Физико-химические закономерности получения силикатных расплавов в низкотемпературной плазме и материалов на их основе

• Автор: Волокитин, Олег Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.17.11
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 293 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Перечень условных обозначений

Введение
1. Современное состояние вопроса в области получения силикатных расплавов с использованием различных видов энергоносителя

1.1. Способы получения силикатных расплавов

1.2. Высокоэнергетические источники нагрева,

используемые для получения силикатных расплавов

1.3. Физико-химические процессы, протекающие при взаимодействии высококонцентрированных потоков плазмы с твердым телом

1.4. Обобщенные модели плазмохимических процессов

1.5. Постановка цели и задач исследований

2. Характеристика сырьевых материалов, методы работы

2.1. Силикатсодержащие сырьевые материалы
2.1.1. Базальтовые породы
2.1.2. Золошлаковые отходы ТЭЦ
2.1.3. Продукты сжигания горючих сланцев
2.1.4. Кварц-полевошпатсодержащее сырье
2.1.5. Кварцевый песок
2.2. Методы исследования сырьевых материалов и изделий
2.3. Методология работы
3. Моделирование процессов плазмохимического плавления силикатов
3.1. Нестационарные режимы гидродинамики и теплопереноса
при получении высокотемпературных силикатных расплавов
3.1.1. Математическое моделирование процессов теплопереноса
и методы его реализации при плавлении дисперсных силикатов
3.1.2. Численное моделирование процессов распространения температурных полей
3.2. Образование расплавов из тугоплавких силикатных смесей
в условиях низкотемпературной плазмы
3.3. Расчет времени плавления частицы кварца в условиях
низкотемпературной плазмы
3.3.1. Нагревание и плавление частицы кварца
в плазменном потоке
3.3.2. Нагревание и плавление частицы кварца в расплаве
3.3.3. Нагревание и плавление частицы песка в расплаве
с учетом тепловыделения при прохождении электрического тока в частице песка
3.3.4. Нагревание и плавление песка в расплаве
с учетом фазовых переходов
Выводы по главе
4. Разработка плазменной технологии получения силикатных расплавов
4.1. Динамика развития конструкций агрегатов низкотемпературной плазмы для получения высокотемпературных силикатных расплавов
4.2. Исследование теплофизических и электрофизических характеристик плазменного генератора для получения силикатных расплавов
Выводы по главе
5. Высокотемпературные процессы в силикатных системах
в условиях низкотемпературной плазмы
5.1. Анализ равновесных процессов плавления
исследуемых силикатных систем
5.2. Процессы силикатообразования и плавления
под действием низкотемпературной плазмы
5.2.1. Процессы плавления базальтовой породы
в условиях низкотемпературной плазмы
5.2.2. Процессы плавления золошлаковых отходов ТЭЦ
в условиях низкотемпературной плазмы
5.2.3. Процессы плавления продуктов сжигания горючих сланцев
в условиях низкотемпературной плазмы

5.2.4. Процессы плавления кварц-полевошпатсодержащего сырья
в условиях низкотемпературной плазмы
5.2.5. Процессы плавления кварцевого песка
в условиях низкотемпературной плазмы
5.3. Неравновесные процессы образования расплава силикатных смесей
с различным содержанием БЮг в условиях низкотемпературной плазмы.,
Выводы по главе
6. Реализация и перспективы развития плазменных технологий в области обработки и получения силикатных материалов
6.1. Плазменная технология создания защитно-декоративного покрытия
на строительных материалах
6.2. Плазменная технология получения минеральных волокон
6.3. Получение стеклокристаллических материалов
с использованием энергии низкотемпературной плазмы
6.4. Получение кварцевого стекла с использованием энергии
низкотемпературной плазмы
Выводы по главе
Основные выводы
Список использованной литературы

газа осуществляется в основном теплопроводностью и конвективным теплообменом между дугой и газовым потоком.
Широкому промышленному применению электродуговых плазмотронов способствовали их несомненные достоинства:
- возможность нагрева практически любых газов или смесей газов, в том числе инертных, восстановительных, окислительных;
широкий диапазон мощностей - от сотен ватт до десятков мегаватт;
- экономичность преобразования электрической энергии в тепловую при высоких значениях электрического и теплового КПД;
- достаточно большой ресурс работы электродов, который составляет десятки и сотни часов в зависимости от силы тока, рода газа, давления в разрядной камере и типа плазмотрона;
- простота автоматизации управления режимом работы;
- малогабаритность и небольшая металлоемкость.
Среднемассовая температура плазменной струи на выходе из плазмотрона составляет (4—6)-103 К для двухатомных и многоатомных газов и (1-2)'104 К - для одноатомных газов. В зависимости от состава плазмообразующего газа, конструкции генератора и его рабочих параметров КПД плазмотронов составляет 50-95 % [29].
Многообразие конструктивных схем электродуговых генераторов плазмы не позволяет провести однозначную их классификацию. Выбор той или иной схемы плазмотрона определяется потребной температурой нагрева газа и степенью чистоты потока плазмы, располагаемым источником электропитания, мощностью дугового разряда и эффективностью нагрева газа, необходимым ресурсом работы и т. д. На выбор конструкции влияет род газа, давление в разрядной камере, требования по пространственной и временной однородности плазменного потока, технологические и габаритные требования, связанные с назначением плазмотрона.
В плазмохимических реакторах используется практически безынерционный нагревательный элемент - электрическая дуга. Большая мощность и высокая плотность тепловой энергии в дуге обусловливают достижение высоких температур в реакторе, позволяют создавать в нем среду практически любого химическо-