Плазменный нагрев

Как уже указывалось выше, преобразование электрической энергии в тепло в условиях дугового разряда происходит за счет образования газовой плазмы. При обычном дуговом разряде плазма образуется из молекул газа окружающей среды. Если же дуговой разряд происходит в потоке газа, движущегося с определенной скоростью, то образуется факел горячего ионизированного газа. Так как в плазменной струе при атмосферном давлении развивается температура 8000 - 30000 °С, то струя может быть использована для высокотемпературного нагрева.

Формирование плазменной струи производится с помощью специальных плазменных генераторов, или плазмотронов.

Плазменный генератор представляет собой камеру, в которой размещены два электрода, причем анодный электрод выполнен в виде специальной пластины с соплом, а катодный — в виде стержня, как это показано на рис. 1-19. Если зажечь дугу между электродами и начать подавать в камеру газ, то из сопла анодного электрода будет вырываться струя плазмы с очень высокой температурой. Газ, подаваемый в камеру, служит также и для охлаждения электродов. При выходе из сопла струя плазмы отдает свою энергию нагреваемому телу теплоизлучением и теплопроводностью, а также за счет кинетической энергии направленного движения плазмы. Кроме плазмотронов, использующих факел электрической дуги для образования струи плазмы, имеются конструкции плазменных генераторов, в которых плазма образуется с помощью высокочастотных индукционных разрядов.

Рис. 1-19. Схема плазменного генератора

Рис. 1-19. Схема плазменного генератора

1 — металлический водоохлаждаемый катодный электрод: 2 — узел уплотнения; 3 — водоохлаждаемые стенки камеры; 4 — электрическая дуга; 5 — анодный электрод с соплом; 6 — плазменная струя; 7 — подача газа.

Высокочастотный индукционный разряд позволяет получать чистую плазму, не загрязненную материалами электродов, поэтому с ее помощью можно нагревать и плавить химически чистые материалы.

Высокая концентрация энергии в плазменной струе и возможность создания любой атмосферы — восстановительной, нейтральной или окислительной - делают перспективным применение плазменных установок в электрогазовой химии для получения ацетилена из метана, связанного азота из воздуха и т.д., в металлургии — для выращивания монокристаллов, плавки тугоплавких металлов и легированных сталей, прямого восстановления металлов из окислов.

На рис. 1-20 изображена схема плазменной плавильной печи.

Рис. 1-20. Схема плазменной плавильной печи

Рис. 1-20. Схема плазменной плавильной печи