Введение к работе
Актуальность темы. Широкое применение плазмохимических процессов в химической, металлургической, электронной и других отраслях промышленности требует разработки новых технологий, обладающих высокой эффективностью, экологически чистых, использующих доступное и дешевое сырье.
Для реализации крупнотоннажных технологических процессов в основном используются дуговые, высокочастотные и СВЧ плазмотроны, т.е. источники равновесной или близкой к равновесию плазмы. Среди этих источников высокочастотный индукционный (ВЧИ) разряд выгодно отличается чистотой получаемой плазмы, значительной объемностью разряда, большим ресурсом работы плазмотрона. Однако, температура равновесной плазмы при давлениях, близких к атмосферному, легат в пределах 6000 - 10000 К и практически не поддается регулированию. Такие высокие температуры не нужны для целей плазмохимии, так как большинство процессов плазмохимической технологии эффективно протекают при более низких температурах (порядка 2500 - 4000 К). Плазменные же температуры перегревают реагирующую смесь и большая часть энергии затрачивается на процессы диссоциации и ионизации, а повышенные градиенты температур увеличивают непроизводительное рассеивание энергии, снижая тем самым общую эффективность процесса.
В,связи с этим, любые исследования способов управления температурой равновесной плазмы, в особенности с целью ее понижения, являются актуальными, что определяет необходимость проведения таких исследований для оптимизации режимов генерации ВЧИ разряда.
Цель работы заключалась в исследовании методами численного моделирования возможных способов управления температурой плазмы ВЧИ разряда, экспериментальной проверке полученных результатов и разработке способов практического применения ВЧИ плазмы в технологии получения ультрадисперсных материалов.
Для достижения этой цели в работе были поставлены следующие основные задачи:
-
Разработка алгоритма расчета температуры ВЧИ разряда с использованием модели металлического цилиндра, которая заключается в уподоблении плазменного столба металлическому цилиндру с постоянной электропроводостью о и радиусом г0.
-
Исследование зависимости характеристик ВЧИ разряда от параметров высокочастотного генератора, плазмотрона и плазмообразущего газа.
3. Экспериментальные исследования различных рэкимов
генераций ВЧИ плазмы и протекающих в ней шзазмохммичэских
процессов.
4. Разработка методик измерения характеристик получаемых в
плазме ультрадисперсых порошков (УДП).
3. Научная новизна результатов.
В диссертационной работе впервые разработана расчетная модель ВЧИ разряда, включающая как частные случаи модель металлического цилиндра для скинированного разряда и модель контрагированного разряда для нескинированного разряда.
Методами численного моделирования получена новая информация о свойствах ВЧИ разряда, позволившая сформулировать требования к режиму генерации нескинированного разряда, обладающего относительно низкой равновесной температурой.
Расчиганы электрические и геометрические параметры плазмотрона, индуктора и ВЧ генератора необходимые для генерации нескинированного разряда.
Получен низкотемпературный нескинированный разряд в конграгированной форме.
Разработан и реализован технологический процесс получения УДП оксидов металлов из отходов промышленного производства.
Разработаны методики определения электрофизических и магнитных характеристик получаемых УДП.
Практическая значимость работы.
Результаты проведенных исследований могут использоваться для реализации технологических процессов в ВЧИ разрядах атмосферного давления.
Технологические процессы получения УДП могут применяться на* предприятиях лакокрасочных производств, а результаты исследований по способам получения и свойствам
- 5 -магнитопроницаемых пигментов - для разработки технологии производства ксерокопировальных горошков.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Теоретическая модель ВЧИ разряда, объединяющая в одном
алгоритме как скицированную, так и нескинированную формы
разряда.
2. Результаты численного моделирования параметров ВЧИ
разряда, определяющие условия генерации нескинированной формы
разряда.
-
Методики и результаты расчета ВЧ генератора и ВЧИ плазмотрона, позволяющие согласовать генератор с индуктором плазмотрона.
-
Технология получения УДП оксидов металлов из отходов промышленных производств.
5. Методики определения электрофизических и магнитных
характеристик получаемых в плазме дисперсных материалов.
Апробация работы.
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Российской конференции "Получение, свойства и применение энергонасыщенных ульградисперсных порошков металлов и их соединений" (г. Томск, 1993 г.); на международном симпозиуме по адсорбции и жидкостной хроматографии макромолекул (г. Омск, 1994 г.).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Объем диссертации - 156 страниц машинописного текста, в том числе 37 рисунков, 17 таблиц и список цитируемой литературы из 240 наименований.
