縱向剖視圖。
在圖1中等離子炬由1表示，它裝有兩個電極，一個外電極2和一個內(nèi)電極3。
電極2、3最好為圓管形，彼此同心套裝。它們可以是實心的，或者是具有傳輸冷卻液的冷卻通道的空心的。實心電極最好由高熔點和良好導電性的材料構(gòu)成，象石墨或硅碳化物。所有類型的具有良好導電和導熱的固體材料，如銅，都能用于液體冷卻電極。
等離子炬裝有提供反應物的導管5。引導管最好由良導熱材料構(gòu)成，如銅。導管具有內(nèi)壁6和外壁7，并設(shè)有內(nèi)部分隔板8，隔板末端距導管底部上方有一定距離，從而構(gòu)成冷卻液通道。
冷卻液的供給確定為冷卻液沿管6的內(nèi)表面流入、沿外表面7流出。由箭頭表示。在表示的流動方向情況下，在引導管的內(nèi)表面獲得最低溫度的目的達到了。
外表面7、特別是管的下部9裝備的隔熱層10和11。
反應物通過引導管5供給等離子火焰。由箭頭標記12表示。反應物這里是指純凈氣體，或與液體顆?；蚬腆w顆粒的混合氣體，它們在等離子火焰中發(fā)生化學反應。
在引導管與內(nèi)電極之間，以及由內(nèi)、外電極之間，形成了環(huán)形通道。經(jīng)過這些通路等離子態(tài)氣體能夠被供給。由箭頭13和14所示。等離子態(tài)氣體可以例如是惰性氣體，象氮或氬，它們一般不參與或影響等離子火焰中發(fā)生的化學反應。
通過引導管和內(nèi)電極之間的環(huán)形通路供給的等離子態(tài)氣體由箭頭13所示。該氣體可給予冷卻，并將更進一步有利于引導管的冷卻。
提供反應氣體的引導管5可以沿軸向移動。移動導管的設(shè)備在附圖中未表示。移動引導管的目的是可以調(diào)整噴咀以便其達到相對等離子火焰的適當位置。
噴咀或引導管的下部是可以更換的。引導管的內(nèi)、外壁最好設(shè)有螺紋段使噴咀能擰開，并在管子的這部分損壞時更換。內(nèi)管壁螺紋段由16表示，外管壁螺紋段由17表示。
在圖2中表示了一種引導管5，其中噴咀或面向等離子火焰的導管下部以文丘里噴咀15的形式設(shè)計為圓錐形，產(chǎn)生向?qū)Ч艹隹诘氖湛s。該引導管的設(shè)計和標號未改動部分參考圖1。
當反應物受壓而通過噴咀15時，它將達到更高的流速，并更迅速地向等離子火焰供給。
噴咀或?qū)Ч芟虏渴强筛鼡Q的。導管的內(nèi)壁和外壁最好設(shè)有螺紋段，使噴咀可以擰開，并在損壞和撕裂情況下更換。內(nèi)管壁螺紋段由16表示，外管壁螺紋段由17表示。
權(quán)利要求
1.一種向等離子炬供給反應物的引導管，等離子炬管用于化學處理，如反應物的高溫分解、裂解，其中該等離子吹管包括，兩個或兩個以上管形或自耗電極，彼此同軸套裝在一起，且其中該流體冷卻式引導管的外表面和下部表面裝有隔熱層，并同軸安裝于內(nèi)電極中。其特征在于該引導管可以沿軸向移動，以便調(diào)整該噴咀相對于該等離子吹管的位置，并且其下部設(shè)有文丘里噴咀形式的一個圓錐形收縮，且噴咀為可更換的，因此能選擇噴咀以提供所用反應物的最佳氣體速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種供給反應物的引導管，其特征在于測量溫度的元件安裝在該出口噴咀處，以便調(diào)整冷卻液使所用的反應物獲得適當?shù)臏囟取?br> 全文摘要
用于反應物的化學處理的等離子炬1包括兩個或兩個以上彼此同軸套裝的電極2、3，其中供應反應物的導管4同軸地安裝于內(nèi)電極3中，它由裝有隔熱層10、11于外表面的液體冷卻管構(gòu)成。引導管4能沿軸向移動，以確定噴嘴相對等離子火焰的位置。導管4的下部有備用以便更換。此外導管以文丘里噴嘴形式設(shè)有向出口收縮，以增加反應物排出速度。在引導管和內(nèi)電極間形成環(huán)形通路，能引入等離子態(tài)氣體13。沿導管流動的等離子氣體13同時對管子冷卻。
文檔編號H05H1/34GK1077328SQ9211518
公開日1993年10月13日 申請日期1992年12月11日 優(yōu)先權(quán)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