Высокочастотные плазмотроны
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
щества ВЧИ-плазмотронов, их более высокий тепловой КПД нагрева порошка (см. таблицу 4.3).
В данном случае под тепловым КПД процесса понимают отношение тепловой мощности плазмы, переданной в порошок, к мощности электрического разряда. Следствием этого является высокая производительность ВЧИ-плазмотронов при 100%-й сфероидизации гранулированных порошков.
Таблица 4.2
Скорость и время пребывания частиц в плазме
Тип плазмотронаДлина струи, ммСкорость частиц, м/сВремя пребывания в плазме, мсДуговой односекционный501000,5Дуговой многосекционный100254,0ВЧ индукционный3003100,0
Таблица 4.3
Тепловой КПД нагрева порошка
Способ сфероидизацииТепловой КПД нагрева порошка, %Дуговая плазма, нейтральная проволока1-1,5Дуговая плазма, гранулированный порошок1-5Дуговая плазма, токоведущая проволока8-10Высокочастотная плазма25-30
ВЧ-плазмотроны можно использовать в тех технологических процессах, которые уже освоены с использованием дуговых плазмотронов, например резка, стружка, переплав, рафинирование металлов. Однако каких-либо преимуществ ВЧ-плазмотронов перед дуговыми в данных процессах обнаружено не было. При решении вопроса о выборе типа плазмотрона (дуговой или ВЧ) предпочтение следует отдавать ВЧ-плазмотронам лишь в том случае, когда они оказываются эффективнее дуговых в реализации конкретного технологического процесса. [1]
4.2 Основные технологические процессы с использованием ВЧ-плазмотронов
.2.1 Синтез пигментной двуокиси титана
В соответствии с принятой классификацией высокочастотных плазменных процессов и плазмотронов выбирается вариант ВЧ-плазмотрона, в наибольшей степени удовлетворяющего требованиям технологического процесса сжигания паров тетрахлорида титана (TiCl4) в активированном кислороде: ВЧ-плазмотрон атмосферного давления, с использованием ВЧИ-разряда, средней мощности, с диэлектрической цилиндрической разгруженной разрядной камерой без сопла, вихревого типа с дозвуковым истечением низкотемпературной плазменной струи (менее 2000 К) кислорода. Реакция гомогенного типа происходит в плазменной струе, истекающей в реактор, в котором образуется гетерогенный поток, состоящий из хлора, непрореагировавшего кислорода и взвеси пигментной двуокиси титана, направляемый на разделительные фильтры. Интенсификация технологического процесса осуществляется модуляцией параметров ВЧИ-разряда (путём анодной модуляции ВЧ-генератора), приводящая к возникновению акустических полей в зоне взаимодействия реагентов, а также наложением на зону взаимодействия электромагнитных полей, переизлучаемых ВЧ плазменной струёй из зоны индуктора. Перечисленные характеристики ВЧИ-плазмотрона и технологического процесса дают возможность получать пигментную двуокись титана высокого качества при непрерывной работе ВЧ плазменной опытно-промышленной установки в течение нескольких недель при концентрации хлора в отходящем пылегазовом потоке около 70%; хлор-газ направляется на хлорирование титанового сырья, чем и обеспечивается замкнутость технологического процесса. Лабораторная установка с нагревом кислорода в ВЧ индукционном разряде рассчитана на производительность не более 2 кг/час. Длительность работы установки ограничивалась пропускной способностью фильтров и не превышала 1 час. На основании результатов лабораторного исследования была разработана и введена в действие установка производительностью 42-100 кг/час. Длительность её непрерывной работы - 5 суток. Это одна из первых ВЧ плазменных технологических установок, имеющая стаж работы около 22 лет и наработку на ВЧИ-плазмотрон более 70 000 часов. Наряду с проведением опытных работ пигментная опытно-промышленная установка производит систематически выпуск продукции - хлоридной двуокиси титана. В течение нескольких лет работала более мощная ВЧ плазменная установка производительностью до 400 кг TiO2. В настоящее время спроектирована промышленная установка производительностью 700 кг TiO2 в час, то есть 5 тыс. тонн TiO2 в год. Технологически процесс по ряду параметров превосходит экономические и качественные показатели известных в настоящее время аналогичных способов, обеспечивает снижение удельных энергозатрат до 1 кВтч/кг при замкнутом технологическом цикле по хлору.
О перспективности использования ВЧИ-плазмотронов мощностью 1000 кВт в технологическом процессе получения пигментной двуокиси титана производительностью 27,6 тонн в сутки сообщили также Дандес и Торп.[7]
4.2.2 Сфероидизация гранулированных порошков. Особенности технологического процесса
При взаимодействии порошковых материалов с плазмой в зависимости от времени пребывания, температуры плазмы и коэффициента теплообмена возможен как незначительный нагрев порошка, так и полное его испарение. Незначительное воздействие плазмы, приводящее лишь к оплавлению частиц и её сквозному прогреву, способствует её формоизменению, а также выкипанию лёгких фракций из объёма частицы и значительному испарению примесей с её поверхности.
Наиболее высокая производительность технологического процесса сфероидизации порошков получена использованием ВЧИ-плазмотронов. Преимущество было достигнуто посредством аксиального ввода обрабатываемого порошка при минимальном расходе транспортирующего газа. В этой модели пылегазовая смесь представляет плазмообразующую среду для ВЧИ-разряда. Степень передачи энергии ВЧИ-разряда в обрабатываемый порошок - 25-30%. Напомним, что в электродуговых плазмотрон?/p>