RU2311225C1 - Plasma device for producing nano-powders - Google Patents

Abstract

FIELD: chemical industry.

SUBSTANCE: device comprises reactor, plasma generator, and collectors for collecting nano-powder. The raw material is supplied out of the passage for supplying plasma to the reactor. The surface of the reactor is provided with the members for removing nano-powder. The diameter of the nozzle of the plasma generator and the diameter and the length of the reactor are determined form the formulae proposed.

EFFECT: enhanced quality of the nano-powder.

4 dwg

Description

Изобретение относится к области получения наноразмерных порошков (НП) элементов, неорганических соединений и композиций, в частности к плазменному оборудованию для производства НП различного назначения.The invention relates to the field of production of nanosized powders (NP) of elements, inorganic compounds and compositions, in particular to plasma equipment for the production of NP for various purposes.

Физико-химические свойства нанопорошков с размерами частиц менее 100 нм имеют существенные отличия от свойств обычных порошков. Эти отличия представляют значительный интерес для применения НП в различных областях науки и технике, в частности для создания новых материалов с повышенными эксплуатационными свойствами, как например твердых сплавов с высокой твердостью и износостойкостью, фильтров с наноразмерными порами, конструкционных сплавов с высокими прочностными характеристиками и т.д.The physicochemical properties of nanopowders with particle sizes less than 100 nm have significant differences from the properties of conventional powders. These differences are of considerable interest for the use of NPs in various fields of science and technology, in particular, for the creation of new materials with enhanced operational properties, such as hard alloys with high hardness and wear resistance, filters with nanoscale pores, structural alloys with high strength characteristics, etc. d.

Плазменные процессы занимают одно из ведущих мест в разрабатываемых и уже действующих производствах нанопорошков элементов и их различных соединений и к настоящему времени известны различные конструкции плазменных установок для получения наноразмерных порошков. Одной из основных проблем, возникающих при создании плазменного технологического оборудование для получения нанопорошков, является ресурс непрерывной работы реактора. Получаемые в высокотемпературных плазменных процессах нанопорошки осаждаются на поверхностях аппаратуры и вследствие более низкой температуры спекания нанопорошков на поверхностях реактора, омываемых высокотемпературным газодисперсным потоком, могут образовываться спеки, нарушающие установленный режим работы аппаратуры. Это приводит к снижению выхода целевого нанопорошка и его загрязнению крупнодисперсными включениями.Plasma processes occupy one of the leading places in the developed and already existing productions of nanopowders of elements and their various compounds, and various designs of plasma plants for producing nanosized powders are currently known. One of the main problems arising in the creation of plasma technological equipment for producing nanopowders is the resource of continuous operation of the reactor. Nanopowders obtained in high-temperature plasma processes are deposited on the surfaces of the equipment and, due to the lower sintering temperature of the nanopowders on the reactor surfaces, washed by a high-temperature gas-dispersed stream, specimens can form that violate the established operating mode of the equipment. This leads to a decrease in the yield of the target nanopowder and its contamination with coarse inclusions.

Известна установка для плазмохимического восстановления оксидов металлов, содержащая устройство для загрузки сырья: плазмогенератор, реактор, осадительную камеру, фильтр и сборники порошка, при этом осадительная камера содержит по меньшей мере две сообщающиеся секции с уменьшением поперечного сечения в месте их соединения и образованием пережима для газового потока, одна из которых в верхней части соединена с реактором, другая - с фильтром, а в нижней части указанные секции выполнены в виде отдельных сужающихся к низу карманов, к которым в донной части подсоединены сборники порошка [Патент РФ №2238824].A known installation for plasma-chemical reduction of metal oxides, containing a device for loading raw materials: a plasma generator, a reactor, a precipitation chamber, a filter and powder collectors, while the precipitation chamber contains at least two communicating sections with a decrease in the cross section at their junction and the formation of a clamp for gas flow, one of which is connected to the reactor in the upper part, the other to the filter, and in the lower part these sections are made in the form of separate pockets tapering to the bottom, to which m in the bottom of the connected collectors of powder [RF Patent No. 2238824].

Установка предназначена для получения порошков металлов, однако в конструкции не предусмотрена очистка поверхностей реактора, что ограничивает ресурс непрерывной работы установки.The installation is intended for the production of metal powders, however, the design does not provide for cleaning the surfaces of the reactor, which limits the resource of continuous operation of the installation.

Известна конструкция плазмохимического реактора, предназначенного в том числе и для получения тонкодисперсных материалов [Патент РФ №2138929]. Реактор содержит плазмотрон, форсунки для диспергирования раствора, реакционную камеру и подсоединенный к ее нижнему торцу патрубок вывода пылепарогазовой смеси. Патрубок размещен под углом 130-140° к реакционной камере. Переход от реакционной камеры к патрубку вывода пылепарогазовой смеси выполнен в виде колена, а после колена установлена емкость для сбора некондиционного порошка. Использование данного плазмохимического реактора позволяет увеличить производительность процесса и уменьшить количество некондиционного порошка. Однако конструкция установки не предусматривает устройств для очистки внутренних поверхностях реактора от возможных отложений получаемого порошка, что крайне ограничивает ресурс работы реактора при получении наноразмерных порошков.A known design of a plasma-chemical reactor, designed including for the production of finely dispersed materials [RF Patent No. 2139829]. The reactor contains a plasmatron, nozzles for dispersing the solution, a reaction chamber and a nozzle for removing the vapor-gas mixture connected to its lower end. The pipe is placed at an angle of 130-140 ° to the reaction chamber. The transition from the reaction chamber to the outlet pipe of the dust-gas mixture is made in the form of a knee, and after the knee, a container for collecting substandard powder is installed. The use of this plasma chemical reactor can increase the productivity of the process and reduce the amount of substandard powder. However, the design of the installation does not provide devices for cleaning the inner surfaces of the reactor from possible deposits of the resulting powder, which extremely limits the life of the reactor when receiving nanosized powders.

Известна установка, которая содержит технологически связанные между собой, микроволновой генератор, СВЧ-плазмотрон, формирователь газового потока, разрядную камеру, поглотитель микроволнового излучения, реакционную камеру, устройство для ввода в реакционную камеру исходных реагентов в порошкообразном состоянии, теплообменник, фильтр-сборник целевого продукта в виде нанодисперсных порошков [патент США 6409851]. Недостатками установки является низкая температура плазменного потока (500-1100°С), что не позволяет осуществлять высокотемпературные процессы и ограничивает производительность установки. В установке отсутствуют устройства для очистки стенок аппаратуры во время процесса, что является причиной недостаточного ресурса работы оборудования.A known installation that contains technologically connected, a microwave generator, a microwave plasmatron, a gas flow former, a discharge chamber, a microwave absorber, a reaction chamber, a device for introducing into the reaction chamber the starting reagents in a powder state, a heat exchanger, a filter collector of the target product in the form of nanodispersed powders [US patent 6409851]. The disadvantages of the installation is the low temperature of the plasma stream (500-1100 ° C), which does not allow for high-temperature processes and limits the performance of the installation. There are no devices in the installation for cleaning the walls of the equipment during the process, which is the reason for the insufficient life of the equipment.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является установка для получения нанопорошков в плазме СВЧ-разряда [Патент РФ №2252817].The closest in technical essence to the claimed invention is an apparatus for producing nanopowders in a microwave plasma discharge [RF Patent No. 2252817].

Установка для получения нанодисперсных порошков в плазме СВЧ-разряда содержит технологически связанные между собой микроволновой генератор, СВЧ-плазмотрон, формирователь газового потока, разрядную камеру, поглотитель микроволнового излучения, реакционную камеру, теплообменник, фильтр-сборник целевого продукта, устройство для ввода исходных реагентов в порошкообразном или парообразном состоянии. Одним из отличительных признаков установки является наличие в реакционной камера вращаемой электродвигателем внутренней водоохлаждаемой вставки и расположенного вдоль нее металлического скребка для срезания отложений порошка целевого продукта, образующегося на стенках реакционной камеры.The apparatus for producing nanodispersed powders in a microwave discharge plasma contains a microwave generator, a microwave plasmatron, a gas flow former, a discharge chamber, a microwave absorber, a reaction chamber, a heat exchanger, a target product filter collector, and a device for introducing initial reagents into in powder or vapor state. One of the distinguishing features of the installation is the presence in the reaction chamber of an internal water-cooled insert rotated by an electric motor and a metal scraper located along it to cut off deposits of powder of the target product formed on the walls of the reaction chamber.

Недостатками конструкции установки являются:The disadvantages of the installation design are:

1. Для защиты отверстий ввода сырья от зарастания используется дополнительный защитный газ.1. An additional protective gas is used to protect the feed inlet openings from overgrowing.

2. Процессы получения нанопорошков осуществляются при температуре плазмы не более 3200 К, однако эта температура может оказаться недостаточной для полной переработки исходного сырья. Конструкция реактора не допускает увеличения температуры плазмы, т.к. диаметр канала плазмотрона практически не отличается от диаметра реактора, что ограничивает допустимую температуру плазмы. При повышении температуры плазмы будет увеличиваться тепловой поток на стенку реактора и, соответственно, будет возрастать температура слоя осаждающегося нанопорошка. Это будет приводить к спеканию нанопорошка и потере требуемых свойств.2. The processes of obtaining nanopowders are carried out at a plasma temperature of not more than 3200 K, however, this temperature may be insufficient for the complete processing of the feedstock. The design of the reactor does not allow an increase in plasma temperature, because the diameter of the plasma torch channel practically does not differ from the diameter of the reactor, which limits the permissible plasma temperature. With increasing plasma temperature, the heat flux to the wall of the reactor will increase and, accordingly, the temperature of the deposited nanopowder layer will increase. This will lead to sintering of the nanopowder and loss of the required properties.

Используемое технически сложное решение очистки стенок реактора от осаждающегося нанопорошка обеспечивается за счет вращения внутренней водоохлаждаемой вставки относительно неподвижного скребка.The technically sophisticated solution used to clean the walls of the reactor from the deposited nanopowder is ensured by rotating the internal water-cooled insert relative to the stationary scraper.

3. Для генерации плазмы используется СВЧ-плазматрон, имеющий ограничения по виду плазмообразующего газа. В частности, СВЧ-плазмотрон не позволяет генерировать водородную плазму для проведения плазменного восстановления.3. For plasma generation, a microwave plasmatron is used, which has limitations on the type of plasma-forming gas. In particular, the microwave plasmatron does not allow the generation of hydrogen plasma for plasma recovery.

Задачей предложенного изобретения является: создание многоцелевой плазменной установки, использующей различные генераторы термической плазмы, повышение производительности установки, упрощение технических решений, расширение технологических возможностей установки.The objective of the proposed invention is: the creation of a multipurpose plasma installation using various generators of thermal plasma, increasing the productivity of the installation, simplifying technical solutions, expanding the technological capabilities of the installation.

Сущность предложенного изобретения заключается в том, чтоThe essence of the proposed invention is that

- реактор имеет определенные соотношения геометрических размеров, связывающие выходной диаметр сопла плазмотрона, диаметр и длину реактора;- the reactor has certain ratios of geometric dimensions, connecting the output diameter of the plasma torch nozzle, the diameter and length of the reactor;

- ввод сырья вынесен за пределы канала истечения плазмы в реактор;- input of raw materials moved outside the channel of the plasma flow into the reactor;

- поверхности реактора, на которых осаждается получаемый нанопорошок, имеют специальные очистители для его удаления;- the surface of the reactor, on which the resulting nanopowder is deposited, have special cleaners to remove it;

- удаление отложений нанопорошка с разных поверхностей реактора осуществляется в разные сборники, исключая тем самым возможность попадания спеков порошка.- removal of nanopowder deposits from different surfaces of the reactor is carried out in different collections, thereby eliminating the possibility of ingress of powder cakes.

Реактор выполнен в виде цилиндра, расположенного вертикально, сверху в реактор истекает поток плазмы, при этом соотношения размеров составляют: диаметр реактора/диаметр канала потока плазмы 5-50 и длина реактора/диаметр реактора 3-5. Выходы каналов ввода сырья расположены в плоскости верхней крышки реактора на расстоянии от оси канала течения плазмы в 1.2-2.5 радиуса этого канала, при этом оси каналов ввода сырья расположены под углом 45-70° по отношению к оси канала течения плазмы. На верхней крышке реактора расположен очиститель для очистки выхода каналов подачи сырья и истечения плазмы от спекшихся отложений порошка, очиститель выполнен в виде стержня, прилегающего к плоскости крышки реактора и закрепленного на валу в крышке реактора. В реакторе для очистки его цилиндрической поверхности от получаемого нанопорошка размещен кольцеобразный очиститель, присоединенный к штангам, которые проходят через верхнюю крышку реактора и перемещаются вверх и вниз с помощью электропривода или вручную. К коническому днищу реактора присоединен затвор-переключатель, поочередно соединяющий объем реактора со сборником целевого нанопорошка, удаляемого с цилиндрической поверхности реактора, или со сборником спеков, удаляемых с верхней крышки реактора.The reactor is made in the form of a cylinder located vertically, a plasma stream flows into the reactor from above, and the size ratios are: the diameter of the reactor / diameter of the channel of the plasma stream is 5-50 and the length of the reactor / reactor diameter is 3-5. The outputs of the raw material input channels are located in the plane of the upper reactor cover at a distance from the axis of the plasma flow channel in the radius 1.2-2.5 of this channel, while the axis of the raw material input channels are located at an angle of 45-70 ° relative to the axis of the plasma flow channel. A cleaner is located on the top cover of the reactor to clean the exit of the feed channels and the plasma flow from sintered powder deposits, the cleaner is made in the form of a rod adjacent to the plane of the reactor cover and mounted on a shaft in the reactor cover. In the reactor, for cleaning its cylindrical surface from the resulting nanopowder, an annular cleaner is attached to the rods, which pass through the top cover of the reactor and are moved up and down by electric drive or manually. A shutter-switch is connected to the conical bottom of the reactor, which alternately connects the volume of the reactor with a collection of target nanopowder removed from the cylindrical surface of the reactor, or with a collection of cakes removed from the top of the reactor.

Конструктивные решения, обеспечивающие технический результат, представлены на фиг.1.Design solutions that provide a technical result are presented in figure 1.

Для генерации термической плазмы используется дуговой, высокочастотный (ВЧ) или сверхвысокочастотный (СВЧ) плазменный генератор (1). Возможно также использование комбинированных плазменных генераторов, сочетающих дуговой, ВЧ и СВЧ-разряды. Плазменный поток истекает в реактор (2), диаметр которого в 5-50 раз превышает диаметр канала течения плазмы, а длина реактора в 3-5 раз превышает его диаметр. Истечение плазменного потока в реактор значительно большего диаметра позволяет избежать непосредственного контакта плазмы с поверхностями реактора и тем самым уменьшить тепловой поток на эти поверхности. Уменьшение теплового потока на поверхность снижает температуру на поверхности, что исключает спекание осаждающегося нанопорошка, а также исключает перегрев используемых очистителей стенок реактора.To generate thermal plasma, an arc, high-frequency (HF), or ultra-high-frequency (microwave) plasma generator is used (1). It is also possible to use combined plasma generators combining arc, RF and microwave discharges. The plasma stream flows into the reactor (2), the diameter of which is 5-50 times the diameter of the plasma flow channel, and the length of the reactor is 3-5 times its diameter. The outflow of the plasma stream into the reactor of a significantly larger diameter avoids direct contact of the plasma with the surfaces of the reactor and thereby reduce the heat flux to these surfaces. Reducing the heat flux to the surface reduces the temperature at the surface, which eliminates the sintering of the deposited nanopowder, and also eliminates the overheating of the used cleaners of the walls of the reactor.

Выход относительных диаметра и длины реактора за пределы указанных значений 5-50 (диаметр) и 3-5 (длина) нецелесообразен из-за повышения температуры слоя нанопорошка при уменьшении диаметра и дополнительного расхода металла при изготовлении реактора с большим диаметром.The output of the relative diameter and length of the reactor beyond the specified values of 5-50 (diameter) and 3-5 (length) is impractical due to an increase in the temperature of the nanopowder layer with a decrease in diameter and additional metal consumption in the manufacture of a reactor with a large diameter.

Примеры предельных соотношений размеров диаметра и длины реактора в указанных диапазонах представлены на фиг.2 и 3.Examples of limit ratios of the size of the diameter and length of the reactor in the specified ranges are presented in figure 2 and 3.

Перерабатываемое сырье в газообразном, жидком или порошкообразном состоянии вводится в плазменную струю на входе в реактор. Выходы отверстий ввода расположены не в канале течения плазмы, а вынесены в плоскость верхней крышки реактора (3). Это решение позволяет исключить образование спеченных отложений на выходе каналов ввода сырья за счет значительного уменьшения теплового потока в эту зону по сравнению с расположением отверстий ввода сырья на поверхности канала течения плазмы. Оси отверстий ввода сырья расположены на расстоянии от оси канала течения плазмы в 1.2-2.5 радиуса этого канала.Processed raw materials in a gaseous, liquid or powder state are introduced into the plasma jet at the inlet of the reactor. The outlets of the inlet openings are not located in the channel of the plasma flow, but are carried out in the plane of the upper reactor cover (3). This solution eliminates the formation of sintered deposits at the outlet of the feed channels due to a significant reduction in the heat flux into this zone compared to the location of the feed feed holes on the surface of the plasma flow channel. The axis of the feed inlet openings is located at a distance from the axis of the plasma flow channel in 1.2-2.5 radius of this channel.

Меньшее расстояние нецелесообразно исходя из ухудшения охлаждения стенки канала течения плазмы, а большее расстояние ухудшает условия смешения плазмы с вводимым сырьем.A smaller distance is impractical based on the deterioration of the cooling of the wall of the plasma flow channel, and a larger distance worsens the mixing conditions of the plasma with the feed.

Отверстия ввода сырья расположены под углом 45-70 градусов к оси канала течения плазмы. Увеличение угла ввода представляет технические трудности при изготовлении конструкции, а уменьшение угла нецелесообразно из-за снижения температуры плазмы в зоне смешения.Raw material entry holes are located at an angle of 45-70 degrees to the axis of the plasma flow channel. An increase in the input angle presents technical difficulties in the manufacture of the structure, and a decrease in the angle is impractical due to a decrease in the plasma temperature in the mixing zone.

Примеры предельных углов и расстояний расположения отверстий ввода сырья представлены на фиг.4 (а-г).Examples of limiting angles and distances of the raw material inlet openings are shown in FIG. 4 (a-d).

Количество отверстий ввода сырья может быть различным, начиная от одного при вводе порошкообразного сырья и до нескольких десятков при вводе газообразного сырья в виде системы струй в установках большой мощности и производительности.The number of raw material inlet openings can be varied, ranging from one when introducing powdered raw materials to several tens when introducing gaseous raw materials in the form of a system of jets in installations of high power and productivity.

На верхней крышке реактора располагается очиститель канала истечения потока плазмы в реактор от образующихся спеков отлагающего нанопорошка. При истечении плазменной струи в реактор происходит инжекция взвеси нанопорошка в газе из объема реактора. Частицы порошка отлагаются на поверхности крышки реактора и спекаются в непосредственной близости от плазменного потока.On the top cover of the reactor is a channel purifier for the outflow of a plasma stream into the reactor from the resulting cakes of a depositing nanopowder. When a plasma jet expires, a suspension of nanopowder in gas from the reactor volume is injected into the reactor. Powder particles are deposited on the surface of the reactor lid and are sintered in the immediate vicinity of the plasma stream.

Эти отложения периодически удаляются очистителем. Очиститель выполнен в виде стержня из металла или керамики (4). Сечение стержня должно быть выбрано таким, чтобы стержень не перекрывал полностью канал истечения плазмы при очистке. Стержень закрепляется на валу (5), размещенном в крышке реактора перпендикулярно к ней, и прилегает к плоскости крышки реактора. Стержень периодически поворачивается на валу, пересекая плазменный поток, и удаляет при этом находящиеся около него отложения спеченного нанопорошка, которые падают на днище реактора.These deposits are periodically removed by a cleaner. The cleaner is made in the form of a rod made of metal or ceramic (4). The cross section of the rod should be selected so that the rod does not completely overlap the plasma flow channel during cleaning. The rod is fixed on the shaft (5) placed in the reactor cover perpendicular to it and abuts against the plane of the reactor cover. The rod periodically rotates on the shaft, crossing the plasma stream, and removes the deposits of sintered nanopowder located near it, which fall on the bottom of the reactor.

Для удаления слоя полученного нанопорошка с цилиндрической поверхности в реакторе размещен кольцеобразный очиститель стенок (6). Очиститель выполнен в виде металлического или керамического кольца, прикрепленного к стержням или трубкам (7). Стержни (трубки) выводятся из реактора через снабженные уплотнениями штуцеры на верхней крышке реактора. Кольцеобразный очиститель расположен в цилиндрическом реакторе с минимальным зазором, обеспечивая беспрепятственное перемещение очистителя вдоль всей цилиндрической поверхности, обеспечивая ее очистку от осажденного нанопорошка. На кольцеобразном очистителе могут размещаться металлические щетки или другие деформируемые элементы, плотно прилегающие к цилиндрической поверхности реактора. В этом случае зазор между очистителем и стенкой реактора не должен быть минимальным. Его величина определяется свойствами используемого деформируемого элемента. Удаляемый очистителем порошок поступает в коническое днище реактора и далее в сборник продукта. Перемещение очистителя обеспечивается вручную или с использованием электрического, пневматического или другого привода (8).To remove the layer of the obtained nanopowder from a cylindrical surface, an annular wall cleaner (6) is placed in the reactor. The cleaner is made in the form of a metal or ceramic ring attached to rods or tubes (7). The rods (tubes) are discharged from the reactor through the fittings provided with seals on the top cover of the reactor. The ring-shaped cleaner is located in a cylindrical reactor with a minimum gap, providing unimpeded movement of the cleaner along the entire cylindrical surface, ensuring its cleaning from deposited nanopowder. Metal brushes or other deformable elements that fit snugly against the cylindrical surface of the reactor can be placed on the ring-shaped cleaner. In this case, the gap between the cleaner and the reactor wall should not be minimal. Its value is determined by the properties of the used deformable element. The powder removed by the cleaner enters the conical bottom of the reactor and then into the product collector. The purifier is moved manually or using an electric, pneumatic or other drive (8).

Очистка цилиндрической поверхности реактора от полученного нанопорошка и очистка его верхней крышки от спеков производится в различное время, чтобы не допустить их смешивания и, соответственно, загрязнения целевого нанопорошка.Cleaning the cylindrical surface of the reactor from the obtained nanopowder and cleaning its top cover from cakes is carried out at different times in order to prevent their mixing and, accordingly, contamination of the target nanopowder.

Реактор снабжен коническим днищем (9), к которому через затвор-переключатель (10) присоединяются два сборника получаемых продуктов (11, 12). Затвор-переключатель обеспечивает попеременное соединение этих сборников к объему реактора. Один сборник (11) соединяется с объемом реактора во время очистки верхней крышки реактора от спеков и является сборником некондиционного продукта. Другой сборник соединяется с объемом реактора во время очистки цилиндрической поверхности реактора от слоя осевшего нанопорошка и является сборником целевого продукта. Затвор-переключатель может быть выполнен в виде двухходового крана, задвижки или с использованием других решений.The reactor is equipped with a conical bottom (9), to which two collectors of the obtained products are connected via a shutter-switch (10) (11, 12). The shutter-switch provides an alternate connection of these collectors to the reactor volume. One collector (11) is connected to the reactor volume during the cleaning of the upper reactor cover from cakes and is a collection of substandard product. Another collector is connected to the reactor volume during cleaning of the cylindrical surface of the reactor from the layer of settled nanopowder and is the collection of the target product. The shutter-switch can be made in the form of a two-way valve, gate valve or using other solutions.

Из реактора газодисперсный поток, содержащий нанопорошок, поступает на фильтр (13), где происходит разделение нанопорошка и газа. Если отходящий газ содержит вредные примеси, то предусматривается очистка газа в поглотителе (14).From the reactor, a gas-dispersed stream containing nanopowder enters the filter (13), where the nanopowder and gas are separated. If the exhaust gas contains harmful impurities, then gas purification in the absorber is provided (14).

Установка может использоваться для получения широкого круга нанопорошков элементов и их соединений из различных видов сырья.The installation can be used to obtain a wide range of nanopowders of elements and their compounds from various types of raw materials.

Использование заявленной установки позволяет получать нанопорошки без зарастания плазменного реактора спекающимся нанопорошком, а также без загрязнения нанопорошка грубодисперсными включениями спеков. Предложенная конструкция реактора позволяет повысить температуру плазмы для осуществления процессов, требующих высокой температуры их осуществления, не допуская при этом спекания получаемых нанопорошков.Using the inventive installation allows you to get nanopowders without overgrowing the plasma reactor sintering nanopowder, as well as without contamination of the nanopowder coarse inclusions of cakes. The proposed reactor design makes it possible to increase the plasma temperature for the implementation of processes requiring a high temperature for their implementation, while avoiding sintering of the resulting nanopowders.

Claims (1)

Плазменная установка для получения нанодисперсных порошков, состоящая из связанных между собой плазмотрона, узла ввода газообразного, жидкого или порошкообразного сырья, реактора, фильтра и узла очистки отходящих газов, отличающаяся тем, что реактор выполнен в виде цилиндра, расположенного вертикально, сверху в реактор истекает поток плазмы, при этом соотношения размеров составляют: диаметр реактора/диаметр канала потока плазмы 5-50 и длина реактора/диаметр реактора 3-5, выходы каналов ввода сырья расположены в плоскости верхней крышки реактора на расстоянии от оси канала течения плазмы 1,2-2,5 радиуса этого канала, при этом оси каналов ввода сырья расположены под углом 45-70° к оси канала течения плазмы, на верхней крышке реактора расположен очиститель для очистки выхода каналов подачи сырья и истечения плазмы от спекшихся отложений порошка, очиститель выполнен в виде стержня, прилегающего к плоскости верхней крышки реактора и закрепленного на валу в крышке реактора, в реакторе для очистки цилиндрической поверхности реактора от получаемого нанопорошка размещен кольцеобразный очиститель, присоединенный к штангам, которые проходят через верхнюю крышку реактора и перемещаются вверх и вниз с помощью электропривода или вручную, к коническому днищу реактора присоединен затвор-переключатель, поочередно соединяющий объем реактора со сборником целевого нанопорошка, удаляемого с цилиндрической поверхности реактора, или со сборником спеков, удаляемых с верхней крышки реактора.A plasma installation for producing nanodispersed powders, consisting of a plasma torch connected to each other, a gaseous, liquid or powder feed inlet unit, a reactor, a filter and an exhaust gas treatment unit, characterized in that the reactor is made in the form of a cylinder located vertically, a stream flows out from above plasma, the size ratios being: the diameter of the reactor / diameter of the channel of the plasma flow 5-50 and the length of the reactor / diameter of the reactor 3-5, the outlets of the feed channels are located in the plane of the upper cover the actor at a distance from the axis of the plasma flow channel 1.2-2.5 of the radius of this channel, while the axis of the feed channels is located at an angle of 45-70 ° to the axis of the plasma flow channel, a cleaner is located on the top cover of the reactor to clean the output of the feed channels and the outflow of plasma from sintered powder deposits, the cleaner is made in the form of a rod adjacent to the plane of the upper reactor cover and mounted on a shaft in the reactor cover, an annular ring is placed in the reactor to clean the cylindrical surface of the reactor from the resulting nanopowder a purifier attached to the rods that pass through the top cover of the reactor and move up and down using an electric actuator or manually, a shutter-switch is connected to the conical bottom of the reactor, which alternately connects the reactor volume with the collection of the target nanopowder removed from the cylindrical surface of the reactor, or a collection of cakes removed from the top of the reactor.

Images