Аннотация
Постановка задачи (актуальность работы): молибден – тугоплавкий и коррозионностойкий металл, который находит широкое применение в производстве легированных сталей, а также кислотостойких и жаростойких сплавов. При использовании в наносостоянии открываются новые перспективы его применения: получение жаро- и кислотостойких сплавов с повышенными коррозионными и физическими свойствами; производство смазочных составов; в качестве катализатора; производство покрытий и полимеров [1–3]. Цель работы: исследование особенностей производства нанодисперсного порошка молибдена в плазмометаллургическом реакторе промышленного уровня мощности. Используемые методы: работа выполнена с привлечением современных методов исследования: математического моделирования и термодинамических расчётов, гидродинамического и теплового подобия, зондовой калориметрии и диагностики, химического и физико-химического анализов (рентгенография, спектроскопия в инфракрасной области, хроматография, высокотемпературная импульсная экстракция, термогравиметрия, термодесорбционная масс-спектрометрия, низкотемпературная адсорбция, просвечивающая и растровая электронная микроскопия. Новизна: Исследованы теплотехнические, технологические и ресурсные характеристики промышленного плазмометаллургического трёхструйного прямоточного реактора мощностью 150 кВт. Результаты: сочетание теплового КПД, требуемой удельной энтальпии плазмообразующего газа и его массового расхода, близкое к оптимальному, достигается при мощности реактора 150 кВт. Среднемассовая температура плазменного потока на длине реактора 12 калибров при теплоизоляции его цилиндром из диоксида циркония толщиной 0,005 м изменяется в пределах 5500–2450 К. Удельная электрическая мощность достигает 1214 МВт/м3. Расчетный ресурс работы электродов составляет для медного анода 4700, вольфрамового катода 111 ч. Прогнозируемое загрязнение карбидов и боридов продуктами эрозии электродов не превышает 0,0001% меди и 0,00002% вольфрама. Установлена возможность получения нанодисперсного порошка молибдена в условиях плазменного потока азота при температуре 5273–2800 К.
Ключевые слова
Плазмометаллургический реактор, плазма, нанопорошок, молибден.
1. Зеликман А.Н., Коршунов Б.Г. Металлургия редких металлов. М.: Металлургия, 1991. 432 с.
2. Каламазов Р.У., Цветков Ю.В., Кальков А.А. Высокодисперсные порошки вольфрама и молибдена. М.: Металлургия, 1988. 360 с.
3. Маркетинговое исследование рынка нанопорошков [Электронный ресурс] / Департамент маркетинговых исследований. Москва, 2009. Режим доступа: http://research-techart.ru/report/nanopowder-market.htm. Загл. с экрана.
4. Руднева В.В. Исследование и эксплуатация плазменного реактора для нанотехнологий. Сообщение 2. Совершенствование трехструйного плазменного реактора // Вестник горно-металлургической секции РАЕН. Отделение металлургии: сб. науч. тр. Москва, 2006. Вып. 17. С. 22–24.
5. Галевский Г.В., Руднева В.В., Полях О.А. Технология плазмометаллургического производства наноматериалов: учеб. пособие: в 2 т. Т. 1. Основы проектирования плазмометаллургических реакторов и процессов. М.: Флинта: Наука, 2008. 228 с.
6. Плазмотроны. Исследование. Проблемы / М.Ф. Жуков [и др.]. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1995. 202 с.
7. Shiryaeva L.S. A study on the production of titanium carbide nano-powder in the nanostate and its properties / Shiryaeva L.S., Galevsky G.V., Rudneva V.V., Garbuzova A.K. // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 150 (2016) 012034 doi:10.1088/1757-899X/150/1/012034.
8. Ноздрин И.В., Галевский Г.В., Ширяева Л.С.Синтез и эволюция дисперсности боридов и карбидов ванадия и хрома в условиях плазменного потока // Изв. вузов. Чёрная металлургия. 2011. №10. С. 12–17.
9. Ноздрин И.В., Ширяева Л.С. Термодинамический анализ процессов плазменного синтеза карбида хрома // Изв. вузов. Чёрная металлургия. 2011. №10. С. 3–7.
10. Feng, P.F. and Cao, W.C. (2016) Properties, Application and Synthesis Methods of Nano-Molybdenum Powder // Journal of Materials Science and Chemical Engineering, 4, 36–44.