ПЛАЗМЕННЫЕ ДУГОВЫЕ ПЕЧИ Выполнили студенты группы 3 ТЭи

ПЛАЗМЕННЫЕ ДУГОВЫЕ ПЕЧИ Выполнили студенты группы 3 ТЭи. ОЭЭО: Вяльцев Роман; Герасимов Артём; Гречка Александра; Горбунов Иван; Есаулкова Софья

Плазменная печь - электрическая печь для нагрева, плавки и металлургической переработки металлов и сплавов, в которой источником тепла служит плазма, получаемая с помощью плазматронов.

Плазма - частично или полностью ионизованный газ, в котором плотности положительных и отрицательных зарядов практически одинаковы. При достаточно сильном нагревании любое вещество испаряется, превращаясь в газ. Если увеличивать температуру и дальше, резко усилится процесс термической ионизации, т. е. молекулы газа начнут распадаться на составляющие их атомы, которые затем превращаются в Ионы. Ионизация газа, кроме того, может быть вызвана его взаимодействием с электромагнитным излучением (Фотоионизация) или бомбардировкой газа заряженными частицами.

Плазмотрон (плазменный генератор) - газоразрядное устройство для получения «низкотемпературной» (Т ≈ 104 К) плазмы. Плазматроны используются главным образом в промышленности в технологических целях, но устройства, аналогичные Плазматронам, применяют и в качестве плазменных двигателей.

Известны 2 основных типа плазменнодугов ых печей (ПДП): подовые (или тигельные) печи периодического действия и печи с кристаллизатором полунепрерывного действия.

Подовая ПДП (рис. 1) по форме ванны и футеровочным материалам не отличается от обычной дуговой печи того же назначения. Для отбора проб по ходу плавки, замера температуры металла, присадки легирующих добавок, раскислителей и шлакообразующих материалов в своде или корпусе печи имеется одно или несколько отверстий с водоохлаждаемыми крышками. Уплотнение технологических отверстий обеспечивает поддержание в печи избыточного давления плазмообразующего газа. В ПДП катодом дугового разряда постоянного тока служат катоды одного или нескольких плазматронов (чаще всего из вольфрама или специального тугоплавкого сплава), а анодом - обрабатываемый металл в ванне печи.

Ток, проходящий через металл, отводится установленным в подине печи так называемым подовым электродом (как правило, водоохлаждаемым). Дуга в ПДП обдувается прямым или завихрённым потоком инертного газа (обычно аргона); это, во-первых, стабилизирует дугу и повышает её температуру до 10 000 — 20 000 К и, вовторых, создаёт над выплавляемым металлом (сплавом) нейтральную атмосферу. ПДП применяют для производства особо ответственных сталей и специальных сплавов

Рис. 1. Подовая плазменнодуговая печь: 1— плазматрон; 2 — электрод; 3 — отверстие с крышкой.

В ПДП с кристаллизатором переплавляемые заготовки по схеме института электросварки АН УСС Ррасполагаются вертикально (рис. 2, а), а по схеме института металлургии АН СССР — горизонтально (рис. 2, б) с подключением к ним в случае надобности дополнительного питания переменным током. Возможна подача вместо компактных заготовок мелкофракционного материала. В камере печи поддерживается избыточное давление (обычно небольшое, но возможно его повышение до нескольких десятков атмосфер). Процессом кристаллизации слитка в ПДП можно управлять в более широких пределах по сравнению с вакуумной дуговой и электрошлаковой печами благодаря раздельному регулированию скорости плавления и мощности теплового потока дуги. Для плавки газонасыщенных материалов, обеспечивающей их дегазацию, применяют ПДП низкогодавления (103— 0, 10 н/м 2, или 10 -2— 10 -6 кгс/см 2); они используются вместо более дорогих и сложных электроннолучевых печей

Рис. 2. Плазменнодуговые печи с кристаллизатором: а — вертикальное расположение заготовок, б —горизонтальное; 1 — плазматрон; 2 — переплавляемый металл.

Плазменные дуговые печи применяют для получения стали и сплавов высоколегированных марок высокого качества. В этих печах в результате меньшего угара значительно экономятся легирующие элементы (хром, никель и др. ), имеется возможность регулировать содержание азота в металле изменением состава атмосферы. По сравнению с металлом обычной выплавки качество металла плазменно-дуговой переплав значительно выше, а себестоимость его ниже себестоимости металла вакуумных плавок.

Плазменная металлургия позволяет производить прямое восстановление металла из руды, значительно ускорять металлургические процессы, получить чистые материалы, снизить расход топлива (восстановителя). Недостатком плазменной металлургии является высокое потребление электроэнергии, используемой для генерации плазмы.