The Efficiency of Quartz Particles Evaporation in the Argon Plasma Flow of the RF Inductively Coupled Plasma Torch

Abstract

Представлены результаты численного моделирования процессов нагрева и испарения кварцевых частиц, подаваемых транспортирующим газом в канал ВЧИ-плазмотрона с осевой подачей газов (аргона). Показано, что для выбранной частоты (3 МГц) в независимости от осевого положения центральной трубы (через которую частицы инжектируются в зону разряда) величина критического значения тока JКР, при котором происходит изменение режима течения плазмы с потенциального на вихревое, практически не изменяется. Установлено влияние осевого положения центральной трубы, режима течения плазмы, тока разряда, расхода транспортирующего газа и других параметров на эффективность испарения кварцевых частиц. Показано, что максимальная эффективность испарения частиц имеет, когда их ввод в плазменный поток производится в сечении непосредственно перед индуктором при значениях амплитуды тока разряда близких к JКР 75-100 А, при которых ВЧИ-плазмотрон с газовым охлаждением мощностью до 10 кВт обеспечивает испарение кварцевых частиц с размерами до 100-120 мкм.Ключевые слова: ВЧИ-плазмотрон; каналы подачи газа; вихревая трубка; степень испарения частиц; оптимальный ток разряда; траектория частиц ВведениеБлагодаря высокой плотности энергии и высокой степени чистоты плазмы [1], ВЧИ-плазмотроны широко используются как для лабораторных исследований, так и в промыш-ленности. Области возможных применений ВЧИ-плазмотронов включают в себя техноло-гии сфероидизации порошков [2-4], обработки отходов [5, 6], термического напыления [7, 8] и др.В последнее десятилетие большое внимание было уделено исследованию процессов переработки кварца на поликристаллический кремний [9][10]. Анализ этих результатов по-казал, что увеличение производительности методов и получение кремния высокой чисто-ты может быть достигнуто только при использовании безэлектродных высокочастотных индукционных (ВЧИ) плазмотронов. и при реализации оптимальных условий процесса испарения твердых частиц SiO 2 . Оптимизация конструктивных и энергомощностных па-