プラズマトーチ装置
【課題】プラズマジェットの調節を容易にし、かつ電極部の磨耗を抑制して装置の寿命を向上できるコンパクトなプラズマトーチ装置を提供する。
【解決手段】アノード５４と電気的に通じる第１金属ボディ部２０と、第１金属ボディ部２０と組み立てられる絶縁ボディ部３０と、絶縁ボディ部３０に内在されてカソード５２と電気的に通じる第２金属ボディ部４０とを含む装置ボディ部１０と、カソード５２と、その前方にプラズマノズル部を形成するように間隔を置いて配置されるアノード５４とを含み、放電を通じプラズマを発生させる電極部５０と、装置ボディ部１０に夫々備えられ、電極部５０側にガスを供給し、及び装置を冷却するためのボディ一体型ガス通路６０及び冷却水通路７０と、を含みボディ一体型冷却水通路７０は、装置ボディ部１０の第１金属ボディ部２０と、絶縁ボディ部３０及び第２金属ボディ部４０に備えられた冷却水路７０と空間とを含んだ構成。
【解決手段】アノード５４と電気的に通じる第１金属ボディ部２０と、第１金属ボディ部２０と組み立てられる絶縁ボディ部３０と、絶縁ボディ部３０に内在されてカソード５２と電気的に通じる第２金属ボディ部４０とを含む装置ボディ部１０と、カソード５２と、その前方にプラズマノズル部を形成するように間隔を置いて配置されるアノード５４とを含み、放電を通じプラズマを発生させる電極部５０と、装置ボディ部１０に夫々備えられ、電極部５０側にガスを供給し、及び装置を冷却するためのボディ一体型ガス通路６０及び冷却水通路７０と、を含みボディ一体型冷却水通路７０は、装置ボディ部１０の第１金属ボディ部２０と、絶縁ボディ部３０及び第２金属ボディ部４０に備えられた冷却水路７０と空間とを含んだ構成。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマトーチ装置及びプラズマを用いた返鉱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、対象物を高熱で溶融させる溶射、溶融工程のためのプラズマトーチ（Plasma Torch）は高温、高速のプラズマジェットを発生させるのに適切な円錘形態のカソード及びアノード（ノズル）を備える電極と、電極の間の絶縁体と、気体を供給するための気体供給構造及びトーチの主要部を冷却するための冷却構造等で構成される。
【０００３】
このようなプラズマ溶射、溶融工程は、プラズマジェットを用いて対象物、例えば、粉末や、高熱溶融物質（高熱が加わると溶融される物質）を瞬間的に溶融させる。
【０００４】
しかし、今までに知られているプラズマトーチの大部分は、プラズマジェット、例えば、ジェットの大きさ（直径）や長さ等を装置によって簡単に変更するジェット制御が難しいものであった。
【０００５】
また、従来のプラズマトーチに供給する媒質である気体の供給構造（通路）とプラズマトーチを冷却するための冷却水の通路（冷却水の供給、循環、排出構造）とをトーチボディと一体化していないため、全体的にプラズマトーチの構造が複雑であり、それだけコンパクトなトーチを提供することが困難であるという問題があった。
【０００６】
そして、アークが発生するカソードとアノード間の磨耗が甚だしく発生しカソードとアノードを頻繁に交替しなければならないという問題もあった。
【０００７】
一方、所定の粒度の返鉱をプラズマトーチ装置のプラズマを用いて返鉱塊に溶融結合させる返鉱処理方法があるが、周知のプラズマトーチ装置は返鉱処理時にプラズマジェット（火炎）の長さや大きさ（直径）の調整が困難であった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記のような従来の問題点を解消するために提案されたもので、その目的は、プラズマジェット（火炎）の長さと大きさ（直径）の調節を容易にし、冷却水とガス（媒質）通路を装置内部に一体化してコンパクトな装置を提供し、かつ電極部の磨耗を抑制して装置の寿命を向上できるコンパクトなプラズマトーチ装置を提供することである。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、上記プラズマトーチ装置によるプラズマを用いて所定の粒度の返鉱を返鉱塊に溶融結合する返鉱処理時に装置の電力消費を最省力化しながらも返鉱処理の効率を向上できる、プラズマを用いた返鉱処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記のような目的を達成するための技術的な一側面の一実施例として、本発明は、装置ボディ部と、上記装置ボディ部に備えられ、放電を通じプラズマを発生させる電極部と、上記装置ボディ部に夫々備えられ、電極部側にガスを供給し、及び装置を冷却するためのボディ一体型ガス通路及び冷却水通路を含んで構成されたプラズマトーチ装置を提供する。
【００１１】
また、技術的な一側面の他の実施例として、本発明は、装置ボディ部と、上記装置ボディ部に備えられ、放電を通じプラズマを発生させる電極部と、上記電極部の周辺に配置され、供給ガスをツイスティングさせて電極部の磨耗を防ぐように提供されたガスツイスティング手段と電子の流れを活性化させトーチ効率を向上させるように提供された磁石手段のうち少なくともいずれか１つを含んで構成されたプラズマトーチ装置を提供する。
【００１２】
そして、上記ガスツイスティング手段と磁石手段を有するプラズマトーチ装置は、上記装置ボディ部に夫々備えられ、電極部側にガスを供給し、及び装置を冷却するためのボディ一体型ガス通路及び冷却水通路をさらに含むことができる。
【００１３】
好ましくは、上記電極部は、上記装置ボディ部の内側に備えられるカソード及びその前方に放電するように間隔を置いて配置されて内側にはプラズマノズル部が形成されたアノードを含んで構成される。
【００１４】
より好ましくは、上記装置ボディ部は、上記電極部のアノードと電気的に通じる第１金属ボディ部と、上記第１金属ボディ部と組み立てられる絶縁ボディ部と、上記絶縁ボディ部に内在されて上記電極部のカソードと電気的に通じる第２金属ボディ部を含んで構成される。
【００１５】
この際、上記第１金属ボディ部は、装置の外縁を形成する第１ボディと、上記第１ボディの内側に組み立てられてアノードを支持しながら電気を印加するハウジングと、上記第１ボディの一側に組み立てられてアノードを固定する第１ケーシングを含んで構成される。
【００１６】
そして、上記絶縁ボディ部は、上記第１金属ボディ部の第１ボディとハウジングにわたってその内側に組み立てられる第１絶縁ボディと、上記第１ボディと第１絶縁ボディの一側に固定して組み立てられる第２ケーシングである第２絶縁ボディを含んで構成されるのが好ましい。
【００１７】
また、上記第２金属ボディ部は、上記絶縁ボディ部の第１及び第２絶縁ボディにわたってその内側に組み立てられるが、上記電極部に含まれたカソードに電気を印加するように組み立てられる第２ボディと、上記第２ボディに組み立てられ上記カソードの内側に締結される電気印加片を含んで構成されてもよい。
【００１８】
好ましくは、上記ボディ一体型ガス通路は、上記金属ボディ部の第１ボディとハウジングに形成された第１及び第２ガス通路と、上記絶縁ボディ部の第１絶縁ボディと上記ハウジングの間に形成された空間及び上記第１絶縁ボディとハウジングの間に配置されるガスツイスティング手段に備えられた第３ガス通路を含んで構成される。
【００１９】
そして、上記ガスツイスティング手段は、装置ボディ部を構成する第１金属ボディ部のハウジングと絶縁ボディ部の第１絶縁ボディの間にカソードの外縁に環形態で組み立てられて、その胴体を傾いて貫通する複数のガス通路を備えるのが好ましい。
【００２０】
また、上記磁石手段は、中央のメイン磁石環と、その両側に組み立てられハウジングとアノードに支持される外縁環を含んで構成されるのが好ましい。
【００２１】
より好ましくは、上記冷却水通路は、上記第１ボディとハウジングに形成された第１及び第２冷却水通路と、上記第１絶縁ボディに形成された第３冷却水通路と、上記第２ボディに形成された第４冷却水通路と、上記第２ボディとカソードの間に形成される空間と、上記第２ボディの内側に締結されるカソードの電気印加片に形成された第５冷却水通路と、上記第２ボディの内部に形成された第６冷却水通路を含み、装置を全体的に均一に冷却するように構成される。
【００２２】
一方、技術的な他の側面として、本発明は、プラズマを発生させるプラズマトーチ装置に供給されるガス流量とトーチ装置に備えられた電極部のアノードのプラズマ放出ノズル部の内径を調整してプラズマジェットの長さと大きさを異なるように構成した２つ以上のプラズマトーチ装置を用いて返鉱を処理することを特徴とするプラズマを用いた返鉱処理方法を提供する。
【００２３】
好ましくは、移送される返鉱の上部に、プラズマジェットの長さは縮小されるが直径は拡大された第１のプラズマジェットを有する第１列のプラズマトーチ装置を配置し、その後方には上記第１のプラズマジェットの長さよりは拡大されるが直径は縮小される第２のプラズマジェットを発生させる第２列のプラズマトーチ装置を上記第１列のプラズマトーチ装置の間に位置するようにし返鉱処理面積を増大させる。
【発明の効果】
【００２４】
このような本発明のプラズマトーチ装置によると、プラズマジェット、即ち、プラズマ火炎の長さと大きさ（直径）等のサイズの調整を容易にする一方、冷却水とガス（媒質）通路を装置内部に一体化することで、さらにコンパクトなトーチ装置を提供し、なおかつ電極部の磨耗を抑制して装置の寿命を向上させることができる。
【００２５】
また、本発明のプラズマを用いた返鉱処理方法によると、所定の粒度の返鉱をトーチ装置により返鉱塊に溶融結合させる返鉱処理時にプラズマ発生のために用いられる装置の電力消費を最省力化しながらも返鉱の生産性を向上させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明によるプラズマトーチ装置の全体の構成を図示した組み立て状態図である。
【図２】図１の本発明のプラズマトーチ装置を図示した分解斜視図である。
【図３】本発明の装置ボディ部を構成する第１金属ボディ部の第１ボディを図示した断面図である。
【図４】本発明の第１金属ボディ部のハウジングを図示した断面図である。
【図５】ａ及びｂは本発明の第１金属ボディ部の第１ケーシングを図示した断面図及び正面図である。
【図６】ａ及びｂは本発明の装置ボディ部を構成する絶縁ボディ部の第１絶縁ボディを図示した断面図及び正面図である。
【図７】本発明の絶縁ボディ部の第２絶縁ボディを図示した断面図である。
【図８】本発明の装置ボディ部を構成する第２金属ボディ部の第２ボディを図示した断面図である。
【図９】ａ及びｂは、本発明の第２金属ボディ部の電気印加片を図示した側面及び正面図である。
【図１０】ａ及びｃは、本発明の電極部のカソードを図示した側面、正面及び後面図である。
【図１１】ａ及びｂは、本発明の電極部のアノードを図示した断面図及び正面図である。
【図１２】ａ及びｂは、本発明のガスツイスティング手段を図示した側面及び正面図である。
【図１３】ａ乃至ｄは、本発明の磁石手段を図示した構造図である。
【図１４】図２の第１金属ボディ部の第１ボディに取り付けられるガス／冷却水の連結ブロックを図示した平面構造図である。
【図１５】ａ及びｂは、本発明によるプラズマトーチ装置の組み立て状態を図示した斜視図である。
【図１６】本発明によるプラズマ（トーチ装置）を用いた返鉱処理方法を説明するために図示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、添付の図面に従い本発明の好ましい実施例を説明する。
【００２８】
図１及び図２では、本発明のプラズマトーチ装置１の全体の構成を組み立て状態図及び分解斜視図で図示する。また、図３乃至図１４では本発明の各構成部を図示する。また、図１５では本発明のプラズマトーチ装置の組み立てられた状態の外観を図示する。さらに、図１６では本発明によるプラズマ（トーチ装置）を用いた返鉱処理方法を図示する。
【００２９】
先ず、図１及び図２で図示したように、本発明のプラズマトーチ装置１は、基本的に装置ボディ部１０（図３〜図９参照）と上記装置ボディ部１０の内側に備えられ放電を通じてプラズマを発生させる電極部５０（図１０〜図１１参照）を含んで構成されている。
【００３０】
例えば、図１及び図２のように、装置ボディ部１０を通じてガス（媒質）Ｇが供給されると、高電圧（高周波印加も可能）が印加された電極部５０におけるアーク放電を通じて形成されるプラズマジェットによるプラズマフレーム（火炎）（図１６のＦ１、Ｆ２参照）が発生されて対象物、即ち、返鉱等の溶融結合を可能にする。
【００３１】
この際、本発明のプラズマトーチ装置では、ガスの種類としてはエアまたは窒素ガス（Ｎ２）等を用いることができるが、以下では‘ガス’と一括して説明する。但し、窒素ガスは費用が負担になる虞があるが、本発明の装置ではエアを用いても所望の出力（加熱温度）を具現することができる。
【００３２】
一方、図１及び２のように、本発明のプラズマトーチ装置１は、上記装置ボディ部１０に夫々一体に備えられ、上記電極部５０側にガスを供給するボディ一体型ガス通路６０と装置を冷却させるボディ一体型冷却水通路７０を含むことができる。
【００３３】
さらに、本発明のプラズマトーチ装置１は、図１及び２のように上記電極部５０の周辺に配置され、供給されてくるガスをツイスティングさせて電極部におけるアーク点の移動で電極部の磨耗を防ぐガスツイスティング手段８０（図１２参照）をさらに含むことができる。
【００３４】
また、本発明のプラズマトーチ装置１は、図１及び２のように上記電極部５０の周辺に配置され、電子の流れを調整してトーチ効率を向上させる磁石手段９０（図１３参照）をさらに含むことができる。
【００３５】
このようなガス及び冷却水通路６０及び７０とガスツイスティング手段８０及び磁石手段９０については、後で再び詳細に説明する。
【００３６】
一方、本発明のプラズマトーチ装置１において、上記電極部５０は、図１及び２のように、装置ボディ部１０の内側に備えられるカソード５２（図１０参照）とその前方に高電圧の印加時にアーク放電するように間隔を置いて配置され、特に、分解、組み立てが容易なアノード５４（図１１参照）で構成されている。
【００３７】
このようなアノード５４の装置の組み立て構造は、後ほど詳細に説明する。
【００３８】
従って、ガスが供給されて、さらに高電圧がカソードとアノードに印加されると、プラズマ、即ち、供給されるガスの流量に従い可変されるプラズマジェット流を形成しながらアノード５４のノズル部５４ａを通じてプラズマフレーム（火炎）（図１６のＦ１、Ｆ２参照）を噴出させる。
【００３９】
結局、本発明のプラズマトーチ装置１は、多様な因子を用いたプラズマジェットの制御ができるが、例えば、図１１のように、プラズマジェットの長さと大きさ（直径）をアノード５４のノズル部５４ａの内径を変更するか、或いは供給するガス（図１のＧ）の流量を変更することで簡単に調節することができる。
【００４０】
例えば、ガス流量を少なくすると、プラズマジェットの長さは短くなり、広い範囲の加熱はできるが、その代わり温度は低くなる。
【００４１】
逆に、ガス流量を増大させると、プラズマジェットの長さは長くなり、狭い範囲（面積）の加熱が可能で、温度は高くなる。
【００４２】
従って、プラズマジェット（プラズマフレーム（火炎））の長さと大きさ（直径）の調節は次に説明する返鉱処理時に有用に適用させることができる。
【００４３】
また、返鉱処理でなくても溶融または溶射させる対象物の状態に対応し効果的なプラズマ加熱処理を可能にする。
【００４４】
例えば、大韓民国特許出願１０−２００６−０１３３１９９号に開示されたように、所定の粒度の返鉱をプラズマトーチ装置の火炎を用いて返鉱塊に溶融結合させる場合、返鉱処理に対する最適のプラズマジェットを具現することができる。例えば、返鉱処理に適当なガス流量は１５〜１７Ｌ／ｍｉｎである。
【００４５】
この際、図１、２で図示したように、上記カソード５２とアノード５４の間隔を調整することでもプラズマジェットの形態を調節できる。
【００４６】
一方、本発明のプラズマトーチ装置１は、全ての構成部品が簡単に分解及び組み立てられるため、図１０及び図１１で図示したカソード５２と、これと間隔を置いて配置されるアノード５４を所望の間隔に調整された状態に簡単に組み立てることができる。
【００４７】
一方、図２、１０で図示したように、本発明のプラズマトーチ装置において、上記カソード５２のチップ部分５２ａは、タングステンで形成するか、表面をタングステン処理することが好ましい。これはアーク放電が行われるカソードのチップ部分の磨耗を減らす。
【００４８】
そして、図２、図１１で図示したように、上記アノード５４は、外縁が拡大される円筒体でその内部（中央）にプラズマノズル部５４ａが貫通して形成されている。
【００４９】
従って、本発明のプラズマトーチ装置１はアノードノズル部５４ａの内径を様々な形態で形成させた複数のアノード５４を用意し、プラズマ加熱条件に対応して簡単に組み立てて使用することができる。
【００５０】
さらに、図１１で図示したように、このような本発明のアノード５４のノズル部５４ａには段差５４ｂが形成されている。
【００５１】
従って、本発明のアノードは、上記段差部分において、プラズマの過流（即ち、供給されるガスが段差部分を通過しながら形成される過流）を誘導することができ、プラズマジェットを拡張させるため、プラズマの熱効率をさらに高める。
【００５２】
一方、図２及び１１で図示したように、上記アノード５４の外縁が拡大された部分には、組み立てるための組み立て突起５４ｃが形成されるがこのような組み立て突起は図１及び５のように、装置ボディ部１０を構成する第１金属ボディ部２０の第１ケーシング２６との組み立て時に固定される部分である。
【００５３】
この際、図１及び図５のように、上記第１ケーシング２６には組み立て時にスクリュー操作のための凹溝部２６ａが形成されている。つまり、第１ケーシング２６にはスクリューＳが形成され上記第１金属ボディ部２０のハウジング２４にスクリュー組み立て及び分解される。
【００５４】
従って、図１及び２のように、上記第１ケーシング２６をハウジング２４から分解すれば、上記電極部アノード５４も簡単に分解及び組み立てることができる。
【００５５】
しかし、図４及び１１のように、上記アノード５４の先端部には、第１金属ボディ部２０のハウジング２４の内側の傾いた突出端２４ａと接触して支持される傾いた支持面５４ｄが形成されている。
【００５６】
従って、上記アノードは、ハウジングと堅固に密着して組み立てられると同時に、図１のように上記ハウジングの突出端に先端が傾いた支持面が密着されるため、アーク放電を通じてプラズマを発生するカソード５２とアノード５４間の間隔が一定に維持される。
【００５７】
例えば、上記ハウジングの突出端２４ａとアノードの傾いた支持面５４ｄが密着する深さ（長さ）を調整すると、カソードとアノード間の間隔の調整が精密に行われることになる。
【００５８】
次いで、図１及び図２で図示したように、本発明のプラズマトーチ装置１において、装置の枠を形成する装置ボディ部１０は、上記電極部のアノード５４と電気的に通じる第１金属ボディ部２０（図３〜５）と、上記第１金属ボディ部２０と組み立てられる絶縁ボディ部３０（図６及び７）及び上記絶縁ボディ部３０に内在されて上記電極部カソード５２と電気的に通じる第２金属ボディ部４０（図８及び９）に大きく分けることができる。
【００５９】
例えば、上記絶縁ボディ部３０を除いて上記第１及び第２金属ボディ部２０及び４０は金属材質、例えば、熱伝導率の高い黄銅等で製作される。
【００６０】
このような第１及び第２金属ボディ部２０及び４０は、夫々アノード５４及びカソード５２と電気的に通じるように組み立てられて高電圧の印加を可能にする。
【００６１】
一方、図１及び２のように、上記絶縁ボディ部３０は、第１及び第２金属ボディ部２０及び４０の間に配置されて絶縁させる機能を提供する。
【００６２】
従って、以下では本発明の装置ボディ部１０を構成する第１及び第２金属ボディ部２０及び４０と絶縁ボディ部３０に対して具体的に説明する。
【００６３】
先ず、図１及び図２で図示したように、本発明のプラズマトーチ装置にあって、上記第１金属ボディ部２０は、装置の外縁を形成する第１ボディ２２（図３参照）、上記第１ボディ２２の内側に組み立てられて電極部のアノード５４を支持しながら高電圧を印加するハウジング２４（図４参照）及び上記第１ボディ２２の一側に組み立てられて上述のように、電極部のアノード５４を固定する第１ケーシング２６（図５参照）を含んで構成される。
【００６４】
例えば、図１及び２のように、上記第１ボディ２２の内側にハウジング２４が挿入され、上記ハウジング２４に上記アノード５４の突出端５４ｃ（図１１参照）が支持された状態で上記第１ケーシング２６が上記第１ボディ２２にスクリューＳ形態で組み込まれる。
【００６５】
このように、上記第１ケーシング２６は、上記第１ボディ２２にスクリュー形態で簡単に組み立てまたは分解される。
【００６６】
この際、図面における図面符号‘Ｓ’は、構成部品同士の雄ネジと雌ネジが締結されるスクリュー締結部分を示す。
【００６７】
次いで、図１及び図２で図示したように、上記絶縁ボディ部３０は、上記第１金属ボディ部２０の第１ボディ２２とハウジング２４にわたってその内側に組み立てられる第１絶縁ボディ３２（図６参照）及び上記第１金属ボディ部２０の第１ボディ２２と上記第１絶縁ボディ３２の一側にボルトで固定されて組み立てられる、第２ケーシングの役割をする第２絶縁ボディ３４（図７参照）で構成される。
【００６８】
この際、上記第２絶縁ボディ３４は、第１金属ボディ部２０の第１ボディ２２と第１絶縁ボディ３２の後端部を段差形態で圧迫して支持しながらボルト（不図示）で上記第１ボディ２２に組み込まれる。
【００６９】
従って、図１及び図２で図示したように、本発明のプラズマトーチ装置の胴体部分は第１ボディ部２２を備え、図面上その左右側にボルト及びスクリュー形態で第１絶縁ボディ３２と第１ケーシング２６が夫々組み込まれ、全体的には図１５ａ及び図１５ｂで図示した形態となるように組み立てられる。
【００７０】
最終的には、図１５に示されるように、本発明のプラズマトーチ装置１は、コンパクトな形態であることが分かる。これは図１及び２に示されるように、本発明の装置を構成する複数の部品が非常に緊密であり、空間を最小化した状態で組み立てられ、分解されるためである。
【００７１】
次いで、図１及び２のように、上記第２金属ボディ部４０は電極部５０のカソード５２に高電圧を印加させるように上記絶縁ボディ部３０の内側に組み立てられる。具体的に、上記第２金属ボディ部４０は、上記絶縁ボディ部３０の第１及び第２絶縁ボディ３２及び３４にわたってその内側に組み立てられる。さらに、上記第２金属ボディ部４０は、上記カソード５２に高電圧を印加するように組み立てられる第２ボディ４２（図８参照）及び上記第２ボディ４２に組み立てられ、かつ上記カソード５２の内側に締結される電気印加片４４（図９参照）で構成される。
【００７２】
従って、図１及び２、並びに図８及び９のように、上記第２ボディ４２は、第１ボディ２２にボルトで締結されるところの第２絶縁ボディ３４で圧迫固定され、その内側に上記電気印加片４４がスクリューＳ形態で組み立てられ、上記電気印加片４４は上記カソード５２の内側に組み立てられる。
【００７３】
この際、図９のように、上記電気印加片４４の先端部にはカソードを密着して締結するための突出端４４ａが所定の間隔で形成されている。
【００７４】
そして、図１で図示したように、上記第２金属ボディ部４０の第２ボディ４２の後端部には、カソードに高電圧を印加するための締結ボルト１１０ａが締結され、上記絶縁ボディ部３０を介して絶縁された状態で上記第１ボディ２２に締結されるところの支持ブロック１２０に他の電圧印加用締結ボルト１１０ｂが備えられ、夫々の締結ボルトに電圧印加用ケーブル（不図示）が連結される。
【００７５】
従って、本発明のプラズマトーチ装置において、カソード５２とアノード５４には夫々第１及び第２金属ボディ部２０及び４０を通じて高電圧が印加されるようになり、その間に絶縁ボディ部３０が介在されている。
【００７６】
次いで、図１、図２及び図１２で図示したように、本発明のプラズマトーチ装置１は、上述のように、上記電極部５０の周辺に配置されるところのガスツイスティング手段８０をさらに備える。ガスツイスティング手段８０は、供給されるガスＧをツイスティングさせて電極部におけるアーク点の移動で電極部の磨耗を防ぐ。
【００７７】
例えば、図２及び図１２で図示したように、本発明のガスツイスティング手段８０は、図４に示した第１金属ボディ部２０のハウジング２４と図６に示した絶縁ボディ部３０の第１絶縁ボディ３２の間に配置される環形態で提供され、電極部のカソード５２の外縁に配置される。
【００７８】
特に、図２及び図１２で図示したように、このようなガスツイスティング手段８０の環形態の胴体には、次に詳細に説明するガス通路６０のうち１つの通路で形成される第３ガス通路６０ｄが傾斜した状態で貫通して形成されている。
【００７９】
従って、ガスが供給されると、上記ガスツイスティング手段８０に傾いて形成されたガス通路６０ｄにより、ガスは電極部カソード５２とアノード５４の間に均一に広がりツイスティング状態で供給される。
【００８０】
一般的に、プラズマトーチ装置は、例えば電極部のアノードとカソードの間にガスが供給される状態でカソードとアノードに高電圧が印加されると、アーク放電を通じプラズマを発生させる原理であるため、電極部のアノードとカソード部分は簡単に磨耗する。
【００８１】
そこで、本発明の電極部では、上記ガスツイスティング手段８０により、カソードとアノードの間で発生するアーク点が、周知の従来のプラズマトーチとは異なり、局部的に形成されず、続けてアーク点を移動（変動）させることを可能にする。
【００８２】
従来のように、電極部のカソードとアノードの磨耗が深刻になると、それ以上アーク放電を通じてアークを発生させることができないため、プラズマトーチ装置の稼動中断の原因になる。
【００８３】
さらに、磨耗した電極部のカソードとアノードを頻繁に交替しなければならず、カソードとアノードの磨耗周期が短いほど、プラズマトーチ装置を用いた生産性は低下し、これは製造費用の上昇に繋がる。
【００８４】
しかし、本発明では、上述したように、上記ガスツイスティング手段８０がアーク発生点を続けて変動させるため、電極部のカソードとアノードの磨耗を抑制できる。
【００８５】
本発明が電極部のカソードとアノードの磨耗を抑制するための作用の詳細は次の通りである。ガスがガスツイスティング手段８０内に傾いた上体で貫通して形成されたガス通路６０ｄを通過すると、環形態のガスツイスティング手段８０はアノード５４上で回転しているので、ガスはカソードとアノードの間に全体的に広がりながら供給され、アーク点が一部領域にのみ集中することを抑制し、アーク点の集中による電極部の磨耗を抑制する。
【００８６】
次いで、図１、図２及び図１３で図示したように、本発明のプラズマトーチ装置１は、上記電極部５０の周辺に配置されるところの磁石手段９０をさらに備える。この磁石手段９０は電子の流れを調整してトーチ効率を向上させることができる。
【００８７】
この際、上記磁石手段９０は、上記第１金属ボディ部２０のハウジング２４と電極部５０のアノード５４の間に配置されている。
【００８８】
従って、上記磁石手段は、磁力を発生させるため、プラズマ形成時に電子の流れを活性化させプラズマトーチ装置の効率をより優れるようにする。
【００８９】
一方、このような本発明の磁石手段９０は、図２及び図１３から分かるように、中央のメイン磁石環９２とその両側に組み立てられるところの外縁環９４、９６を備える。この外縁環９４及び９６は、ハウジング及びアノード密着突起９４ａ及び９６ａを備える。
【００９０】
そして、上記外縁環９４及び９６は、上記メイン磁石環９２の内径部に挿入され支持される段差部９４ｂ及び９６ｂを備える。
【００９１】
従って、図１、図２及び図１３のように、メイン磁石環９２と外縁環９４及び９６の３つの部品で構成された本発明の磁石手段９０は、電極部のアノード５４の外縁に配置されてアノードの組み立て時に密着突起が夫々ハウジングとアノードで支持され固定される。
【００９２】
即ち、このような磁石手段９０も、上述した第１ケーシング２６の組み立て及び分解時にアノードと共に簡単に組み立てまたは分解できるので、本発明の実施例のプラズマトーチ装置１は磁石環の交替により磁力調整も容易にする。
【００９３】
次いで、本発明のプラズマトーチ装置１は、図１で一点鎖線と二点鎖線で夫々表示したガス通路６０と冷却水通路７０を夫々含むが、特にこれら通路を装置ボディ部１０の内部に一体化しながらも、図１５に示すように、プラズマトーチ装置をコンパクトに構成したことに特徴がある。
【００９４】
即ち、図１及び図１５のように、本発明のプラズマトーチ装置１は、充分なガスと冷却水の供給を行いながらも全体的に非常にコンパクトなトーチ装置とすることができる。
【００９５】
本発明の実施例のプラズマトーチ装置１は、全体的に非常にコンパクトなうえ、上述のいくつかの特徴的な構成により装置の稼動効率が著しく高くなり、さらに円滑な冷却が行われ、かつ装置の寿命も長くなる。
【００９６】
また、カソード５２とアノード５４からなる電極部５０も装置ボディ部１０の第１及び第２金属ボディ部２０及び４０並びに絶縁ボディ部３０に一体に組み込まれるため、よりコンパクトなプラズマトーチ装置を提供するようになる。
【００９７】
このとき、図１で別途に符号で示していないが、本発明の各構成部分の間には冷却水の漏水を遮断するパッキン（図１には‘〇’で示される）を備える。
【００９８】
一方、図１で図示したように、本発明のプラズマトーチ装置１において、上記ガス通路６０は、上述の第１ボディ２２（図３参照）とハウジング２４（図４参照）に形成された第１及び第２ガス通路６０ａ及び６０ｂと、第１絶縁ボディ３２（図６参照）とハウジング２４の間に形成された空間６０ｃ（図２に示すように、空間‘６０ｃ’はハウジング２４の先端外縁の凹部により形成される）及び上記第１絶縁ボディ３２とハウジング２４の間に配置されるガスツイスティング手段８０の第３ガス通路６０ｄ（図１２参照）を１つの経路として形成される。
【００９９】
そして、プラズマトーチ装置１は、最終的に、図１に示すように、上記ガス通路６０を通したガスをアノードノズル部５４ａを通じてプラズマ火炎（図１６のＦ１、Ｆ２参照）にして噴出する（図１において、一点鎖線の‘Ｇ’参照）。
【０１００】
この際、図１、図１４及び図１５に示すように、上記第１ボディ２２にはガス／冷却水通路の連結ブロック１１０が設けられ、上記連結ブロック１１０にはガス通路６０の第１ガス通路６０ａと次に説明する冷却水通路７０の第１冷却水通路７０ａと連通する通路６０ａ’及び７０ａ’（図１４参照）が形成され、夫々冷却水供給管（ホース）（不図示）とガス供給管（不図示）を連結する連結口（不符号）に連結される。
【０１０１】
従って、図１のように、ガスＧは上記第１ガス通路６０ａ及び第２ガス通路６０ｂ、並びに空間６０ｃ及び第３ガス通路６０ｄを通じ電極部のカソード５２とアノード５４の間に供給される。
【０１０２】
この際、上述のガスツイスティング手段８０を通じ、ガスはアーク点を移動することができるように供給され、プラズマトーチ装置１は高電圧が印加されたカソードとアノードの間におけるアーク放電を通じプラズマを形成する。
【０１０３】
このように形成されたプラズマジェットは、アノード５４の中央側に貫通して形成されたプラズマノズル部５４ａを通じて放出されるので、よって火炎で対象物の加熱が行われる。
【０１０４】
次いで、図１及び図２で図示したように、本発明のプラズマトーチ装置１にあって、上記冷却水通路７０は、上記第１ボディ２２（図３参照）とハウジング２４（図４参照）に形成された第１及び第２冷却水通路７０ａ及び７０ｂと、上記第１絶縁ボディ３２（図６参照）に形成された第３冷却水通路７０ｃと、第２ボディ４２（図８参照）に形成された第４冷却水通路７０ｄと、上記第２ボディ４２とカソード５２の間に形成される空間７０ｅ（図１参照）と、上記第２ボディ４２の内側に締結されるカソードの電気印加片４４に形成された第５冷却水通路７０ｆ（図１及び図９参照）及び上記第２ボディ４２の内部の中央側に貫通して形成された第６冷却水通路７０ｇ（図８参照）からなる１つの経路で構成される。
【０１０５】
この際、図１及び図１５で図示したように、上記第２ボディ４２の第６冷却水通路７０ｇには冷却水供給管（ホース）が連結される連結口４２ａが締結される。
【０１０６】
そして、図１４及び図１５で図示したように、ガス／冷却水通路の連結ブロック１１０には上記第１冷却水通路７０ａと連通され、連結通路７０ａ’と連結される冷却水排出管（ホース）が連結される連結口（不符号）が締結される。
【０１０７】
従って、図１及び図１５で図示したように、本発明のプラズマトーチ装置１において、冷却水Ｗ（図１の二点鎖線）は、上記第１及び第２金属ボディ部２０及び４０と絶縁ボディ部３０の複数の構成部品に連通するように形成された上記第１−６冷却水通路と空間（第６冷却水通路→第１冷却水通路方向に冷却水は供給）に流入、循環、排出される。
【０１０８】
つまり、本発明の冷却水通路は、本発明のプラズマトーチ装置１のほぼ全ての構成部品を通過するため、より効果的にプラズマトーチ装置１を冷却できる。このような上記冷却水通路は、熱による装置の損傷を防ぎ、トーチ装置の寿命を延長させる。
【０１０９】
この際、上述のように、上記絶縁ボディ部を除いた第１及び第２金属ボディ部２０及び４０の複数の構成部品を熱伝導に優れた黄銅で製作すると、高温の熱が熱伝達に優れた黄銅を通じ持続的に供給及び排出される冷却水に伝達される。したがって、プラズマトーチ装置１は、冷却効率が高くなり冷却作用に優れたものとなる。
【０１１０】
以上に説明したように、本発明のプラズマトーチ装置１は、いくつかの特徴的な手段、即ち、電極部の周辺のガスツイスティング手段８０と磁石手段９０により電極部の磨耗を抑制しながらプラズマ効率を著しく向上させ、かつガスと冷却水通路を装置内部に一体化して具現するため、図１５ａ及び図１５ｂで図示したように、外形的にも装置の大きさをコンパクトにできる。
【０１１１】
次いで、プラズマを用いた返鉱処理方法について図１６を参照して説明する。図１６は、プラズマを用いた返鉱処理方法を図示しているが、具体的には今まで説明した本発明のプラズマトーチ装置１を用いることができる。
【０１１２】
先ず、返鉱処理に対して説明する。焼結鉱の主原料である各種鉄鉱石と、副原料である珪石、蛇紋岩、石灰岩及び燃料である無煙炭、コークス等を焼結工程を経て焼結鉱を生産する。この際、製造された焼結鉱はスクリーンにおいて粒度が６ｍｍ以下の返鉱（粒度６ｍｍ以下の焼結鉱を高炉に送らず再び焼結工程に回収される焼結鉱を通常‘返鉱（return ore）’という）とそれより大きい焼結鉱に分離される。
【０１１３】
即ち、高炉で用いることができる焼結鉱は、その粒度が約６〜５０ｍｍであるため、粒度が６ｍｍ以下の焼結鉱は、再び焼結鉱の製造工程に再投入される。
【０１１４】
一方、本件の出願人が出願した大韓民国特許出願１０−２００６−０１３３１９９では、所定の粒度の返鉱をプラズマにより溶融させ塊化し生産性を高めた、プラズマを用いた返鉱処理方法が開示されている。
【０１１５】
即ち、返鉱を再び焼結工程に再投入する返鉱再処理工程を省略し、既に焼結された返鉱を高炉に投入が可能な粒度（直径）６ｍｍより大きい返鉱塊に生産すると、生産性や費用節減の側面で好ましい。
【０１１６】
この際、本発明の返鉱処理方法の特徴は、図１６で図示したように、今まで説明した本発明のプラズマトーチ装置１を用い、供給されるガス流量とアノードノズル部（図１１の５４ａ）の内径を調整してプラズマジェット流（火炎）Ｆ１、Ｆ２の長さと直径を異なるように調節する。例えば少なくとも２つのトーチ装置１ａ、１ｂを配列し、返鉱を返鉱塊２００ａ、２００ｂに処理することにその特徴がある。
【０１１７】
即ち、図１６で図示したように、移送コンベヤ２１０ａに単位別に続けて設けられた返鉱移送手段である耐火ブロックボックス２１０に詰められ移送される返鉱の上部に、プラズマジェットの長さは縮小されるが、直径は拡大された第１のプラズマジェットＦ１を有する第１列のプラズマトーチ装置１ａ，１ａ，１ａ・・・を配置する。
【０１１８】
そして、上記第１列のプラズマトーチ装置１ａ，１ａ，１ａ・・・の後方には、プラズマジェットの長さは上記第１のプラズマジェットよりは拡大されるが、逆に直径は縮小される第２のプラズマジェットＦ２を形成する第２列のプラズマトーチ装置１ｂ，１ｂ，１ｂ・・・を上記第１列のプラズマトーチ装置１ａ，１ａ，１ａ・・・の間に位置するように配置する。
【０１１９】
従って、従来同一のプラズマジェット（火炎）を有するプラズマ火炎（ジェット流）を用いて返鉱を塊化することに比べ、本発明では、加熱面積が広くて溶融面積が広い返鉱塊２００ａの間に、加熱面積は小さいが、温度の高い小さな返鉱塊２００ｂが連係するため、全体的により広い面積の返鉱塊の生産を可能とする。この際、全体的には２列のプラズマトーチ装置で加熱溶融されないため、熱効率も優れる。
【０１２０】
上述のように、本発明のプラズマトーチ装置１は、プラズマジェットの長さと大きさ（直径）をガス流量とアノードノズル部の内径の調節を通じて簡単に調節することができるため、２種類のプラズマジェットを用いて返鉱のさらに多い面積を結合できる。すなわち、熱損失を減らしながらもより拡大された面積の返鉱の結合を可能にする。
【０１２１】
この際、プラズマトーチ装置は、返鉱処理の効率を向上させたものであるため、プラズマトーチ装置を用いることによる電力消費は減少する。
【０１２２】
例えば、本発明の出願人がラインに適用した結果、電力消費は同一のプラズマジェットを用いる既存の場合より、５−１０％程度減らすことができ、溶融結合された返鉱塊の生産も既存の１８０Ｋｇ（生産単価は大体、１８０００ウォン）から２２０Ｋｇまで増大させる一方、生産単価は、１８０００ウォンから１３０００ウォンにさらに落とすことができることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【０１２３】
従って、今まで説明した本発明のプラズマトーチ装置１は、プラズマジェット（火炎）の長さと大きさ（直径）の調整を容易にし、冷却水とガス（媒質）通路を装置内部に一体化してコンパクトな装置を提供できる。
【０１２４】
さらに、電極部の磨耗を抑制し装置の寿命を向上させることを可能にする。
【０１２５】
また、このようなコンパクトなプラズマトーチ装置を用いて返鉱を処理する場合、装置の電力消費を最小化しながら返鉱処理の効率は向上させることを可能にするという利点を奏する。
【０１２６】
本発明は、今まで特性の実施例に関して図示し説明したが、上記の特許請求の範囲による本発明の思想や分野から外れない限度内で本発明が多様に改造及び変化されることができるということは当業界において通常の知識を有する者は容易に分かるということを明らかにする。
【符号の説明】
【０１２７】
１ プラズマトーチ装置
１０ 装置ボディ部
２０ 第１金属ボディ部
２２ 第１ボディ
２４ ハウジング
２６ 第１ケーシング
３０ 絶縁ボディ部
３２ 第１絶縁ボディ
３４ 第２絶縁ボディ
４０ 第２金属ボディ部
４２ 第２ボディ
４４ カソード電気印加片
５０ 電極部
５２ カソード
５４ アノード
６０ ガス通路
７０ 冷却水通路
８０ ガスツイスティング手段
９０ 磁石手段
１１０ ガス／冷却水の連結ブロック
１２０ 支持ブロック
２００ａ、２００ｂ 処理された返鉱
２１０、２１０ａ 返鉱移送手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマトーチ装置及びプラズマを用いた返鉱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、対象物を高熱で溶融させる溶射、溶融工程のためのプラズマトーチ（Plasma Torch）は高温、高速のプラズマジェットを発生させるのに適切な円錘形態のカソード及びアノード（ノズル）を備える電極と、電極の間の絶縁体と、気体を供給するための気体供給構造及びトーチの主要部を冷却するための冷却構造等で構成される。
【０００３】
このようなプラズマ溶射、溶融工程は、プラズマジェットを用いて対象物、例えば、粉末や、高熱溶融物質（高熱が加わると溶融される物質）を瞬間的に溶融させる。
【０００４】
しかし、今までに知られているプラズマトーチの大部分は、プラズマジェット、例えば、ジェットの大きさ（直径）や長さ等を装置によって簡単に変更するジェット制御が難しいものであった。
【０００５】
また、従来のプラズマトーチに供給する媒質である気体の供給構造（通路）とプラズマトーチを冷却するための冷却水の通路（冷却水の供給、循環、排出構造）とをトーチボディと一体化していないため、全体的にプラズマトーチの構造が複雑であり、それだけコンパクトなトーチを提供することが困難であるという問題があった。
【０００６】
そして、アークが発生するカソードとアノード間の磨耗が甚だしく発生しカソードとアノードを頻繁に交替しなければならないという問題もあった。
【０００７】
一方、所定の粒度の返鉱をプラズマトーチ装置のプラズマを用いて返鉱塊に溶融結合させる返鉱処理方法があるが、周知のプラズマトーチ装置は返鉱処理時にプラズマジェット（火炎）の長さや大きさ（直径）の調整が困難であった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記のような従来の問題点を解消するために提案されたもので、その目的は、プラズマジェット（火炎）の長さと大きさ（直径）の調節を容易にし、冷却水とガス（媒質）通路を装置内部に一体化してコンパクトな装置を提供し、かつ電極部の磨耗を抑制して装置の寿命を向上できるコンパクトなプラズマトーチ装置を提供することである。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、上記プラズマトーチ装置によるプラズマを用いて所定の粒度の返鉱を返鉱塊に溶融結合する返鉱処理時に装置の電力消費を最省力化しながらも返鉱処理の効率を向上できる、プラズマを用いた返鉱処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記のような目的を達成するための技術的な一側面の一実施例として、本発明は、装置ボディ部と、上記装置ボディ部に備えられ、放電を通じプラズマを発生させる電極部と、上記装置ボディ部に夫々備えられ、電極部側にガスを供給し、及び装置を冷却するためのボディ一体型ガス通路及び冷却水通路を含んで構成されたプラズマトーチ装置を提供する。
【００１１】
また、技術的な一側面の他の実施例として、本発明は、装置ボディ部と、上記装置ボディ部に備えられ、放電を通じプラズマを発生させる電極部と、上記電極部の周辺に配置され、供給ガスをツイスティングさせて電極部の磨耗を防ぐように提供されたガスツイスティング手段と電子の流れを活性化させトーチ効率を向上させるように提供された磁石手段のうち少なくともいずれか１つを含んで構成されたプラズマトーチ装置を提供する。
【００１２】
そして、上記ガスツイスティング手段と磁石手段を有するプラズマトーチ装置は、上記装置ボディ部に夫々備えられ、電極部側にガスを供給し、及び装置を冷却するためのボディ一体型ガス通路及び冷却水通路をさらに含むことができる。
【００１３】
好ましくは、上記電極部は、上記装置ボディ部の内側に備えられるカソード及びその前方に放電するように間隔を置いて配置されて内側にはプラズマノズル部が形成されたアノードを含んで構成される。
【００１４】
より好ましくは、上記装置ボディ部は、上記電極部のアノードと電気的に通じる第１金属ボディ部と、上記第１金属ボディ部と組み立てられる絶縁ボディ部と、上記絶縁ボディ部に内在されて上記電極部のカソードと電気的に通じる第２金属ボディ部を含んで構成される。
【００１５】
この際、上記第１金属ボディ部は、装置の外縁を形成する第１ボディと、上記第１ボディの内側に組み立てられてアノードを支持しながら電気を印加するハウジングと、上記第１ボディの一側に組み立てられてアノードを固定する第１ケーシングを含んで構成される。
【００１６】
そして、上記絶縁ボディ部は、上記第１金属ボディ部の第１ボディとハウジングにわたってその内側に組み立てられる第１絶縁ボディと、上記第１ボディと第１絶縁ボディの一側に固定して組み立てられる第２ケーシングである第２絶縁ボディを含んで構成されるのが好ましい。
【００１７】
また、上記第２金属ボディ部は、上記絶縁ボディ部の第１及び第２絶縁ボディにわたってその内側に組み立てられるが、上記電極部に含まれたカソードに電気を印加するように組み立てられる第２ボディと、上記第２ボディに組み立てられ上記カソードの内側に締結される電気印加片を含んで構成されてもよい。
【００１８】
好ましくは、上記ボディ一体型ガス通路は、上記金属ボディ部の第１ボディとハウジングに形成された第１及び第２ガス通路と、上記絶縁ボディ部の第１絶縁ボディと上記ハウジングの間に形成された空間及び上記第１絶縁ボディとハウジングの間に配置されるガスツイスティング手段に備えられた第３ガス通路を含んで構成される。
【００１９】
そして、上記ガスツイスティング手段は、装置ボディ部を構成する第１金属ボディ部のハウジングと絶縁ボディ部の第１絶縁ボディの間にカソードの外縁に環形態で組み立てられて、その胴体を傾いて貫通する複数のガス通路を備えるのが好ましい。
【００２０】
また、上記磁石手段は、中央のメイン磁石環と、その両側に組み立てられハウジングとアノードに支持される外縁環を含んで構成されるのが好ましい。
【００２１】
より好ましくは、上記冷却水通路は、上記第１ボディとハウジングに形成された第１及び第２冷却水通路と、上記第１絶縁ボディに形成された第３冷却水通路と、上記第２ボディに形成された第４冷却水通路と、上記第２ボディとカソードの間に形成される空間と、上記第２ボディの内側に締結されるカソードの電気印加片に形成された第５冷却水通路と、上記第２ボディの内部に形成された第６冷却水通路を含み、装置を全体的に均一に冷却するように構成される。
【００２２】
一方、技術的な他の側面として、本発明は、プラズマを発生させるプラズマトーチ装置に供給されるガス流量とトーチ装置に備えられた電極部のアノードのプラズマ放出ノズル部の内径を調整してプラズマジェットの長さと大きさを異なるように構成した２つ以上のプラズマトーチ装置を用いて返鉱を処理することを特徴とするプラズマを用いた返鉱処理方法を提供する。
【００２３】
好ましくは、移送される返鉱の上部に、プラズマジェットの長さは縮小されるが直径は拡大された第１のプラズマジェットを有する第１列のプラズマトーチ装置を配置し、その後方には上記第１のプラズマジェットの長さよりは拡大されるが直径は縮小される第２のプラズマジェットを発生させる第２列のプラズマトーチ装置を上記第１列のプラズマトーチ装置の間に位置するようにし返鉱処理面積を増大させる。
【発明の効果】
【００２４】
このような本発明のプラズマトーチ装置によると、プラズマジェット、即ち、プラズマ火炎の長さと大きさ（直径）等のサイズの調整を容易にする一方、冷却水とガス（媒質）通路を装置内部に一体化することで、さらにコンパクトなトーチ装置を提供し、なおかつ電極部の磨耗を抑制して装置の寿命を向上させることができる。
【００２５】
また、本発明のプラズマを用いた返鉱処理方法によると、所定の粒度の返鉱をトーチ装置により返鉱塊に溶融結合させる返鉱処理時にプラズマ発生のために用いられる装置の電力消費を最省力化しながらも返鉱の生産性を向上させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明によるプラズマトーチ装置の全体の構成を図示した組み立て状態図である。
【図２】図１の本発明のプラズマトーチ装置を図示した分解斜視図である。
【図３】本発明の装置ボディ部を構成する第１金属ボディ部の第１ボディを図示した断面図である。
【図４】本発明の第１金属ボディ部のハウジングを図示した断面図である。
【図５】ａ及びｂは本発明の第１金属ボディ部の第１ケーシングを図示した断面図及び正面図である。
【図６】ａ及びｂは本発明の装置ボディ部を構成する絶縁ボディ部の第１絶縁ボディを図示した断面図及び正面図である。
【図７】本発明の絶縁ボディ部の第２絶縁ボディを図示した断面図である。
【図８】本発明の装置ボディ部を構成する第２金属ボディ部の第２ボディを図示した断面図である。
【図９】ａ及びｂは、本発明の第２金属ボディ部の電気印加片を図示した側面及び正面図である。
【図１０】ａ及びｃは、本発明の電極部のカソードを図示した側面、正面及び後面図である。
【図１１】ａ及びｂは、本発明の電極部のアノードを図示した断面図及び正面図である。
【図１２】ａ及びｂは、本発明のガスツイスティング手段を図示した側面及び正面図である。
【図１３】ａ乃至ｄは、本発明の磁石手段を図示した構造図である。
【図１４】図２の第１金属ボディ部の第１ボディに取り付けられるガス／冷却水の連結ブロックを図示した平面構造図である。
【図１５】ａ及びｂは、本発明によるプラズマトーチ装置の組み立て状態を図示した斜視図である。
【図１６】本発明によるプラズマ（トーチ装置）を用いた返鉱処理方法を説明するために図示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、添付の図面に従い本発明の好ましい実施例を説明する。
【００２８】
図１及び図２では、本発明のプラズマトーチ装置１の全体の構成を組み立て状態図及び分解斜視図で図示する。また、図３乃至図１４では本発明の各構成部を図示する。また、図１５では本発明のプラズマトーチ装置の組み立てられた状態の外観を図示する。さらに、図１６では本発明によるプラズマ（トーチ装置）を用いた返鉱処理方法を図示する。
【００２９】
先ず、図１及び図２で図示したように、本発明のプラズマトーチ装置１は、基本的に装置ボディ部１０（図３〜図９参照）と上記装置ボディ部１０の内側に備えられ放電を通じてプラズマを発生させる電極部５０（図１０〜図１１参照）を含んで構成されている。
【００３０】
例えば、図１及び図２のように、装置ボディ部１０を通じてガス（媒質）Ｇが供給されると、高電圧（高周波印加も可能）が印加された電極部５０におけるアーク放電を通じて形成されるプラズマジェットによるプラズマフレーム（火炎）（図１６のＦ１、Ｆ２参照）が発生されて対象物、即ち、返鉱等の溶融結合を可能にする。
【００３１】
この際、本発明のプラズマトーチ装置では、ガスの種類としてはエアまたは窒素ガス（Ｎ２）等を用いることができるが、以下では‘ガス’と一括して説明する。但し、窒素ガスは費用が負担になる虞があるが、本発明の装置ではエアを用いても所望の出力（加熱温度）を具現することができる。
【００３２】
一方、図１及び２のように、本発明のプラズマトーチ装置１は、上記装置ボディ部１０に夫々一体に備えられ、上記電極部５０側にガスを供給するボディ一体型ガス通路６０と装置を冷却させるボディ一体型冷却水通路７０を含むことができる。
【００３３】
さらに、本発明のプラズマトーチ装置１は、図１及び２のように上記電極部５０の周辺に配置され、供給されてくるガスをツイスティングさせて電極部におけるアーク点の移動で電極部の磨耗を防ぐガスツイスティング手段８０（図１２参照）をさらに含むことができる。
【００３４】
また、本発明のプラズマトーチ装置１は、図１及び２のように上記電極部５０の周辺に配置され、電子の流れを調整してトーチ効率を向上させる磁石手段９０（図１３参照）をさらに含むことができる。
【００３５】
このようなガス及び冷却水通路６０及び７０とガスツイスティング手段８０及び磁石手段９０については、後で再び詳細に説明する。
【００３６】
一方、本発明のプラズマトーチ装置１において、上記電極部５０は、図１及び２のように、装置ボディ部１０の内側に備えられるカソード５２（図１０参照）とその前方に高電圧の印加時にアーク放電するように間隔を置いて配置され、特に、分解、組み立てが容易なアノード５４（図１１参照）で構成されている。
【００３７】
このようなアノード５４の装置の組み立て構造は、後ほど詳細に説明する。
【００３８】
従って、ガスが供給されて、さらに高電圧がカソードとアノードに印加されると、プラズマ、即ち、供給されるガスの流量に従い可変されるプラズマジェット流を形成しながらアノード５４のノズル部５４ａを通じてプラズマフレーム（火炎）（図１６のＦ１、Ｆ２参照）を噴出させる。
【００３９】
結局、本発明のプラズマトーチ装置１は、多様な因子を用いたプラズマジェットの制御ができるが、例えば、図１１のように、プラズマジェットの長さと大きさ（直径）をアノード５４のノズル部５４ａの内径を変更するか、或いは供給するガス（図１のＧ）の流量を変更することで簡単に調節することができる。
【００４０】
例えば、ガス流量を少なくすると、プラズマジェットの長さは短くなり、広い範囲の加熱はできるが、その代わり温度は低くなる。
【００４１】
逆に、ガス流量を増大させると、プラズマジェットの長さは長くなり、狭い範囲（面積）の加熱が可能で、温度は高くなる。
【００４２】
従って、プラズマジェット（プラズマフレーム（火炎））の長さと大きさ（直径）の調節は次に説明する返鉱処理時に有用に適用させることができる。
【００４３】
また、返鉱処理でなくても溶融または溶射させる対象物の状態に対応し効果的なプラズマ加熱処理を可能にする。
【００４４】
例えば、大韓民国特許出願１０−２００６−０１３３１９９号に開示されたように、所定の粒度の返鉱をプラズマトーチ装置の火炎を用いて返鉱塊に溶融結合させる場合、返鉱処理に対する最適のプラズマジェットを具現することができる。例えば、返鉱処理に適当なガス流量は１５〜１７Ｌ／ｍｉｎである。
【００４５】
この際、図１、２で図示したように、上記カソード５２とアノード５４の間隔を調整することでもプラズマジェットの形態を調節できる。
【００４６】
一方、本発明のプラズマトーチ装置１は、全ての構成部品が簡単に分解及び組み立てられるため、図１０及び図１１で図示したカソード５２と、これと間隔を置いて配置されるアノード５４を所望の間隔に調整された状態に簡単に組み立てることができる。
【００４７】
一方、図２、１０で図示したように、本発明のプラズマトーチ装置において、上記カソード５２のチップ部分５２ａは、タングステンで形成するか、表面をタングステン処理することが好ましい。これはアーク放電が行われるカソードのチップ部分の磨耗を減らす。
【００４８】
そして、図２、図１１で図示したように、上記アノード５４は、外縁が拡大される円筒体でその内部（中央）にプラズマノズル部５４ａが貫通して形成されている。
【００４９】
従って、本発明のプラズマトーチ装置１はアノードノズル部５４ａの内径を様々な形態で形成させた複数のアノード５４を用意し、プラズマ加熱条件に対応して簡単に組み立てて使用することができる。
【００５０】
さらに、図１１で図示したように、このような本発明のアノード５４のノズル部５４ａには段差５４ｂが形成されている。
【００５１】
従って、本発明のアノードは、上記段差部分において、プラズマの過流（即ち、供給されるガスが段差部分を通過しながら形成される過流）を誘導することができ、プラズマジェットを拡張させるため、プラズマの熱効率をさらに高める。
【００５２】
一方、図２及び１１で図示したように、上記アノード５４の外縁が拡大された部分には、組み立てるための組み立て突起５４ｃが形成されるがこのような組み立て突起は図１及び５のように、装置ボディ部１０を構成する第１金属ボディ部２０の第１ケーシング２６との組み立て時に固定される部分である。
【００５３】
この際、図１及び図５のように、上記第１ケーシング２６には組み立て時にスクリュー操作のための凹溝部２６ａが形成されている。つまり、第１ケーシング２６にはスクリューＳが形成され上記第１金属ボディ部２０のハウジング２４にスクリュー組み立て及び分解される。
【００５４】
従って、図１及び２のように、上記第１ケーシング２６をハウジング２４から分解すれば、上記電極部アノード５４も簡単に分解及び組み立てることができる。
【００５５】
しかし、図４及び１１のように、上記アノード５４の先端部には、第１金属ボディ部２０のハウジング２４の内側の傾いた突出端２４ａと接触して支持される傾いた支持面５４ｄが形成されている。
【００５６】
従って、上記アノードは、ハウジングと堅固に密着して組み立てられると同時に、図１のように上記ハウジングの突出端に先端が傾いた支持面が密着されるため、アーク放電を通じてプラズマを発生するカソード５２とアノード５４間の間隔が一定に維持される。
【００５７】
例えば、上記ハウジングの突出端２４ａとアノードの傾いた支持面５４ｄが密着する深さ（長さ）を調整すると、カソードとアノード間の間隔の調整が精密に行われることになる。
【００５８】
次いで、図１及び図２で図示したように、本発明のプラズマトーチ装置１において、装置の枠を形成する装置ボディ部１０は、上記電極部のアノード５４と電気的に通じる第１金属ボディ部２０（図３〜５）と、上記第１金属ボディ部２０と組み立てられる絶縁ボディ部３０（図６及び７）及び上記絶縁ボディ部３０に内在されて上記電極部カソード５２と電気的に通じる第２金属ボディ部４０（図８及び９）に大きく分けることができる。
【００５９】
例えば、上記絶縁ボディ部３０を除いて上記第１及び第２金属ボディ部２０及び４０は金属材質、例えば、熱伝導率の高い黄銅等で製作される。
【００６０】
このような第１及び第２金属ボディ部２０及び４０は、夫々アノード５４及びカソード５２と電気的に通じるように組み立てられて高電圧の印加を可能にする。
【００６１】
一方、図１及び２のように、上記絶縁ボディ部３０は、第１及び第２金属ボディ部２０及び４０の間に配置されて絶縁させる機能を提供する。
【００６２】
従って、以下では本発明の装置ボディ部１０を構成する第１及び第２金属ボディ部２０及び４０と絶縁ボディ部３０に対して具体的に説明する。
【００６３】
先ず、図１及び図２で図示したように、本発明のプラズマトーチ装置にあって、上記第１金属ボディ部２０は、装置の外縁を形成する第１ボディ２２（図３参照）、上記第１ボディ２２の内側に組み立てられて電極部のアノード５４を支持しながら高電圧を印加するハウジング２４（図４参照）及び上記第１ボディ２２の一側に組み立てられて上述のように、電極部のアノード５４を固定する第１ケーシング２６（図５参照）を含んで構成される。
【００６４】
例えば、図１及び２のように、上記第１ボディ２２の内側にハウジング２４が挿入され、上記ハウジング２４に上記アノード５４の突出端５４ｃ（図１１参照）が支持された状態で上記第１ケーシング２６が上記第１ボディ２２にスクリューＳ形態で組み込まれる。
【００６５】
このように、上記第１ケーシング２６は、上記第１ボディ２２にスクリュー形態で簡単に組み立てまたは分解される。
【００６６】
この際、図面における図面符号‘Ｓ’は、構成部品同士の雄ネジと雌ネジが締結されるスクリュー締結部分を示す。
【００６７】
次いで、図１及び図２で図示したように、上記絶縁ボディ部３０は、上記第１金属ボディ部２０の第１ボディ２２とハウジング２４にわたってその内側に組み立てられる第１絶縁ボディ３２（図６参照）及び上記第１金属ボディ部２０の第１ボディ２２と上記第１絶縁ボディ３２の一側にボルトで固定されて組み立てられる、第２ケーシングの役割をする第２絶縁ボディ３４（図７参照）で構成される。
【００６８】
この際、上記第２絶縁ボディ３４は、第１金属ボディ部２０の第１ボディ２２と第１絶縁ボディ３２の後端部を段差形態で圧迫して支持しながらボルト（不図示）で上記第１ボディ２２に組み込まれる。
【００６９】
従って、図１及び図２で図示したように、本発明のプラズマトーチ装置の胴体部分は第１ボディ部２２を備え、図面上その左右側にボルト及びスクリュー形態で第１絶縁ボディ３２と第１ケーシング２６が夫々組み込まれ、全体的には図１５ａ及び図１５ｂで図示した形態となるように組み立てられる。
【００７０】
最終的には、図１５に示されるように、本発明のプラズマトーチ装置１は、コンパクトな形態であることが分かる。これは図１及び２に示されるように、本発明の装置を構成する複数の部品が非常に緊密であり、空間を最小化した状態で組み立てられ、分解されるためである。
【００７１】
次いで、図１及び２のように、上記第２金属ボディ部４０は電極部５０のカソード５２に高電圧を印加させるように上記絶縁ボディ部３０の内側に組み立てられる。具体的に、上記第２金属ボディ部４０は、上記絶縁ボディ部３０の第１及び第２絶縁ボディ３２及び３４にわたってその内側に組み立てられる。さらに、上記第２金属ボディ部４０は、上記カソード５２に高電圧を印加するように組み立てられる第２ボディ４２（図８参照）及び上記第２ボディ４２に組み立てられ、かつ上記カソード５２の内側に締結される電気印加片４４（図９参照）で構成される。
【００７２】
従って、図１及び２、並びに図８及び９のように、上記第２ボディ４２は、第１ボディ２２にボルトで締結されるところの第２絶縁ボディ３４で圧迫固定され、その内側に上記電気印加片４４がスクリューＳ形態で組み立てられ、上記電気印加片４４は上記カソード５２の内側に組み立てられる。
【００７３】
この際、図９のように、上記電気印加片４４の先端部にはカソードを密着して締結するための突出端４４ａが所定の間隔で形成されている。
【００７４】
そして、図１で図示したように、上記第２金属ボディ部４０の第２ボディ４２の後端部には、カソードに高電圧を印加するための締結ボルト１１０ａが締結され、上記絶縁ボディ部３０を介して絶縁された状態で上記第１ボディ２２に締結されるところの支持ブロック１２０に他の電圧印加用締結ボルト１１０ｂが備えられ、夫々の締結ボルトに電圧印加用ケーブル（不図示）が連結される。
【００７５】
従って、本発明のプラズマトーチ装置において、カソード５２とアノード５４には夫々第１及び第２金属ボディ部２０及び４０を通じて高電圧が印加されるようになり、その間に絶縁ボディ部３０が介在されている。
【００７６】
次いで、図１、図２及び図１２で図示したように、本発明のプラズマトーチ装置１は、上述のように、上記電極部５０の周辺に配置されるところのガスツイスティング手段８０をさらに備える。ガスツイスティング手段８０は、供給されるガスＧをツイスティングさせて電極部におけるアーク点の移動で電極部の磨耗を防ぐ。
【００７７】
例えば、図２及び図１２で図示したように、本発明のガスツイスティング手段８０は、図４に示した第１金属ボディ部２０のハウジング２４と図６に示した絶縁ボディ部３０の第１絶縁ボディ３２の間に配置される環形態で提供され、電極部のカソード５２の外縁に配置される。
【００７８】
特に、図２及び図１２で図示したように、このようなガスツイスティング手段８０の環形態の胴体には、次に詳細に説明するガス通路６０のうち１つの通路で形成される第３ガス通路６０ｄが傾斜した状態で貫通して形成されている。
【００７９】
従って、ガスが供給されると、上記ガスツイスティング手段８０に傾いて形成されたガス通路６０ｄにより、ガスは電極部カソード５２とアノード５４の間に均一に広がりツイスティング状態で供給される。
【００８０】
一般的に、プラズマトーチ装置は、例えば電極部のアノードとカソードの間にガスが供給される状態でカソードとアノードに高電圧が印加されると、アーク放電を通じプラズマを発生させる原理であるため、電極部のアノードとカソード部分は簡単に磨耗する。
【００８１】
そこで、本発明の電極部では、上記ガスツイスティング手段８０により、カソードとアノードの間で発生するアーク点が、周知の従来のプラズマトーチとは異なり、局部的に形成されず、続けてアーク点を移動（変動）させることを可能にする。
【００８２】
従来のように、電極部のカソードとアノードの磨耗が深刻になると、それ以上アーク放電を通じてアークを発生させることができないため、プラズマトーチ装置の稼動中断の原因になる。
【００８３】
さらに、磨耗した電極部のカソードとアノードを頻繁に交替しなければならず、カソードとアノードの磨耗周期が短いほど、プラズマトーチ装置を用いた生産性は低下し、これは製造費用の上昇に繋がる。
【００８４】
しかし、本発明では、上述したように、上記ガスツイスティング手段８０がアーク発生点を続けて変動させるため、電極部のカソードとアノードの磨耗を抑制できる。
【００８５】
本発明が電極部のカソードとアノードの磨耗を抑制するための作用の詳細は次の通りである。ガスがガスツイスティング手段８０内に傾いた上体で貫通して形成されたガス通路６０ｄを通過すると、環形態のガスツイスティング手段８０はアノード５４上で回転しているので、ガスはカソードとアノードの間に全体的に広がりながら供給され、アーク点が一部領域にのみ集中することを抑制し、アーク点の集中による電極部の磨耗を抑制する。
【００８６】
次いで、図１、図２及び図１３で図示したように、本発明のプラズマトーチ装置１は、上記電極部５０の周辺に配置されるところの磁石手段９０をさらに備える。この磁石手段９０は電子の流れを調整してトーチ効率を向上させることができる。
【００８７】
この際、上記磁石手段９０は、上記第１金属ボディ部２０のハウジング２４と電極部５０のアノード５４の間に配置されている。
【００８８】
従って、上記磁石手段は、磁力を発生させるため、プラズマ形成時に電子の流れを活性化させプラズマトーチ装置の効率をより優れるようにする。
【００８９】
一方、このような本発明の磁石手段９０は、図２及び図１３から分かるように、中央のメイン磁石環９２とその両側に組み立てられるところの外縁環９４、９６を備える。この外縁環９４及び９６は、ハウジング及びアノード密着突起９４ａ及び９６ａを備える。
【００９０】
そして、上記外縁環９４及び９６は、上記メイン磁石環９２の内径部に挿入され支持される段差部９４ｂ及び９６ｂを備える。
【００９１】
従って、図１、図２及び図１３のように、メイン磁石環９２と外縁環９４及び９６の３つの部品で構成された本発明の磁石手段９０は、電極部のアノード５４の外縁に配置されてアノードの組み立て時に密着突起が夫々ハウジングとアノードで支持され固定される。
【００９２】
即ち、このような磁石手段９０も、上述した第１ケーシング２６の組み立て及び分解時にアノードと共に簡単に組み立てまたは分解できるので、本発明の実施例のプラズマトーチ装置１は磁石環の交替により磁力調整も容易にする。
【００９３】
次いで、本発明のプラズマトーチ装置１は、図１で一点鎖線と二点鎖線で夫々表示したガス通路６０と冷却水通路７０を夫々含むが、特にこれら通路を装置ボディ部１０の内部に一体化しながらも、図１５に示すように、プラズマトーチ装置をコンパクトに構成したことに特徴がある。
【００９４】
即ち、図１及び図１５のように、本発明のプラズマトーチ装置１は、充分なガスと冷却水の供給を行いながらも全体的に非常にコンパクトなトーチ装置とすることができる。
【００９５】
本発明の実施例のプラズマトーチ装置１は、全体的に非常にコンパクトなうえ、上述のいくつかの特徴的な構成により装置の稼動効率が著しく高くなり、さらに円滑な冷却が行われ、かつ装置の寿命も長くなる。
【００９６】
また、カソード５２とアノード５４からなる電極部５０も装置ボディ部１０の第１及び第２金属ボディ部２０及び４０並びに絶縁ボディ部３０に一体に組み込まれるため、よりコンパクトなプラズマトーチ装置を提供するようになる。
【００９７】
このとき、図１で別途に符号で示していないが、本発明の各構成部分の間には冷却水の漏水を遮断するパッキン（図１には‘〇’で示される）を備える。
【００９８】
一方、図１で図示したように、本発明のプラズマトーチ装置１において、上記ガス通路６０は、上述の第１ボディ２２（図３参照）とハウジング２４（図４参照）に形成された第１及び第２ガス通路６０ａ及び６０ｂと、第１絶縁ボディ３２（図６参照）とハウジング２４の間に形成された空間６０ｃ（図２に示すように、空間‘６０ｃ’はハウジング２４の先端外縁の凹部により形成される）及び上記第１絶縁ボディ３２とハウジング２４の間に配置されるガスツイスティング手段８０の第３ガス通路６０ｄ（図１２参照）を１つの経路として形成される。
【００９９】
そして、プラズマトーチ装置１は、最終的に、図１に示すように、上記ガス通路６０を通したガスをアノードノズル部５４ａを通じてプラズマ火炎（図１６のＦ１、Ｆ２参照）にして噴出する（図１において、一点鎖線の‘Ｇ’参照）。
【０１００】
この際、図１、図１４及び図１５に示すように、上記第１ボディ２２にはガス／冷却水通路の連結ブロック１１０が設けられ、上記連結ブロック１１０にはガス通路６０の第１ガス通路６０ａと次に説明する冷却水通路７０の第１冷却水通路７０ａと連通する通路６０ａ’及び７０ａ’（図１４参照）が形成され、夫々冷却水供給管（ホース）（不図示）とガス供給管（不図示）を連結する連結口（不符号）に連結される。
【０１０１】
従って、図１のように、ガスＧは上記第１ガス通路６０ａ及び第２ガス通路６０ｂ、並びに空間６０ｃ及び第３ガス通路６０ｄを通じ電極部のカソード５２とアノード５４の間に供給される。
【０１０２】
この際、上述のガスツイスティング手段８０を通じ、ガスはアーク点を移動することができるように供給され、プラズマトーチ装置１は高電圧が印加されたカソードとアノードの間におけるアーク放電を通じプラズマを形成する。
【０１０３】
このように形成されたプラズマジェットは、アノード５４の中央側に貫通して形成されたプラズマノズル部５４ａを通じて放出されるので、よって火炎で対象物の加熱が行われる。
【０１０４】
次いで、図１及び図２で図示したように、本発明のプラズマトーチ装置１にあって、上記冷却水通路７０は、上記第１ボディ２２（図３参照）とハウジング２４（図４参照）に形成された第１及び第２冷却水通路７０ａ及び７０ｂと、上記第１絶縁ボディ３２（図６参照）に形成された第３冷却水通路７０ｃと、第２ボディ４２（図８参照）に形成された第４冷却水通路７０ｄと、上記第２ボディ４２とカソード５２の間に形成される空間７０ｅ（図１参照）と、上記第２ボディ４２の内側に締結されるカソードの電気印加片４４に形成された第５冷却水通路７０ｆ（図１及び図９参照）及び上記第２ボディ４２の内部の中央側に貫通して形成された第６冷却水通路７０ｇ（図８参照）からなる１つの経路で構成される。
【０１０５】
この際、図１及び図１５で図示したように、上記第２ボディ４２の第６冷却水通路７０ｇには冷却水供給管（ホース）が連結される連結口４２ａが締結される。
【０１０６】
そして、図１４及び図１５で図示したように、ガス／冷却水通路の連結ブロック１１０には上記第１冷却水通路７０ａと連通され、連結通路７０ａ’と連結される冷却水排出管（ホース）が連結される連結口（不符号）が締結される。
【０１０７】
従って、図１及び図１５で図示したように、本発明のプラズマトーチ装置１において、冷却水Ｗ（図１の二点鎖線）は、上記第１及び第２金属ボディ部２０及び４０と絶縁ボディ部３０の複数の構成部品に連通するように形成された上記第１−６冷却水通路と空間（第６冷却水通路→第１冷却水通路方向に冷却水は供給）に流入、循環、排出される。
【０１０８】
つまり、本発明の冷却水通路は、本発明のプラズマトーチ装置１のほぼ全ての構成部品を通過するため、より効果的にプラズマトーチ装置１を冷却できる。このような上記冷却水通路は、熱による装置の損傷を防ぎ、トーチ装置の寿命を延長させる。
【０１０９】
この際、上述のように、上記絶縁ボディ部を除いた第１及び第２金属ボディ部２０及び４０の複数の構成部品を熱伝導に優れた黄銅で製作すると、高温の熱が熱伝達に優れた黄銅を通じ持続的に供給及び排出される冷却水に伝達される。したがって、プラズマトーチ装置１は、冷却効率が高くなり冷却作用に優れたものとなる。
【０１１０】
以上に説明したように、本発明のプラズマトーチ装置１は、いくつかの特徴的な手段、即ち、電極部の周辺のガスツイスティング手段８０と磁石手段９０により電極部の磨耗を抑制しながらプラズマ効率を著しく向上させ、かつガスと冷却水通路を装置内部に一体化して具現するため、図１５ａ及び図１５ｂで図示したように、外形的にも装置の大きさをコンパクトにできる。
【０１１１】
次いで、プラズマを用いた返鉱処理方法について図１６を参照して説明する。図１６は、プラズマを用いた返鉱処理方法を図示しているが、具体的には今まで説明した本発明のプラズマトーチ装置１を用いることができる。
【０１１２】
先ず、返鉱処理に対して説明する。焼結鉱の主原料である各種鉄鉱石と、副原料である珪石、蛇紋岩、石灰岩及び燃料である無煙炭、コークス等を焼結工程を経て焼結鉱を生産する。この際、製造された焼結鉱はスクリーンにおいて粒度が６ｍｍ以下の返鉱（粒度６ｍｍ以下の焼結鉱を高炉に送らず再び焼結工程に回収される焼結鉱を通常‘返鉱（return ore）’という）とそれより大きい焼結鉱に分離される。
【０１１３】
即ち、高炉で用いることができる焼結鉱は、その粒度が約６〜５０ｍｍであるため、粒度が６ｍｍ以下の焼結鉱は、再び焼結鉱の製造工程に再投入される。
【０１１４】
一方、本件の出願人が出願した大韓民国特許出願１０−２００６−０１３３１９９では、所定の粒度の返鉱をプラズマにより溶融させ塊化し生産性を高めた、プラズマを用いた返鉱処理方法が開示されている。
【０１１５】
即ち、返鉱を再び焼結工程に再投入する返鉱再処理工程を省略し、既に焼結された返鉱を高炉に投入が可能な粒度（直径）６ｍｍより大きい返鉱塊に生産すると、生産性や費用節減の側面で好ましい。
【０１１６】
この際、本発明の返鉱処理方法の特徴は、図１６で図示したように、今まで説明した本発明のプラズマトーチ装置１を用い、供給されるガス流量とアノードノズル部（図１１の５４ａ）の内径を調整してプラズマジェット流（火炎）Ｆ１、Ｆ２の長さと直径を異なるように調節する。例えば少なくとも２つのトーチ装置１ａ、１ｂを配列し、返鉱を返鉱塊２００ａ、２００ｂに処理することにその特徴がある。
【０１１７】
即ち、図１６で図示したように、移送コンベヤ２１０ａに単位別に続けて設けられた返鉱移送手段である耐火ブロックボックス２１０に詰められ移送される返鉱の上部に、プラズマジェットの長さは縮小されるが、直径は拡大された第１のプラズマジェットＦ１を有する第１列のプラズマトーチ装置１ａ，１ａ，１ａ・・・を配置する。
【０１１８】
そして、上記第１列のプラズマトーチ装置１ａ，１ａ，１ａ・・・の後方には、プラズマジェットの長さは上記第１のプラズマジェットよりは拡大されるが、逆に直径は縮小される第２のプラズマジェットＦ２を形成する第２列のプラズマトーチ装置１ｂ，１ｂ，１ｂ・・・を上記第１列のプラズマトーチ装置１ａ，１ａ，１ａ・・・の間に位置するように配置する。
【０１１９】
従って、従来同一のプラズマジェット（火炎）を有するプラズマ火炎（ジェット流）を用いて返鉱を塊化することに比べ、本発明では、加熱面積が広くて溶融面積が広い返鉱塊２００ａの間に、加熱面積は小さいが、温度の高い小さな返鉱塊２００ｂが連係するため、全体的により広い面積の返鉱塊の生産を可能とする。この際、全体的には２列のプラズマトーチ装置で加熱溶融されないため、熱効率も優れる。
【０１２０】
上述のように、本発明のプラズマトーチ装置１は、プラズマジェットの長さと大きさ（直径）をガス流量とアノードノズル部の内径の調節を通じて簡単に調節することができるため、２種類のプラズマジェットを用いて返鉱のさらに多い面積を結合できる。すなわち、熱損失を減らしながらもより拡大された面積の返鉱の結合を可能にする。
【０１２１】
この際、プラズマトーチ装置は、返鉱処理の効率を向上させたものであるため、プラズマトーチ装置を用いることによる電力消費は減少する。
【０１２２】
例えば、本発明の出願人がラインに適用した結果、電力消費は同一のプラズマジェットを用いる既存の場合より、５−１０％程度減らすことができ、溶融結合された返鉱塊の生産も既存の１８０Ｋｇ（生産単価は大体、１８０００ウォン）から２２０Ｋｇまで増大させる一方、生産単価は、１８０００ウォンから１３０００ウォンにさらに落とすことができることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【０１２３】
従って、今まで説明した本発明のプラズマトーチ装置１は、プラズマジェット（火炎）の長さと大きさ（直径）の調整を容易にし、冷却水とガス（媒質）通路を装置内部に一体化してコンパクトな装置を提供できる。
【０１２４】
さらに、電極部の磨耗を抑制し装置の寿命を向上させることを可能にする。
【０１２５】
また、このようなコンパクトなプラズマトーチ装置を用いて返鉱を処理する場合、装置の電力消費を最小化しながら返鉱処理の効率は向上させることを可能にするという利点を奏する。
【０１２６】
本発明は、今まで特性の実施例に関して図示し説明したが、上記の特許請求の範囲による本発明の思想や分野から外れない限度内で本発明が多様に改造及び変化されることができるということは当業界において通常の知識を有する者は容易に分かるということを明らかにする。
【符号の説明】
【０１２７】
１ プラズマトーチ装置
１０ 装置ボディ部
２０ 第１金属ボディ部
２２ 第１ボディ
２４ ハウジング
２６ 第１ケーシング
３０ 絶縁ボディ部
３２ 第１絶縁ボディ
３４ 第２絶縁ボディ
４０ 第２金属ボディ部
４２ 第２ボディ
４４ カソード電気印加片
５０ 電極部
５２ カソード
５４ アノード
６０ ガス通路
７０ 冷却水通路
８０ ガスツイスティング手段
９０ 磁石手段
１１０ ガス／冷却水の連結ブロック
１２０ 支持ブロック
２００ａ、２００ｂ 処理された返鉱
２１０、２１０ａ 返鉱移送手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置ボディ部と、
前記装置ボディ部に備えられ、放電を通じプラズマを発生させる電極部と、
前記装置ボディ部に夫々備えられ、電極部側にガスを供給し、及び装置を冷却するためのボディ一体型ガス通路及び冷却水通路と、
を含んで構成されたプラズマトーチ装置。
【請求項２】
装置ボディ部と、
前記装置ボディ部に備えられ、放電を通じプラズマを発生させる電極部と、
前記電極部の周辺に夫々配置され、供給ガスをツイスティングさせて電極部の磨耗を防ぐように提供されたガスツイスティング手段と電子の流れを活性化させトーチ効率を向上させるように提供された磁石手段のうち、少なくともいずれか１つと、
を含んで構成されたプラズマトーチ装置。
【請求項３】
前記装置ボディ部に夫々備えられ、電極部側にガスを供給し、及び装置を冷却するためのボディ一体型ガス通路及び冷却水通路をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のプラズマトーチ装置。
【請求項４】
前記電極部は、前記装置ボディ部の内側に備えられるカソードと、
前記カソードの前方に、放電を発生するように間隔を置いて配置され内側にプラズマノズル部が形成されたアノードと、
を含んで構成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれかに記載のプラズマトーチ装置。
【請求項５】
前記カソードのチップ部分は磨耗を防ぐようにタングステンで形成されるか、或いは表面処理され、
前記アノードのノズル部にはプラズマジェットの過流を誘導するように形成された段差がさらに含まれたことを特徴とする請求項４に記載のプラズマトーチ装置。
【請求項６】
前記装置ボディ部は、前記電極部に備えられたアノードと電気的に通じる第１金属ボディ部と、
前記第１金属ボディ部と組み立てられる絶縁ボディ部と、
前記絶縁ボディ部に内在されて前記電極部に備えられたカソードと電気的に通じる第２金属ボディ部と、
を含んで構成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれかに記載のプラズマトーチ装置。
【請求項７】
前記第１金属ボディ部は、装置の外縁を形成する第１ボディと、
前記第１ボディの内側に組み立てられてアノードを支持しながら電気を印加するハウジングと、
前記第１ボディの一側に組み立てられてアノードを固定する第１ケーシングと、
を含んで構成されたことを特徴とする請求項６に記載のプラズマトーチ装置。
【請求項８】
前記絶縁ボディ部は、前記第１金属ボディ部の第１ボディとハウジングにわたってその内側に組み立てられる第１絶縁ボディと、
前記第１ボディと第１絶縁ボディの一側に固定して組み立てられる第２ケーシングである第２絶縁ボディと、
を含んで構成されたことを特徴とする請求項６に記載のプラズマトーチ装置。
【請求項９】
前記第２金属ボディ部は、前記絶縁ボディ部の第１及び第２絶縁ボディにわたってその内側に電極部に備えられたカソードに電気を印加するように組み立てられる第２ボディと、
前記第２ボディに組み立てられ前記カソードの内側に締結される電気印加片と、
を含んで構成されたことを特徴とする請求項６に記載のプラズマトーチ装置。
【請求項１０】
前記ボディ一体型ガス通路は、装置ボディ部を構成する第１金属ボディ部と、絶縁ボディ部及び第１金属ボディ部に内在されるガスツイスティング手段に備えられた冷却水通路と空間を含み、電極部のカソードとアノードの間にガスを供給するように構成されたことを特徴とする請求項１または請求項３に記載のプラズマトーチ装置。
【請求項１１】
前記ガス通路は、前記金属ボディ部の第１ボディとハウジングに形成された第１及び第２ガス通路と、
前記絶縁ボディ部の第１絶縁ボディと前記ハウジングの間に形成された空間と、
前記第１絶縁ボディとハウジングの間に配置されるガスツイスティング手段に備えられた第３ガス通路と、
を含んで構成されたことを特徴とする請求項１０に記載のプラズマトーチ装置。
【請求項１２】
前記第１ボディの第１ガス通路と連結されて前記第１ボディに固定される連結ブロックには、ガス供給用連結口が締結され、ガスは第１ガス通路に流入され、かつ第２及び第３ガス通路と空間を経て電極部のカソードとアノードの間に供給されることを特徴とする請求項１１に記載のプラズマトーチ装置。
【請求項１３】
前記ガスツイスティング手段は、装置ボディ部を構成する第１金属ボディ部のハウジングと絶縁ボディ部の第１絶縁ボディの間にカソードの外縁に環形態で組み立てられ、胴体を傾いて貫通する複数のガス通路を備えることを特徴とする請求項２に記載のプラズマトーチ装置。
【請求項１４】
前記磁石手段は、前記装置ボディ部を構成する第１金属ボディ部のハウジングと電極部のアノードの間に組み立てられて配置され、電子の流れを磁力で活性化させることによりトーチ効率を向上させるように提供されたことを特徴とする請求項２に記載のプラズマトーチ装置。
【請求項１５】
前記磁石手段は、中央のメイン磁石環と、その両側に組み立てられてハウジングとアノードに支持される外縁環を含んで構成されたことを特徴とする請求項１４に記載のプラズマトーチ装置。
【請求項１６】
前記ボディ一体型冷却水通路は、装置ボディ部を構成する第１金属ボディ部と、絶縁ボディ部及び第２金属ボディ部に備えられた通路と空間とを含み、一つの経路で構成されたことを特徴とする請求項１または請求項３に記載のプラズマトーチ装置。
【請求項１７】
前記冷却水通路は、前記第１金属ボディ部の第１ボディとハウジングに形成された第１及び第２冷却水通路と、
前記絶縁ボディ部の第１絶縁ボディに形成された第３冷却水通路と、
前記第２金属ボディ部の第２ボディに形成された第４冷却水通路と、
前記第２ボディとカソードの間に形成される空間と、
前記第２ボディの内側に締結されるカソードの電気印加片に形成された第５冷却水通路と、
前記第２ボディの内部に形成された第６冷却水通路と、
を含み、装置を全体的に均一に冷却するように構成されたことを特徴とする請求項１６に記載のプラズマトーチ装置。
【請求項１８】
前記第２ボディの第６冷却水通路には、冷却水供給用連結口が締結され、前記第１ボディの第１冷却水通路と連結される連結ブロックには、冷却水排出用連結口が締結され、冷却水は第６冷却水通路に流入されて通路と空間を経て第１冷却水通路から排出されることを特徴とする請求項１７に記載のプラズマトーチ装置。
【請求項１９】
プラズマを用いた返鉱処理方法において、
プラズマを発生させるプラズマトーチ装置に供給されるガス流量とトーチ装置に備えられた電極部アノードのプラズマ放出ノズル部の内径を調整してプラズマジェットの長さと大きさを異なるように構成した２つ以上のプラズマトーチ装置を用いて返鉱を処理することを特徴とするプラズマを用いた返鉱処理方法。
【請求項２０】
移送される返鉱の上部に、プラズマジェットの長さは縮小されるが直径は拡大された第１のプラズマジェットを有する第１列のプラズマトーチ装置を配置し、その後方には、前記第１のプラズマジェットの長さよりは拡大されるが直径は縮小される第２のプラズマジェットを発生させる第２列のプラズマトーチ装置を、前記第１列のプラズマトーチ装置の間に位置するように配置して返鉱処理面積を増大させることを特徴とする請求項１９に記載のプラズマを用いた返鉱処理方法。
【請求項２１】
前記プラズマトーチ装置は、請求項４に記載のプラズマトーチ装置を用いることを特徴とする請求項２０に記載のプラズマを用いた返鉱処理方法。
【請求項２２】
前記プラズマトーチ装置は、請求項６に記載のプラズマトーチ装置を用いることを特徴とする請求項２０に記載の返鉱処理方法。
【請求項１】
装置ボディ部と、
前記装置ボディ部に備えられ、放電を通じプラズマを発生させる電極部と、
前記装置ボディ部に夫々備えられ、電極部側にガスを供給し、及び装置を冷却するためのボディ一体型ガス通路及び冷却水通路と、
を含んで構成されたプラズマトーチ装置。
【請求項２】
装置ボディ部と、
前記装置ボディ部に備えられ、放電を通じプラズマを発生させる電極部と、
前記電極部の周辺に夫々配置され、供給ガスをツイスティングさせて電極部の磨耗を防ぐように提供されたガスツイスティング手段と電子の流れを活性化させトーチ効率を向上させるように提供された磁石手段のうち、少なくともいずれか１つと、
を含んで構成されたプラズマトーチ装置。
【請求項３】
前記装置ボディ部に夫々備えられ、電極部側にガスを供給し、及び装置を冷却するためのボディ一体型ガス通路及び冷却水通路をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のプラズマトーチ装置。
【請求項４】
前記電極部は、前記装置ボディ部の内側に備えられるカソードと、
前記カソードの前方に、放電を発生するように間隔を置いて配置され内側にプラズマノズル部が形成されたアノードと、
を含んで構成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれかに記載のプラズマトーチ装置。
【請求項５】
前記カソードのチップ部分は磨耗を防ぐようにタングステンで形成されるか、或いは表面処理され、
前記アノードのノズル部にはプラズマジェットの過流を誘導するように形成された段差がさらに含まれたことを特徴とする請求項４に記載のプラズマトーチ装置。
【請求項６】
前記装置ボディ部は、前記電極部に備えられたアノードと電気的に通じる第１金属ボディ部と、
前記第１金属ボディ部と組み立てられる絶縁ボディ部と、
前記絶縁ボディ部に内在されて前記電極部に備えられたカソードと電気的に通じる第２金属ボディ部と、
を含んで構成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれかに記載のプラズマトーチ装置。
【請求項７】
前記第１金属ボディ部は、装置の外縁を形成する第１ボディと、
前記第１ボディの内側に組み立てられてアノードを支持しながら電気を印加するハウジングと、
前記第１ボディの一側に組み立てられてアノードを固定する第１ケーシングと、
を含んで構成されたことを特徴とする請求項６に記載のプラズマトーチ装置。
【請求項８】
前記絶縁ボディ部は、前記第１金属ボディ部の第１ボディとハウジングにわたってその内側に組み立てられる第１絶縁ボディと、
前記第１ボディと第１絶縁ボディの一側に固定して組み立てられる第２ケーシングである第２絶縁ボディと、
を含んで構成されたことを特徴とする請求項６に記載のプラズマトーチ装置。
【請求項９】
前記第２金属ボディ部は、前記絶縁ボディ部の第１及び第２絶縁ボディにわたってその内側に電極部に備えられたカソードに電気を印加するように組み立てられる第２ボディと、
前記第２ボディに組み立てられ前記カソードの内側に締結される電気印加片と、
を含んで構成されたことを特徴とする請求項６に記載のプラズマトーチ装置。
【請求項１０】
前記ボディ一体型ガス通路は、装置ボディ部を構成する第１金属ボディ部と、絶縁ボディ部及び第１金属ボディ部に内在されるガスツイスティング手段に備えられた冷却水通路と空間を含み、電極部のカソードとアノードの間にガスを供給するように構成されたことを特徴とする請求項１または請求項３に記載のプラズマトーチ装置。
【請求項１１】
前記ガス通路は、前記金属ボディ部の第１ボディとハウジングに形成された第１及び第２ガス通路と、
前記絶縁ボディ部の第１絶縁ボディと前記ハウジングの間に形成された空間と、
前記第１絶縁ボディとハウジングの間に配置されるガスツイスティング手段に備えられた第３ガス通路と、
を含んで構成されたことを特徴とする請求項１０に記載のプラズマトーチ装置。
【請求項１２】
前記第１ボディの第１ガス通路と連結されて前記第１ボディに固定される連結ブロックには、ガス供給用連結口が締結され、ガスは第１ガス通路に流入され、かつ第２及び第３ガス通路と空間を経て電極部のカソードとアノードの間に供給されることを特徴とする請求項１１に記載のプラズマトーチ装置。
【請求項１３】
前記ガスツイスティング手段は、装置ボディ部を構成する第１金属ボディ部のハウジングと絶縁ボディ部の第１絶縁ボディの間にカソードの外縁に環形態で組み立てられ、胴体を傾いて貫通する複数のガス通路を備えることを特徴とする請求項２に記載のプラズマトーチ装置。
【請求項１４】
前記磁石手段は、前記装置ボディ部を構成する第１金属ボディ部のハウジングと電極部のアノードの間に組み立てられて配置され、電子の流れを磁力で活性化させることによりトーチ効率を向上させるように提供されたことを特徴とする請求項２に記載のプラズマトーチ装置。
【請求項１５】
前記磁石手段は、中央のメイン磁石環と、その両側に組み立てられてハウジングとアノードに支持される外縁環を含んで構成されたことを特徴とする請求項１４に記載のプラズマトーチ装置。
【請求項１６】
前記ボディ一体型冷却水通路は、装置ボディ部を構成する第１金属ボディ部と、絶縁ボディ部及び第２金属ボディ部に備えられた通路と空間とを含み、一つの経路で構成されたことを特徴とする請求項１または請求項３に記載のプラズマトーチ装置。
【請求項１７】
前記冷却水通路は、前記第１金属ボディ部の第１ボディとハウジングに形成された第１及び第２冷却水通路と、
前記絶縁ボディ部の第１絶縁ボディに形成された第３冷却水通路と、
前記第２金属ボディ部の第２ボディに形成された第４冷却水通路と、
前記第２ボディとカソードの間に形成される空間と、
前記第２ボディの内側に締結されるカソードの電気印加片に形成された第５冷却水通路と、
前記第２ボディの内部に形成された第６冷却水通路と、
を含み、装置を全体的に均一に冷却するように構成されたことを特徴とする請求項１６に記載のプラズマトーチ装置。
【請求項１８】
前記第２ボディの第６冷却水通路には、冷却水供給用連結口が締結され、前記第１ボディの第１冷却水通路と連結される連結ブロックには、冷却水排出用連結口が締結され、冷却水は第６冷却水通路に流入されて通路と空間を経て第１冷却水通路から排出されることを特徴とする請求項１７に記載のプラズマトーチ装置。
【請求項１９】
プラズマを用いた返鉱処理方法において、
プラズマを発生させるプラズマトーチ装置に供給されるガス流量とトーチ装置に備えられた電極部アノードのプラズマ放出ノズル部の内径を調整してプラズマジェットの長さと大きさを異なるように構成した２つ以上のプラズマトーチ装置を用いて返鉱を処理することを特徴とするプラズマを用いた返鉱処理方法。
【請求項２０】
移送される返鉱の上部に、プラズマジェットの長さは縮小されるが直径は拡大された第１のプラズマジェットを有する第１列のプラズマトーチ装置を配置し、その後方には、前記第１のプラズマジェットの長さよりは拡大されるが直径は縮小される第２のプラズマジェットを発生させる第２列のプラズマトーチ装置を、前記第１列のプラズマトーチ装置の間に位置するように配置して返鉱処理面積を増大させることを特徴とする請求項１９に記載のプラズマを用いた返鉱処理方法。
【請求項２１】
前記プラズマトーチ装置は、請求項４に記載のプラズマトーチ装置を用いることを特徴とする請求項２０に記載のプラズマを用いた返鉱処理方法。
【請求項２２】
前記プラズマトーチ装置は、請求項６に記載のプラズマトーチ装置を用いることを特徴とする請求項２０に記載の返鉱処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１１−２２２５０２（Ｐ２０１１−２２２５０２Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６９７２３（Ｐ２０１１−６９７２３）
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【分割の表示】特願２００８−２３７９９６（Ｐ２００８−２３７９９６）の分割
【原出願日】平成２０年９月１７日（２００８．９．１７）
【出願人】（５９２０００６９１）ポスコ (130)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【分割の表示】特願２００８−２３７９９６（Ｐ２００８−２３７９９６）の分割
【原出願日】平成２０年９月１７日（２００８．９．１７）
【出願人】（５９２０００６９１）ポスコ (130)
【Ｆターム（参考）】
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