Файл: Гусарский, В. В. Эмиссионная спектроскопия аэрозолей в металлургии.pdf

В некоторых конструкциях каскадно-стабилизиро­ ванной дуги сила тока может быть доведена до 220 А [275], но чаще используют ток силой 6—50 А [276]. Стабилизация дуги, основанная на таком же принципе, а также ввод аэрозоля и забор аналитического света, использованы в ряде других работ. Так, в работе [278]

было использовано 13 стабилизирующих шайб общей толщиной набора около 120 мм. Толщина каждой шай­ бы составляла 8 мм, диаметр отверстий в шайбах 7 мм. Расстояние между шйабами 1,5 мм; шайбы изолирова­ ны одна от другой тефлоновыми кольцами. Оба элек­ трода изготовлены из графита в виде полых цилиндров, внешний и внутренний диаметры анода и катода равны соответственно 20 и 5 мм и 12 и 7 мм.

Для зажигания разряда применяют медный стер­ жень диаметром 5 и длиной 100 мм. Между каждыми двумя шайбами предусмотрено окошко для выхода све­ та, что позволяет изучать параметры разряда вдоль всего канала дуги. В месте основого ввода аэрозоля канал дуги сужается до 2 мм для увеличения скорости движения аэрозоля (рис. 58). В канал дуги можно вво­ дить дополнительно инертный газ. Конструкция позво­ лила изучить распределение температуры вдоль столба Дуги.

В конструкции [175, с. 741] для сокращения рас­ стояния между электродами шайбы выполнены так, что каналы с охлаждающей водой вынесены на периферию, поэтому середина шайб — довольно тонкая.

Шайбы молено охлаждать также воздухом. Для это-

130

го к ним прикрепляют широкие (до 140 мм в диаметре) жестяные круги [279]. При работе такой конструкции Дуги на сварочном аргоне медный анод с осевым отвер-

Рис. 59. Стабилизированная дуга с разделительными ка­ мерами; 1 —катод; 2, 3 — стабилизи­

рующие шайбы; 4 — анод; 5 — распылитель

катода; при плотном аэрозоле катод обгорает со ско­ ростью 0,75мм/ч. Расход аргона составляет от 0,2 до

2,5 л/ч.

В работе [280] шайбы разделены небольшими каме­ рами. В конструкции содержится три камеры. Катод изготовлен из торированного вольфрама, анод — из уг­ ля, между ними помещены две стабилизирующиеся уголь­ ные шайбы (рис. 59). Электроды и шайбы разделены асбесто-цементными изоляторами. Детали помещены в водоохлаждаемый кожух, в котором есть окошко для наблюдения спектров. Аэрозоль подают в разряд через отверстие в аноде.

При заключении стабилизированной дуги в барока­ меру ее можно исследовать при 170 А и 15 атм [185, с. 23]. Подобная конструкция дуги предложена в качестве источника света, яркость и распределение энергии в ко­ тором сравнимы с ксеноновыми лампами высокого дав­ ления [281]. В латунный корпус, охлаждаемый водой, помещены анод в виде охлаждаемого водой стержня, оканчивающегося шарообразной поверхностью, воль­ фрамовый катод, заточенный на конус, и вспомогатель­ ный электрод в виде небольшого вольфрамового диска толщиной 3 мм с отверстием диаметром 1,5—2 мм для локализованного сжатия и стабилизации плазменного шнура. В диске вырезана щель шириной 0,5 мм для вы­ хода ультрафиолетового излучения.

Разряд в камере протекает при давлении аргона 12—20 атм и напряжении 35 В, сила тока 20—100 А. В другой конструкции [282] аэрозоль в стабилизирован­ ную дугу поступает через неохлаждаемую головку, ра­ ботающую при температуре около 190°С для предотвра­ щения оседания аэрозоля (рис. 60).

Несколько другой способ забора света предусмотрен в конструкции стабилизированной шайбами дуги [172, с. 160, 177]. Потоком аэрозоля, вводимым через боковое отверстие в средней шайбе, плазма выдувается из стол­

графа. Плазменная горелка с подобным способом полу­ чения плазменной струи была предложена и исследова­ на в работе [283]. Электроды плазменной камеры выполнены из угля. Эти источники более подробно рас­ смотрены в предыдущей главе, так как они по характе­

132

нок 1,5 мм, что позволило значительно повысить точ­ ность определения. Стабилизированную медными шай­ бами дугу [116, с. 30] скорее можно отнести к разряду плазмотронов, так как из нее плазму выдувают, в то время как во всех конструкциях каскадно-стабилизиро-

Рис. 60. Каскадно-стабили­ зированная дуга с охлажда­ емой воздухом головкой для введения аэрозоля:

ванной дуги используют токопроводящую плазму, не выдувая ее из зоны разряда. К разряду каскадно-стаби­ лизированных дуг можно отнести конструкцию, рас­ смотренную выше в главе II [173]. Правда, верхняя ее часть (см. рис. 37) меньше сжимает плазму, чем ниж­ няя, и не имеет охлаждаемых водой шайб. Однако до­ ступ к плазме более свободный.

2. ПИТАНИЕ СТАБИЛИЗИРОВАННОЙ ДУГИ

Питание каскадно-стабилизированной дуги осущест­

ляет от 2—3 А до 40—50 А и даже 200 А [280, 285, 286

И др.].

Вольтаміперная характеристика дуги представляет собой падающую кривую [282]. Электрические данные зависят от расстояния между электродами и числа шайб; так, варьируя расстояние можно менять мощ­ ность от 2 до 10 кВт. Зажигание дуги осуществляется

133

при помощи тонкого угольного или металлического

282]. Подача распыляемого раствора в плазму осущест­ вляется со скоростью 0,2—0,3 мл/мин [172, с. 130, 288]. Для улавливания крупных капель, образующихся при распылении растворов, полезно предусматривать ло­ вушку [177], чтобы в разряд попадали не очень боль­ шие капли, иначе он будет гореть неспокойно. Ловушка способствует также сглаживанию неравномерностей распыления [282].

3.

И ВЛИЯНИЕ ВВОДИМЫХ В ПЛАЗМУ ВЕЩЕСТВ

Температура каскадно-стабилизированной дуги, из­ меренная по методу Орнштейна, составляет 4000— 6500°К [177, 287, 289], в некоторых случаях получены значения от 12000—14000°К [278, 279]. Установлена за­ висимость температуры от расстояния до оси разряда. При удалении от оси к периферии столба дуги на рас­ стояние 2,5 мм при диаметре отверстий в шайбе 7 мм температура меняется от 10000 до 12000°К [278]. При этом в области сужения в шайбах для ввода рабочего газа температура повышается до 144000°К.

Аэрозоль, вводимый в стабилизированную дугу, ока­ зывает влияние на ее температуру. При этом влияние аэрозоля сказывается по-разному в зависимости от типа дуги. В дуге по Риману, обладающей токопроводящей плазмой, используемой для возбуждения спектра и на­ ходящейся в пространстве между электродами, сильно сказывается влияние элементов с малой энергией иони­ зации и почти не чувствуется влияние рабочего газа и воды аэрозоля. В дуге по Кранцу, в которой использу­ ется излучение выдуваемой из межэлектродного прост­

J34