RU85158U1 - Microwave Plasma Chemical Reactor - Google Patents
Microwave Plasma Chemical Reactor Download PDFInfo
- Publication number
- RU85158U1 RU85158U1 RU2008128069/22U RU2008128069U RU85158U1 RU 85158 U1 RU85158 U1 RU 85158U1 RU 2008128069/22 U RU2008128069/22 U RU 2008128069/22U RU 2008128069 U RU2008128069 U RU 2008128069U RU 85158 U1 RU85158 U1 RU 85158U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- chamber
- electrode
- wall
- metal
- reactor according
- Prior art date
Links
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
1. СВЧ плазмохимический реактор, включающий металлическую разрядную камеру в виде трубы с крышкой, днищем, снабженным выпускным отверстием, и боковой стенкой, по крайней мере часть внутренней поверхности которой выполнена электропроводящей, средство сбора конечного продукта, средство ввода СВЧ энергии, включающее первый узел ввода СВЧ энергии, содержащий волновод и коаксиальную часть в виде двух коаксиальных металлических труб, внешней и внутренней, на нижнем конце которой размещено конусное металлическое тело, большее основание которого обращено к разрядной камере, размещенный коаксиально металлическому телу и соединенный с внешней трубой металлический конусный кожух, снабженный снизу металлическим фартуком, выступающим в камеру и изолированным от нее, по крайней мере одну пару электродов для создания дугового разряда, сопла ввода рабочего газа, размещенные под крышкой камеры на ее стенке тангенциально к стенке, формирователь дополнительного вихревого газового потока, установленный внутри внешней трубы на ее стенке, и соленоид, отличающийся тем, что в реактор введен третий электрод, образующий с полым электродом, установленным во внутреннюю трубу с обеспечением электрического контакта и возможности перемещения, первую пару электродов, а со стенкой камеры - вторую пару электродов, при этом к третьему электроду подведен отрицательный электрический потенциал, к стенке камеры и внутренней трубе подведены разные по величине положительные электрические потенциалы и электропроводящей выполнена только верхняя часть внутренней поверхности стенки камеры, нижняя часть фартука выполнена в виде конусного1. Microwave plasma chemical reactor, comprising a metal discharge chamber in the form of a tube with a cover, a bottom equipped with an outlet, and a side wall, at least part of the inner surface of which is electrically conductive, means for collecting the final product, means for introducing microwave energy, including a first input node Microwave energy containing a waveguide and a coaxial part in the form of two coaxial metal pipes, an external and an internal one, at the lower end of which there is a conical metal body, the larger base of which facing the discharge chamber, placed coaxially to the metal body and connected to the outer pipe, a metal conical casing, provided with a metal apron protruding into the chamber and isolated from it, at least one pair of electrodes to create an arc discharge, working gas inlet nozzles placed under with a chamber lid on its wall tangentially to the wall, an additional eddy gas flow former installed inside the outer pipe on its wall, and a solenoid, characterized in that n the third electrode, forming with a hollow electrode installed in the inner tube with electrical contact and the ability to move, the first pair of electrodes, and with the chamber wall - the second pair of electrodes, while the negative electric potential is connected to the third electrode, to the chamber wall and inner tube positive electric potentials of different magnitude are summed up and only the upper part of the inner surface of the chamber wall is made electrically conductive, the lower part of the apron is made in the form of a conical
Description
Изобретение относится к плазмохимическим реакторам, в которых источником высокой температуры является электроразрядная плазма. Реактор может применяться в бескоксовой металлургии, в частности в устройствах для прямого восстановления различных металлов из дисперсного оксидного сырья и для получения высокочистых порошков тугоплавких металлов газообразными и дисперсными восстановителями, а также в химической промышленности для производства химических продуктов.The invention relates to plasma-chemical reactors in which the source of high temperature is electric discharge plasma. The reactor can be used in coke-free metallurgy, in particular, in devices for the direct reduction of various metals from dispersed oxide raw materials and for the production of high-purity refractory metal powders by gaseous and dispersed reducing agents, as well as in the chemical industry for the production of chemical products.
В качестве наиболее перспективной конструкции для прямого восстановления железа из дисперсного рудного сырья современная техника предлагает цилиндрические плавильные камеры (циклоны), в которых восстановление происходит в тонкой пленке расплава сырья, создаваемой на стенке, за счет ввода дисперсного сырья восстановительным газом тангенциально к стенке, либо за счет вращения всей плавильной камеры. Примеры таких конструкций плазменных печей содержатся в обзорных работах (Ю.В.Цветков, С.А.Панфилов. Низкотемпературная плазма в процессах восстановления. М., Наука, 1980 г., с.с.237-241, Энциклопедический словарь по металлургии, т.2, М., «Интернет Инжиниринг», 2000 г.).As the most promising design for direct reduction of iron from dispersed ore raw materials, modern technology offers cylindrical melting chambers (cyclones), in which reduction occurs in a thin film of molten raw materials created on the wall, due to the introduction of dispersed raw materials by reducing gas tangentially to the wall, or beyond account of rotation of the entire melting chamber. Examples of such designs of plasma furnaces are contained in review papers (Yu.V. Tsvetkov, S. A. Panfilov. Low-temperature plasma in the recovery processes. M., Nauka, 1980, pp. 237-241, Encyclopedic Dictionary of Metallurgy, t.2, M., "Internet Engineering", 2000).
Основным недостатком известных конструкций является невозможность управления энерговводом в пленку по пути ее движения, что не позволяет оптимизировать процесс восстановления.The main disadvantage of the known structures is the inability to control the energy input into the film along the path of its movement, which does not allow to optimize the recovery process.
Известен реактор для получения высокочистых металлов, содержащий камеру, в которую поступает плазма, образованная плазмотроном с помощью разряда между катодом и анодом в атмосфере плазмообразующего газа, и исходная газообразная реакционная смесь. Полученный конечный продукт аккумулируется в коллекторной зоне (SU №3840750). Такой реактор имеет сложную конструкцию, а электроды плазмотронов, особенно катод, подвержены быстрой эрозии, что требует частой остановки реактора для их замены и предопределяет его низкую производительность.A known reactor for producing high-purity metals, containing a chamber into which a plasma is formed, formed by a plasmatron by means of a discharge between the cathode and anode in an atmosphere of a plasma-forming gas, and an initial gaseous reaction mixture. The resulting final product is accumulated in the collector zone (SU No. 3840750). Such a reactor has a complex structure, and the plasma torch electrodes, especially the cathode, are subject to rapid erosion, which requires frequent shutdown of the reactor to replace them and determines its low productivity.
Ближайшим прототипом устройства является СВЧ плазмохимический реактор, включающий металлическую разрядную камеру в виде трубы с крышкой, днищем, снабженным выпускным отверстием и боковой стенкой, по крайней мере часть внутренней поверхности которой выполнена электропроводящей, средство сбора конечного продукта, средство ввода СВЧ энергии, включающее первый узел ввода СВЧ энергии, содержащий волновод и коаксиальную часть в виде двух коаксиальных металлических труб, внешней и внутренней, вокруг нижнего конца которой размещено конусное металлическое тело, большее основание которого обращено к разрядной камере, размещенный коаксиально металлическому телу и соединенный с внешней трубой металлический конусный кожух, снабженный снизу металлическим фартуком, выступающим в камеру и изолированным от нее, по крайней мере одну пару электродов для создания дугового разряда, сопла ввода рабочего газа, размещенные под крышкой камеры на ее стенке тангенциально к стенке, формирователь дополнительного вихревого газового потока, установленный внутри внешней трубы на ее стенке, и соленоид (RU №2315813). В этой конструкции недостаток циклонов устранен благодаря использованию трехсекционного соленоида, позволившего управлять режимом энерговвода в пленку расплава, стекающего по стенке, с помощью периодического перемещения магнитного поля.The closest prototype of the device is a microwave plasma chemical reactor, comprising a metal discharge chamber in the form of a tube with a cover, a bottom equipped with an outlet and a side wall, at least part of the inner surface of which is electrically conductive, means for collecting the final product, means for introducing microwave energy, including the first node input microwave energy containing a waveguide and a coaxial part in the form of two coaxial metal pipes, external and internal, around the lower end of which is placed conically a metal body, the larger base of which is facing the discharge chamber, placed coaxially to the metal body and connected to the outer pipe by a metal conical casing, provided with a metal apron protruding into the chamber and isolated from it, at least one pair of electrodes to create an arc discharge, an input nozzle working gas, placed under the chamber cover on its wall tangentially to the wall, an additional eddy gas flow former installed inside the outer pipe on its wall, and olenoid (RU №2315813). In this design, the disadvantage of cyclones is eliminated through the use of a three-section solenoid, which made it possible to control the regime of energy input into the film of the melt flowing down the wall by periodic movement of the magnetic field.
Недостаток известной конструкции заключается в ограниченности ресурса катода - графитового электрода.A disadvantage of the known design is the limited resource of the cathode - graphite electrode.
Техническая задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, заключается в повышении надежности работы плазмохимического реактора.The technical problem solved by the proposed utility model is to increase the reliability of the plasma chemical reactor.
Технический результат, достигаемый предлагаемой полезной моделью, заключается в повышении стабильности дугового разряда за счет создания диффузного СВЧ разряда вблизи поверхности катода.The technical result achieved by the proposed utility model is to increase the stability of the arc discharge by creating a diffuse microwave discharge near the surface of the cathode.
Технический результат обеспечивается благодаря тому, что в СВЧ плазмохимическом реакторе, включающем металлическую разрядную камеру в виде трубы с крышкой, днищем, снабженным выпускным отверстием и боковой стенкой, по крайней мере часть внутренней поверхности которой выполнена электропроводящей, средство сбора конечного продукта, средство ввода СВЧ энергии, включающее первый узел ввода СВЧ энергии, содержащий волновод и коаксиальную часть в виде двух коаксиальных металлических труб, внешней и внутренней, вокруг нижнего конца которой размещено конусное металлическое тело, большее основание которого обращено к разрядной камере, размещенный коаксиально металлическому телу и соединенный с внешней трубой металлический конусный кожух, снабженный снизу металлическим фартуком, выступающим в камеру и изолированным от нее, по крайней мере одну пару электродов для создания дугового разряда, сопла ввода рабочего газа, размещенные под крышкой камеры на ее стенке тангенциально к стенке, формирователь дополнительного вихревого газового потока, установленный внутри внешней трубы на ее стенке, и соленоид, введен третий электрод, образующий с полым электродом, установленным во внутреннюю трубу с обеспечением электрического контакта и возможности перемещения, первую пару электродов, а со стенкой камеры - вторую пару электродов, при этом к третьему электроду подведен отрицательный электрический потенциал, к стенке камеры и внутренней трубе подведены разные по величине положительные электрические потенциалы и электропроводящей выполнена только верхняя часть внутренней поверхности стенки камеры, нижняя часть фартука выполнена в виде конусного сопла с цилиндром на нижнем конце и к разрядной камере подсоединен второй узел ввода СВЧ энергии.The technical result is ensured due to the fact that in a microwave plasma-chemical reactor comprising a metal discharge chamber in the form of a tube with a cover, a bottom equipped with an outlet and a side wall, at least part of the inner surface of which is electrically conductive, means for collecting the final product, means for introducing microwave energy comprising a first microwave energy input assembly comprising a waveguide and a coaxial part in the form of two coaxial metal pipes, an external and an internal, around the lower end of which a conical metal body is placed, the larger base of which is facing the discharge chamber, placed coaxially to the metal body and connected to the outer pipe by a metal conical casing, provided with a metal apron protruding into the chamber and isolated from it at least one pair of electrodes to create an arc discharge, working gas inlet nozzles placed under the chamber cover on its wall tangentially to the wall, an additional eddy gas flow former installed inside the external pipe a third electrode would be introduced on its wall, and a solenoid, forming with the hollow electrode installed in the inner tube with electrical contact and the ability to move, the first pair of electrodes, and with the chamber wall - the second pair of electrodes, while the negative electric is connected to the third electrode potential, positive electric potentials of different magnitude are connected to the chamber wall and inner tube, and only the upper part of the inner surface of the chamber wall is made electrically conductive, the lower part of the the mercury is made in the form of a cone nozzle with a cylinder at the lower end and a second microwave energy input unit is connected to the discharge chamber.
Целесообразно выполнить конструкцию осесимметричной и разместить третий электрод на ее оси с зазором относительно полого электрода. Введение третьего электрода снизу через днище реактора или через средство сбора конечного продукта позволяет компенсировать его расход в процессе эксплуатации без остановки реактора. Однако могут оказаться удобными и другие схемы введения третьего электрода, например, через боковую стенку реактора.It is advisable to perform the axisymmetric design and place the third electrode on its axis with a gap relative to the hollow electrode. The introduction of the third electrode from below through the bottom of the reactor or through the means of collecting the final product allows you to compensate for its consumption during operation without stopping the reactor. However, other schemes for introducing a third electrode, for example, through the side wall of the reactor, may also be convenient.
В качестве материала третьего электрода предпочтительно использовать тугоплавкий металл, так как в процессе работы этот электрод нагревается до высокой температуры, достаточной для термоэмиссии с его поверхности, и служит катодом как вспомогательного разряда между третьим электродом и полым электродом, так и основного разряда между третьим электродом и электропроводящей частью боковой стенки камеры, которая выполнена в верхней части камеры смежной с верхней частью третьего электрода.It is preferable to use a refractory metal as the material of the third electrode, since during operation this electrode is heated to a high temperature sufficient for thermionic emission from its surface and serves as the cathode of both the auxiliary discharge between the third electrode and the hollow electrode, and the main discharge between the third electrode and electrically conductive part of the side wall of the chamber, which is made in the upper part of the chamber adjacent to the upper part of the third electrode.
При использовании реактора для восстановления металлов целесообразно устанавливать на верхнем торце третьего электрода чашу, в которую помещают в начале процесса шихту - «затравку», а в процессе работы подают порошкообразную шихту через полость полого электрода для компенсации испарения расплавленного металла с торца третьего электрода, а для предотвращения стравливания газа из объема камеры может быть использовано одно из известных устройств герметизации механизмов подачи шихты, например, описанное в RU №2040548. Величина диаметра чаши ограничена условием свободного распространения плазмы вспомогательного разряда в объем камеры.When using a metal reduction reactor, it is advisable to install a bowl on the upper end of the third electrode, into which a charge is placed — the “seed”, and in the process, a powder charge is fed through the cavity of the hollow electrode to compensate for the evaporation of molten metal from the end of the third electrode, and for to prevent bleeding gas from the chamber volume, one of the known devices for sealing the charge supply mechanisms can be used, for example, described in RU No. 2040548. The diameter of the cup is limited by the condition of free propagation of the auxiliary discharge plasma into the chamber volume.
Так как между третьим электродом и камерой не должно быть электрического контакта, то упомянутый электрод должен быть введен через днище камеры по крайней мере с обеспечением воздушного зазора между ними. Однако более удобно обеспечить электрическую изоляцию с помощью диэлектрической трубы, установленной в выпускном отверстии, в которую в свою очередь введен третий электрод. В этом варианте диэлектрическая труба выполняет роль не только изолятора, но и крепежного элемента, в котором при необходимости может перемещаться упомянутый электрод.Since there should be no electrical contact between the third electrode and the chamber, the electrode must be introduced through the bottom of the chamber, at least with an air gap between them. However, it is more convenient to provide electrical insulation by means of a dielectric pipe installed in the outlet, in which the third electrode is in turn inserted. In this embodiment, the dielectric tube acts not only as an insulator, but also as a fastener, in which, if necessary, said electrode can be moved.
Аналогично этому и внутренняя труба может быть закреплена на оси реактора с помощью внешних устройств, например, на элементах токоподвода, однако более удобно закрепить ее с помощью диэлектрического фиксатора, установленного между цилиндрическими или конусными частями внешней и внутренней труб, например, в виде диска или цилиндра.Similarly, the inner tube can be fixed on the axis of the reactor using external devices, for example, on the elements of the current supply, however, it is more convenient to fix it with a dielectric clamp installed between the cylindrical or conical parts of the outer and inner pipes, for example, in the form of a disk or cylinder .
Для инициирования вспомогательного разряда после подачи плазмообразующего газа в реактор и напряжения на третий электрод и подведения СВЧ энергии с помощью первого ввода СВЧ энергии может быть использован один из известных способов: поджигание разряда специальным разрядником, кратковременным касанием третьего электрода полым электродом, подачей на электроды высоковольтного импульса, вызывающего пробой газа, или посредством соединения до начала процесса упомянутых электродов тонкой металлической проволокой, которая взрывается при подаче напряжения на электроды.To initiate an auxiliary discharge after supplying a plasma-forming gas to the reactor and voltage to the third electrode and supplying microwave energy using the first microwave energy input, one of the known methods can be used: igniting the discharge with a special spark gap, briefly touching the third electrode with a hollow electrode, applying a high voltage pulse to the electrodes causing gas breakdown, or by connecting, before the start of the process, the said electrodes with a thin metal wire that explodes when applying voltage to the electrodes.
При возбуждении в камере СВЧ поля необходимо выполнить условие существования в ней определенного набора типов волн. Подключение второго ввода СВЧ энергии к камере может быть выполнено различными способами, например, путем непосредственного подсоединения СВЧ трактов к камере. При этом в многоволновом резонаторе, каким является камера, может существовать все многообразие типов волн, разрешенных граничными условиями, что может оказаться неэффективным с точки зрения стабилизации дугового разряда. Более предпочтительным является выполнение второго узла ввода СВЧ энергии в виде установленных на крышке камеры вокруг фартука четного числа прямоугольных волноводов, подключенных к кольцевому зазору между фартуком и цилиндром, закрепленным на нижних стенках этих волноводов. При этом в камере возбуждаются преимущественно типы волн с максимумом электрического поля вблизи оси камеры, где установлен третий электрод - катод дугового разряда.When a microwave field is excited in a chamber, it is necessary to fulfill the condition for the existence of a certain set of wave types in it. The second input of microwave energy to the camera can be connected in various ways, for example, by directly connecting the microwave paths to the camera. Moreover, in a multi-wave resonator, such as a camera, there can exist the whole variety of wave types allowed by boundary conditions, which may be ineffective from the point of view of stabilization of the arc discharge. It is more preferable to perform the second microwave energy input assembly in the form of an even number of rectangular waveguides mounted on the chamber lid around the apron, connected to the annular gap between the apron and the cylinder, mounted on the lower walls of these waveguides. In this case, the types of waves with a maximum of the electric field near the axis of the chamber where the third electrode is installed, the cathode of the arc discharge, are excited in the chamber.
На диаметр цилиндрической части конусного сопла не накладывается жестких ограничений, однако исходя из необходимости направить поток плазмы вспомогательного разряда на торец третьего электрода и разогреть его целесообразно выполнить диаметр цилиндрической части сопла фартука приблизительно равным или несколько большим диаметра внутренней трубы, разместив упомянутую часть конусного сопла в пространстве между полым и третьим электродами.There are no strict restrictions on the diameter of the cylindrical part of the cone nozzle, however, based on the need to direct the plasma flow of the auxiliary discharge to the end of the third electrode and heat it, it is advisable to make the diameter of the cylindrical part of the apron nozzle approximately equal to or slightly larger than the diameter of the inner pipe, placing the said part of the cone nozzle in space between the hollow and third electrodes.
Благодаря наличию магнитного поля, создаваемого соленоидом, и завихрению потока плазмы при восстановлении металлосодержащего дисперсного сырья восстанавливаемая в камере шихта центробежными силами выбрасывается на стенки камеры и, стекая по ним, продолжает плавиться и восстанавливаться под действием основного дугового разряда в атмосфере восстановительного газа. Если необходимо управлять режимом энерговвода в пленку расплава для управления температурой пленки и регулирования времени ее пребывания в различных зонах по высоте камеры, можно путем разделения соленоида на секции (не менее трех) перемещать поперечные по отношению к оси силовые линии магнитного поля и вслед за ними перемещать расположенные между ними пятна дуги разряда. (RU №№1641179, 1218909, 1503673).Due to the presence of the magnetic field created by the solenoid and the swirling of the plasma flow during the reduction of the metal-containing dispersed feed, the charge restored in the chamber by centrifugal forces is ejected onto the chamber walls and, flowing down them, continues to melt and recover under the influence of the main arc discharge in the atmosphere of the reducing gas. If it is necessary to control the mode of energy input into the melt film to control the temperature of the film and control the time of its stay in various zones along the height of the chamber, it is possible to divide the magnetic field lines transverse with respect to the axis by dividing the solenoid into sections (at least three) and then move the magnetic field lines the spots of the discharge arc located between them. (RU No. 1641179, 1218909, 1503673).
На чертеже представлен в продольном сечении вариант предлагаемого реактора, предназначенный для восстановления дисперсного рудного сырья.The drawing shows in longitudinal section a variant of the proposed reactor, designed to restore dispersed ore raw materials.
Элементы конструкции СВЧ плазмохимического реактора в поперечном сечении могут иметь различную конфигурацию, определяемую удобством изготовления, однако в предпочтительном варианте реактор содержит преимущественно металлическую охлаждаемую разрядную камеру 1 в виде цилиндра с крышкой 2, днищем 3, боковой стенкой 4 и с выпускным кольцевым отверстием 5 в днище 3, первый узел ввода СВЧ энергии в виде, например, прямоугольного волновода 6 и коаксиальной части в виде двух коаксиальных металлических труб, внешней 7 и внутренней 8, на которой установлено металлическое конусное тело 9, конусный кожух 10, укрепленный на нем снизу фартук 11 с конусным соплом 12 и нижней цилиндрической частью 13, соленоид 14, установленный вокруг разрядной камеры 1, установленные под крышкой 2 камеры 1 на ее боковой стенке 4 тангенциально к ней сопла 15 ввода рабочего газа (показано одно сопло), подсоединенные к источнику восстановительного газа и питателю шихты (не показаны). В трубу 8 вставлен с обеспечением электрического контакта и возможности перемещения полый электрод 16. Между металлическим телом 9 и конусным кожухом 10 введен цилиндрический диэлектрический фиксатор 17. Формирователи 18 дополнительного вихревого газового потока (один или несколько) размещены на стенке кожуха 10.The structural elements of the microwave plasma-chemical reactor in cross section can have a different configuration, determined by the convenience of manufacture, however, in the preferred embodiment, the reactor preferably comprises a metal cooled discharge chamber 1 in the form of a cylinder with a cover 2, a bottom 3, a side wall 4 and with an outlet ring hole 5 in the bottom 3, the first microwave energy input unit in the form, for example, of a rectangular waveguide 6 and the coaxial part in the form of two coaxial metal pipes, external 7 and internal 8, on which A metal conical body 9, a conical casing 10, an apron 11 mounted on it from below with a conical nozzle 12 and a lower cylindrical part 13, a solenoid 14 mounted around the discharge chamber 1, mounted under the cover 2 of the chamber 1 on its side wall 4 tangentially nozzles 15 input of the working gas (one nozzle shown) connected to a source of reducing gas and a charge feeder (not shown). A hollow electrode 16 is inserted into the pipe 8 to ensure electrical contact and the ability to move. A cylindrical dielectric clamp 17 is inserted between the metal body 9 and the conical casing 10. The additional vortex gas flow generators 18 (one or several) are placed on the wall of the casing 10.
Под выпускным отверстием 5 установлен сборник 19 продукта (металла и шлака), снабженный отверстиями: 20 для выпуска шлака, 21 для выпуска металла и 22 для выхода газа. Отверстие 22 через систему очистки отходящего газа подсоединено к трубопроводу (не показаны), подающему восстановительный газ от источника газа к соплам 15.Under the outlet 5 there is a collector 19 of the product (metal and slag), equipped with holes: 20 for the release of slag, 21 for the release of metal and 22 for the exit of gas. The hole 22 through the exhaust gas purification system is connected to a pipeline (not shown) supplying reducing gas from the gas source to the nozzles 15.
Второй ввод СВЧ энергии в виде четного числа волноводов 23 размещен вокруг фартука 11 и подключен к камере 1 через кольцевой зазор между фартуком 11 и цилиндром 24, закрепленным на нижних стенках волноводов.The second input of microwave energy in the form of an even number of waveguides 23 is placed around the apron 11 and connected to the chamber 1 through an annular gap between the apron 11 and the cylinder 24, mounted on the lower walls of the waveguides.
Через днище сборника 19 и выпускное отверстие 5 в камеру 1 введен третий электрод 25, заключенный в диэлектрическую трубу 26. К стенке камеры 1 и внутренней трубе 8 подведены различные по величине положительные электрические потенциалы, а к электроду 25 - отрицательный потенциал. При этом электропроводящей выполнена только верхняя часть 27 стенки 4, остальная часть стенки и 4 днище 3 в предпочтительном варианте защищены футеровкой. При использовании интенсивного охлаждения камера может быть выполнена чисто металлической без защитной футеровки аналогично известным конструкциям (напр. Плазменно-дуговые восстановительные печи в структуре энерго-металлургического комплекса, А.В.Николаев, А.А.Николаев. Труды пятого конгресса сталеплавильщиков, 1999 г.)A third electrode 25 is inserted into the chamber 1 through the bottom of the collector 19 and the outlet 5, enclosed in a dielectric tube 26. Various positive electric potentials of different magnitude are connected to the wall of the chamber 1 and the inner pipe 8, and a negative potential to the electrode 25. In this case, only the upper part 27 of the wall 4 is made electrically conductive, the rest of the wall and 4 of the bottom 3 are preferably protected by a lining. When using intensive cooling, the chamber can be made of pure metal without a protective lining similar to known constructions (for example, Plasma-arc reduction furnaces in the structure of the energy-metallurgical complex, A. V. Nikolayev, A. A. Nikolayev. Proceedings of the Fifth Steelmakers Congress, 1999 .)
28, 29 - СВЧ дроссели, обеспечивающие электрическую изоляцию узлов устройства и предотвращающие электромагнитное излучение из устройства в окружающее пространство. Дроссель 28 изолирует от волновода 6 внутреннюю трубу 8, дроссель 29 - цилиндр 24 от крышки 2 камеры 1. Роль устройств, предотвращающих излучение, могут также выполнять отрезки СВЧ трактов, заполненные поглощающим СВЧ энергию материалом или запредельные для рабочей частоты, однако СВЧ дроссели - устройства более компактные и надежные.28, 29 - microwave chokes that provide electrical isolation of the nodes of the device and prevent electromagnetic radiation from the device into the surrounding space. The inductor 28 isolates the inner tube 8 from the waveguide 6, the inductor 29 - the cylinder 24 from the cover 2 of the chamber 1. The role of devices that prevent radiation, can also perform segments of microwave paths filled with absorbing microwave energy material or beyond the operating frequency, however, microwave chokes are devices more compact and reliable.
На торце осевого электрода 25 может быть установлена чаша 30, в которую загружается расходуемая «затравка».At the end of the axial electrode 25, a bowl 30 may be installed in which a sacrificial “seed” is loaded.
Реактор работает следующим образом. С помощью первого узла ввода по волноводу 6 вводят СВЧ энергию в объем фартука 11 и одним из описанных способов, например, с помощью металлической проволоки, инициируют СВЧ разряд в пространстве между торцом конусного тела 9 и конусной частью 12 сопла 11 в потоке плазмообразующего газа, вводимого через формирoвaтeль 18. Подают электрические потенциалы на все электроды. СВЧ разряд распространяется в сторону разрядной камеры 1 и инициирует в пространстве между третьим электродом 25 и полым электродом 16 вспомогательный дуговой разряд, который разогревает торец третьего электрода 25 до температуры, достаточной для появления термоэмиссии с него.The reactor operates as follows. Using the first input unit along the waveguide 6, microwave energy is introduced into the volume of the apron 11 and, using one of the described methods, for example, using a metal wire, a microwave discharge is initiated in the space between the end face of the conical body 9 and the conical part 12 of the nozzle 11 in the plasma-forming gas stream introduced through shaper 18. Electric potentials are applied to all electrodes. A microwave discharge propagates towards the discharge chamber 1 and initiates an auxiliary arc discharge in the space between the third electrode 25 and the hollow electrode 16, which heats the end face of the third electrode 25 to a temperature sufficient for thermal emission from it.
Плазма вспомогательного разряда диффундирует в объем камеры 1 и инициирует основной дуговой разряд между торцом третьего электрода 25 и электропроводной частью 27 поверхности стенки 4 камеры 1. Через волноводы 23 в камеру 1 вводят дополнительную СВЧ энергию для ионизации газа вокруг дугового канала, а также для предотвращения образования электродных дуговых пятен. Дуга разряда вращается под действием магнитного поля, создаваемого соленоидом 14. Через сопло 15 вместе с восстановительным газом вводят шихту в порошкообразном состоянии, которая, попадая во вращающуюся плазму плавится дугой разряда и под действием центробежной силы выбрасывается на стенку 4. На стенке 4 шихта продолжает плавиться дугой и, восстанавливаясь, стекает к выпускному отверстию 5 в виде восстановленного металла.The auxiliary discharge plasma diffuses into the chamber 1 volume and initiates the main arc discharge between the end face of the third electrode 25 and the electrically conductive part 27 of the wall surface 4 of chamber 1. Through the waveguides 23, additional microwave energy is introduced into chamber 1 to ionize the gas around the arc channel and also to prevent the formation of electrode arc spots. The discharge arc rotates under the influence of a magnetic field created by the solenoid 14. Through the nozzle 15, together with the reducing gas, a charge is introduced in a powder state, which, getting into the rotating plasma, is melted by the discharge arc and is ejected to the wall by the action of centrifugal force 4. On the wall 4, the charge continues to melt arc and, recovering, flows to the outlet 5 in the form of a reduced metal.
В случае размещения на торце осевого электрода 25 чаши 30 с пополняемой «затравкой» после ее расплавления образуется расплав металла, который может быть использован в качестве источника эмиссии электронов для основной дуги. При этом через полость электрода 17 вводят порошкообразную шихту для компенсации потери материала «затравки» в чаше 30 на испарение. При этом гарантируется практически неограниченный ресурс работы электродов реактора.In the case of placing at the end of the axial electrode 25 of the bowl 30 with a replenished "seed" after its melting, a molten metal is formed, which can be used as a source of electron emission for the main arc. In this case, a powder mixture is introduced through the cavity of the electrode 17 to compensate for the loss of seed material in the bowl 30 due to evaporation. At the same time, an almost unlimited service life of the reactor electrodes is guaranteed.
Надежность работы устройства обеспечивается за счет того, что разогрев поверхности третьего электрода - катода диффузным СВЧ разрядом, прилегающим к его поверхности, создает для дугового разряда равные условия по всей поверхности катода. Благодаря этому дуговое пятно в магнитном поле соленоида движется без остановок и скачков, обеспечивая стабильное горение дуги разряда. Надежность работы устройства повышена также тем, что катодом разряда является металлический третий электрод 25, вдвигаемый в камеру 1 по мере его расходования, а введение его снизу гарантирует отсутствие перерывов в работе, связанных с заменой электрода - катода при его верхнем расположении.The reliability of the device is ensured due to the fact that heating the surface of the third electrode - the cathode with a diffuse microwave discharge adjacent to its surface creates equal conditions for the arc discharge over the entire surface of the cathode. Due to this, the arc spot in the magnetic field of the solenoid moves without stops and jumps, providing stable combustion of the discharge arc. The reliability of the device is also enhanced by the fact that the cathode of the discharge is a metal third electrode 25, which is pushed into the chamber 1 as it is consumed, and the introduction of it from the bottom ensures that there are no interruptions in operation associated with the replacement of the cathode electrode at its upper position.
В случае использования реактора для проведения химических реакций его необходимо оснастить средствами для ввода реакционных смесей и вывода готового химического продукта в соответствии с технологическими требованиями.In the case of using the reactor for chemical reactions, it must be equipped with means for introducing reaction mixtures and withdrawing the finished chemical product in accordance with technological requirements.
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008128069/22U RU85158U1 (en) | 2008-07-11 | 2008-07-11 | Microwave Plasma Chemical Reactor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008128069/22U RU85158U1 (en) | 2008-07-11 | 2008-07-11 | Microwave Plasma Chemical Reactor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU85158U1 true RU85158U1 (en) | 2009-07-27 |
Family
ID=41048699
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008128069/22U RU85158U1 (en) | 2008-07-11 | 2008-07-11 | Microwave Plasma Chemical Reactor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU85158U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2694432C1 (en) * | 2018-01-18 | 2019-07-15 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Твинн" | Microwave plasma reactor |
-
2008
- 2008-07-11 RU RU2008128069/22U patent/RU85158U1/en active IP Right Revival
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2694432C1 (en) * | 2018-01-18 | 2019-07-15 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Твинн" | Microwave plasma reactor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4394162A (en) | Treatment of matter in low temperature plasmas | |
| US4275287A (en) | Plasma torch and a method of producing a plasma | |
| GB1493394A (en) | Plasma heater assembly | |
| JPH03178981A (en) | Plasma reactor | |
| JPH08339893A (en) | D.c.arc plasma torch | |
| SU1142006A3 (en) | Steel making set | |
| US10840064B2 (en) | Durable auto-ignition device for plasma reactor | |
| Heberlein | Generation of thermal and pseudo-thermal plasmas | |
| RU85158U1 (en) | Microwave Plasma Chemical Reactor | |
| WO2010110694A1 (en) | Plasma furnace | |
| US3407281A (en) | Plasma producing apparatus | |
| JP2004523869A (en) | Plasma welding method | |
| US5017751A (en) | Inductively-coupled RF plasma torch | |
| US6846467B1 (en) | Plasma-chemical reactor | |
| US4425659A (en) | Metal oxide reduction furnace | |
| US3105864A (en) | Means of increasing arc power and efficiency of heat transfer | |
| RU67990U1 (en) | Microwave Plasma Chemical Reactor | |
| RU2315813C1 (en) | Plasma furnace used for the direct reduction of the metals | |
| RU2360975C2 (en) | Method of direct reduction of iron and device for its implementation (versions) | |
| Czernichowski et al. | Further development of plasma sources: the GlidArc-III | |
| RU2270536C9 (en) | Uhf plasma-chemical reactor | |
| RU2447384C2 (en) | Method and device for feeding dusts to metal melt at pyrometallurgical plant | |
| RU2387107C1 (en) | Electric arc plasmatron | |
| RU2318876C1 (en) | Apparatus for direct reduction of metals | |
| RU60936U1 (en) | DEVICE FOR DIRECT METAL RECOVERY |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20100712 |
|
| NF1K | Reinstatement of utility model |
Effective date: 20130527 |