專利名稱：等離子噴槍裝置以及使用等離子體處理回爐礦石的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種等離子噴槍(plasma torch)裝置以及一種使用 等離子體處理回爐礦石(return ore)的方法。更具體地，本發(fā)明涉 及一種等離子噴槍裝置，其便于調整等離子射流(火焰)的長度和尺 寸(例如，直徑)，將冷卻水和氣體(介質)通道納入在其中以便提 供緊湊結構，阻止電極組件磨損以增加壽命，以及在處理回爐礦石時 提供最小的功率消耗和高的處理效率；以及涉及一種使用等離子體處 理回爐礦石的方法。
背景技術：
通常，等離子噴槍裝置用在使用高溫熱量來熔化物體的等離子噴 射或熔化過程中。等離子噴槍裝置包括陰極和陽極(噴嘴)、安裝在 該陰極和陽極之間的絕緣體、氣體供應結構以及用于冷卻等離子噴槍 裝置的主要元件的冷卻結構，該陰極和陽極中的每個都是錐形的以適 當地產生熱的且高速的等離子射流。
此種等離子噴射或熔化過程可以使用等離子射流即刻熔化諸如粉 末或可熔材料的物體，該物體因高溫熱量而熔化。
然而，自目前已知，大部分等離子噴槍裝置中難于控制等離子射 流，例如，等離子射流的尺寸(直徑)或長度。
另外，用于將氣體作為介質供應給等離子噴槍的氣體供應結構(通 道)以及冷卻水通道(即，用于供應、循環(huán)以及排放冷卻水的結構) 沒有被納入到噴槍體中。因此，這導致噴槍的總體結構復雜化，從而
使得更難于獲得緊湊的噴槍結構。
其他問題在于，陰極和陽極因它們被電弧嚴重磨損需要被頻繁更換。
也已知一種處理回爐礦石的方法，該方法使用來自等離子噴槍裝 置的等離子體將具有預定顆粒尺寸的回爐礦石熔化成回爐礦石塊。然 而，在使用此種常規(guī)的等離子噴槍裝置處理回爐礦石的情況下，如已 知的一樣，本身難于調整等離子射流(火焰)的長度或尺寸(直徑)。

發(fā)明內容
為克服相關技術的上述問題，已做出本發(fā)明，以及本發(fā)明的一個 方面是提供一種緊湊的等離子噴槍裝置，其便于調整等離子射流(火 焰)的長度和尺寸(例如，直徑)，將冷卻水和氣體(介質)通道納 入到其中以便提供緊湊結構，以及防止電極組件磨損以增加該緊湊的 等離子噴槍裝置的壽命。
本發(fā)明的另一方面是提供一種使用等離子體處理回爐礦石的方 法，特別地，該方法通過在提高回爐礦石的處理效率的同時最小化功 率消耗，使用來自本發(fā)明的等離子噴槍裝置的等離子體將具有預定顆 粒尺寸的回爐礦石熔化成回爐礦石塊。
根據本發(fā)明的一個方面，該等離子噴槍裝置可以包括裝置本體 組件；電極組件，其被設置在該裝置本體組件中以通過放電產生等離 子體；氣體通道，其被納入到該裝置本體組件中以供應氣體；以及冷 卻水通道，其被納入到該裝置本體組件中以供應冷卻水。
根據本發(fā)明的另一方面，該等離子噴槍裝置可以包括裝置本體 組件；電極組件，其被設置在該裝置本體組件中以通過電荷產生等離 子體；以及用于盤旋氣體以阻止該電極組件磨損的氣體盤旋組件和用 于激活電子流以提高噴槍效率的磁體組件中的至少 一個。該氣體盤旋 組件和磁體組件被布置在該電極組件周圍。
在一個示例性實施方案中，具有氣體盤旋組件和磁體組件的等離 子噴槍裝置還可以包括氣體通道，該氣體通道被納入到該裝置本體 組件中以供應氣體；以及冷卻水通道，該冷卻水通道^C納入到該裝置 本體組件中以供應冷卻水。
在另一個示例性實施方案中，該電極組件可以包括陰極，其被 設置在該裝置本體組件內部；陽極，其具有形成于其中的等離子噴嘴 并且以一預定間隔凈皮布置在該陰極之前以產生放電。
在又一個示例性實施方案中，該裝置本體組件可以包括第一金 屬體部件，其電連接到該電極組件的陽極；絕緣體部件，其與該第一 金屬體部件裝配；以及第二金屬體部件，其被容納在該絕緣體部件內 部并且電連接到該電極組件的陰極。
在一個示例性實施方案中，該第一金屬體部件包括第一本體， 其形成了該裝置的外部；機架(housing)，其裝配到該第一本體的內 部，其中該機架支撐并施加電壓到該電極組件的陽極；以及第一外殼 (casing)，其裝配到該第一本體的一側以固定該電極組件的陽極。
在另一個示例性實施方案中，該絕緣體部件包括第一絕緣體， 其裝配到第一金屬體的第一本體和機架的內部；以及第二絕緣體，其 形成第二外殼并固定地裝配到該第一本體和第一絕緣體中的每一個的 一側。
另外，該第二金屬體包括第二本體，其裝配到該絕緣體部件的 第一和第二絕緣體兩者的內部以便施加電壓到位于其中的電極組件的
陰極；以及電壓施加構件，其裝配到該第二本體并固定到該電極組件 的陰極的內部。
在另一個示例性實施方案中，該氣體通道包括第一和第二氣體渠 道，該第一和第二氣體渠道形成于該第一金屬體部件的第一本體和機 架中；形成于該絕緣體部件的第一絕緣體和該第一金屬體部件的機架 之間的空間；以及第三氣體渠道，其形成于被布置在該第一絕緣體和 該第一金屬體部件的機架之間的氣體盤旋組件中。
另外，該氣體盤旋組件具有環(huán)形結構以及具有多個氣體渠道，該 環(huán)形結構在該裝置本體組件的第一金屬體部件的機架和絕緣體部件的 第 一絕緣體之間被裝配在陰極周圍。
另外，該磁體組件包括主磁環(huán)和裝配到該主磁環(huán)兩側的外環(huán)，其 中一個外環(huán)被支撐在機架上，并且另 一個外環(huán)被支撐在該陽極上。
在又一個示例性實施方案中，該冷卻水通道被配置為均勻地冷卻 該裝置，并且包括第一冷卻水渠道，其形成于該第一金屬體部件的
第一本體中；第二冷卻水渠道，其形成于該第一金屬體部件的機架中； 第三冷卻水渠道，其形成于該絕緣體部件的第一絕緣體中；第四冷卻 水渠道，其形成于該第二金屬體部件的第二本體中；形成于該第二本 體和該電極組件的陰極之間的空間；第五冷卻水渠道，其形成于被緊 固到該第二本體的內部的電壓施加構件中；以及第六冷卻水渠道，其
形成于該第二本體內部。
根據本發(fā)明的又一方面，使用等離子體處理回爐礦石的方法可以 使用至少兩個具有不同長度和尺寸的等離子射流的等離子噴槍裝置來 處理回爐礦石，其中通過調整供應到該等離子噴槍裝置的氣體流率以 及設置在該等離子噴槍裝置內的電極組件的陽極的等離子噴射噴嘴的 內徑，使得所述長度和尺寸不同。
在一個示例性實施方案中，第一和第二排的等離子噴槍裝置被布 置在所運輸的回爐礦石上方以增加回爐礦石處理區(qū)域，該第一和第二 排的等離子噴槍裝置相互交替，其中第一排的等離子噴槍裝置的火焰 在長度上減小而在直徑上增大，而第二排的等離子噴槍裝置的火焰與 第一排的等離子噴槍裝置的火焰相比在長度上增加而在直徑上減小。
如上所述，本發(fā)明的緊湊的等離子噴槍裝置便于調整等離子射流 (火焰)的長度和尺寸(直徑)，將冷卻水和氣體(介質)通道納入 到其中以便提供緊湊結構，以及防止電極組件磨損以增加該緊湊的等 離子噴槍裝置的壽命。
另外，特別地，通過在提高回爐礦石的處理效率的同時最小化功 率消耗，本發(fā)明的使用等離子體處理回爐礦石的方法使用來自本發(fā)明 的等離子噴槍裝置的等離子體將具有預定顆粒尺寸的回爐礦石熔化成 回爐礦石塊。


從下面結合附圖的詳細描述中會更清楚地理解本發(fā)明的上述以及 其他目的、特征以及其他優(yōu)點，其中
圖1是示出了根據本發(fā)明的等離子噴槍裝置的總體構造的裝配
圖2是示出了圖1中示出的本發(fā)明的等離子噴槍裝置的分解立體
圖3是示出了根據本發(fā)明的等離子噴槍裝置的裝置本體組件的第 一金屬體部件的第一本體的橫截面圖4是示出了根據本發(fā)明的等離子噴槍裝置的第一金屬本體部件 的機架的橫截面圖5A和5B是示出了根據本發(fā)明的等離子噴槍裝置的第一金屬體 部件的第一外殼的橫截面圖和主視圖6A和6B是示出了根據本發(fā)明的裝置本體組件的第一絕緣體的 橫截面圖和前視圖7是示出了根據本發(fā)明的絕緣體部件的第二絕緣體的橫截面
圖8是示出了根據本發(fā)明的裝置本體組件的第二金屬體部件的第 二本體的橫截面圖9A和9B是示出了根據本發(fā)明的第二金屬體部件的電壓施加構 件的側視圖和前視圖IOA至IOC是示出了根據本發(fā)明的電極組件的陰極的側視圖、 前視圖和后視圖IIA和IIB是示出了根據本發(fā)明的電極組件的陽極的橫截面圖 和前視圖12A和12B是示出了根據本發(fā)明的氣體盤旋組件的側視圖和前 視圖13A至13D是示出了根據本發(fā)明的磁體組件的結構圖14是示出了連結到圖2中示出的第一金屬體部件的第一本體的
氣體/冷卻水連接板(connecting block)的俯視圖^
圖15A和15B是示出了根據本發(fā)明的等離子噴槍裝置的已裝配狀
態(tài)的立體圖16是示出了根據本發(fā)明的一種使用等離子體(或等離子噴槍裝 置)處理回爐礦石的方法的立體布局圖。
具體實施例方式
現(xiàn)將參照附圖詳細描述本發(fā)明的示例性實施方案。
圖1和2是示出了根據本發(fā)明的等離子噴槍裝置1的總體構造的 裝配圖和分解立體圖，圖3至14示出了根據本發(fā)明的等離子噴槍裝置 1的各個元件，圖15A和15B示出了根據本發(fā)明的已裝配的等離子噴 槍裝置1的外部，以及圖16示出了根據本發(fā)明的一種使用等離子體(或 等離子噴槍裝置)處理回爐礦石的方法。
首先，參見圖1和2，本發(fā)明的等離子噴槍裝置1通常包括裝置 本體組件10 (圖3至9B)以及電極組件50 (圖IOA至IIB)，該電極 組件被設置在該裝置本體組件10內部以通過放電來產生等離子體。
例如，如圖1和2所示，等離子火焰(見圖16中的Fl和F2)從 等離子射流生成，該等離子射流通過供應氣體(介質)G穿過裝置本 體組件IO并且響應于高電壓(或者可能是高頻率)從電極組件50放 出電弧來產生。等離子火焰(見圖16中的F1和F2)用來熔化諸如回 爐礦石的物體。
本發(fā)明的等離子噴槍裝置1可以使用空氣或氮氣(N2)作為供應 氣體，該供應氣體在下文被共同稱作"氣體"。由于氮氣是昂貴的，本 發(fā)明的裝置可以使用空氣代替氮氣而獲得期望水平的功率(即，加熱 溫度)。
參見圖1和2,本發(fā)明的等離子噴槍裝置1還包括被納入到該裝 置本體10中的氣體通道60和冷卻水通道70。氣體通道60供應氣體 到電極組件50，以及冷卻水通道70用來冷卻該裝置。
另外，本發(fā)明的等離子噴槍裝置1還包括氣體盤旋組件80 (見圖 12A和12B )，如圖1和2所示該氣體盤旋組件被布置在電極組件50周 圍。該氣體盤旋組件80用來使得空氣盤旋以由于電弧點在電極組件 50中的移動而防止電極磨損。
本發(fā)明的等離子噴槍裝置1還包括磁體組件90(見圖13A至13D )， 如在圖1和2所示該磁體組件被布置在電極組件50周圍。該磁體組件 90用來調整電子流以提高噴槍效率。
下文將詳細描述氣體通道60、冷卻水通道70、氣體盤旋組件80 以及磁體組件90。
在本發(fā)明的等離子噴槍裝置1中，如圖1和2所示，電極組件50 包括被設置在裝置本體組件10內部的陰極52(見圖IOA至IOC)以及
被布置在該陰極前面的陽極54(見圖11A和11B)。陽極54與陰極52 間隔以放出電弧，并且被如此構造為易于裝配和拆卸。
下文將描述關于陽極54如何被裝配到裝置1的細節(jié)。
當供應空氣以及施加高電壓到陰極和陽極時，根據供應的氣體的 流率以可變的量形成等離子射流或等離子流，并且從陽極54的噴嘴 54a噴射等離子火焰(見圖16中的F1和F2)。
因此，本發(fā)明的等離子噴槍裝置1可以基于不同的因素控制等離 子射流。例如，參見圖11A和11B,通過改變陽極54的噴嘴54a的內 徑或者改變所供應的氣體(見圖1的G)的流率可以容易地調整等離 子射流的長度和尺寸(直徑)。
例如，當減小氣體的流率時，等離子射流的長度減小。減小長度 的等離子射流可以加熱更寬的區(qū)域但具有降低的加熱溫度。
相反地，當增大氣體的流率時，等離子射流的長度增大。增大長 度的等離子射流可以加熱更小的區(qū)域但具有升高的加熱溫度。因此，對等離子射流(等離子火焰)的長度和尺寸(直徑)的調 整可以有用地施加到后面描述的處理回爐礦石的過程。
另外，除了對回爐礦石的處理，也可以根據由等離子噴射要熔化 的物體的狀態(tài)有效地執(zhí)行等離子加熱處理。
例如，如在第10-2006-0133199號韓國專利申請中所/>開的，在 具有預定顆粒尺寸的回爐礦石被使用來自等離子噴槍裝置的火焰熔化 成回爐礦石塊的情況下，能夠實現(xiàn)最優(yōu)的等離子射流以使用本發(fā)明的 等離子噴槍裝置處理回爐礦石。在此，適合于處理回爐礦石的氣體流 率在15L/分鐘至17L/分鐘的范圍內。
在此，如圖1和2所示，也可以通過改變陰極52和陽極54之間 的間隔來調整等離子射流的形狀。
由于可以容易地裝配和拆卸本發(fā)明的等離子噴槍裝置1的所有元 件，能夠通過以一希望的值來調整陰極52和陽極54之間的間隔而容 易地裝配陰極52和陽極54 (見圖IOA至IIB)。
在本發(fā)明的等離子噴槍裝置1中，參見圖2、 IOA、 10B和10C， 優(yōu)選地，陰極52的尖端52a由鵠制成或表面處理有鴒。這可以減少陰 極尖端52a的磨損，該尖端用于產生電弧。
另外，參見圖2， 11A和11B，陽極54由具有向外延伸的凸緣的 圓柱體組成。噴嘴54a被成形為延伸穿過陽極54的圓柱體的內部(即， 中心部分)。
因此，在本發(fā)明的等離子噴槍裝置1中，能夠制備具有不同內徑 的陽極噴嘴54a的多個陽極54,并且能夠根據等離子加熱條件容易地 裝配任意一個陽極54。
另外，參見圖11A和11B，在陽極54的噴嘴54a上形成一個階梯 型部分54b。
因此本發(fā)明的陽極可以在該階梯型部分上引起渦流(即，當供應 的氣體在該階梯型部分上流動時產生渦流)以增加等離子射流，從而 進一步提高等離子體的熱效率。
參見圖2、 11A和IIB，在陽極54的向外延伸的凸緣上形成裝配 凸起54c。參見圖1、 5A和5B,當陽極54被裝配到第一金屬體部件 20時，該裝配凸起固定到裝置本體組件10的第一金屬體部件20的第 一外殼26。
如圖1、 5A和5B所示，第一外殼26具有螺紋S和用來便于旋轉 第一外殼26的凹口 26a。利用螺紋S和凹口 26a，第一外殼26被檸進 第一金屬體部件20的機架24或者從該機架松脫。
因此，如圖1和2所示，可以通過裝配第一外殼26到機架24或 從機架24拆卸第一外殼26而容易地裝配或拆卸電極陽極54。
參見圖4、 11A和IIB，陽極54在其前端上具有傾斜的支撐面54d。 該支撐面54d通過與第一金屬體部件20的機架24的內壁上的傾斜凸 起24a的接觸而被支撐。
因此，陽極與機架緊密接觸，并因此牢固地裝配到該機架。同時， 如圖l所示，由于前端的傾斜的支撐面被支撐在機架的傾斜凸起上， 可以將在通過電弧放電而產生等離子體的陰極52和陽極54之間的間 隔保持不變。
例如，可以通過改變機架凸起24a和陽極支撐面54d相互緊密接 觸的深度(或長度)而精確地調整陰極和陽極之間的間隔。
接下來，如圖1和2所示，形成本發(fā)明的等離子噴槍裝置1的裝 置框架的裝置本體組件10，通常包括電連接到電極陽極54的第一金
屬體部件2Q(見圖3、 4、 5A和5B)、與該第一金屬體部件20裝配的 絕緣體部件30 (見圖6A、 6B和7 )以及設置在該絕緣體部件30內部 且電連接到該電極陰極52的第二金屬體部件40 (見圖8、 9A和9B)。
除了絕緣體部件30，第一和第二金屬體部件20和40可以由諸如 黃銅的具有高導熱性的金屬制成。
第一和第二金屬體部件20和40被裝配以使得分別電連接到陽極 54和陰極52，從而可以施加高電壓。
另外，如圖1和2所示，絕緣體部件30被布置在第一和第二金屬 體部件20和40之間以使得它們相互電絕緣。
下面，將給出本發(fā)明的裝置本體組件10的第一和第二金屬體部件 20和40以及絕緣體部件30的更詳細描述。
首先，如圖1和2所示，在本發(fā)明的等離子噴槍裝置1中，第一 金屬體20包括形成該裝置的外部的第一本體22 (見圖3)、裝配到該 第一本體22的內部的機架24 (見圖4)以及固定該電極陽極54的第 一外殼26，其中該機架支撐電極陽極54并且施加電壓給陽極54。
例如，如圖1和2所示，機架24插入第一本體22中，并且在陽 極54的凸起54c (見圖11)被支撐在機架24上的位置，第一外殼26 通過螺紋S的螺旋運動被裝配到第一本體22。
然后，第一外殼26可以通過螺旋運動容易地被裝配到第一本體 22或從第一本體22拆卸。
在圖中，參考標記"S，，表示元件的螺紋連接部分，即，相互嚙合 的陽螺紋和陰螺紋。
如圖1和2所示，絕緣體部件30包括裝配到第一金屬體20的第 一本體22和機架24兩者內的第一絕緣體32 (見圖6A和6B)以及第 二絕緣體34(見圖7),該第二絕緣體充當第二外殼并且固定地裝配到 第一金屬體部件20的第一本體22和絕緣體部件30的第一絕緣體32 的一側。
在此，第二絕緣體34通過螺栓(未示出)裝配到第一本體22， 同時施加壓力到以及支撐第一金屬體部件20的第一本體22的后端和 絕緣體部件30的第一絕緣體32,以使得第一本體22的階梯型部分和 第一絕緣體32的階梯型部分相互嚙合并且相互壓靠。
因此，如圖1和2所示，第一本體部件22形成本發(fā)明的等離子噴 槍裝置1的主體，并且第一絕緣體32和第一外殼26使用螺栓和螺紋 裝配到第一本體22的前端和后端部分，從而形成如圖15A和15B所示 的整體形狀。
從圖15A和15B可見，本發(fā)明的等離子噴槍裝置1具有非常緊湊 的結構。如從圖1和2可見，這是因為本發(fā)明的裝置的多個元件可以 以一種非常緊湊的方式同時最小化空間地而被相互裝配和分離。
如圖1和2所示，第二金屬體部件40裝配到絕緣體部件30的內 部以施加高電壓給電極組件50的陰極52。第二金屬體部件40包括第 二本體42 (見圖8),該第二本體被裝配到絕緣體部件30的第一和第 二絕緣體32和34兩者的內部以施加高電壓給電極組件50的陰極52; 以及電壓施加構件44(見圖9A和9B)，該電壓施加構件被裝配到該第 二本體42并且緊固到陰極52的內部。
參見圖1、 2、 8、 9A和9B,第二本體42被第二絕緣體34強行固 定，其中該第二絕緣體被螺栓固定到第一本體22。電壓施加構件44 通過螺紋S裝配到第二本體42的內部并且裝配到陰極52的內部。
為了緊密地緊固陰極，如圖9A和9B所示，電壓施加構件44在其 前端具有以一預定間隔相互隔開的凸起44a。
另外，如圖1所示，用于施加高電壓到陰極的螺栓110a緊固到第 二金屬體部件40的第二本體42，用于施加相反極性電壓的螺栓110b 被緊固到固定于第一本體22的支撐板120,該第一本體22通過絕緣 體部件30與第二本體42絕緣，以及電壓施加電纜(未示出)分別連 接到螺栓110a和110b。
因此，分別通過第一和第二金屬體部件20和40施加高電壓到陰 極52和陽極54,并且絕緣體部件30介于第一和第二金屬體部件20 和40之間。
參見圖1、 2、 12A和12B，本發(fā)明的等離子噴槍裝置1還包括如 上所述的氣體盤旋組件80。氣體盤旋組件80被布置在電極組件50周 圍并且用來盤旋供應的氣體G以由于電弧點在電極組件中的移動而防 止電極組件磨損。
例如，如圖2、 12A和12B所示，氣體盤旋組件80具有環(huán)形結構，該環(huán)形結構被布置在第一金屬體部件20的機架24和絕緣體部件30的 第一絕緣體32之間(見圖6)。氣體盤旋組件80也被布置在電極組件 的陰極52周圍。
具體地，如圖2、 12A和12B所示，第三氣體渠道60d是傾斜的并 且延伸穿過氣體盤旋組件80的環(huán)形體。第三氣體渠道60d充當氣體通 道60的一部分，該氣體通道60在后面會詳細描述。
因此，當供應氣體時，氣體盤旋組件80內的傾斜氣體渠道60d使 得氣體在流動到電極組件的陰極52和陽極54之間之前均勻分布并盤 旋。
在本發(fā)明的等離子噴槍裝置中，由于當在氣體正被供應到電極組 件的陽極和陰極之間的狀態(tài)下將高電壓施加到陰極和陽極時，等離子 體由電弧放電產生，因此電極組件的陰極和陽極易于磨損。
為了解決這個問題，不像常規(guī)的等離子噴槍，在本發(fā)明的電極組 件中，陰極和陽極之間的電弧點不是固定的，而是可以連續(xù)轉移(移 動)。
當嚴重磨損時，電極組件的陰極和陽極不再能通過電弧放電產生 電弧，因此導致停止了等離子噴槍裝置。
這也導致頻繁更換電極組件的已磨損的陰極和陽極。陰極和陽極 磨損得越快，等離子噴槍裝置的生產率會越低。這也導致生產成本的 上升。
為解決這個問題，本發(fā)明的氣體盤旋組件80連續(xù)地移動電弧點， 從而防止電極組件的陰極或陽極磨損。
特別地，當氣體穿過氣體盤旋組件80中的傾斜氣體渠道60時， 氣體盤旋組件80在陽極54上旋轉。然后，氣體均勻分布在陰極和陽 極之間，以使得電弧點不集中在一個特定區(qū)域上，從而阻止電極組件 因電弧點的集中而磨損。
參見圖1、 2以及13A至13D，本發(fā)明的等離子噴槍裝置1還包括 布置在電極組件50周圍的磁體組件90以調整電子流，從而提高噴槍 效率。
磁體組件90被布置在第一金屬體部件20的機架24和電極組件 50的陽極54之間。
由于磁體組件90產生磁力，在產生等離子體時它可以激活電子 流，從而進一步提高等離子噴槍裝置的效率。
從圖13看出，本發(fā)明的磁體組件90包括在中心的主磁環(huán)92和裝 配到該主》茲環(huán)92的兩側的外環(huán)94和96。外環(huán)94具有與才幾架緊密接 觸的凸起94a,外環(huán)96具有與陽極緊密接觸的凸起96a。
外環(huán)94和96分別還具有階梯型部分94b和96b,該階梯型部分 安裝到主磁環(huán)92的內圓周并支撐在主磁環(huán)92的內圓周上。
因此，如圖1、 2以及13A至13D所示，由包括主》茲環(huán)和外環(huán)的三 個部件組成的本發(fā)明的磁組件90,;故布置在電極組件50周圍，以佳_ 得當裝配好陽極時凸起被支撐在機架和陽極上并由它們固定。
當如上所述裝配或分離第一外殼26時，磁組件90也可以與陽極 容易地裝配或分離。這也使得易于通過更換磁環(huán)調整磁力。
另外，本發(fā)明的等離子噴槍裝置1包括氣體通道60和冷卻水通道 70,它們在圖1中分別由點劃線和虛雙點劃線表示。如圖15A和15B 所示，作為一個特有特征，該通道被納入到體10內部，從而使得等離 子噴槍裝置更緊湊。
參見圖1、 15A和15B,本發(fā)明的等離子噴槍裝置l產生一個非常 緊湊的等離子噴槍裝置，在該等離子噴槍裝置中氣體和冷卻水被充足 供應。
當然，如上所述的多種特有特征優(yōu)化了工作效率并保證有效的冷 卻，從而增加該裝置的壽命。
另外，包括陰極52和陽極54的電極組件50被整體裝配到裝置本 體組件10的第一和第二金屬體部件20和40以及絕緣體部件30，因 此帶來更緊湊結構的等離子噴槍裝置。
雖然在圖1中沒有用參考標記表示，但是填充物(用圓圏"0"標 記)可以設在各個元件之間以阻止冷卻水泄露。
另外，如圖1所示，在本發(fā)明的等離子噴槍裝置1中，氣體通道 60被成形為單式的通道，其包括形成于第一本體22內的第一氣體渠 道60a(見圖3)、形成于機架24內的第二氣體渠道60b (見圖4 )、形 成于第一絕緣體32和機架24之間的空間60c(見圖6)(如圖2所示， 空間"60c"是由機架24的前端的凹入的外部分形成)以及布置在第
一絕緣體32和機架24之間的氣體盤旋組件80的第三氣體渠道60d(見 圖12)。第一和第二氣體渠道60a和60b、空間60c以及第三氣體渠道 60c相互連接以形成該單一的氣體通道。
最后，如圖1所示，形成了等離子火焰(見圖16中的Fl和F2 )， 然后如圖1所示從陽極的噴嘴54a噴出(見圖1中表示點劃線的"G") 等離子火焰。
在此，如圖1、 14、 15A和15B所示，氣體/冷卻水連接板110連 結到第一本體22。連接板110具有形成于其中的渠道60a，和70a，(見 圖14 ),渠道60a，與氣體通道60的第一氣體渠道60a連通以及渠道70a， 與冷卻水通道70的第一冷卻水渠道70a連通，該第一冷卻水通道的第 一冷卻水渠道將在下文描述。連接板110也具有連接器(未用參考標 記指示)，冷卻水管或軟管(未示出)和氣管(未示出)分別連接到該 連接器。
因此，如圖1所示，氣體G通過第一和第二氣體渠道60a和60b 以及第三氣體渠道60d供應到電極組件的陰極52和陽極54之間。
通過上述的氣體盤旋組件80,氣體以電弧點可以移動的方式供應， 然后由在施加有高電壓的陰極和陽極之間的電弧放電形成等離子射 流。
等離子射流作為火焰從位于陽極54的中心部分的噴嘴54a噴出以 力口熱物體。
如圖1和2所示，在本發(fā)明的等離子噴槍裝置1，冷卻水通道70 被成形為單式的通道，其包括形成于第一本體22內的第一冷卻水渠道 70a (見圖3)、形成于機架24內的第二冷卻水渠道70b (見圖4)、形 成于第一絕緣體內的第三冷卻水渠道70c (見圖6A和6B)、形成于第 二本體42內的第四冷卻水渠道70d (見圖8)、形成于第二本體42和 陰極52之間的空間70e (見圖1)、形成于固定到第二本體42的內部 的電壓施加構件44內的第五冷卻水渠道70f (見圖1、 9A和9B)以及 延伸穿過第二本體42的中心部分的第六冷卻水渠道70g(見圖8)。冷 卻水渠道和空間相互連接以形成單式的冷卻水通道。
如圖1、 15A和15B所示，第六冷卻水渠道70g與連接器42a緊固 在一起，冷卻水供應管或軟管(未示出)連接到該連接器。
如圖14、 15A和15B所示，連接器(未用參考標記指出)緊固到 連接板110，以便冷卻水排放管或軟管(未示出)連接到該連接器， 其中該冷卻水排放管或軟管連接到與第一冷卻水渠道70a連通的渠道 70a，。
因此，如圖1和15所示，在本發(fā)明的等離子噴槍裝置中，冷卻水 W(圖1中的雙點劃線)被引入、循環(huán)通過以及被釋放出第一至第六冷 卻水渠道以及所述空間，該第一至第六冷卻水渠道以及該空間被配置 為與第一和第二金屬體部件20和40的以及絕緣體部件30的若千元件 連通。在此，冷卻水W在從第六冷卻水渠道至第一冷卻水渠道的方向 上流動。
像這樣，由于本發(fā)明的冷卻水渠道延伸穿過等離子噴槍裝置1的 幾乎所有元件，因此能夠更有效地冷卻該裝置以及防止該裝置受熱損 壞，從而增加該裝置的壽命。
在此，如上所述，除了絕緣體部件，第一和第二金屬體部件20和 40的若干元件可以優(yōu)選地由具有優(yōu)異導熱性的黃銅制成。然后，熱量 可以穿過黃銅制成的元件傳導到被連續(xù)供應和排出的冷卻水，從而提 高噴槍裝置的冷卻效率。
如上所述，由于一些諸如氣體盤旋組件80和磁體組件90等的特 征元件，本發(fā)明的等離子噴槍裝置1可以最大化等離子效率，但是防 止電極組件磨損。另外，氣體通道和冷卻水通道被納入到噴槍裝置的 裝置本體組件的內部，從而制得如圖15A和15B所示的該裝置的緊湊 外部結構。
圖16示出了一種使用等離子處理回爐礦石的方法，在該方法中可 以使用如上所述的本發(fā)明的等離子噴槍裝置。
首先，將對回爐礦石的處理進行描述。在燒結過程中產生了鐵礦 石結塊，該燒結過程使用諸如各種類型鐵礦石的大量材料，諸如硅質 沉積巖、蛇紋巖和石灰石的少量材料，以及諸如石煤和焦炭的燃料。 所產生的鐵礦石結塊由篩子分成顆粒尺寸不超過6mm的回爐礦石和更 大的鐵礦石結塊。術語"回爐礦石"(return ore )表示鐵礦石結塊的 一部分，這部分鐵礦石結塊不被送到鼓風爐而是被再次收集以進行燒 結過程。
由于在鼓風爐中僅可以使用顆粒尺寸從約6mm到50mm的鐵礦石結 塊，顆粒尺寸不超過6mm的鐵礦石結塊被再次送到燒結過程。
由本申請的受讓人先前提交的第10-2006-0133199號韓國專利申 請，公開了一種使用等離子體處理回爐礦石的方法，該方法將具有預 定顆粒尺寸的回爐礦石熔化成回爐礦石塊以提高生產率。
具體地，回爐礦石會被凝結成大于6mm的顆粒尺寸(直徑)以被 裝入鼓風爐。因此，這排除了重新處理回爐礦石的過程的需要，該過 程要求對回爐礦石進行燒結過程，因此這在生產率和成本降低方面是 有利的。
參見圖16,根據本發(fā)明的處理回爐礦石的方法使用如上所述的本 發(fā)明的等離子噴槍裝置l。具體地，排列至少兩排等離子噴槍裝置la 和lb以將回爐礦石處理成回爐礦石塊200a和200b。在此，調整供應 氣體的流率和陽極噴嘴(圖11中的54a)的內徑以使得從各排的等離 子噴槍裝置la和lb產生不同長度和直徑的等離子射流(火焰)Fl和 F2。
如圖16所示， 一排等離子噴槍裝置la排列在回爐礦石上方，該 回爐礦石裝載在由傳送裝置210a運送的耐火磚箱體210中。安裝在傳 送裝置210a上的耐火磚箱體210根據尺寸被排列成直線。第一排的等 離子噴槍裝置la具有減小長度和增大直徑的第一類型等離子射流Fl。
在第一排的等離子噴槍裝置la的后面，第二排的等離子噴槍裝置 lb被排列成與第一排的等離子噴槍裝置la交替。第二排的等離子噴 槍裝置lb具有與第一類型等離子射流Fl相比增大長度和減小直徑的 第二類型等離子射流F2。
雖然先前提交的專利申請使用具有相同尺寸的等離子火焰(射流) 將回爐礦石處理成為塊，但是本發(fā)明將較大回爐礦石塊200a與較小回 爐礦石塊200b以該較小回爐礦石塊200b與較大回爐礦石塊交替的方 式結合起來，以使得能夠生產一般具有更大尺寸的回爐礦石塊，其中 該較大回爐礦石塊200a具有較大加熱區(qū)域并因此具有較大熔化區(qū)域， 該較小回爐礦石塊200a具有較小加熱區(qū)域但具有較高溫度。另外，由 于通過兩排的等離子噴槍裝置進行加熱和熔化，因此效率極高。
如上所述，本發(fā)明的等離子噴槍裝置1通過控制氣體的流率和陽
極噴嘴的內徑，便于調整等離子射流的長度和尺寸(直徑)。因此，本 發(fā)明的等離子噴槍裝置1通過使用兩種類型的等離子射流可以在更大 的區(qū)域內減少熱損失，同時進一步擴大回爐礦石熔化區(qū)域。
在此，本發(fā)明的等離子噴槍裝置在處理回爐礦石的效率上具有提 高，因此在運行時提供了減小的功率消耗。
例如，當在生產線上使用時，本發(fā)明的等離子噴槍裝置與產生相
同等離子射流的常規(guī)等離子噴槍裝置相比功率消耗減少約5%至10%。 因此所熔化的回爐礦石塊也從180kg (單位成本約18000韓圓或18 美元)增加到220kg。因此，可理解的，單位成本可以進一步從18000 韓圓減少到13000韓圓(13美元)。
如上所述，本發(fā)明的等離子噴槍裝置1可以便于調整等離子射流 (火焰)的長度和尺寸(直徑)、將冷卻水和氣體(介質)通道納入到 其中以提供緊湊結構。
另外，本發(fā)明的等離子噴槍裝置1可以阻止電極組件磨損以增加 壽命。
此外，使用緊湊的等離子噴槍裝置處理回爐礦石的方法可以提供 諸如最小的功率消耗和高處理效率的優(yōu)點。
雖然已結合示例性實施方案示出和描述了本發(fā)明，但對本領域技 術人員顯而易見的是，可以給進行改進和變形，而不脫離如附屬的權 利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權利要求
1. 一種等離子噴槍裝置，包括裝置本體組件；電極組件，其被設置在該裝置本體組件中以通過放電產生等離子體；氣體通道，其被納入到該裝置本體組件中以供應氣體；以及冷卻水通道，其被納入到該裝置本體組件中以供應冷卻水。
2. —種等離子噴槍裝置，包括 裝置本體組件；電極組件，其被設置在該裝置本體組件中以通過電荷產生等離子 體；以及用于盤旋氣體以阻止該電極組件磨損的氣體盤旋組件和用于激活 電子流以提高噴槍效率的磁體組件中的至少一個，其中該氣體盤旋組件和磁體組件^皮布置在該電極組件周圍。
3. 權利要求2所述的等離子噴槍裝置，還包括氣體通道，該氣體通道被納入到該裝置本體組件中以供應氣體；以及冷卻水通道，該冷卻水通道凈皮納入到該裝置本體組件中以供應冷 卻水。
4. 權利要求1至3中任一項所述的等離子噴槍裝置，其中該電極 組件包括陰極，其被設置在該裝置本體組件內部；以及 陽極，其具有形成于其中的等離子噴嘴并且以一預定間隔被布置 在該陰極之前以產生放電。
5. 權利要求4所述的等離子噴槍裝置，其中該電極組件的陰極的 尖端由鴒制成或表面處理有鵠以防止該電極組件磨損，以及其中該電極組件的陽極的噴嘴具有階梯型部分以產生等離子射流 的滿旋流動。
6. 權利要求1至3中任一項所述的等離子噴槍裝置，其中該裝置 本體組件包括第一金屬體部件，其電連接到該電極組件的陽極； 絕緣體部件，其與該第一金屬體部件裝配；以及 第二金屬體部件，其被容納在該絕緣體部件內部并且電連接到該 電極組件的陰極。
7. 權利要求6所述的等離子噴槍裝置，其中該第一金屬體部件包括第一本體，其形成了該裝置的外部；機架，其裝配到該第一本體的內部，其中該機架支撐并施加電壓 到該電極組件的陽極；以及第一外殼，其裝配到該第一本體的一側以固定該電極組件的陽極。
8. 權利要求6所述的等離子噴槍裝置，其中該絕緣體部件包括 第一絕緣體，其裝配到該第一金屬體的第一本體和機架兩者的內部；以及第二絕緣體，其形成第二外殼并固定地裝配到該第一本體和第一 絕緣體中的每一個的一側。
9. 權利要求6所述的等離子噴槍裝置，其中該第二金屬體包括 第二本體，其裝配到該絕緣體部件的第一和第二絕緣體兩者的內部以便施加電壓到位于其中的該電極組件的陰極；以及電壓施加構件，其裝配到該第二本體并固定到該電極組件的陰極 的內部。
10. 權利要求1或3所述的等離子噴槍裝置，其中該氣體通道包 括形成于第一金屬體部件、絕緣體部件和氣體盤旋組件的冷卻水渠道 和空間，以供應氣體到該電極組件的陰極和陽極之間，該氣體盤旋組 件被安裝在該金屬體部件內部。
11. 權利要求10所述的等離子噴槍裝置，其中該氣體通道包括 第一和第二氣體渠道，該第一和第二氣體渠道形成于該第一金屬體部件的第一本體和機架中；形成于該絕緣體部件的第一絕緣體和該第一金屬體部件的機架之 間的空間；以及第三氣體渠道，其形成于被布置在該第一絕緣體和該第一金屬體 部件的機架之間的氣體盤旋組件中。
12. 權利要求11所述的等離子噴槍裝置，還包括連接到該第一氣 體渠道且固定到該第 一本體的連接板，其中該連接板具有氣體供應連 接器，以使得氣體通過該第一氣體渠道引入，流過該第二和第三氣體 渠道和所述空間，以及供應到該電極組件的陰極和陽極之間。
13. 權利要求2所述的等離子噴槍裝置，其中該氣體盤旋組件具 有環(huán)形結構，在構成所述裝置本體組件的第一金屬體部件的機架和絕 緣體部件的第一絕緣體之間被裝配在陰極周圍，并且具有多個傾斜地穿過各所述體的氣體通道。
14. 權利要求2所述的等離子噴槍裝置，其中該磁體組件被裝配 在該裝置本體組件的第一金屬體部件的機架和該電極組件的陽極之 間，以通過磁力激活電子流，因此來提高噴槍效率。
15. 權利要求14所述的等離子噴槍裝置，其中該磁體組件包括主 磁環(huán)和裝配到該主磁環(huán)的兩側的外環(huán)，其中一個外環(huán)被支撐在該機架 上以及另一個外環(huán)被支撐在該陽極上。
16. 權利要求1或3所述的等離子噴槍裝置，其中該冷卻水通道 包括單式的通道，該單式的通道包括形成于該裝置本體組件的第一金 屬體部件、絕緣體部件和第二金屬體部件中的渠道和空間。
17. 權利要求16所述的等離子噴槍裝置，其中該冷卻水通道被構 形為均勻地冷卻該裝置，并且包括第一冷卻水渠道，其形成于該第一金屬體部件的第一本體中； 第二冷卻水渠道，其形成于該第一金屬體部件的機架中； 第三冷卻水渠道，其形成于該絕緣體部件的第一絕緣體中； 第四冷卻水渠道，其形成于該第二金屬體部件的第二本體中； 形成于該第二本體和該電極組件的陰極之間的空間； 第五冷卻水渠道，其形成于被固定到該第二本體的內部的電壓施 加構件中；以及第六冷卻水渠道，其形成于該第二本體內部。
18. 權利要求17所述的等離子噴槍裝置，其中冷卻水供應連接器 被緊固到在該第二本體中的該第六冷卻水渠道，以及冷卻水排放連接 器被緊固到連接于該第一本體的第一冷卻水渠道的連接板，以使得冷 卻水通過該第六冷卻水渠道^皮引入，流過這些渠道和空間，并且通過 第一冷卻水渠道排放。
19. 一種使用等離子體處理回爐礦石的方法，包括使用至少兩 個具有不同長度和尺寸的等離子射流的等離子噴槍裝置來處理回爐礦 石，其中通過調整供應到該等離子噴槍裝置的氣斧流率以及設置在該 等離子噴槍裝置的電極組件的陽極的等離子噴射噴嘴的內徑，使得所 述長度和尺寸不同。
20. 權利要求19所述的方法，其中第一和第二排的該等離子噴槍 裝置被布置所運輸的回爐礦石上方以增加回爐礦石處理區(qū)域，該第一 和第二排的等離子噴槍裝置相互交替，其中該第一排的等離子噴槍裝 置的火焰在長度上減小而在直徑上增大，而該第二排的等離子噴槍裝 置的火焰與該第一排的等離子噴槍裝置的火焰相比在長度上增加而在 直徑上減小。
21. 根據權利要求20所述的方法，其中使用在權利要求4中限定 的等離子噴槍裝置。
22. 根據權利要求20所述的方法，其中使用在權利要求6中限定 的等離子噴槍裝置。
全文摘要
一種等離子噴槍裝置包括裝置本體組件；電極組件，被設置在裝置本體組件中以通過放電產生等離子體；氣體通道，被納入裝置本體組件中以供應氣體；冷卻水通道，被納入到裝置本體組件中以供應冷卻水。該等離子噴槍裝置可以包括用于盤旋氣體以防止電極組件磨損的氣體盤旋組件和用于激活電子流以提高噴槍效率的磁體組件中的至少一個。氣體盤旋組件和磁體組件被布置在電極組件周圍。等離子噴槍裝置便于調整等離子射流(火焰)的長度和尺寸(例如，直徑)，將冷卻水和氣體(介質)通道納入其中以提供緊湊結構，防止電極組件磨損以增加壽命，以及在處理回爐礦石時提供最小的功率消耗以及高的處理效率。還涉及一種使用等離子體處理回爐礦石的方法。
文檔編號C22B1/14GK101394704SQ20081016132
公開日2009年3月25日 申請日期2008年9月19日 優(yōu)先權日2007年9月20日
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