Волков Вадим Олександрович. Розробка високоресурсних плазмотронів для обробки дисперсних матеріалів

brief description

Волков Вадим Олександрович. Розробка високоресурсних плазмотронів для обробки дисперсних матеріалів : Дис... канд. наук: 05.03.06 2006

Волков Вадим Олександрович. Розробка високоресурсних плазмотронів для обробки дисперсних матеріалів. - Рукопис.
Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.03.06 - «Зварювання і споріднені технології». - Приазовський державний технічний університет.- Маріуполь, 2006.
Дисертація присвячена розробці високоресурсних плазмотронів для обробки дисперсних матеріалів. Плазмово-технологічні процеси з дисперсними речовинами набувають усе більшого значення. Напилення, сферондизація, отримання ультрадисперсних порошків мікронного і субмікронного розміру, вирощування монокристалів, формування конденсаційних плівок ось далеко неповний перелік їх застосування. Проте використання в плазмотронах плазмоутворюючого газу повітря і суміші повітря з киснем і вуглеводневим газами привело, з одного боку, до збільшення їх потужності, а з іншого до різкого зниження їх ресурсу роботи. Огляд відомих результатів теоретичних і експериментальних досліджень з використання плазмотронів для обробки дисперсних матеріалів показав, що загальними їх недоліками є: низькі ресурс роботи (до 50 год.); тепловий ККД нагріву речовини(30...40%), продуктивність (10...15 кг/год.) і високі енерговитрати (25...27 кВтгод/кг). Виходячи з цих недоліків, були виявлені основні напрями підвищення ефективності плазмотронів для обробки дисперсних матеріалів. Пошук шляхів вирішення даних проблем дав можливість виявити конструктивні рішення і умови, що сприяють підвищенню ресурсу роботи і ефективності плазмотронів, і створити плазмотрони з порожнистим мідним циліндровим катодом потужністю 36 кВт, з торцевим термохимічним катодом і подовженою міжелектродною вставкою (МЕВ) 60 кВт і малоерозійним катодним вузлом потужністю 350 кВт. У розроблених конструкціях вперше застосовано способи підвищення ресурсу роботи і ефективності завдяки примусовому розподілу катодної і анодної прив'язок дуг, застосування подовженої МЕВ, а також малоерозійного секціонованого катодного вузла, що дозволило в плазмотроні з порожнистим циліндровим катодом при струмі дуги 300 А досягти ресурсу роботи понад 90 год., в плазмотроні з малоерозійним катодним вузлом при струмі дуги 600 А - понад 500 год. У плазмотронах потужністю 36 кВт і 60 кВт додатково підвищена ефективність обробки дисперсних матеріалів і ресурсу роботи завдяки накладенню на позитивний стовп дуги зовнішніх електричних обурень. На основі відомих теоретичних досліджень розроблено теоретичні основи розрахунку плазмотронів. Значна частина експериментальних досліджень узагальнена і представлена узагальненими графіками і критерійними залежностями, зручними для застосування в інженерній практиці. З метою практичного виявлення корисності розроблених плазмотронів було створено плазмові комплекси для обробки вогнетривких поверхонь хіміко-металургійного устаткування, зміцнення продувочних кисневих фурм і отримання кисневих і безкисневих порошків. Розроблено математичну модель і алгоритм розрахунку плазмового диспергування порошу, яка зі всіх відомих моделей стосовно нагріву частинок в активній зоні струменя є найбільш простою і досить добре описує процес нагріву частинки до температури плавлення матеріалу. Розроблені плазмотрони знайшли застосування при обробці вогнетривких матеріалів, відновленні зношених автотракторних вузлів і деталей, видаленні дефектів з поверхні шийок прокатних валків і в ряді інших виробництв.

У дисертації наведено нові науково-технічні розробки, а також розвиток методів розрахунку й проектування плазмотронів для обробки дисперсних матеріалів, що дозволило створити плазматрони, спрямовані на розширення технологічних можливостей, підвищення ефективності нагрівання, продуктивності й ресурсу роботи.
1. Розроблено вдосконалену методику розрахунку плазмотронів для обробки дисперсних матеріалів з поліпшеними енергетичними характеристиками.
2. Уперше створено електродугові плазмотрони постійного струму лінійної схеми потужністю 36, 60 й 350 кВт для обробки дисперсних матеріалів з високою ефективністю, продуктивністю й більшим ресурсом роботи електродів.
3. Експериментально досліджено електричні, теплові й ерозійні характеристики розроблених плазмотронів. Значна частина отриманих результатів узагальнена й представлена узагальненими графіками й критеріальними залежностями, зручними для застосування в інженерній практиці.
4. Виявлено підвищення ефективності обробки дисперсних матеріалів і ресурсу роботи розроблених плазмотронів завдяки накладенню на позитивний стовп дуги зовнішніх електричних збурювань.
5. Уперше знайдено способи підвищення ресурсу роботи й ефективності в плазмотронах для обробки дисперсних матеріалів завдяки примусовому розподілу катодної й анодної прив'язок дуг, застосування подовженої міжелектродної вставки, а також малоерозійного секціонованого катодного вузла, що дозволило в плазмотроні з порожнім циліндричним катодом при струмі дуги 300 А досягти ресурсу понад 70 год, у плазмотроні з подовженої МЕВ за того ж струму 100 год і в плазмотроні з малоерозійним катодним вузлом при струмі дуги 600 А понад 800 год.
6. З метою практичного виявлення корисності розроблених плазмотронів були створені плазмові комплекси для обробки вогнетривких поверхонь хіміко-металургійного устаткування, зміцнення продувних кисневих фурм й одержання кисневих і безкисневих порошків.
7. Дослідження оброблених у плазмі кисневих і безкисневих порошків показали, що при диспергуванні кераміки ZrО26СаО спостерігається тенденція зсуву дисперсної сполуки у бік дрібних фракцій, а диспергування полімеризованого гелю Si02дозволило одержувати значне збільшення фракцій порошку в 1...2 мкм.
8. Розроблено математичну модель й алгоритм розрахунку плазмового диспергування кисневих і безкисневих порошків, що дозволило одержати гранулометричну сполуку порошку заданої фракції.
9. Розроблено плазмотрони знайшли застосування при обробці вогнетривких матеріалів (АТ «Алчевський металургійний комбінат»), відновленні зношених вузлів й автотракторних деталей (ПТІмаш м. Луганськ, АТ «Автотехніка», Краснодарський край, Росія), видаленні дефектів з поверхні шийок прокатних валків (Лутугинський науково-виробничий валковий комбінат) з очікуваним економічним ефектом 50 тис. грн., й у ряді інших виробництв.
10. Результати досліджень включені в навчальний посібник для студентів вузів спеціальності 6.090208 - «Обробка матеріалів спецтехнологіями».