Высокочастотные разряды в электротермии - Дашкевич И.П.
Скачать (прямая ссылка):
Другой способ основан на использовании вспомогательного разряда от постороннего источника. В качестве такого источника применяется трансформатор Тесла, который обеспечивает получение электрических разрядов высокого напряжения (до 50 кВ) при-частоте 100—200 кГц. Разряд возникает на конце штыря, аналогичного применяемому в предыдущем способе. Большое достоинство этого способа заключается в отсутствии необходимости вводить штырь в плазматрон. Достаточно поднести его к наружной стенке камеры, изготовленной из кварцевого стекла, и разряд будет распространяться внутри камеры, поддерживаемый токами смещения чеоез стекло. Способ, к сожалению, неприменим для плазматронов с металлическими камерами. В последних плазму проще всего возбудить с помощью обычной дуги переменного тока с частотой 50 Гц напряжением 220 В. Одним электродом дуги является штырь из графита, вводимый в плазматрон, другим —• сама металлическая камера, которая обычно заземляется.
4. ПРИМЕНЕНИЕ
ИНДУКЦИОННОЙ ПЛАЗМЫ
Индукционный нагрев газа как часть обширной области электротермических процессов является сравнительно молодым. Практическое использование этого вида нагрева насчи*
25
тывает около десятка лет, и судьба его сложилась так, что ему не уделялось достаточно внимания. Усилия многих ученых и инженеров были направлены на разработку и исследование процессов и устройств, основанных на применении плазменно-дугового способа нагрева газа. Но нужно сказать, что эти два основных современных способа высокотемпературного нагрева не должны противопоставляться друг другу. У каждого из них свои особенности; у каждого —своя область применения, вытекающая из этих особенностей.
Индукционный нагрев газа в перспективе должен занять видное место в промышленности благодаря своим особенностям и преимуществам. Главные из них следующие.
1.” Высокая концентрация энергии в потоке индукционной плазмы, нагретой до температуры 8000—11 ООО К, делает ее очень активной.
2. Отсутствие загрязнений, вносимых в плазменный поток, определяет чистоту рабочей зоны, которая зависит только от чистоты исходных материалов, подвергаемых плазменной обработке.
3. Возможность получать плазму в атмосфере любых газов, в том числе и в окислительной атмосфере (кислород, хлор).
4. Большой ресурс работы, связанный с отсутствием изнашиваемых деталей.
5. Возможность создания индукционных плазменных установок мощностью несколько тысяч киловатт, что особенно важно для современного крупнотоннажного производства.
Большое количество процессов, связанных с применением индукционной плазмы, молено разбить на две группы. К первой группе мы отнесем физические процессы, протекающие при воздействии плазмы на какой-либо материал (нагрев, плавление, испарение и конденсация материалов, а также процессы, связанные с использованием излучения плазмы). Вторая группа — плазмохимические процессы.
Процессы плавления можно рассмотреть на примере получения порошков со сферической формой частиц. Такие порошки обладают высокой удельной поверхностью и благодаря этому широко используются при изготовлении фильтров, катодов электровакуумных приборов, в качестве наполнителей пластмасс и для других изделий.
В последнее время появились сообщения о новых способах резкого увеличения прочностных свойств металлов благодаря использованию мелких сферических частиц [1]. Суть проблемы заключается в возможности управления структурой и свойствами металлов и сплавов благодаря их распылению в жидкой фазе с последующим высокоскоростным охлаждением. Скорость охлаждения существенно влияет на кристаллическую структуру металла и обусловливает его прочностные свойства. Высокие скорости охлаждения — до 102—104°С/с — обеспечивают высокую скорость кристаллизации и мелкие размеры зерен металла. Такие скорости охлаждения можно достичь только в случае частиц металла размером менее 300 мкм. Сферическая частица металла или сплава, подвергнутая быстрому охлаждению, будет обладать совершенно новыми физико-химическими свойствами. Эти положительные свойства реализуются после спекания сферических частиц в компактное тело, соответствующее какому-либо изделию.
26
В процессе сфероидизации исходный материал в виде порошка, проволоки или стержня вводится в плазменную струю. Далее под действием высокой температуры плазмы происходит его нагрев, плавление и распыление. Расплавленные частицы материала благодаря гравитации свободно падают. Во время падении частицы под влиянием сил поверхностного натяжения приобретают сферическую форму. Затем происходит затвердевание и охлаждение образовавшихся сферических частиц. Эффективность процесса сфероидизации во многом зависит от правильно выбранного режима работы индукционного плазматрона.
В качестве плазмообразующего газа могут быть использованы аргон, азот, кислород и их смеси. Ввод газа осуществляется тангенциально, но при этом важно правильно выбрать его расход. При больших расходах» как было сказано выше, потери мощности на стенках разрядной камеры минимальные, но при этом возникает встречный по отношению к основному поток газа. Вследствие этого снижается эффективность процесса сфероидизации, так как значительное количество частиц выбрасывается из плазменного потока и оседает на стенках разрядной камеры.
