8.3 Плазмалық балқымалы қондырғылар
Металлургияда плазманы пайдаланудың негізгі екі бағыты қолданылады:
Белгілі балқу процестерінің плазмалық қыздыру арқылы немесе металлургиялық агрегаттардағы бұрынғы жылу көздерінің плазмалылармен алмастырылуы арқылы интенсификациялау;
Принципиалды түрде жаңа металургиялық агрегаттардың, сонымен қатар плазмо-технологиялық процестердің құрылуы.
Плазматрондардың көмегімен металдарды алуға және өңдеуге арналған қондырғылардың бірнеше түрі бар.
8.14-сурет. Керамикалық тигелі бар плазмалық пештің сызбасы:
а) жиынында бір плазматроны бар; б)қабырғаларда орнатылған плазматрондары бар;
1-кожух; 2-футеровка; 3-түйін; 4-плазматрон; 5-қалың электрод
Қазіргі таңда тікелей әсер ететін плазматрондарды қолдану анағұрлым тиімдірек болып келеді (ерітілген металдың ваннасы анод болып табылады).
Төменде берілген схемада жоғары сапалы металдарды өңдеуге арналған плазмалы-доғалы пеш (ПДП) көрсетілген
Плазмалық пештердегі плазмалық доға арқылы балқытулар, таралмайтын вольфрамды электродты, вакуумды-доғалы балқытулар тәрізді, бірақ плазмалық доғалардың вакуумдыларға қарағанда артықшылықтары көп: өте жоғары беріктілігі; доға тұрақтылығы; металды электрод вольфрамдарымен ластануынан сақтау; анағұрлым жоғары кернеу және қуаттылық.
Пештің ішінде кез-келген тәжірибелік атмосфераны тұрақты ұстап тұра алатындай, плазмалық жіңішке ағыстың (струи) құрамы әр күйде берілуі мүмкін. Инертті газбен әрекет ететін плазмалық пештердегі оттегінің, сутегінің және азоттың парциалдық қысымдары онай үлкен шама болмағандықтан, ПДП-тердегі сұйық металдың дегазациялану шарттары, күрделі және өте қымбат вакуумдық жүйелермен жабдықталған вакуумды пештердегі дегазациялану шарттарына сәйкес келеді.
ПДП-теріндегі электронды балқытуларда плазматрондарды қолдану басқарылуы жеңіл әрі жоғары температураны алуға және тұрақтылық
8.15-сурет. Тұрақты токтың доғалық плазматронының сызбасы: 1-электрұстағыш; 2-катод; 3-шүмек; 4-корпус
|
мәселелерін, сонымен қатар процес параметрлерінің реттелуін шешуге мүмкіндік береді. Плазмалық және доғалық пештер екі типте болуы мүмкін: от тіректі футеровкасы бар балқыту пеші және сумен салқындатылатын кристаллизаторы бар қайта балқытуға арналған пеш (қатаңмен немесе құйманы созумен). ПДП-де металдарды от тіректі футеровкамен (8.14-сурет) балқыту кезінде кезінде пештің формасы мен от тіректі футероввканың материалы қарапайым доғалық пештің формасы мен материалына ұқсас. Сумен салқындатылатын мыс анод-пеш табанындағы электрод 5 пеш табанымен бірдей дәрежеде монтаждалады және қайта балқитын металмен байланысады. Ауа сорылып алынған пешетр камерасы плазмотроннан 4 ағып өтетін газбен толтырылады, және белгілі бір қысымға жеткеннен кейін балқыту процесі басталады. Плазмалық доға алғашында шихтте жіңішке каналды балқытады, және төменге ағып жатқан сұйық металл ваннаның табанында жинақталады, одан кейін барлық металл балқиды. Металдың дегазациясы мен рафинирленуі әсіресе ваннаның бетінде жоғары температуралы ағыспен сұйық металдың байланысу жерінде қарқынды жүреді. Балқыма үшін әр түрлі қуаттың тұрақты және |
айнымалы токтар плазмотрондары қолданылады. 5, 10 және 30 т сыйымдылықтағы КСРО мен ГДР өндірістік пештері тура полярлықта жұмыс жасайтын тұрақты токтың (8.15 сурет) плазмотрондарымен жабдықталған. Плазмотронның айтарлықтай жауапты және жылу кернеулі бөліктері сақиналық саңылау арқылы араларында плазма түзуші газ өтетін катод 2 пен шүмек 3 болып табылады. Пешті қосқанда бірінші ретті доға катод пен шүмек арасындағы осциллятормен жанады сосын металл пешпен жанасқанға дейін газбен тоздырылады. Осыдан кейін іске қосатын доға сөнеді және плазма ағынындағы катод пен балқыма арасындағы жұмысшы доға ғана жанып тұрады. Доға ұзындығы, және, сәйкесінше оның кернеуі пештің (плазмотронның емес) өлшемі және конструкциясымен анықталады, сондықтан плазмотрон үшін бір ғана жұмысшы параметр- доға тогы бар. Балқитын плазмотрон бойынша кейбір мәліметтер 8.1-кестеде берілген.
Катодтар торировкалау немесе лантандау вольфрамынан жасалған.
Балқитын плазмотрондардың басқа конструкцияларында металлургиялық процеске қажетті басқа газдарды балқитын кеңістікке беретін қосымша каналдар бар. Доғадағы кернеу 150-660 В, балқыту кезіндегі берілетін қуат 12-15 МВТ-қа тең, энергияның меншікті шығыны 625 кВт·сағ/т-ны құрайды.
8.1-кесте
Параметрлер |
Режим |
||||
Ток, А Катод диаметрі, мм Аргон шығыны, л/с |
800 5-6 1 |
2000 10-12 2 |
4000 18-20 3 |
5000 24-25 4 |
10000 48-50 6 |
Ерекше таза металдарды алу мақсатында плазма-доғалық қайта балқытуда кристаллизаторлы ПДП қолданылады (8.16-сурет).
8.16-сурет. Кристаллизаторда балқытуға арналған пеш сызбасы: 1-құйма; 2-кристаллизатор; 3-плазмотрон; 4-пеш корпусы; 5-дайындаманың берілу және айналу механизмі; 6-қайта балқитын дайындама; 7-қорек көзі; 8-құйманы созу механизмі
Кез келген формадағы қимасы бар штанг 6 түріндегі қайта балқитын металл тұрақты жылдамдықпен беріледі және бір немесе бірнеше плазмалық доғалармен балқытылады. Бұл жағдайда анод ретінде кристаллизатордағы сұйық металл ваннасының беті алынады. Штангіден құйылған металл плазмалық ағыспен қыздырылады және ваннаның беті бойынша жайылады. Газды атмосферамен байланыс кезінде металл тазарады және кейін қатаяды сосын құйма түрінде созылады. Бұл пештердегі жұмысшы қысым үлкенінен (1÷3)105 Па төмендетілгеніне 1-10 Па дейінгі кең аралықтарда өзгеруі мүмкін.
Плазмалық пештердің басқа типтердің пештерімен салыстырғанда мынадай артықшылықтары болады: құймалардың жақсы беті; компоненттерді (Cr, Al, Ti, Mn, Si және т.б.) легирлеу металының білінбейтін жоғалымы; газтүріндегі азотпен металды легирлеу мүмкіндігі; құйманың балқу жылдамдығы мен доғаның қуаты арасындағы сұйық күйдегі металды келу уақытын реттеуге мүмкіндік беретін икемді байланыс.
Бұл пештердің кемшіліктері эксплуатацияның күрделілігі мен құны болып табылады.
Плазмалық пештердің экономикалылығын көтеру үшін қуыс катодты плазмотрондар мен тұрақты және айнымалы ток көздерімен комбинирленген қондарғылар сызбалары ойлап табылуда.