Плазменные установки для рафинирования цветных сплавов

В металлургии применяется низкотемпературная плазма, степень ионизации которой составляет около 1 %. Необходимым условием существования плазмы является ее квазинейтральность, т.е. отсутствие заметного избытка одних зарядов над другими.

Для выполнения этого условия необходимо, чтобы линейный раз-

Плазменные установки для рафинирования цветных сплавов

 

мер объема плазмы г значительно превосходил так называемый дебаевский радиус r2, т.е.

Плазменные установки для рафинирования цветных сплавов

Нагрев в плазменных устройствах происходит за счет физического тепла плазмы, теплоты нейтрализации ионизированных частиц газа и теплоты образования молекул газа и его атомов. Чем больше степень диссоциирования и ионизирования газа, тем значительнее тепловое действие плазмы (табл.21).

Ионизация атомов происходит или электронами, или положительными ионами по реакциям:

Плазменные установки для рафинирования цветных сплавов

Таблица 21. Теплота диссоциации и ионизации газов

Плазменные установки для рафинирования цветных сплавов

Первая реакция возможна, если кинетическая энергия свободных электронов превышает энергию ионизации атома (eUi, где Ui- потенциал ионизации). Вторая реакция протекает, если ион В+ с массой mв обладает кинетической энергией, равной или большей, чем

Плазменные установки для рафинирования цветных сплавов

где mA - масса атома А в состоянии покоя. Таким образом, для ионизации положительными ионами требуется более значительная величина энергии, чем для ионизации электронами.

Из всех перечисленных плазмообразующих газов (табл.21) наиболее широкое применение находит аргон. В среде аргона наиболее успешно происходит ионизация положительными ионами. Кроме того, аргон является нейтральным газом.

Ионизация аргона может происходить частично с образованием иона Аг++, а азота - с образованием ионов N++ и N+++ при более высоких температурах плазмы.

На рис.16 представлена схема плазменных нагревательных устройств.

Плазменные установки для рафинирования цветных сплавов

Разработанный Институтом проблем литья АН Украины экологически чистый способ плазменного рафинирования цветных сплавов используется в широких масштабах в нашей стране и за рубежом.

Для реализации указанного способа созданы различные варианты плазменных установок, в состав которых входят:

С помощью плазменных установок можно решить следующие технологические задачи:

В зависимости от емкости ковша или печи разработаны три варианта плазменных установок для глубинной обработки расплава газореагентными средами.

Для обработки металлических расплавов в ковше или печи вместимостью до 0,5 т применяется промышленная установка (рис.17).

Основным элементом этой установки является стойка с кронштейном. Кронштейн, в зависимости от расположения плавильной печи или ковша, может перемещаться по стойке. На кронштейне установлен механизм перемещения плазмотрона. Плазмотрон крепится к свободному концу консольного рычага. При помощи системы тяг и пары винт-гайка обеспечивается перемещение плазмотрона по вертикальной плоскости. Скорость перемещения плазмотрона до 2,5 м/мин.

Электрическая схема обеспечивает работу этой установки в автоматическом и ручном режимах. Управление установкой осуществляется с пульта, который закреплен на стенке. На пульт вынесены приборы управления, звуковая и световая сигнализации процесса обработки расплава. В схеме предусмотрена блокировка включения плазмотрона при отсутствии подачи плазмообразующего газа. Источником пи-

Плазменные установки для рафинирования цветных сплавов

 

Плазменные установки для рафинирования цветных сплавов

тания плазмотрона служит выпрямитель ВД-401. Номинальное рабочее напряжение выпрямителя - 40 В.

Система подачи аргона состоит из рамы с баллонами газа, осушителя, ротаметра, регулирующего вентиля и электрического пневмоклапана.

Установка может располагаться непосредственно возле плавильной печи. Необходимая площадь для размещения установки не превышает 1 м2.

Для обработки расплава в ковше или в печи вместимостью 0,5-1,0 т применяются плазменные установки, конструкция которых разработана ПО ’’Сибтяжмаш” (г.Красноярск) совместно с Институтом проблем литья АН Украины. Основные механизмы такой установки располагаются на станине. Держатель плазмотрона закреплен на механизме его вращения. Механизм вращения плазмотрона жестко соединен с механизмом вертикального его перемещения, который установлен по колонне и связан с ней с помощью винта (рис.18).

Приводом для перемещения и вращения плазмотрона служит электродвигатель АИР71В6 с редуктором 24-63. Этот привод обеспечивает скорость его вращения до двух оборотов в минуту. Вращение плазмотрона обеспечивает обработку всего объема жидкого металла высокотемпературными средами. На колонне имеется паз, с помощью которого при извлечении из расплава плазмотрона и достижении им верхнего положения механизм вертикального перемещения поворачивается в горизонтальной плоскости на 90°. После этого ковш с обработанным расплавом краном транспортируется к разливке. Источником питания плазмотрона служит выпрямитель ВДУ-506УЗ, номинальное рабочее напряжение которого 46 В при токе до 500 А. Все электрооборудование размещено в шкафе-пульте управления установки. Система снабжения плазмотрона плазмообразующим газом аналогична системе установки для обработки расплава в ковше вместимостью до 0,5 т.

Разработанная в 1988 г. Институтом проблем литья АН Украины плазменная установка предназначена для глубинной обработки жидкого металла массой более 1 т. Опытно-промышленный образец этой установки изготовлен для Челябинского тракторного завода им.В.ИЛенина (г.Челябинск).

Отличительной особенностью установки является возможность использовать для обработки расплава два плазмотрона. Такое техническое решение позволяет эффективно рафинировать и модифицировать большие объемы металла.

Источники питания каждого плазмотрона индивидуальные. В качестве питания применяются сварочные выпрямители ВДУ-506. На пульт управления установки вынесены приборы контроля за работой обоих плазмотронов. Системы снабжения плазмообразующим газом регулируются и выполнены для двух плазмотронов одновременно.

В связи с возрастающим требованием к экологически чистым технологическим процессом созданное оборудование может быть рекомендовано к широкому внедрению во всех литейных цехах и не ограничивается объемом выпускаемой продукции из цветных сплавов.

Смотрите также