ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Примеры процессов, использующих плазменную технику из "Машиностроение Энциклопедия Т IV-12 " Область применения плазмохимических установок чрезвычайно велика плазменная металлургия получение синтез-газа из природного метана получение оксида азота из воздуха, получение цианистых и фтористых соединений и т. п. [c.449] При гомогенном плазмохимическом процессе, например при пиролизе метана, важным фактором, определяющим его эффективность, является задача смешения исходного газообразного сырья с плазмой, его нагрев до температуры реакции и химические взаимодействия в реакторе. Применяют три способа ввода исходных веществ в поток плазмы спутный, поперечный и под углом к потоку. Для газообразного сырья наиболее эффективна поперечная подача через отверстия в реакционном канале. По такой схеме построены реакторы известных мировых производителей (рис. 4.6.7). [c.449] Электроразрядный реактор фирмы Хюльс (рис. 4.6.7, а), предназначенный для пиролиза природного газа, выполнен на базе линейного плазмотрона постоянного тока мощностью 8,2 МВт с холодным катодом и вихревой стабилизацией разряда. Между катодом диаметром 150 мм и трубчатым анодом длиной 1500 мм и диаметром 100 мм в вихревую камеру подают метан (природный газ). В результате его пиролиза на выходе получают до 14,5% ацетилена и 63,4 % водорода при расходе электроэнергии 103 кВт ч на 1 кг ацетилена. [c.449] Реактор фирмы Дюпон (Франция) (рис. 4.6.7, б) коаксиального типа имеет графитовый катод, непрерывно подаваемый в плазмотрон, а также магнитную систему 10 вращения дуги. Ввиду высокой частоты вращения дуги (8000 об/мин ) происходит более равномерный прогрев сырья, что увеличивает выход ацетилена до 16... 18 %. Кроме того, появляется существенная доля этилена в выходном газе (до 5...7%). [c.449] Плазма разогревает монокристалличе-скую затравку и создает на ее поверхности зону расплава 4. Сбоку в плазменную струю подается исходный материал в виде прутка 3, который, попадая в высокотемпературную зону, оплавляется, и жидкий металл каплями 6 стекает в зону расплава на торце монокристал-лической затравки, обеспечивая тем самым непрерывную подпитку расплава. Одновременно с процессом подпитки расплава жидким металлом происходит опускание затравки монокристалла со скоростью, обеспечивающей нормальный процесс кристаллизации. [c.450] Процесс выращивания монокристаллов с помощью плазменной дуги предъявляет к конструкции плазмотрона специфические требования. С одной стороны, нужно обеспечить аксиальную устойчивость плазменной дуги, что достигается ее газодинамическим сжатием. [c.450] С другой стороны, для обеспечения равномерного прогрева зоны расплава в радиальном направлении и уменьшения кривизны фронта кристаллизации необходимо иметь более широкую дугу вблизи анода. [c.451] Этим требованиям в достаточной степени удовлетворяет электродуговой плазмотрон, входящий в комплект промышленной установки плазменного выращивания монокристаллов тугоплавких металлов Монокристалл ПД-3 (рис. 4.6.9). Он состоит из вольфрамового катода 1 с держателем 2 и формирующего сопла 3. Вторым электродом плазменной горелки (анодом) служит выращиваемый монокристалл. Мощность такого плазмотрона составляет 30 кВт, которой достаточно для получения монокристаллов вольфрама диаметром 50 мм [11]. [c.451] Плазменный метод позволяет также проводить процессы выращивания монокристаллов оксидов металлов, в частности оксидов алюминия, и получать конечный продукт технического и ювелирного качества. В этом случае становится крайне необходимым выполнение требований к чистоте плазменной струи, поэтому применяют безэлектродные ВЧ-плазмотроны, плазма которых не загрязнена продуктами эрозии электродов. Они позволяют проводить процесс выращивания монокристаллов в особо чистых условиях. Кроме того, большой ресурс работы ВЧ-плазмотронов снимает ограничения по длительности проведения процесса, что дает возможность, не форсируя технологический режим, получать кристаллы высокого качества. ВЧ-плазменная установка для выращивания монокристаллов рубина и сапфира состоит из высокочастотной катушки 9 (индуктора), внутри которой находится кварцевая разрядная камера (рис. 4.6.10). Исходный материал в виде тонкодисперсного порошка оксида алюминия подается в центральную зону плазмы 2 с помощью специального устройства. [c.451] Производительность такой установки относительно высокая при мощности ВЧИ-разряда всего 6,5 кВт удается сфероидизи-ровать 1,5...2 кг/ч порошка оксида алюминия с исходным размером фракций 63... 100 мкм. Для сравнения отметим, что при аналогичной производительности мощность дугового плазмотрона должна быть порядка 100 кВт. В высокочастотной плазме, характеризующейся низкими скоростями газа, обрабатываемые частицы двигаются медленно (2...5 м/с), что значительно повышает эффективность их обработки (табл. 4.6.1) [37]. [c.452] Эффективность сфероидизации (тепловой КПД нагрева порошка, %) при различных способах нагрева приведена ниже. [c.453] Еще одной областью применения плазменной техники является получение расплавов различных веществ из порошкообразного исходного сырья. Для этого используются плазменные реакторы центробежного типа. При стабилизации плазменной струи вращающейся стенкой горизонтально расположенного реактора (рис. 4.6.12, а) плазменная струя генерируется плазмотроном со стержневым катодом, а реактор выполнен в виде тигля из огнеупорного материала, который вращается электродвигателем. Устройства такого типа работают в основном в дискретном режиме, т.е. реактор загружается материалом, который при вращении печи расплавляется, после чего печь наклоняется и жидкий продукт выпускается в соответствующую емкость. [c.453] Из многообразия технологического применения пЛазмохимических установок с центробежными реакторами можно отметить процессы получения плавленного оксида алюминия, тугоплавкого стекла, а также различных металлов и других веществ из руд [10]. [c.454] Вернуться к основной статье