RU2128148C1

RU2128148C1 - Method and apparatus for plasma treatment of disperse refractory materials

Info

Publication number: RU2128148C1
Application number: RU97115188A
Authority: RU
Inventors: А.К. Филиппов
Original assignee: Филиппов Александр Константинович
Priority date: 1997-09-03
Filing date: 1997-09-03
Publication date: 1999-03-27

Abstract

FIELD: plasma technologies. SUBSTANCE: invention is intended for use when thermally treating and rendering spheroid powdered refractory materials. Material is introduced into high- temperature zone of plasma stream abutting on outer side of plasmotron exit, from the cross-section of which, uniform velocity and heat stream is formed. Material is introduced into stream zone at an angle to its axis. Apparatus comprises plasmotron discharge chamber, gas- distribution element, and material feeder. The element is constructed as a cooled insertion placed in discharge chamber entry and forming annular channel with the chamber. Feeder is installed such as to feed material into stream zone abutting on outer side of plasmotron exit. EFFECT: increased productivity and improved product quality. 9 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электроплазменной технологии и может быть использовано для термообработки и сфероидизации порошков тугоплавких материалов. The invention relates to electroplasma technology and can be used for heat treatment and spheroidization of powders of refractory materials.

Известен способ плазменной обработки дисперсных тугоплавких материалов, включающий введение материала в высокотемпературную область плазменно го потока, примыкающую к внешней стороне среза плазмотрона (Бабальянц В.Ф. и др. Применение низкотемпературной плазмы в стекольно-ситалловой промышленности (обзор). - М., 1973, с. 36-43). В этом способе обработки материал вводят транспортирующим воздухом навстречу плазмообразующему потоку, что приводит к повышению энергозатрат на транспортирующий воздух. A known method of plasma treatment of dispersed refractory materials, including introducing the material into the high-temperature region of the plasma flow adjacent to the outer side of the plasma torch cut (Babalyants V.F. et al. Use of low-temperature plasma in the glass-ceramic industry (review). - M., 1973 , p. 36-43). In this processing method, the material is introduced by conveying air towards the plasma-forming stream, which leads to an increase in energy consumption for conveying air.

Известно устройство плазменной обработки дисперсных материалов, содержащее разрядную камеру плазмотрона, газораспределительный элемент и питатель материала (см. Дресвин С.В. Низкотемпературная плазма. - Новосибирск, 1992). В этом устройстве область ввода материала размещена внутри разрядной камеры, что создает завихрения потока, загрязнение стенок камеры и ухудшение качества обрабатываемого материала. A device for plasma treatment of dispersed materials containing a discharge chamber of a plasma torch, a gas distribution element and a material feeder (see Dresvin S.V. Low-temperature plasma. - Novosibirsk, 1992). In this device, the input region of the material is placed inside the discharge chamber, which creates turbulence in the flow, contamination of the chamber walls and deterioration of the quality of the processed material.

Сущность заявленного способа состоит в том, что в известном способе плазменной обработки дисперсных тугоплавких материалов, включающем введение материала в высокотемпературную область плазменного потока, примыкающую к внешней стороне среза плазмотрона, по сечению плазмотрона формируют равномерный скоростной и тепловой поток, а материал вводят в область потока под углом к его оси, обеспечивающим спутное движение материала в потоке. The essence of the claimed method lies in the fact that in the known method of plasma processing of dispersed refractory materials, including introducing the material into the high-temperature region of the plasma stream adjacent to the outer side of the plasma torch cut, a uniform velocity and heat flow are formed over the plasma torch cross section, and the material is introduced into the flow region under angle to its axis, providing a tangible movement of the material in the stream.

Сущность заявленного устройства состоит в том, что в известном устройстве плазменной обработки дисперсных тугоплавких материалов, содержащем разрядную камеру плазмотрона, газораспределительный элемент и питатель материала, элемент выполнен в виде охлаждаемой вставки, размещенной на входе разрядной камеры и образующей с ней кольцевой канал, а питатель установлен с возможностью подачи материала в область потока, примыкающую к внешней стороне среза разрядной камеры. The essence of the claimed device lies in the fact that in the known device for plasma processing of dispersed refractory materials containing a discharge chamber of a plasma torch, a gas distribution element and a material feeder, the element is made in the form of a cooled insert located at the inlet of the discharge chamber and forming an annular channel with it, and the feeder is installed with the possibility of feeding material into the flow area adjacent to the outer side of the cut of the discharge chamber.

Кроме того, внутренняя поверхность вставки выполнена параболической. In addition, the inner surface of the insert is made parabolic.

Кроме того, боковая поверхность вставки выполнена конусной. In addition, the side surface of the insert is made conical.

Кроме того, устройство дополнительно содержит размещенный за срезом разрядной камеры реактор в виде раструба. In addition, the device further comprises a socket in the form of a socket placed behind a slice of the discharge chamber.

Кроме того, раструб выполнен охлаждаемым. In addition, the bell is made cooled.

Кроме того, питатель выполнен в виде круглой трубы, переходящей в прямоугольную, нижняя часть которой выполнена в виде лотка. In addition, the feeder is made in the form of a round pipe turning into a rectangular one, the lower part of which is made in the form of a tray.

Кроме того, выходная кромка лотка размещена с внешней стороны плоскости среза разрядной камеры. In addition, the output edge of the tray is located on the outside of the cut plane of the discharge chamber.

Кроме того, в круглом сечении трубы питателя размещен спиральный элемент. In addition, a spiral element is placed in a circular section of the feeder pipe.

Анализ существующих технических решений показывает, что производительность и качество получения однородных микрошариков в существенной мере зависят от подачи материала в зону потока плазмообразующего газа. Физика получения в разрядной камере плазменного потока такова, что на выходе из плазмотрона сечение неоднородно по скорости и температуре, т.е. центральная зона по этим параметрам существенно отличается от периферийной. Попытки в известных изобретениях доставить материал для обработки именно в центральную зону позволяет повысить качество обработки материала, но при этом зона обработки существенно уменьшается, что сказывается на производительности. Кроме того, подача материала навстречу потоку приводит к его возмущениям, завихрениям, при этом часть материала вообще не попадает в наиболее оптимальную зону обработки. В результате имеют место частичный выброс материала в периферийные зоны, загрязнение стенок камеры продуктами испарения, что существенно влияет на качество обработки. An analysis of existing technical solutions shows that the productivity and quality of obtaining uniform microspheres substantially depend on the supply of material to the plasma-forming gas flow zone. The physics of obtaining a plasma stream in the discharge chamber is such that at the exit from the plasma torch the cross section is nonuniform in speed and temperature, i.e. according to these parameters, the central zone differs significantly from the peripheral one. Attempts in the known inventions to deliver the material for processing precisely to the central zone can improve the quality of material processing, but the processing zone is significantly reduced, which affects productivity. In addition, the supply of material towards the flow leads to its perturbations, vortices, while part of the material does not fall into the most optimal processing zone. As a result, there is a partial ejection of material into the peripheral zones, contamination of the chamber walls with evaporation products, which significantly affects the quality of processing.

Заявленный способ предполагает предварительное формирование равномерного по сечению скоростного и теплового плазмообразующего потока. Этот признак позволяет значительно расширить зону обработки материала, поскольку скоростной и тепловой поток становится однородным по всему сечению плазмотрона. Введение материала осуществляют в область потока под углом к его оси, и процесс обработки материала происходит в спутном потоке, при котором материал какое-то время движется в самом потоке. Таким образом, равномерный по скорости и температуре плазмообразующий поток подхватывает постоянно поступающий в область потока под углом к его оси материал, удерживая его во взвешенном состоянии в процессе обработки. В зависимости от фракции исходного материала угол его ввода к оси потока может несколько изменяться с целью продления времени пребывания материала во взвешенном состоянии в процессе обработки. Такое решение позволяет не только повысить производительность за счет увеличения зоны обработки в равномерном скоростном и тепловом потоке, но и, что самое главное, полностью устранить завихрения, снизить энергозатраты и существенно повысить качество за счет спутного движения материала в потоке и повышения времени на термообработку материала. The claimed method involves the preliminary formation of a uniform cross-section of the velocity and thermal plasma-forming flow. This feature allows you to significantly expand the processing zone of the material, since the high-speed and heat flow becomes uniform throughout the entire plasma torch section. The introduction of the material is carried out in the flow region at an angle to its axis, and the process of processing the material occurs in a spiral flow, in which the material moves for some time in the flow. Thus, the plasma-forming stream, uniform in speed and temperature, picks up the material constantly entering the flow region at an angle to its axis, keeping it in suspension during processing. Depending on the fraction of the starting material, the angle of its entry to the flow axis may vary somewhat in order to extend the residence time of the material in suspension during processing. This solution allows not only to increase productivity by increasing the processing zone in a uniform high-speed and heat flow, but also, most importantly, to completely eliminate turbulence, reduce energy consumption and significantly improve quality due to the tangled movement of the material in the stream and increase the time for heat treatment of the material.

Формирование равномерно распределенного скоростного и теплового потока по сечению плазмотрона обеспечивается размещением на входе водоохлаждаемой разрядной камеры охлаждаемой вставки, образующей с разрядной камерой кольцевой канал. Равномерность скоростного потока создается при проходе плазмообразующего газа через кольцевой канал таким образом, что за вставкой по ходу потока скорости по сечению разрядной камеры будут выровнены. Равномерность потока по скорости сохранится и после прохождения плазмоида, после чего поток будет равномерным не только по скорости, но и по температуре. Поэтому в области потока, примыкающей к внешней стороне среза разрядной камеры, будут созданы условия для оптимального вхождения материала в высокотемпературную область сформированного плазмотроном потока. Поскольку питатель выполнен с возможностью подачи материала в область потока, примыкающую к внешней стороне среза разрядной камеры, очевидно, что весь поступающий с питателя материал будет попадать в зону обработки. Таким образом, кольцевой канал, образованный вставкой и разрядной камерой, обеспечивает получение в области потока, примыкающей к внешней стороне среза разрядной камеры плазмотрона, равномерный скоростной и тепловой поток, обеспечивая область обработки материала стабильными параметрами по скорости и температуре. Именно стабильность этих параметров и позволяет повысить производительность процесса и качество продукта. The formation of a uniformly distributed velocity and heat flow over the plasma torch cross-section is ensured by placing a cooled insert at the inlet of the water-cooled discharge chamber, forming an annular channel with the discharge chamber. The uniformity of the velocity flow is created when the plasma-forming gas passes through the annular channel in such a way that, behind the insert, the velocities along the cross section of the discharge chamber will be aligned. The uniformity of the flow rate will continue after the passage of the plasmoid, after which the flow will be uniform not only in speed but also in temperature. Therefore, in the flow region adjacent to the outer side of the cut of the discharge chamber, conditions will be created for optimal entry of the material into the high-temperature region of the flow generated by the plasmatron. Since the feeder is configured to feed material into the flow area adjacent to the outer side of the cut of the discharge chamber, it is obvious that all material coming from the feeder will fall into the processing zone. Thus, the annular channel formed by the insert and the discharge chamber provides a uniform velocity and heat flow in the flow region adjacent to the outer side of the cut of the discharge chamber of the plasma torch, providing the processing region with stable parameters in speed and temperature. It is the stability of these parameters that makes it possible to increase the productivity of the process and the quality of the product.

Кроме того, внутренняя поверхность вставки выполнена параболической. При таком выполнении вставки воздух, проходя кольцевой канал между внутренними стенками разрядной камеры и боковой поверхностью вставки, вынужден сжаться с одновременным повышением скорости. По мере прохода наиболее узкой части воздух попадает в область более низкого давления и часть его будет поступать к параболической поверхности. В соответствии со свойствами параболической поверхности скоростные потоки за ней будут приобретать равномерность. Это как раз и позволяет получить равномерный по скорости, а после прохождения зоны плазмоида и по температуре стабильный газовый поток, обеспечивающий повышение производительности и качества продукта. In addition, the inner surface of the insert is made parabolic. With such an insert, air passing through the annular channel between the inner walls of the discharge chamber and the side surface of the insert is forced to compress with a simultaneous increase in speed. As the narrowest part passes, air enters the region of lower pressure and part of it will flow to the parabolic surface. In accordance with the properties of the parabolic surface, the high-velocity flows behind it will acquire uniformity. This makes it possible to obtain a stable gas flow, and after passing through the plasmoid zone and in temperature, a stable gas flow, which ensures an increase in productivity and product quality.

Кроме того, боковая поверхность вставки выполнена конусной. Такое выполнение боковой поверхности заставляет входящий в кольцевой канал воздух из-за уменьшающегося сечения сжиматься с одновременным повышением давления, а пройдя наиболее узкую часть кольцевого канала, воздух огибает внешние края вставки и поступает в менее разряженную область у внутренней поверхности вставки, где отражается от параболической поверхности и направляется вдоль оси разрядной камеры. In addition, the side surface of the insert is made conical. This embodiment of the lateral surface causes the air entering the annular channel to compress due to a decreasing cross section, while increasing the narrowest part of the annular channel, the air goes around the outer edges of the insert and enters a less discharged area near the inner surface of the insert, where it is reflected from the parabolic surface and is directed along the axis of the discharge chamber.

Кроме того, устройство дополнительно содержит размещенный за срезом разрядной камеры реактор в виде раструба. Такое выполнение устройства позволяет после выхода плазменного потока из среза разрядной камеры удержать форму потока с обрабатываемым в нем материалом, т.е. продлить время обработки материала, что положительно отражается на качестве выходящего продукта. Раструб предотвращает завихрения потока и нестационарность скоростных и тепловых полей. Такое решение позволяет предотвратить возможные вихревые потоки, т.е. стабилизировать процесс обработки материала и, кроме того, максимально продлить спутное движение материала в потоке, обеспечивая качество обработки материала. In addition, the device further comprises a socket in the form of a socket placed behind a slice of the discharge chamber. This embodiment of the device makes it possible to retain the shape of the stream with the material processed in it after the plasma stream exits from the cut of the discharge chamber, i.e. extend the processing time of the material, which positively affects the quality of the output product. The bell prevents flow swirls and unsteadiness of velocity and thermal fields. This solution helps prevent possible vortex flows, i.e. to stabilize the processing of the material and, in addition, to maximize prolong the tangled movement of the material in the stream, ensuring the quality of the processing of the material.

Кроме того, раструб выполнен охлаждаемым. Это позволяет сохранить тепловую зону обработки, иметь стабильный равномерный скоростной и тепловой режим на протяжении всего процесса обработки материала от его входа на срезе разрядной камеры до выхода за пределы раструба. In addition, the bell is made cooled. This allows you to save the heat treatment zone, to have a stable uniform speed and heat conditions throughout the entire process of processing the material from its entrance at the edge of the discharge chamber to the outside of the socket.

Кроме того, питатель выполнен в виде круглой трубы, переходящей в прямоугольную, нижняя часть которой выполнена в виде лотка. Такое выполнение питателя позволяет материалу под собственным весом проходить круглое сечение трубы и после прохождения прямоугольной трубы с помощью лотка, являющегося нижней частью прямоугольной трубы, непосредственно поступать в сформированный плазмотроном поток на срезе разрядной камеры. Такая конструкция питателя обеспечивает возможность беспрепятственно и с постоянной скоростью выходящему материалу подхватываться потоком в области, примыкающей к внешней стороне среза разрядной камеры для последующей термообработки. Именно согласование скорости поступающего материала и скорости потока при их последующем спутном движении позволяет существенно повысить производительность процесса обработки. In addition, the feeder is made in the form of a round pipe turning into a rectangular one, the lower part of which is made in the form of a tray. This embodiment of the feeder allows the material under its own weight to pass a circular cross-section of the pipe and, after passing through the rectangular pipe, with the help of the tray, which is the lower part of the rectangular pipe, directly enter the flow generated by the plasma torch at the cut of the discharge chamber. This design of the feeder provides the ability to freely and at a constant speed, the outgoing material is picked up by the flow in the area adjacent to the outer side of the cut of the discharge chamber for subsequent heat treatment. It is the coordination of the speed of the incoming material and the flow rate during their subsequent tangled motion that can significantly increase the productivity of the processing process.

Кроме того, выходная кромка лотка размещена с внешней стороны плоскости среза разрядной камеры. Размещение выходной кромки лотка питателя с внешней стороны плоскости среза разрядной камеры способствует поступлению материала в высокотемпературную область сформированного плазмотроном потока. Именно в области потока, примыкающей к внешней стороне среза разрядной камеры, будет иметь место оптимальный для обработки материала температурный режим. In addition, the output edge of the tray is located on the outside of the cut plane of the discharge chamber. Placing the exit edge of the feeder tray on the outside of the cut plane of the discharge chamber facilitates the flow of material into the high-temperature region of the flow generated by the plasmatron. It is in the flow region adjacent to the outer side of the cut of the discharge chamber that the optimum temperature regime for material processing will take place.

Кроме того, в круглом сечении трубы питателя размещен спиральный элемент, что создает возможность выходящему из прямоугольной трубы материалу равномерно распределяться по ширине лотка, с выходной кромки которого непосредственно и поступает материал в поток газа. Такая равномерная подача материала по всей ширине выходной кромки лотка способствует повышению качества продукта, поскольку материал поступает не одиночной "струйкой" в одну зону потока, а распределяется равномерно по ширине лотка. Это ведет и к повышению производительности, так как ввод материала в равномерный скоростной и тепловой поток осуществляется по всей ширине лотка, т.е. по более широкому сечению потока. In addition, a spiral element is placed in the circular section of the feeder pipe, which makes it possible for the material emerging from the rectangular pipe to be evenly distributed over the width of the tray, from which the material directly enters the gas stream from the outlet edge. Such a uniform supply of material across the entire width of the output edge of the tray helps to improve the quality of the product, since the material does not arrive in a single "trickle" in one flow zone, but is distributed evenly across the width of the tray. This leads to an increase in productivity, since the material is introduced into the uniform high-speed and heat flow over the entire width of the tray, i.e. over a wider flow cross section.

Поэтому заявляемые признаки способа, а именно формирование по сечению плазмотрона равномерного скоростного и теплового потока и введение материала в область потока под углом к его оси, обеспечивающим спутное движение материала в потоке, позволяют создать условия для оптимальной обработки материала в плазменном потоке в их спутном движении. Заявляемые признаки устройства, а именно размещение на входе разрядной камеры вставки, образующей с камерой кольцевой канал, а также выполнение питателя с возможностью подачи материала в область потока, примыкающую к стороне среза разрядной камеры, позволяют создать конструкцию для осуществления заявляемого способа. Therefore, the claimed features of the method, namely the formation along the plasma torch cross section of a uniform velocity and heat flow and the introduction of the material into the flow region at an angle to its axis, ensuring the tangible movement of the material in the flow, allow us to create conditions for optimal processing of the material in the plasma flow in their satellite motion. The inventive features of the device, namely the placement at the inlet of the discharge chamber of the insert forming an annular channel with the camera, as well as the execution of the feeder with the possibility of feeding material into the flow area adjacent to the cut side of the discharge chamber, allow to create a design for implementing the inventive method.

Проявляемые при этом свойства состоят в получении стабильного процесса обработки материала, что способствует повышению производительности с одновременным повышением качества получаемого продукта, снижению энергозатрат за счет устранения завихрений, полное отсутствие каких-либо загрязнений камеры сгорания, обеспечения непрерывности процесса за счет равномерной подачи материала в оптимальную зону обработки. The properties manifested in this case consist in obtaining a stable process of processing the material, which helps to increase productivity while improving the quality of the product obtained, reducing energy consumption by eliminating turbulence, the complete absence of any contamination of the combustion chamber, ensuring the continuity of the process by uniformly feeding the material to the optimal zone processing.

Таким образом, как заявленные признаки способа, так и заявленные признаки устройства позволяют создать условия эффективного тепло- и массообмена при минимальных теплопотерях в процессе термообработки частиц материала. Кроме того, обеспечиваются требования протяженности процесса, достаточного для качественной термообработки материала. Thus, both the claimed features of the method and the claimed features of the device make it possible to create conditions for effective heat and mass transfer with minimal heat loss during the heat treatment of material particles. In addition, the requirements of the length of the process, sufficient for high-quality heat treatment of the material.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом, где показана схема устройства по заявляемому способу обработки. На чертеже обозначено: 1 - корпус устройства; 2 - питатель; 3 - исходный материал; 4 - кварцевая трубка; 5 - разрядная камера; 6 - индуктор; 7 - плазмообразующий газ; 8 - охлаждаемая вставка; 9 - боковая конусная поверхность вставки; 10 - кромка вставки; 11 - внутренняя параболическая поверхность вставки; 12 - кольцевой канал; 13 - высокотемпературный поток; 14 - плоскость среза разрядной камеры; 15 - круглая труба питателя; 16 - спиральный элемент; 17 - прямоугольная труба; 18 - лоток питателя; 19 - кромка лотка; 20 - охлаждаемый раструб; 21 - бункер. The essence of the invention is illustrated in the drawing, which shows a diagram of a device according to the claimed method of processing. The drawing indicates: 1 - the device body; 2 - feeder; 3 - source material; 4 - quartz tube; 5 - bit chamber; 6 - inductor; 7 - plasma forming gas; 8 - cooled insert; 9 - lateral conical surface of the insert; 10 - insert edge; 11 - inner parabolic surface of the insert; 12 - annular channel; 13 - high temperature flow; 14 - cut plane of the discharge chamber; 15 - round pipe feeder; 16 - spiral element; 17 - a rectangular pipe; 18 - feeder tray; 19 - the edge of the tray; 20 - cooled bell; 21 - hopper.

В корпусе 1 устройства размещены питатель 2, заполненный исходным материалом 3. Наклонно к вертикальной оси устройства 1 в нем размещена кварцевая трубка 4 плазмотрона, внутри которой выполнена разрядная камера 5, а снаружи - охватывающий ее индуктор 6. На входе в разрядную камеру 5, предназначенном для поступления плазмообразующего газа 1, размещена охлаждаемая вставка 8, содержащая боковую конусную поверхность 9, кромку 10 и внутреннюю параболическую поверхность 11, так что между поверхностью 4 и поверхностью 9 образован кольцевой канал 12. Выход разрядной камеры 5, по которому поступает высокотемпературный поток 13, образует плоскость 14 среза разрядной камеры 5. Круглая труба 15 питателя 2, содержащая спиральный элемент 16, переходит в прямоугольную трубу 17, нижняя часть которой выполнена в виде лотка 18, оканчивающейся кромкой 19, которая в свою очередь размещена в плоскости 14 среза разрядной камеры 5. Охлаждаемый раструб 20 является расширенным продолжением разрядной камеры 5. Внутри раструба 20 образована зона для обработки материала 3, который по мере готовности скапливается в бункере 21. A feeder 2 is placed in the housing 1 of the device, filled with the starting material 3. Inclined to the vertical axis of the device 1, a quartz tube 4 of a plasma torch is placed inside it, inside which the discharge chamber 5 is made, and outside the inductor 6 covering it. At the entrance to the discharge chamber 5, which is intended for the plasma-forming gas 1 to enter, a cooled insert 8 is placed comprising a lateral conical surface 9, an edge 10 and an inner parabolic surface 11, so that an annular channel 12 is formed between the surface 4 and the surface 9. the discharge chamber 5, through which the high-temperature flow 13 enters, forms a cut-off plane 14 of the discharge chamber 5. The round tube 15 of the feeder 2, containing the spiral element 16, passes into a rectangular tube 17, the lower part of which is made in the form of a tray 18 ending in an edge 19, which in turn, it is placed in the plane 14 of the cut of the discharge chamber 5. The cooled bell 20 is an extended continuation of the discharge chamber 5. Inside the bell 20, a zone for processing material 3 is formed, which accumulates in the hopper as it is ready 21.

Способ осуществляется следующим образом. Плазмообразующий газ 7 поступает на вход разрядной камеры 5 через кольцевой канал 12 между стенками разрядной камеры 5 и кромкой 10 вставки 8. За счет конической боковой поверхности 9 вставки 8 в кольцевом канале скорость газа повышается, а пройдя наиболее узкую часть канала - кромку 10, - газ расширяется, причем часть его направляется на внутреннюю параболическую поверхность 11, благодаря которой газ приобретает усредненную скорость потока по сечению плазмотрона. Затем в образовавшейся с помощью индукторов 6 плазме газ нагревается таким образом, что на плоскости 14 среза разрядной камеры 5 образуется равномерный скоростной и тепловой поток 13. Из питателя 2 исходный материал 3 поступает по вертикальной круглой трубе 15, внутри которой размещен элемент 16 в виде спиральной пружины, обеспечивающей равномерный переход материала 3 из круглой трубы 15 в прямоугольную трубу 17, причем, материал 3, поступающий по нижней поверхности трубы 17, продолжает перемещаться по ее продолжению в виде лотка 18, заканчивающегося кромкой 19, размещенной в плоскости 14 среза разрядной камеры 5. Поэтому материал 3 по всей ширине кромки 19 будет вводиться в область потока 13 под углом к его оси, обеспечивающим спутное движение материала 3 в потоке 13. Частицы материала 3, попавшие в поток 13, подвергаются термообработке на участке, ограниченном охлаждаемым раструбом 20. Захваченные потоком газа 13 и затем находясь в свободном падении они приобретают форму микрошариков, которые собираются в бункере 21 устройства 1. The method is as follows. The plasma-forming gas 7 enters the inlet of the discharge chamber 5 through the annular channel 12 between the walls of the discharge chamber 5 and the edge 10 of the insert 8. Due to the conical lateral surface 9 of the insert 8, the gas velocity increases in the annular channel, and passing the narrowest part of the channel, the edge 10, - the gas expands, and part of it is directed to the inner parabolic surface 11, due to which the gas acquires an average flow velocity over the cross section of the plasma torch. Then, in the plasma formed by the inductors 6, the gas is heated in such a way that a uniform high-speed and heat flow 13 is formed on the cut-off plane 14 of the discharge chamber 5. From the feeder 2, the source material 3 enters through a vertical round pipe 15, inside which an element 16 is placed in the form of a spiral a spring, providing a uniform transition of the material 3 from the round pipe 15 into a rectangular pipe 17, and the material 3 entering the lower surface of the pipe 17 continues to move along its extension in the form of a tray 18 ending I edge 19, placed in the plane 14 of the cut of the discharge chamber 5. Therefore, the material 3 along the entire width of the edge 19 will be introduced into the region of the stream 13 at an angle to its axis, which provides for the tangential movement of the material 3 in the stream 13. Particles of the material 3 caught in the stream 13 are subjected to heat treatment in the area limited by the cooled bell 20. Captured by the gas stream 13 and then being in free fall, they take the form of beads, which are collected in the hopper 21 of the device 1.

Устройство выполнено следующим образом. Вставка 8 размещается на входе разрядной камеры 5, образуя с ней посредством боковой поверхности 9 кольцевой канал 12 для прохода плазмообразующего газа 7. Внутренняя поверхность 11 вставки 8 выполнена параболической, а боковая поверхность 9 - конусной. Благодаря такому конструктивному исполнению в плоскости 14 среза разрядной камеры 5 имеет место равномерный по сечению плазмотрона скоростной и тепловой поток 13. Питатель 2 материала 3, выполненный в виде круглой трубы 15, переходящей в прямоугольную 17, заканчивается лотком 18, выходная кромка 19 которого размещена с внешней стороны плоскости 14 среза разрядной камеры 5. За срезом разрядной камеры 5 размещен охлаждаемый раструб 20, после прохождения которого обработанный материал попадает в бункер 21. The device is as follows. The insert 8 is placed at the inlet of the discharge chamber 5, forming with it by means of the side surface 9 an annular channel 12 for the passage of the plasma-forming gas 7. The inner surface 11 of the insert 8 is made parabolic, and the side surface 9 is conical. Due to such a design, in the plane 14 of the cut of the discharge chamber 5, the velocity and heat flux 13 are uniform over the plasma torch cross-section 13. The material 2 feeder 2, made in the form of a round pipe 15 turning into a rectangular 17, ends with a tray 18, the output edge 19 of which is placed with the outer side of the plane 14 of the slice of the discharge chamber 5. Behind the slice of the discharge chamber 5 there is a cooled bell 20, after which the processed material enters the hopper 21.

Работа устройства осуществляется следующим образом. Поступающий на вход разрядной камеры 5 плазмообразующий газ 7 огибает охлаждаемую вставку 8 через кольцевой канал 12 и кромку 10, и, отражаясь от параболической поверхности 11, преобразуется в равномерный скоростной поток. Затем поток проходит зону плазмоида, после чего в плоскости 14 среза разрядной камеры 5 формируется равномерный скоростной и тепловой поток 13. Из питателя 2 материал 3 поступает по круглой трубе 15 с размещенным внутри спиральным элементом 16, благодаря которому материал 3 равномерно распределяется по нижней части прямоугольной трубы 11, а затем по лотку 18. Поскольку выходная кромка 19 лотка 18 размещена с внешней стороны плоскости 14 среза разрядной камеры 5, материал 3 будет поступать с выходной кромки 19 лотка 18 по всей его ширине в область потока 13, примыкающую к внешней стороне среза разрядной камеры 5. Поступивший в поток 13 материал 3 обрабатывается в зоне, ограниченной охлаждаемым раструбом 20, размещенным за срезом разрядной камеры 5. По мере обработки материал скапливается в бункере 21 устройства 1. The operation of the device is as follows. The plasma-forming gas 7 entering the inlet of the discharge chamber 5 bends around the cooled insert 8 through the annular channel 12 and the edge 10, and, being reflected from the parabolic surface 11, is converted into a uniform high-speed flow. Then, the flow passes through the plasmoid zone, after which a uniform high-speed and heat flow 13 is formed in the plane 14 of the cut-off of the discharge chamber 5. From the feeder 2, the material 3 enters through a round pipe 15 with a spiral element 16 located inside, due to which the material 3 is evenly distributed over the lower part of the rectangular pipe 11, and then along the tray 18. Since the output edge 19 of the tray 18 is located on the outside of the cut plane 14 of the discharge chamber 5, material 3 will come from the output edge 19 of the tray 18 along its entire width into the flow region 1 3, adjacent to the outer side of the slice of the discharge chamber 5. The material 3 entering the stream 13 is processed in the area limited by the cooled socket 20 located behind the slice of the discharge chamber 5. During processing, the material accumulates in the hopper 21 of the device 1.

Поскольку ввод материала 3 осуществляют в область потока 13 под углом к его оси, то время нахождения исходного продукта 3 в потоке 13 продлевается за счет спутного их движения в раструбе 20, чем и повышается качество продукции в виде сфероидизированных микрошариков. Опытным путем был установлен оптимальный угол ввода материала 3 к оси потока - 45^oC, при этом при увеличении угла сокращается время спутного движения исходного материала 3 в потоке 13, что сопровождается снижением качества получаемого продукта. При уменьшении угла часть исходного материала 3 не попадает в оптимальную зону обработки, что опять же сказывается на снижении качества получаемого продукта.Since the input of the material 3 is carried out in the region of the stream 13 at an angle to its axis, the residence time of the initial product 3 in the stream 13 is prolonged due to their tangled movement in the socket 20, which increases the quality of the products in the form of spheroidized beads. Experimentally, the optimal angle of input of material 3 to the axis of the flow was established - 45 ^o C, while increasing the angle reduces the time of the tangled movement of the starting material 3 in stream 13, which is accompanied by a decrease in the quality of the resulting product. When the angle decreases, part of the starting material 3 does not fall into the optimal processing zone, which again affects the quality of the resulting product.

Повышение производительности обеспечивается тем, что в равномерный скоростной и тепловой поток 13 исходный материал 3 поступает равномерно по всей ширине кромки 19 лотка 18. При таком выполнении полностью исключаются какие-либо завихрения в потоке 13, загрязняющие разрядную камеру 5 плазмотрона или обрабатываемый материал 3 в зоне его термообработки. Существенно и то, что исходный материал 3 самостоятельно поступает в зону обработки, не требуя при этом энергетических затрат на его транспортировку. Кроме того, обрабатываемый исходный материал 3, поступающий в питатель 2, может различаться по фракциям и виду материала. Поэтому в зависимости от вида сырья и размера частиц обрабатываемого материала 3 угол ввода материала 3 в область потока 13 может корректироваться с тем, чтобы для каждого фракционного состава материала 3 была возможность подбора оптимального времени спутного движения материала в потоке, т.е. требуемого режима обработки. Так, например, для более тяжелых фракций 700-1000 мкм угол ввода материала может быть уменьшен, поскольку более тяжелые фракции с большей скоростью проходят зону реактора. А при обработке более легких фракций 0-50 мкм влияние потока 13 на материал 3 будет существеннее, поэтому для оптимизации времени спутного движения угол ввода материала 3 может быть несколько уменьшен. Такое изменение угла для обработки различных фракций материала позволяет для каждой из фракций получать высокое качество, т.е. появляется возможность управления процессом обработки, что существенно расширяет функциональные возможности заявляемого технического решения. К основным преимуществам заявляемого технического решения следует отнести высокую надежность осуществляемого процесса, стабильность параметров, простоту исполнения и практически отсутствие бракованной продукции. The increase in productivity is ensured by the fact that in a uniform high-speed and heat flow 13, the source material 3 enters uniformly over the entire width of the edge 19 of the tray 18. With this design, any swirls in the stream 13 that pollute the discharge chamber 5 of the plasma torch or the processed material 3 in the zone are completely eliminated its heat treatment. It is also significant that the source material 3 independently enters the processing zone, without requiring the energy costs of its transportation. In addition, the processed source material 3 entering the feeder 2 may vary in fractions and type of material. Therefore, depending on the type of raw material and the particle size of the processed material 3, the angle of entry of the material 3 into the region of the stream 13 can be adjusted so that for each fractional composition of the material 3 it is possible to select the optimal time of the tangled movement of the material in the stream, i.e. the required processing mode. So, for example, for heavier fractions of 700-1000 microns, the angle of entry of the material can be reduced, since heavier fractions pass through the reactor zone with a higher speed. And when processing lighter fractions of 0-50 microns, the influence of flux 13 on material 3 will be more significant, therefore, to optimize the time of satellite motion, the input angle of material 3 can be slightly reduced. Such a change in the angle for processing various fractions of the material allows one to obtain high quality for each fraction, i.e. it becomes possible to control the processing process, which significantly expands the functionality of the claimed technical solution. The main advantages of the proposed technical solution should include the high reliability of the process, the stability of the parameters, ease of execution and virtually no defective products.

Пример конкретного выполнения способа. Изготавливали стеклянные микрошарики при нормальных условиях окружающей среды. Материал - стекло марки ЛС-1. По сечению плазмотрона формировали равномерный скоростной 0,6 м/с и тепловой (3000K) поток 13, в область которого под углом 45^o к оси потока 13 вводили материал 3 с диаметром частиц в диапазоне 150-300 мкм, что обеспечивало необходимое время обработки при спутном движении в течение 10-20 мкс. В этих условиях при мощности в плазмотроне 70 кВА и расходе плазмообразующего газа 7 в диапазоне 50-70 л/м производительность устройства составляла 15-18 кг/час при эффективности сфероидизации 90-95%.An example of a specific implementation of the method. Glass beads were made under normal environmental conditions. Material - glass grade LS-1. A uniform velocity 0.6 m / s and thermal (3000K) stream 13 were formed over the plasma torch cross section, into the region of which material 3 with a particle diameter in the range of 150-300 μm was introduced at an angle of 45 ^° to the axis of stream 13, which provided the necessary processing time for satellite motion for 10-20 μs. Under these conditions, with a power in the plasmatron of 70 kVA and a plasma-forming gas flow rate 7 in the range of 50-70 l / m, the productivity of the device was 15-18 kg / h with a spheroidization efficiency of 90-95%.

Пример конкретного выполнения устройства. Использовали высокочастотный генератор ВЧИ 11-60/1,76, включающий генераторный блок, блок нагрузочного контура и металлическую водоохлаждаемую разрядную камеру, помещенную в кварцевую трубу. Система подачи плазмообразующего газа включала компрессор СО-243. Система подачи стеклянного порошка осуществлялась питателем-дозатором типа ТО 10.06.000. Для каждого диапазона размеров частиц исходного материала изменяли мощность плазмотрона и соответствующий расход плазмообразующего газа (воздуха). Для каждого из режимов определялись эффективность сфероидизации в процентах и производительность. Результаты испытаний сведены в таблицу, где даны примеры плазменной обработки дисперсных материалов при нормальных условиях окружающей среды. Материал - стекло марки ЛС-1. An example of a specific implementation of the device. A high-frequency generator VChI 11-60 / 1.76 was used, including a generator block, a load circuit block, and a metal water-cooled discharge chamber placed in a quartz tube. The plasma gas supply system included a SO-243 compressor. The glass powder supply system was carried out by a feeder-dispenser type TO 10.06.000. For each particle size range of the starting material, the plasma torch power and the corresponding plasma-forming gas (air) flow rate were changed. For each of the modes, the percent spheroidization efficiency and productivity were determined. The test results are summarized in the table, which gives examples of plasma treatment of dispersed materials under normal environmental conditions. Material - glass grade LS-1.

Claims

1. The method of plasma treatment of dispersed refractory materials, comprising introducing the material into the high-temperature region of the plasma stream adjacent to the outer side of the plasma torch cut, characterized in that a uniform velocity and heat flow are formed over the plasma torch cross-section, and the material is introduced into the flow region at an angle to its axis providing for the satellite movement of the material in the stream.

2. A plasma processing device for dispersed refractory materials containing a discharge chamber of a plasma torch, a gas distribution element and a material feeder, characterized in that the element is made in the form of a cooled insert located at the inlet of the discharge chamber and forming an annular channel with it, and the feeder is installed with the possibility of supplying material in the flow region adjacent to the outer side of the cut of the discharge chamber.

3. The device according to p. 2, characterized in that the inner surface of the insert is made parabolic.

4. The device according to claim 2, characterized in that the side surface of the insert is made conical.

5. The device according to claim 2, characterized in that the device further comprises a reactor in the form of a socket placed behind a slice of the discharge chamber.

6. The device according to claim 5, characterized in that the bell is made cooled.

7. The device according to claim 2, characterized in that the feeder is made in the form of a round pipe turning into a rectangular one, the lower part of which is made in the form of a tray.

8. The device according to claim 7, characterized in that the output edge of the tray is located on the outside of the cut plane of the discharge chamber.

9. The device according to claim 7, characterized in that a spiral element is placed in a circular section of the feeder pipe.