«Устройство для плазменной обработки дисперсного тугоплавкого материала» (краткое описание изобретения к патенту Республики Беларусь № 21448; авторы изобретения: И.В.Хведчин (BY), В.В.Савчин (BY), А.В.Ложечник (BY), Мохаммед А. Бинхуссаин (SA), Махбоуб А. АльМахбоуб (SA); заявитель и патентообладатель: Государственное научное учреждение «Институт тепло- и массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси»).

Изобретение относится к электроплазменной технологии, в частности — к плазменным реакторам для нагрева дисперсного тугоплавкого материала, и может быть использовано для «термообработки» и «сфероидизации» порошков тугоплавких материалов.

Анализ авторами существующих технических решений показал, что производительность и качество получения однородных «микрошариков» и «микросфер» из тугоплавких материалов в существенной мере зависят от способа подачи материала в зону потока плазмообразующего газа. Физика получения в разрядной камере плазменного потока такова, что на выходе из плазмотрона сечение потока неоднородно по скорости и температуре (т. е. центральная зона по этим параметрам существенно отличается от периферийной).

Задачей изобретения является повышение эффективности установки за счет уменьшения потерь энергии в элементах с принудительным охлаждением.

Согласно предложенному изобретению, разрядная камера плазмотрона совмещена с рабочей зоной устройства, в верхней крышке камеры установлен катод (расположенный соосно с анодом, установленным в нижней ее крышке). Разрядная камера плазмотрона выполнена в форме цилиндра с эллиптическим основанием (с внутренними стенками из жаростойкого материала с высоким коэффициентом отражения в ультрафиолетовом диапазоне излучения). При этом вертикальная ось зоны перемещения материала (сквозь разрядную камеру устройства) проходит через первый фокус горизонтального эллиптического сечения камеры, а ось вертикально расположенной электрической дуги — через второй фокус горизонтального эллиптического сечения разрядной камеры. «Питатель» установлен с возможностью подачи обрабатываемого материала через отверстие в верхней крышке разрядной камеры, которое расположено соосно с отверстием вывода материала в нижней ее крышке.

Привлекая к действию (указанным выше образом) первый и второй фокусы горизонтального эллиптического сечения камеры, можно сконцентрировать поток излучения от дуги на обрабатываемом материале. Это позволяет более эффективно использовать энергию электрической дуги и избежать налета частиц на стенки разрядной камеры. Заявленное устройство предполагает также перенос тепла от электрической дуги к обрабатываемому материалу путем радиационного теплообмена, что приводит к уменьшению энергопотерь за счет уноса тепловой энергии с отходящими газами.

Все вышеуказанные признаки позволяют существенно повысить эффективность устройства.

Сущность заявленного изобретения авторами поясняется фигурами.

На фиг. 1 представлена схема общего вида устройства. На фиг. 2 показана разрядная камера в форме цилиндра с эллиптическим основанием с двумя фокусами эллипса. Устройство состоит из разрядной камеры 1 плазмотрона (имеющей отверстие 2 ввода материала, расположенное в верхней крышке 3 камеры 1, которое связано с «питателем» подачи обрабатываемого материала) (на фигурах не показан). Отверстие 2 ввода материала соосно расположено с охлаждаемым раструбом 4 вывода обработанного материала (расположенным в нижней крышке 5 камеры 1) (из которого обработанный материал попадает в бункер 6 для сбора обработанного материала). В верхней крышке 3 камеры 1 установлен катод 7 (соосно расположенный с анодом 8) (находящимся в нижней крышке 5 камеры 1).

Между катодом 7 и анодом 8 «горит электрическая дуга» 9. Внутренняя стенка 10 камеры 1 выполнена из жаростойкого материала (например, из полированной нержавеющая стали), которая обладает высоким коэффициентом отражения в ультрафиолетовом диапазоне излучения.

Уточняется, что к моменту достижения нижней крышки 5 камеры 1 дисперсный материал нагревается до требуемой температуры (например, для стекла — 1200-1300 °С, для керамики — 2100-2200 °С) и с ним происходят необходимые (обусловленные конкретным технологическим процессом) физико-химические превращения (плавление, «сфероидизация»).

После вывода обработанного материала через охлаждаемый раструб 4 (охлаждаемый, например, воздухом или распыленной водой) он попадает в бункер 6 для сбора обработанного материала, где охлаждается путем естественной конвекции. Так возможно, например, осуществление процесса нагрева и плавления стеклянного мелкодисперсного порошка (50-100 мкм) до образования «микрошариков» (50-100 мкм).

Таким образом, резюмируют авторы: созданы условия для нагрева, плавления и «сфероидизации» любых порошков тугоплавких материалов или смеси различных порошков.