用于将材料进给到等离子体中的方法及设备与流程

本技术总体上涉及用于将材料进给到等离子体中以用于由等离子体处理材料的装置、系统及方法。特别地，本技术涉及用于使多种材料进给技术能够增加生产量和增加等离子体-原料联接相互作用，同时还从等离子体处理中向材料提供多种特性的方法和设备。

背景技术：

1、等离子体炬提供高温等离子体来用于多种目的。总的来说，存在包括感应等离子体炬和微波等离子体炬在内的若干类型的等离子体炬。其它类型的等离子体炬可包括直流(dc)等离子体，其中电弧在阴极与阳极之间。这些类型的等离子体炬提供了基本上不同的高温，其中微波等离子体达到约6000k，而其余达到约10000k。

2、这些高温等离子体可使能够处理暴露于等离子体或进给到等离子体中的多种材料。一种这样的类型的处理是采用特定大小和形状的一种或多种材料，并且通过将其暴露于等离子体或进给到等离子体中来将一种或多种材料变为不同的大小和/或形状。

3、例如，初始材料或原料材料通常设有特定形状或多种形状和特定大小或多种大小。一旦暴露于等离子体或进给到等离子体中，初始原料材料就可由高温等离子体处理或转化为在大小方面更小、在形状方面更相似，或两者。然而，该操作的一个目的在于将材料从不规则形状球化成球体。

技术实现思路

1、本文中提供了用于将材料原料提供到等离子体炬的等离子体中的装置和方法。根据本公开的一个方面，公开了一种用于将材料原料提供到等离子体炬的等离子体中的设备。该设备包括具有输入端和输出端的材料进给装置。输出端至少部分地围绕在等离子体炬的输出端处或在其附近生成的等离子体的外围延伸。材料进给装置相对于等离子体炬的中心轴线成角度定向。在一些实施例中，材料进给装置的输出端包括喷嘴，该喷嘴具有至少部分地围绕等离子体的外围延伸的外展(flared)横截面几何形状，以提供材料原料至少围绕等离子体的整个外围的较大部分的基本上均匀分散。在一些实施例中，喷嘴在围绕等离子体的外围的特定位置处提供材料原料围绕等离子体的外围的至少一半的基本上均匀分散。在一些实施例中，材料进给装置的输出端包括围绕等离子体的外围定位的数个喷嘴，并且喷嘴的数量和横截面几何形状选择成提供材料原料围绕等离子体的整个外围的较大部分的基本上均匀分散。在一些实施例中，材料进给装置设计成围绕等离子体的整个外围散布材料原料。在一些实施例中，材料进给装置相对于等离子体炬的中心轴线是可调整的，以使能够在沿等离子体长度的不同位置处进给材料原料。在一些实施例中，材料进给装置围绕等离子体外围的较大部分和沿等离子体长度的期望部分进给材料。在一些实施例中，材料进给装置相对于等离子体炬的中心轴线的角度可调整。在一些实施例中，材料进给装置是锥形斗，该锥形斗具有比输出端更宽的输入端。在一些实施例中，等离子体炬衬里在锥形斗的输入端与输出端两者之间形成间隙，等离子体炬与锥形斗的输入端之间的间隙大于等离子体炬衬里与锥形斗的输出端之间的间隙，使得材料可围绕等离子体的基本上整个外围进给到较大的间隙中，并且离开较小的间隙而进入到等离子体中。在一些实施例中，等离子体的一部分延伸到锥形斗的输出端和等离子体炬的相应端的范围外侧，并且材料直接从锥形斗的输出端处的较小间隙围绕等离子体的该部分的外围进给。在一些实施例中，设备还包括材料旋流装置，该材料旋流装置定位用于与锥形斗中的材料可操作地连通，以有助于在锥形斗内均匀分布材料。在一些实施例中，材料原料通过重力进给到等离子体中。在一些实施例中，材料以不会明显扰乱等离子体并且提供由等离子体对材料的均匀处理的特定速率和速度进给到等离子体中。

2、根据本公开的另一方面，公开了一种用于将材料原料均匀地提供到等离子体炬的等离子体中的设备。材料进给装置安装在等离子体炬内的等离子体附近。等离子体具有在操作期间随时间略微变化的三维形状，并且具有期望的且相对一致的长度、宽度、深度、形状和外围。材料进给装置与待进给到等离子体中的材料源可操作地连通，并且材料进给装置还能够将材料以可基于多种因素变化的期望分散模式转移到等离子体。材料进给装置设计和安装成尽管等离子体的位置和形状的可变性也使材料能够在沿等离子体长度的位置处并且至少围绕等离子体的整个外围的较大部分基本上均匀地分散到等离子体中，以利用等离子体的基本上所有能量，降低由将材料输入到等离子体中引起的等离子体本身的可变性，并且在材料与等离子体接合并且由等离子体处理时降低材料的浓度，以提供更有效且一致的材料处理以提高产量，同时避免附加的处理以满足精确的材料规格。

3、根据本公开的另一方面，公开了一种在等离子体炬内处理材料的方法。该方法包括：a)提供等离子体炬，该等离子体炬具有在其中建立的等离子体，等离子体具有在操作期间随时间略微变化的相对一致但动态的三维形状，并且具有期望的且相对一致的长度、宽度、深度、形状和外围。该方法还包括：b)提供待进给到等离子体中并且由等离子体处理的材料源。该方法还包括：c)在等离子体的期望位置附近提供材料进给装置，该材料进给装置与待进给到等离子体中的材料源可操作地连通。该方法还包括：d)使用材料进给装置将材料以可基于多种因素变化的分散模式转移到等离子体，材料进给装置设计和安装成使材料能够在沿等离子体长度的位置处并且至少围绕等离子体的基本上整个外围基本上均匀分散到等离子体中。在一些实施例中，该方法还包括：e)监测等离子体的输出，以确定是否由等离子体提供了期望的材料处理；f)如果未实现期望的材料处理，则调整材料到等离子体的分散模式；以及g)按需要重复操作d)-f)，直到实现期望的材料处理。在一些实施例中，调整材料到等离子体的分散模式包括调整以下中的至少一者：材料进给速率、材料速度和材料进给装置相对于等离子体的位置。在一些实施例中，材料进给速率和材料速度选择成在与等离子体炬可操作地连通的材料进给装置内提供材料的平稳流动，并且防止材料在材料进给装置内的任何聚集。在一些实施例中，等离子体为内部温度是外部温度至少若干倍高的微波等离子体，并且由此提供到等离子体的功率仅需要足以使外部温度能够提供期望的材料处理，使得可进入等离子体的内部的任何材料仍按期望处理，以提供期望的产量，同时节省功率并且因此降低成本。

技术特征：

1.一种用于将材料原料提供到等离子体炬的等离子体中的设备，其包括：

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述材料进给装置的输出端包括喷嘴，所述喷嘴具有至少部分地围绕所述等离子体的外围延伸的外展横截面几何形状，以提供所述材料原料至少围绕所述等离子体的整个外围的较大部分的基本上均匀分散。

3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述喷嘴在围绕所述等离子体的外围的特定位置处提供所述材料原料围绕所述等离子体的外围的至少一半的基本上均匀分散。

4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述材料进给装置的输出端包括围绕所述等离子体的外围定位的多个喷嘴，并且所述喷嘴的数量和横截面几何形状选择成提供所述材料原料围绕所述等离子体的整个外围的较大部分的基本上均匀分散。

5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述材料进给装置设计成围绕所述等离子体的整个外围散布所述材料原料。

6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述材料进给装置相对于所述等离子体炬的中心轴线是能够调整的，以使能够在沿所述等离子体长度的不同位置处进给所述材料原料。

7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述材料进给装置围绕所述等离子体外围的较大部分和沿所述等离子体长度的期望部分进给材料。

8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述材料进给装置相对于所述等离子体炬的中心轴线的角度能够调整。

9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述材料进给装置是锥形斗，所述锥形斗具有比输出端更宽的输入端，并且具有构造成围绕所述等离子体炬的至少一部分的等离子体炬衬里。

10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述等离子体炬衬里在所述锥形斗的输入端与输出端两者之间形成间隙，所述等离子体炬衬里与所述锥形斗的输入端之间的所述间隙大于所述等离子体炬衬里与所述锥形斗的输出端之间的间隙，使得所述材料能够围绕所述等离子体的基本上整个外围进给到所述较大的间隙中，并且离开所述较小的间隙而进入到所述等离子体中。

11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述等离子体的第一部分延伸到所述锥形斗的输出端和所述等离子体炬的相应端的范围外侧，所述材料直接从所述锥形斗的输出端处的所述较小间隙围绕所述等离子体的第一部分的外围进给。

12.根据权利要求10所述的设备，其进一步包括：

13.根据权利要求1所述的设备，其中，所述材料原料通过重力进给到所述等离子体中。

14.根据权利要求1所述的设备，其中，所述材料以不会明显扰乱所述等离子体并且提供由所述等离子体对所述材料的均匀处理的特定速率和速度进给到所述等离子体中。

15.一种用于将材料原料均匀地提供到等离子体炬的等离子体中的设备，其包括：

16.一种在等离子体炬内处理材料的方法，其包括：

17.根据权利要求16所述的方法，其进一步包括：

18.根据权利要求17所述的方法，其中，调整所述材料到所述等离子体的分散模式包括调整以下中的至少一者：材料进给速率、材料速度和所述材料进给装置相对于所述等离子体的位置。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述材料进给速率和所述材料速度选择成在与所述等离子体炬可操作地连通的材料进给装置内提供材料的平稳流动，并且防止材料在所述材料进给装置内的任何聚集。

20.根据权利要求17所述的方法，其中，所述等离子体为内部温度是外部温度至少若干倍高的微波等离子体，并且由此提供到所述等离子体的功率仅需要足以使所述外部温度能够提供期望的材料处理，使得能够进入所述等离子体的内部的任何材料仍按期望处理，以提供所述期望的产量，同时节省功率并且因此降低成本。

技术总结
一种用于将材料原料提供到等离子体炬的等离子体中的设备包括具有输入端和输出端的材料进给装置。材料进给装置的输出端至少部分地围绕等离子体炬的输出端附近生成的等离子体的外围延伸。材料进给装置相对于等离子体炬的中心轴线成角度定向。

技术研发人员：P·马蒂斯,M·科兹洛夫斯基,M·雷吉达尔,J·R·卡鲁索,尚宗仁
受保护的技术使用者：6K有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15