Experimenty na plazmovém pracovišti MMV s.r.o. Experimental Utilization of Plasma Station in MMR Ltd. Nízkoteplotní plazma



Podobné dokumenty
Plazmové svařování a dělení materiálu. Jaromír Moravec

Dělení a svařování svazkem plazmatu

Plazmové metody. Základní vlastnosti a parametry plazmatu

Briketované ztekucovadlo rafinačních strusek (briketovaná syntetická struska)

DOUTNAVÝ VÝBOJ. Další technologie využívající doutnavý výboj

ATOMOVÁ SPEKTROMETRIE

Úvod do koroze. (kapitola, která bude společná všem korozním laboratorním pracím a kterou studenti musí znát bez ohledu na to, jakou práci dělají)

Model dokonalého spalování pevných a kapalných paliv Teoretické základy spalování. Teoretické základy spalování

Základní experiment fyziky plazmatu

ATOMOVÁ SPEKTROMETRIE

Přednáška 4. Úvod do fyziky plazmatu : základní charakteristiky plazmatu, plazma v elektrickém vf plazma. Doutnavý výboj : oblasti výboje

Energie v chemických reakcích

POSTUPY TERMICKÉHO ZPRACOVÁNÍ ODPADŮ S VYUŽITÍM PLAZMOVÉHO ROZKLADU ZA PŘÍTOMNOSTI TAVENINY ŽELEZA Zdeněk Bajger a Zdeněk Bůžek b Jaroslav Kalousek b

VLIV PROVOZNÍCH FAKTORŮ NA OPOTŘEBNÍ VYZDÍVKY LICÍCH PÁNVÍ JANČAR, D., HAŠEK, P.* TVARDEK,P.**

Počítačový model plazmatu. Vojtěch Hrubý listopad 2007

Úvod do fyziky plazmatu

Plazma. magnetosféra komety. zbytky po výbuchu supernovy. formování hvězdy. slunce

Nauka o materiálu. Přednáška č.10 Difuze v tuhých látkách, fáze a fázové přeměny

MOŽNÉ POSTUPY TERMICKÉHO ZPRACOVÁNÍ ODPADŮ S VYUŽITÍM PLAZMOVÉHO ROZKLADU THERMAL WASTE TREATMENT WITH USING OF PLASMA DECOMPOSITION

Základy molekulové fyziky a termodynamiky

NOVÉ VÝROBNÍ TECHNOLOGIE VYBRANÝCH JAKOSTÍ SE ZAMĚŘENÍM NA SNÍŽENÍ VÝROBNÍCH NÁKLADŮ

Opakování: shrnutí základních poznatků o struktuře atomu

ELEKTROLÝZA. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: Ročník: osmý

Vícefázové reaktory. Probublávaný reaktor plyn kapalina katalyzátor. Zuzana Tomešová

Test vlastnosti látek a periodická tabulka

Plazma v technologiích

Obloukové svařování wolframovou elektrodou v inertním plynu WIG (TIG) - 141

Úvod do fyziky plazmatu

Vodík jako alternativní ekologické palivo. palivové články a vodíkové hospodářství

Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava KATEDRA TEPELNÉ TECHNIKY

Fyzika je přírodní věda, která zkoumá a popisuje zákonitosti přírodních jevů.

Úloha 3-15 Protisměrné reakce, relaxační kinetika Úloha 3-18 Protisměrné reakce, relaxační kinetika... 6

OCELÁŘSKÁ STRUSKA, JEJÍ VLASTNOSTI A VYUŽITÍ JAKO OPRAVÁRENSKÝ MATERIÁL STEELMAKING SLAG, ITS PROPERTIES AND UTILISATION AS A REPAIRING MATERIAL

Termodynamika (td.) se obecně zabývá vzájemnými vztahy a přeměnami různých druhů

Slouží jako podklad pro výuku svařování. Text určen pro studenty 3. ročníku střední odborné školy oboru strojírenství.vytvořeno v září 2013.

Michalek Karel*, Gryc Karel*, Morávka Jan**

Projekt vysokoteplotní karbonátové smyčky, jeho hlavní aktivity a dosažené výsledky

Gymnázium, Milevsko, Masarykova 183 Školní vzdělávací program (ŠVP) pro vyšší stupeň osmiletého studia a čtyřleté studium 4.

NĚKTERÉ SOUVISLOSTI VÝVOJE A ZAVÁDĚNÍ NOVÉ TECHNOLOGIE INTEGROVANÉHO SYSTÉMU SEKUNDÁRNÍ METALURGIE

Valenční elektrony a chemická vazba

Termodynamika materiálů. Vztahy a přeměny různých druhů energie při termodynamických dějích podmínky nutné pro uskutečnění fázových přeměn

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Opakování

Úlohy: 1) Vypočítejte tepelné zabarvení dané reakce z následujících dat: C 2 H 4(g) + H 2(g) C 2 H 6(g)

Referát z atomové a jaderné fyziky. Detekce ionizujícího záření (principy, technická realizace)

Orbitaly ve víceelektronových atomech

, Ostrava, Czech Republic

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Problematika využití primárních zdrojů železa v elektrické obloukové peci při výrobě vysoce čistých ocelí pro energetická zařízení

Energetické využití odpadu. 200 let První brněnské strojírny

Složení látek a chemická vazba Číslo variace: 1

Skupina oborů: Hornictví a hornická geologie, hutnictví a slévárenství (kód: 21)

III. Stacionární elektrické pole, vedení el. proudu v látkách

HODNOCENÍ ROZDÍLNÝCH REŽIMŮ PŘI PROCESU SPALOVÁNÍ

KRITÉRIA VOLBY METODY A TRENDY TEPELNÉHO DĚLENÍ MATERIÁLŮ Ing. Martin Roubíček, Ph.D. - Air Liquide

STEJNOSMĚRNÝ PROUD Galvanické články TENTO PROJEKT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY.

Počet atomů a molekul v monomolekulární vrstvě

Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Elektrický proud stejnosměrný

VEDENÍ ELEKTRICKÉHO PROUDU V LÁTKÁCH

2.4 Stavové chování směsí plynů Ideální směs Ideální směs reálných plynů Stavové rovnice pro plynné směsi

NÁZEV ZAŘÍZENÍ: EXPERIMENTÁLNÍ ZAŘÍZENÍ PRO HODNOCENÍ SKRÁPĚNÝCH

Fyzikální chemie. ochrana životního prostředí analytická chemie chemická technologie denní. Platnost: od do

ATOMOVÉ JÁDRO. Nucleus Složení: Proton. Neutron 1 0 n částice bez náboje Proton + neutron = NUKLEON PROTONOVÉ číslo: celkový počet nukleonů v jádře

Kolik energie by se uvolnilo, kdyby spalování ethanolu probíhalo při teplotě o 20 vyšší? Je tato energie menší nebo větší než při teplotě 37 C?

Nová tavící technologie firmy Consarc -vakuum CAP - ve vakuu nebo v ochranné atmosféře

TERMOMECHANIKA 1. Základní pojmy

Plazmové metody. Co je to plazma? Jak se uplatňuj. ují plazmové metody v technice?

MATERIÁLOVÁ PROBLEMATIKA SPALOVEN S VYŠŠÍMI PARAMETRY PÁRY

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora

Inovace profesní přípravy budoucích učitelů chemie

VLIV VYSOKÉHO OBSAHU LEGUJÍCÍCH PŘÍSAD AL A TI NA TECHNOLOGII ZPRACOVÁNÍ OCELOVÉ TAVENINY

1. Látkové soustavy, složení soustav

Integrovaná střední škola, Hlaváčkovo nám. 673, Slaný

VLIV KOROZNÍHO PŮSOBENÍ OCELÍ S VYSOKÝM OBSAHEM MANGANU A CHROMU NA ŽÁRUVZDORNOU KERAMIKU. Libor BRAVANSKÝ, Kateřina KADLÍKOVÁ

Základní poznatky. Teplota Vnitřní energie soustavy Teplo

Mgr. Ladislav Blahuta

Dynamická podstata chemické rovnováhy

SLEDOVÁNÍ AKTIVITY KYSLÍKU PŘI VÝROBĚ LITINY S KULIČKOVÝM GRAFITEM

Nultá věta termodynamická

ZVLÁŠTNOSTI VÝROBY TVÁRNÉ LITINY V ELEKTRICKÝCH PECÍCH SE ZŘETELEM NA CHOVÁNÍ KYSLÍKU PO MODIFIKACI, OČKOVÁNÍ A BĚHEM TUHNUTÍ

VLIV VSTUPNÍCH SUROVIN NA KVALITU VYSOKOTEPLOTNÍ KERAMIKY

Sklářské a bižuterní materiály 2005/06

IONTOVÉ ZDROJE. Účel. Požadavky. Elektronové zdroje. Iontové zdroje. Princip:

Vývěvy s transportem molekul z čerpaného prostoru

Skupenské stavy látek. Mezimolekulární síly

DOUTNAVÝ VÝBOJ. 1. Vlastnosti doutnavého výboje 2. Aplikace v oboru plazmové nitridace

b) nevodiče izolanty nevedou el. proud plasty, umělé hmoty, sklo, keramika, kámen, suché dřevo,papír, textil

Elektrochemický potenciál Standardní vodíková elektroda Oxidačně-redukční potenciály

Optimalizace teplosměnné plochy kondenzátoru brýdových par ze sušení biomasy

Galvanický článek. Li Rb K Na Be Sr Ca Mg Al Be Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb H Sb Bi As CU Hg Ag Pt Au

Mol. fyz. a termodynamika

Závěry technicko-ekonomické analýzy výroby tekutého kovu v podmínkách slévárny DSB EURO, s.r.o., Blansko první část

Úvod do obloukového svařování v ochranném plynu (inertní, aktivní)

Technologie I. Část svařování. Kontakt : michal.vslib@seznam.cz Kancelář : budova E, 2. patro, laboratoře

Aplikace expertních systémů v podmínkách ocelárny VÍTKOVICE STEEL, a. s.

Chemie - 5. ročník. přesahy, vazby, mezipředmětové vztahy průřezová témata. očekávané výstupy RVP. témata / učivo. očekávané výstupy ŠVP.

Technologie přímého aditivního odsíření pro fluidní kotle malých a středních výkonů

Nauka o materiálu. Přednáška č.12 Keramické materiály a anorganická nekovová skla

Transkript:

Hutnické listy č.5/2009, roč. LXII Experimenty na plazmovém pracovišti MMV s.r.o. Experimental Utilization of Plasma Station in MMR Ltd. Ing.Jiří Slováček, Rostislav Hluzín, Zdeněk Kubánek, MATERIÁLOVÝ A METALURGICKÝ VÝZKUM s.r.o., Ostrava Základní údaje o nízkoteplotní plazmě. Procesy probíhající v plazmové metalurgii. Druhy ionizačních plynů. Charakteristika plazmatu ionizační potenciál, stupeň ionizace plazmatu. Metalurgické účinky plazmového ohřevu. Pracoviště plazmové metalurgie na MMV s.r.o. v Ostravě. Popis experimentů na plazmové peci - vsázkové parametry, ionizační plyny, struskotvorné přísady, příkony plazmové pece, výsledné parametry taveb. Kontinuální časové záznamy elektrodat (proud a napětí zdroje), teploty vyzdívky, pláště a dna nádoby plazmové pece, teploty vyzdívky a pláště víka plazmové pece, teploty chladicí vody víka plazmové pece a teploty spalin.. Efektivnost přenosu plazmové energie na vsázku a tepelné ztráty plazmové pece. Interakce strusky a kovové taveniny z hlediska odfosfoření a odsíření taveniny.. Primary data about low-temperature plasma - Processes actual taking place during plasma metallurgy Types of ionization gases types Plasma characteristics: ionization potential, plasma ionization level - Metallurgy effects of plasma heating - Plasma metallurgy station in MMR in Ostrava - Description of experiments realized on plasma furnace: melting charge parameters, ionization gases, slag-making additives, plasma furnace inputs, resulting smeltings parameters - Continual time records of electric parameters (current and source voltage), lining temperature, temperature of plasma furnace casing and lining and exhaust gases temperature - Efficiency of plasma energy transfer to charge was about 67 % and plasma furnace heat losses were about 18.5 % - Slag to melting interaction was considered in term of dephosphorization and desulphurization of melting - Through the slag-making additions and Ar as ionization gas 40% of smeltings were dephosphorized and 67% of smeltings were desulphurized. Nízkoteplotní plazma Plazma je nejrozšířenější formou hmoty a tvoří více než 99 % známého vesmíru. Na zemském povrchu vlivem nízkých teplot se však vyskytuje v malé míře (polární záře, blesk, výboje v plynech a pod). Často, ale nesprávně, je označováno jako čtvrté skupenství hmoty. Jako plazma je označován částečně nebo plně ionizovaný plyn, tj. směs atomových jader a elektronů uvolněných z atomového obalu, případně určitého množství neutrálních atomů a dalších částic. Ionizaci atomu lze definovat jako překonání přitažlivé elektrické síly mezi kladně nabitým atomovým jádrem a záporně nabitým elektronem dodáním dostatečného množství energie [1]. Plazma je navenek elektricky neutrální - kladný elektrický náboj je vyvažován nábojem záporným. Plazma je dnes hojně využívána zejména v souvislosti s moderními technologiemi. Mezi jeho nejznámější aplikace patří výbojky, plazmové obrazovky, plazmové nástřiky pro tepelné štíty kosmických lodí, rozbíjení ledvinových kamenů v nemocnicích, ekologický rozklad nebezpečných látek v moderních spalovnách odpadů, fúzní elektrárny pracující s plazmatem o teplotách až několik set miliónů stupňů a samozřejmě uplatnění v metalurgii (bezstrusková rafinace kovů, zpracování kovonosných odpadů, přetavování). Procesy a ionizační plyny v plazmové metalurgii Metalurgické pochody s použitím nízkoteplotní plazmy probíhají za teplot až 30000 K a tlaků v rozmezí 10-2 až 106 Pa [2,3]. Procesy reakce v plazmatu lze dělit do dvou skupin [4] : na procesy chemických přeměn (disociace, obměny, rekombinace) a na procesy spojené s ionizací, excitací (vybuzením), reakcí elektronů iontů a excitovaných částic. Oblasti teplot použité v plazmové metalurgii umožňují vznik plynných složek v atomárním stavu [5] výsledkem je tvorba pecní atmosféry nejen inertními ale také reaktivními plyny pro dosažení žádaného chemického pochodu. Jako plazmové plyny se nejčastěji používají argon a dusík[2,6,7]. Argon je v plazmové metalurgii nejvíce a nejčastěji používaný plyn. Stabilizuje obloukový výboj plazmového hořáku, přenáší teplo na ohřívaný materiál a tvoří ochrannou atmosféru v reaktoru. Dusík je ekonomicky i technologicky nejvýhodnější plazmový plyn. Nepřechází do roztaveného kovu a zvyšuje teplotu plazmy a energetickou účinnost procesu Vlastnosti plazmatu charakterizuje ionizační potenciál, což je energie potřebná k odtržení jednoho elektronu z atomu nebo iontu. Vyjadřuje sílu jakou je elektron 32

Hutnické listy č.5/2009, roč. LXII vázán v elektronovém obalu. Větší ionizační energie znamená obtížnější odtržení elektronu z atomu [8]. Ionizační potenciál Ar se uvádí 1,52 kj/mol, zatímco ionizační potenciál N 2 je zhruba o tři řády vyšší a činí 1402 kj/mol. Stupeň ionizace plazmatu (poměr počtu ionizovaných částic vůči celkovému počtu částic) je parametr, který určuje chování plazmatu. Závisí na teplotě a lze ho stanovit ze Sahovy rovnice pro jedenkrát ionizované plazma v termodynamické rovnováze [9]. Sahova rovnice je použitelná pro plyny. n i 2 /n n = C T 3/2 exp[ U i /kt] (1) kde symboly značí n i - koncentrace jednonásobných iontů [mg.m -3 ] n n - koncentrace neutrálních částic [mg.m -3 ] C - (2,4 10 21 ) [m 3 ] k Boltzmannova konstanta (1.38*10-23 ) [J.K -1 ] U i - ionizační potenciál [kj.mol -1 ] T - teplota plazmatu [K] Metalurgické účinky plazmového ohřevu Pro plazmovou technologii jsou charakteristické pochody, u nichž je alespoň jedna látka ve stavu nízkoteplotního plazmatu, což je směs molekul a atomů nacházejících se v základním, excitovaném, disociovaném a ionizovaném stavu [10]. Podíly jednotlivých komponent nízkoteplotního plazmatu je možno vyjádřit formou molových zlomků nebo molových podílů. Metalurgických reakcí bez působené elektrických polí se zúčastňují jednotlivé komponenty nízkoteplotního plazmatu v poměrech odpovídajících jejich molárním podílům v nízkoteplotním plazmatu. Elektrické pole může podle polarity reagujícího povrchu ovlivnit termodynamické hodnoty a posunout rovnováhu metalurgické reakce na stranu výchozích látek nebo produktů. Vliv elektrického pole roste se stupněm ionizace plazmatu. Termodynamika a kinetika chemických reakcí v nízkoteplotním plazmatu ukazuje, že metody plazmové metalurgie najdou uplatnění především v pochodech podmíněných vysokými teplotami. Dosahované vysoké teploty umožňují, spolu s vysokou tepelnou vodivostí nízkoteplotního plazmatu, přetavování vysokotavitelných kovů a výrobu vysokoteplotních konstrukčních materiálů. Metalurgické reakce probíhající mezi roztavenými kovy a plyny v jejich aktivovaném stavu, představují metodu, umožňující provádění hutnických pochodů na rozhraní kapalné a plynné fáze bez zbytkových produktů. Předností plazmových pochodů je nejen vysoká rychlost oxidačních a dezoxidačních reakcí, ale i možnost volby příznivých podmínek pro oduhličení, odfosfoření, odsíření a odplynění [11]. Při nízkých parciálních tlacích je oduhličení popsáno rovnicí: [C] + [O] = CO(g) (2) Kyslík je do lázně doplňován buď foukáním plynného kyslíku na povrch nebo do lázně, případně přísadou oxidačních látek. Doplňování kyslíku je obdobné kyslíkovým pochodům, s tím rozdílem, že absorbované molekuly kyslíku na povrchu lázně při teplotách cca 6000 K jsou disociovány. Rozpouštění disociovaného kyslíku snižuje aktivační energie procesu rozpouštění, což ukazuje na možnost zvýšení rychlosti rozpouštění kyslíku v lázni. Změna Gibbsovy energie rozpouštění dle rovnice: G = H T * S (3) kde symboly značí H - změna entalpie T - termodynamická teplota S - změna entropie je za teplot ocelářských pochodů ovlivňována změnou entalpie H a při rozpouštění kyslíku ve stavu nízkoteplotního plazmatu se zvýší termodynamická pravděpodobnost rozpouštění kyslíku v lázni. Odsíření se realizuje dmýcháním odsiřovacích prostředků do oblasti velmi vysokých teplot. S rostoucí teplotou a přebytkem volných zásad ve strusce se zvyšuje hodnota rozdělovacího součinitele síry a dosahuje se vysoký stupeň odsíření. Vysoká teplota snižuje viskozitu strusky, čímž se rovněž zvyšuje stupeň odsíření. Odfosfoření probíhá především na rozhraní strusky a tekuté lázně. Zbytkový obsah fosforu v lázni závisí na společném vlivu CaO, FeO a P 2 O 5 ve strusce. Nejpříznivější podmínky pro odfosfoření jsou při poměru CaO/FeO v rozsahu 2 4. Zvyšováním teploty se rovnováha reakce odfosfoření posouvá ke zpětné redukci fosforu do lázně. Účinné odfosfoření lázně je možné jen při reakci s oxidačním kyslíkovým plazmatem a vedením pochodu za nízkých teplot. Odplynění s využitím plazmatu inertního plynu umožňuje plazmová technologie za normálních i snížených tlaků. Dynamickým tlakem, vzniklým výtokem plazmatu z trysky plazmového hořáku, je dosaženo velké plochy styku inertního plynu s taveninou a zajištěno rychlé odvádění uvolněného plynu s povrchu tekuté lázně [12]. Experimentální pracoviště plazmové metalurgie Počátky realizace plazmové metalurgie v MATERIÁLOVÉM A METALURGICKÉM VÝZKUMU s.r.o. v Ostravě sahají až do r 1991 [13]. Současné pracoviště je vybaveno plazmovou pecí (obr.1) o obsahu 50 kg a je vybaveno vertikálním 33

pohybem horní grafitové elektrody, odtahem spalin, dálkovým ovládáním z rozvaděče RD2 (obr.2), měřením teplotních parametrů částí pece (vyzdívka, plášť nádoby a víka, chladicí voda víka, spaliny) a záznamovým zařízením teplotních dat a elektrodat (proud a napětí). Hutnické listy č.5/2009, roč. LXII teplota taveniny 1418 C (min 1150 C, max 1758 C). Průměrná teplota spalin 710 C (min 334 C, max 1199 C). Výše uvedené parametry jsou v tab.2. Tab.1 Vsázkové parametry taveb Tab.1 Charging parameters of melts Obr.1 Plazmová pec o obsahu 50 kg Fig. 1 50 kilograms plasma turbace Obr.2 Rozvaděč RD2 Fig. 2 Switchboard RD2 Provedené experimenty na plazmové peci Provedení experimentů na plazmové peci bylo následující. První tavba byla standardní (bez struskotvorných přísad). Po roztavení se změřila teplota taveniny přístrojem DITERM 97s použitím ponorné sondy TERM R/0,5. a odebrala se zkouška kovu a strusky. Z hladiny taveniny se stáhla struska. Po přisazení struskové směsi se pokračovalo v tavení druhou tavbou.. Po natavení se opět změřila teplota a odebrala zkouška kovu a strusky a tavba se ukončila odlitím do vyzděné odlévací formy. V tab.1 jsou uvedeny vsázkové parametry taveb a použitý ionizační plyn. Průtok ionizačního plynu (argon/dusík) byl u většiny taveb 20 l/min, u taveb č.3-4 10 l/min, u taveb č.21 23 15 l/min. Průměrná doba tavby byla 49 min (min 12 min, max 158 min) Průměrný příkon zdroje plazmové pece byl 54 kw (min 28 kw, max 79 kw). Průměrná 34 U tavby č.20 byla vsázkovým materiálem ocel. U ostatních taveb surové železo. V další části článku jsou uvedeny kontinuální časové záznamy vybrané tavby č.21 všech měřených veličin na plazmové peci. Kontinuální časový záznam elektrodat (proudu a napětí zdroje) z měřicí ústředny je uveden na obr.3. Kontinuální časový záznam teploty vyzdívky, pláště a dna nádoby plazmové pece je uveden na obr.4. Kontinuální časový záznam teploty vyzdívky a pláště víka plazmové pece je uveden na obr.5. Kontinuální časový záznam teploty chladicí vody víka plazmové pece je uveden na obr.6. Kontinuální časový záznam teploty spalin plazmové pece je uveden na obr.7.

Hutnické listy č.5/2009, roč. LXII Tab.2 Parametry taveb Tab.2 Parameters of melts Tavba ionizační průtok doba příkon T T č. plyn plynu tavby pece taveniny spalin - l/min min kw [ C] C 1 Ar 20 59 43 1275 563,8 2 Ar 20 38 51 1239 475,5 3 Ar 10 100 57 1558 1076,9 4 Ar 10 110 57 1634 841,8 5 Ar 20 46 68 1537 594,6 6 Ar 20 36 74 1758 455,9 7 Ar 20 158 28 1255 649,9 8 Ar 20 22 49 1317 334,3 9 Ar 20 45 51 1222 870,7 10 Ar 20 18 60 1513 746,4 11 Ar 20 52 40 1181 735,5 12 Ar 20 16 48 1267 799,3 13 Ar 20 24 58 1496 739,9 14 Ar 20 45 51 1300 798,9 15 Ar 20 25 46 1336 397,7 16 Ar 20 18 54 1457 643,5 17 Ar 20 66 33 1150 577,2 18 Ar 20 20 51 1308 1052,7 19 Ar 20 23 68 1489 807,4 20 N 2 20 113 50 1560 1199,1 21 N 2 15 60 57 1392 820,6 22 N 2 15 27 63 1634 523,7 23 N 2 15 12 79 1739 612,5 1400 160 1200 140 1000 120 proud [A] 800 600 100 80 60 napětí [V] 400 40 200 20 0 0 11:08:10 11:11:02 11:13:55 11:16:48 11:19:41 11:22:34 11:25:26 11:28:19 11:31:12 11:34:05 čas [h:min:sec] proud napětí Obr.3 Časová závislost napětí a proudu zdroje Fig. 3 Time voltage dependence and and time amperage dependence of the source 35

Hutnické listy č.5/2009, roč. LXII 110 100 90 80 70 teplota [ C] 60 50 40 30 20 10 0 8:24:00 8:31:12 8:38:24 8:45:36 8:52:48 9:00:00 9:07:12 9:14:24 9:21:36 9:28:48 9:36:00 čas [h:min:sec] Tzdiva 1 Tzdiva 2 Tzdiva 3 Tzdiva 4 Tzdiva 5 Tzdiva 6 Tzdiva 7 Tzdiva 8 Tpláště 9 Tdna 10 Obr.4 Časová závislost teploty vyzdívky, pláště a dna nádoby plazmové pece Fig. 4 Time dependence of lining, mantle and bottom temperatures of plasma furnace vessel 50 45 40 35 30 teplota [ C] 25 20 15 10 5 0 8:24:00 8:31:12 8:38:24 8:45:36 8:52:48 9:00:00 9:07:12 9:14:24 9:21:36 9:28:48 9:36:00 čas [h:min:sec] Tzdiva 11 Tzdiva 12 Tzdiva 13 Tzdiva 14 Tvíka 15 Obr.5 Časová závislost teploty vyzdívky a pláště víka plazmové pece Fig. 5 Time dependence of lining and mantle temperatures of plasma furnace cover 36

Hutnické listy č.5/2009, roč. LXII 28 26 24 teplota [ C] 22 20 18 16 8:24:00 8:31:12 8:38:24 8:45:36 8:52:48 9:00:00 9:07:12 9:14:24 9:21:36 9:28:48 9:36:00 čas [h:min:sec] Tvst Tvýst Obr.6 Časová závislost teploty chladicí vody víka plazmové pece Fig. 6 Time dependence of cooling water temperature of plasma furnace cover 900 800 700 600 teplota [ C] 500 400 300 200 100 0 8:24:00 8:31:12 8:38:24 8:45:36 8:52:48 9:00:00 9:07:12 9:14:24 9:21:36 9:28:48 9:36:00 čas [h:min:sec] Obr.7 Časová závislost teploty spalin plazmové pece Fig. 7 Time dependence of exhaust gas temperature of plasma furnace 37

Hutnické listy č.5/2009, roč. LXII Efektivnost přenosu plazmové energie na vsázku a tepelné ztráty plazmové pece Veškeré experimenty a výpočty byly realizovány na nové vyzdívce plazmové pece -nízkocementový žárobeton na bázi tabulárního korundu a spinelu s teplotou použití do 1700 C. Posuzováno je opotřebení vyzdívky viz závěr. Energetické bilance jsou vypočítávány pro plazmovou pec s hmotností vsázky do 50 kg a skutečně naměřené teploty taveniny. V tab.3 jsou uvedeny vypočtené (dle postupu uvedeného v [14]) parametry energetických bilancí. Z tabulky je patrná poměrně vysoká efektivnost přenosu plazmové energie na vsázku. Efektivnost přenosu plazmové energie na taveninu se snižuje s rostoucí dobou tavby. Na základě změřených teplot vyzdívky a pláště nádoby a víka plazmové pece, teploty chladicí vody víka plazmové pece a teploty spalin jsou vypočítávány tepelné ztráty jednotlivých částí plazmové pece a sumární hodnoty Tab.4. Tab.3 Parametry energetických bilancí Tab.3 Parameters of energy balance 38

Hutnické listy č.5/2009, roč. LXII Tab.4 Tepelné ztráty plazmové pece Tab.4 Plasma furnace heat losses Q1 tepelná ztráta vyzdívkou nádoby Q2 tepelná ztráta vyzdívkou víka Q3 tepelná ztráta pláštěm nádoby Q4 tepelná ztráta pláštěm víka Q5 tepelná ztráta chladicí vodou Q6 tepelná ztráta spalinami Tepelný obsah železa při průměrném obsahu C 2,69 % a průměrné teplotě 1418 C činí dle tepelně technických tabulek [15] 1008 kj. S uvažováním této hodnoty lze na základě výsledků provedených pokusů vyčíslit průměrné tepelné ztráty všemi částmi plazmové pece, včetně spalin ve výši 185,221 kj, což představuje 18,5 % z celkového tepelného obsahu kovu v plazmové peci. Interakce strusky a kovové taveniny Interakce strusky a taveniny byla posuzována z hlediska odfosfoření a odsíření. Použity byly dva ionizační plyny Ar a N 2 a různé struskotvorné směsi (nebo bez použití směsí) Tab.5. Vzhledem k výsledným parametrům strusek v plazmové peci po skončení tavby (Lp, Ls, B, FeO, CaO, CaO/FeO, P 2 O 5, SiO 2, Al 2 O 3 ) bylo dosaženo následujících výsledků: U taveb s Ar a bez struskotvorných přísad - 100 % taveb se stupněm odfosfoření 12 29 % (průměr 19%, sm.odchylka 6%) - 75 % taveb se stupněm odsíření 6 22 % (průměr 13%, sm.odchylka 2%) U taveb s N 2 a bez struskotvorných přísad - 50 % taveb se stupněm odfosfoření 12 % - 0 % taveb se stupněm odsíření 0 % U taveb s Ar a se struskotv. přísadami - 40 % taveb se stupněm odfosfoření 3 68 % (průměr 23%, sm.odchylka 23-67 % taveb se stupněm odsíření 6 36 % (průměr 20%, sm.odchylka 9%) U taveb s N 2 a se struskotv. přísadami - 50 % taveb se stupněm odfosfoření 14 % - 50 % taveb se stupněm odsíření 6 % Výsledky jsou ovlivněny počtem taveb v jednotlivých variantách. Vzhledem k malému počtu taveb při použití N 2 jako ionizačního plynu jsou hodnoceny pouze tavby s použitím Ar jako ionizačního plynu. Při realizaci taveb bez struskotvorných přísad bylo dosaženo odfosfoření u více taveb než při použití struskotvorných přísad (100% / 40%). Rozmezí stupně odfosfoření se však naopak u taveb bez použití 39

Hutnické listy č.5/2009, roč. LXII struskotvorných přísad proti tavbám s použitím struskotvorných přísad pohybovala na nižší hladině rozmezí (6-22% / 3-68%). Odsířeno bylo bez použití struskotvorných přísad / s použitím struskotvorných přísad 75 % / 67 % taveb a rozmezí stupně odsíření 6 22 % / 6 36 % - opět tedy vyšší rozmezí stupně odsíření s použitím struskotvorných přísad. Nevýhodou je menší počet taveb bez použití struskotvorných přísad. Hodnocení vlivu jednotlivých struskotvorných přísad na odfosfoření a odsíření bude podrobeno dalšímu zkoumání. Tab 5 Parametry odfosfoření a odsíření taveniny Tab.5 Parameters of dephosphorization and desulfurization of liquid metal 40

Hutnické listy č.5/2009, roč. LXII Závěr Na plazmové peci byly provedeny následující experimenty: - zkušební tavby bez a s průsadou struskotvorných látek a ionizačním plynem Ar a N 2, s cílem studia technologie odfosfoření a odsíření taveniny - tepelně technické výpočty energetických bilancí a tepelných ztrát Byly realizovány zkušební tavby při výkonu plazmové pece v rozsahu 28 79 kw se vsázkou surového železa (hmotnost 27 47 kg), struskotvorné látky (syntetická struska, směsi CaO, MgO, CaC 2, CaF 2 a Na 2 CO 3, o hmotnostech 0,3 0,5 kg). Jako ionizační plyn byl použití Ar a N 2. Odfosfořeno s použitím struskotvorných přísad a Ar jako ionizačního plynu bylo 40 % taveb v rozmezí 3 68 % a odsířeno 67 % taveb v rozmezí 6 36 %. Efektivnost přenosu plazmové energie na kovovou vsázku, na základě energetických bilancí a vypočtených tepelných ztrát, se pohybuje v rozmezí 20 100 %, při průměrné hodnotě 67 % a závisí především na výkonu plazmové pece, hmotnosti vsázky a době tavby. Tepelné ztráty plazmové pece jsou poměrně nízké a činí v průměru 18,5 %. Poděkování Tento příspěvek byl vypracován za finančního přispění MŠMT v rámci programu Výzkumného záměru č. MSM 2587080701 Literatura [1] Weinzettl V.: Plazma a plazmová koule, Ústav fyziky plazmatu AV ČR, Praha [2] Dembovský V.: Plazmová metalurgie, SNTL, Praha 1978 [3] Burzel, F.: Ispolzovanije plazmy v chimičeskich procesach, Moskva 1970 [4] Kondratěv V.N.: Problemy isledovanija elementarnych procesov v nizkotěmperaturnoj plazme, Nizkotěmperaturnaja plazma, Moskva 1967 [5] McTaggart F.K.: Plasma Chemistry in Electrical Discharges, Moskva 1967 [6] Brožová S.,Pustějovská P.: Jiné možnosti zpracování kovonosných oxidických odpadů s využitím plazmového ohřevu, Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava, Ostrava-Poruba [7] Krayzel M.: Technologické zpracování metalurgických odpadů, VÍTKOVICE Výzkum a vývoj, spol.s r.o., 2002, Ostrava [8] http://cs.wikipedia.org/wiki/ionizační potenciál [9] http://www.aldebaran.cz/astrofyzika/plazma/basics.html, Sahova rovnice [10] Dembovský V.: Některé možnosti uplatnění plazmové metalurgie v čs.hutnictví, Hutnické aktuality, č.4, r.1983, s.7-11 [11] Denisov V.A.: Kinetika a termodynamika vzájemného působení plynů s tekutými kovy, Moskva 1974 [12] Dembovský.V.: Některé možnosti uplatnění plazmové metalurgie v čs.hutnictví, Hutnické aktuality, č.4, r.1983, s.47-52 [13] Slováček J. a kol.: Vývoj plazmové metalurgie v MATERIÁLOVÉM A METALURGICKÉM VÝZKUMU a.s., Hutnické listy, č.6,r.2008, s.11-17, MATERIÁLOVÝ A METALURGICKÝ VÝZKUM a.s., Pohraniční 693/31, Ostrava [14] Slováček J. a kol.: Snižování měrné spotřeby energie na tunu vyrobeného kovu úpravou metalurgických agregátů a aplikací nových technologických postupů, dílčí zpráva D- 09/2004 z řešení DÚ 02, projektu MŠMT VÝZKUMNÝ ZÁMĚR (č. MSM2587080701), prosinec 2006, VÍTKOVICE - Výzkum a vývoj, spol. s r.o. [15] Kremer R.: Tepelně technické tabulky, VŠB Ostrava, březen 1964 Recenze: Ing. Jaroslav Březina Mittal očekává oživení ve výrobě oceli včíně hnonline.sk 17.9.2009 Největší světový výrobce oceli ArcelorMittal revidoval směrem nahoru svůj letošní odhad vývoje uplatnění na čínském trhu. Americký a evropský trh by však měl trpět důsledkem globální krize až do roku 2010. Jak uvedl generální ředitel Lakšmí Mittal, rozvíjející se regiony a Čína by měla v roce 2009 reprezentovat téměř 80 % světového trhu. Domácí odbyt v nejlidnatější zemi světa by se měl zvýšit více než o 15 %, v následujícím roce by se pak mělo tempo růstu zpomalit. ArcelorMittal, který vyrobil v minulém roce více než 7 % z celosvětové produkce oceli, musel pro oslabování odbytu snížit svou produkci na polovinu kapacit. SB Projekt plynovodu má zvýšit spotřebu oceli v Turecku SBB 10.9.2009 Domácí ocelářští experti očekávají, že projekt plynovodu Nabucco začne zvyšovat spotřebu oceli v Turecku. Tureckem bude procházet 65% plynovodu a turečtí výrobci trubek jsou vzrušeni odhadem, že bude zapotřebí asi 2 mil. t oceli. Cílem projektu je výstavba 3300 km dlouhého plynovodu o průměru 56 palců. Plynovod bude dopravovat zemní plyn od tureckých hranic s Iránem a Gruzií přes Bulharsko, Rumunsko a Maďarsko do Rakouska. Výstavba má začít v roce 2011. Podle asociace tureckých výrobců železa a oceli zvýší projekt v zemi výrobu oceli, protože bude potřebovat více než 2 mil. t oceli, většinou pro výrobu trubek. Průmyslové kruhy pracují na tom, aby smlouva o Nabuccu obsahovala článek, který garantuje u projektu použití místně vyráběné oceli. Podobný článek již byl použit u výroby trubek pro stávající domácí plynovodní síť. Turecko také očekává, že bude dodávat ocel do zemí jako je Irák, které budou mít na svém území plynovod, ale nebudou mít dostatek vlastní oceli pro dodávky na jeho výstavbu. LZ 41