Новые рубежи плазмотронов

Ресурс работы любого плазмотрона определяется временем работы его электродов, которое зависит от интенсивности разрушения материала электрода в зоне переноса тока от плазмы газового разряда, имеющего температуру в диапазоне 10 000—20 000 °С, в металл электрода (или, как говорят, под «пятном» дуги). Эрозия электрода обусловлена высокой плотностью теплового потока, достигающего сотен и тысяч киловатт на квадратный сантиметр его поверхности, химическим взаимодействием с плазмообразующим газом, а также термомеханическими напряжениями под действием термоциклических нагрузок. Все это чрезвычайно осложняет решение проблемы разрушения электродов. Проводимые в ИТПМ СО РАН исследования приэлектродных процессов в дуговых разрядах направлены на выяснение механизмов эрозии электродов и разработку способов противодействия их разрушению. Получены новые сведения по эрозии широкого спектра материалов (бронза, латунь, дисперсионно упрочненная медь, сплавы меди и серебра) в окислительной, восстановительной и нейтральной газовой среде.

Кроме того, большое внимание уделяется практическому использованию плазмотронов при создании плазмотермических технологий переработки и обезвреживания твердых промышленных и бытовых отходов. В этом контексте электродуговые плазмотроны постоянного тока применяются для переплава и рафинирования различных металлов, выделения и накопления ценных компонентов из техногенных материалов, а также остекловывания неорганической части бытовых, медицинских, промышленных и слаборадиоактивных отходов.

В результате плазмотермической переработки техногенных отходов происходит газификация их органической части с нейтрализацией вредных компонентов и плавление их неорганической части с образованием стекловидного химически инертного шлака. Типичная установка с такой технологией переработки содержит камеру газификации (неполного сжигания) органической части отходов, дожигатель отходящих газов, плавильную камеру с плазмотроном, системы выгрузки и охлаждения расплава и систему очистки отходящих газов.

В подобных технологиях применяются в основном плавильные дуговые плазмотроны. На основании исследований приэлектродных процессов, стойкости электродов из различных материалов, влияния газодинамики и геометрии электродов на величину их эрозии была разработана серия плавильных воздушных плазмотронов в диапазоне мощностей 150—1000 кВт с рабочим током дуги до 1000 А и ресурсом электрода не менее 1000 часов.

Разработанная в институте промышленная серия плазмотронов в настоящее время используется в России при извлечении платины из катализаторов блоков дожигания выхлопных газов автомобилей и при утилизации отходов, содержащих металлы и пластик, а также при переработке асбестосодержащих, медицинских и бытовых отходов в ряде городов Южной Кореи.

К. т. н. В. П. Лукашов, С. П. Ващенко (Институт теоретической и прикладной механики
им. С. А. Христиановича СО РАН, Новосибирск)

Литература

Лукашов В. П., Ващенко С. П., Багрянцев Г. И., Пак Х. С. Плазмотермическая переработка твердых отходов // Экология и промышленность России. 2005. № 10. C. 2—7.