I. Nazariy qism

1.3.Plazmali yoy va uning xususiyatlari
Zamonaviy metallurgik jarayon yuqori sifatli metallar va qotishmalar olinishini ta'minlashi, yuqori unumdorli, tejamli va ekologik toza bo‘lishi lozim. Har qanday metallurgik jarayon yuqori haroratlarda kechadi, bu yoqilg‘idan foydalanishni taqozo qiladi. Rivojlangan davlatlarda energiya iste'molida qora metallurgiyaning ulushi umumiy sarfning 4-17 % ni va sanoat iste'mol qiladigan ulushning 13-32 % tashkil qiladi.
Energetik resurslarni rivojlantirish istiqbollari umumiy energetik balansdagi uglevodorod miqdorli yoqilg‘i ulushining doimiy kamayishini va atom, gidravlik va issiqlik elektrostansiyalarida olinadigan energiya ulushi oshib borishini ko‘rsatadi.
Hozirgi vaqtda metallurgiya, asosan, yoqilg‘ining eng tanqis organik turlarini –kokslanadigan ko‘mir va tabiiy gazni iste'mol qiladi, shuning uchun elektroenergiya sarflanishini oshirish bilan va organik yoqilg‘ilar va tiklagichlarning qisqartirilgan sarflanishi metallurgik jarayonlar texnologiyalarini ishlab chiqish istiqbolli hisoblanadi. Bu masalani hal qilish vositalaridan biri-plazmali texnologiyani qo‘llash, bunda qizdirilgan tiklash gazlari elektr zaryadsizlanishda uglevodorodlarni konversiyalash yoki pirolizlash, elektrolizli yoki boshqa usullar bilan olingan vodorodni qizdirish, qattiq yoqilg‘ilarning gazlashtirish mahsulotlarini qizdirish yo‘li bilan hamda metallurgik agregatlar va kimyo sanoatining chiqadigan gazlarini qizdirish yo‘li bilan olinishi mumkin.
Me'yoriy sharoitlarda gaz neytral molekulalardan yoki atomlardan iborat bo‘ladi va elektr izolyatori hisoblanadi. Biroq, kuchli elektr maydoni ta'siri ostida gaz ma'lum darajagacha qizdiriladi, gazli oraliq buzilishi sodir bo‘ladi va u orqali elektr toki o‘ta boshlaydi. Bunday fizikaviy hodisa elektrli zaryadsizlanish deb ataladi. Yoyli zaryadsizlanish tokning nisbatan yuqori zichligi, harorati va gazning elektr o‘tkazuvchanligi bilan boshqa zaryadsizlanishlardan farq qiladi. Zaryadsizlanishning oxirgi barqaror shakli yoy deb ataladi.
Gaz o‘tkazuvchanligi mexanizmi qattiq va suyuq moddalar o‘tkazuvchanligi mexanizmidan katta farq qiladi. Metalli o‘tkazgichda erkin elektronlar tok tashuvchi hisoblanadi, elektrolit eritmasida esa musbat va manfiy ionlar tok tashuvchi sanaladi. O‘tkazuvchan gazda ham elektronlar hamda ionlar tok tashuvchilar hisoblanadi. Gazsimon o‘tkazgichning o‘ziga xos xususiyati tartibsiz issiqlik harakati natijasidagi to‘qnashishda sodir bo‘ladigan elektronlar, ionlar va neytral zarralar o‘rtasidagi doimiy o‘zaro almashinuv hisoblanadi.
Agar gaz molekulyar bo‘lsa, unda nisbatan past haroratda (4∙10³ ...8∙ 10³ K) molekulalarning alohida atomlarga dissotsiatsiyasi sodir bo‘ladi.Bu jarayon issiqlikning ko‘p miqdori yutilishi bilan boradi va yoyga yetkaziladigan quvvat oshishi bilan bog‘liq. Haroratning 104 K gacha ortishi bilan plazmada bir martali ionlanish jarayonlari – atomlarning elektronlarga va ionlarga parchalanishi kuchayadi. Atomning ionlashuvida ko‘pincha uning qo‘zg‘alishi, ya'ni, elektronlardan birining eng yuqori energetik darajali orbitaga o‘tishi ro‘y beradi. Atomga energiyaning qo‘shimcha porsiyasi ta'sir etishida elektron yadro tortishishi sohasidan chiqadi va atomni qat'iy tark etadi, qaysiki musbat zaryadlangan ionga aylanadi. Ionlanish darajasi, dissotsiatsiya darajasi kabi, issiqlik yutilishi, ya'ni, kinetik energiyaning potensial energiyaga aylanishi bilan bog‘liqdir. 20∙103 K dan ortiq haroratda atomlarning ko‘p martali ionlanish jarayonlari rivojlanadi.
Plazmada rekombinatsiya, qaytadan ionlanish jarayoni, ya'ni, musbat ionlarning elektronlar bilan o‘zaro aloqasida neytral atomlarning tiklanishi jarayoni boradi. Yoy ustuni chegarasida mollanish jarayoni, ya'ni, atomlarning molekulalarga birikishi jarayoni bo‘lishi mumkin. Bu jarayonlar issiqlik ajralishi bilan boradi. Shunday qilib, yoy ustunida odatdagi issiqlik o‘tkazuvchanligi hisobidan va zarralarning termodiffuziyasi hisobiga ustun markazidan chetiga issiqlik uzatilishi uzluksiz sodir bo‘ladi. Elektr energiyasi gazli zaryadsizlanish vositasida plazmali oqimning issiqlik va kinetik energiyasiga aylanadigan yoyli plazmatronlarda gaz, asosan, yoy ustunida ajralib chiqadigan energiya bilan qizdiriladi.
Notermik va termik plazma mavjud. Notermik plazmada erkin elektronlar harorati gazning o‘rtacha haroratidan ancha yuqori. Termik plazma gazning barcha zarralari haroratining tengligi bilan tavsiflanadi. Elektrli yoyda 50000 K gacha haroratli termik plazma olish mumkin, notermikni yuqori chastotali va o‘ta yuqori chastotali zaryadsizlanishda mumkin. Termik plazma uchun ideal gaz qonuni qo‘llanilarlidir, chunki yuqori harorat bois, hatto yuqori bosimlarda ham plazmada zarralar zichligi juda pastdir.
Past haroratli plazmani olish usuli bo‘yicha plazmali generatorlarni ikkita guruhga bo‘lish mumkin: elektrodli generatorlar (elektr yoyli plazmatronlar) va elektrodsiz generatorlar (yuqori chastotali va o‘ta yuqori chastotali). Doimiy va o‘zgaruvchan tokda ishlaydigan elektr yoyli plazmatronlar eng ko‘p tarqalgan. Yoyli plazmatronlarning ikkita turi mavjud: bevosita harakatli va bilvosita harakatli. Yoyli plazmatronlarning bir necha o‘nlab sxemalari mavjud.