Устройство для получения волокон,иголок и порошков из расплава

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОЛОКОН, ИГОЛОК И ПОРОШКОВ ИЗ РАСПЛАбА , содержащее цилиндрический с кольцевыми выступами кристаллизатор , установленный на валу с приводом вращения, ванну с расплавом и систему охлаждения с циркулирующим хладагентом, отличающеес я тем, что, с целью повышения дисперсности материала путем увеличения скорости охлаждения, в кристаллизаторе и внутри вала выполнены полости для заполнения хладагента, причем полость внутри вала соединена с системой циркулирукщего хладагента, а размеры кольцевых выступов удовлетворяют соотношениям: 0,03ti а 0,06bi ,5Ь где о - толщина выступа; (Л о - расстояние между выступами; с h высота выступа, JZfeC-H

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕ(НИХ

РЕСПУБЛИК

4(51) В 22 F 9/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И 07HPblTHA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н автоеСкомм свиДКтНЬСтву

ПЛАВА, содержащее цилиндрический с кольцевыми выступами кристаллизатор, установленный на валу с приводом вращения, ванну с расплавом и систему охлаждения с циркулирующим хладагентом, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения дисперсности материала путем увеличения скорости охлаждения, в кристаллизаторе и внутри вала выполнены полости для заполнения хладагента, причем полость внутри вала соединена с системой циркулирующего хладагента, а размеры кольцевых выступов удовлетворяют соотношениям:

0 03 «а а с 0 06 о где а — толщина выступа;

b — расстояние между

h — - высота выступа, 1р (g 1 у 5 Ь 3 выступами; С:

Фиг.! (21) 3675802/22-02 (22) 29.12.83 (46) 15.01.85. Sian. У 2 (72) Е.Г. Жуков, И.И. Петров, С.В. Мартынов, К.Н, Кошкин и Б.С. Митин (71) Всесоюзный ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт источников,тока (53) 621.762.224(088.8) (56) 1. Патент США N 3812901, кл. 164-87, опублик. 1974.

2. Патент ФРГ Ф 2462396, кл. С 01 N 3/02, опублик. 1980. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ

ВОЛОКОН, ИГОЛОК И ПОРОШКОВ ИЗ PAC,SU„,, 11 42 6 А

1134296

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к получению ленты, волокон и порошка охлаждением расплава на вращающемся кристаллиэаторе и может быть использовано для получения металлов и сплавов в аморфном состояний, повышения растворимости легирующих элементов в твердом растворе, устранения макро. и микроликвации и для уменьшения 10 размеров зерна за счет сверхвысокой скорости охлаждения.

Известно устройство для осуществления способа получения металлических нитей вытягиванием расплава, l5 содержащее теплоотводящий диск и ванну с расплавом j1j .

Недостатком известного устройства является отсутствие интенсивного охлаждения теплоотводящего диска. 20

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство, содержащее теплоотводящий кристаллизатор с кольцевыми выступами из вы- 35 сокотеплопроводного материала, ванну с расплавом„ систему поддержания за данного уровня погружения кристаллиэатора в расплав и систему охлаждения с циркулирующим хладагентом> З0 а также привод кристаллиэатора, кристаллизатор выполнен в виде цилиндра, а его рабочая кромка представляет собой вершину треугольника с притупленной кромкой, причем вершина треугольника, равна 50-бО (2) .

Однако воздушное или водяное охлаждение кристаллизатора не позволяет регулировать скорость охлаждения в широких пределах, которая является 0 существенным фактором для изменения режима закалки материалов, позволяющим изменять их свойства и размеры.

Кроме того, у устройства низкая скорость охлаждения материалов, что приводит к вынужденным остановкам и снижающей эффективность закалки материалов из жидкого состояния. Известное устройство Не позволяет получить высокодисперсные материалы, так как получаемые на них изделия имеют поперечное сечение порядка

50-60 мкм.

Цель изобретения — повышение дисперсности материала путем увеличения 55 скорости охлаждения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для получения волокон, иголок и порошков нз расплава, содержащем цилиндрический с кольцевыми выступами кристаллизатор, установленный на валу с приводом вращения, ванну с расплавом и систему охлаждения с циркулирующим .хладагентом, в кристаллизаторе и внутри вала выполнены полости для заполнения хладагента, причем полость внутри вала соединена с системой циркулиру ющего хладагента, а размеры кольцевых выступов удовлетворяют соотношениям

0,03Ъ с с 0,06Ь; Ъ < Ь 1,5Ь где Ol — толщина выступа;

Ь вЂ” расстояние между выступами;

4 — высота выступа.

На чертеже йредставлена схема устройства.

Устройство содержит теплопроводящий кристаллизатор 1, изготовленный из меди„ в виде полого цилиндра с внутренней полостью 2. Полость 2 образована внутренней поверхностью кристаллиэатора 1 и внешней поверхностью полого вала 3, который концентрично и герметично закреплен внутри кристаллизатора 1. Соосно с кристаллизатором 1 и полым валом 3 закреплен привод 4. На внешней поверхности кристаллиэатора выполнены кольцевые канавки: избирательным травлением, резанием, лазерным лучом и т.п. В результате выполнения канавок кристаллизатор 1 имеет кольцевые выступы 5. Уровень расплава регулируется с помощью системы 6 поддержания заданного уровня. Внутренняя полость вала 3 соединена с внешней системой 7 охлаждения.

Устройство работает следуюшим образом.

Кристаллизатор 1 приводится во вращение приводом 4 и с помощью системы б поддержания заданного уровня погружается в расплав 8. Тонкий слой расплава эатвердевает на кромке кольцевых выступов и вытягивается из ванны. Охлаждение расплава, начавшееся в ванне„ продолжается неко горое время на кромке диска, а затем затвердевший материал отделяется от диска эа счет усадки и термических напряжений и отбрасывается с кристаллизатора под действием центробежных сил. Крнсталлиэатор выполнен нэ. теп.

1134296 лопроводящего материала и передает тепло от охлаждаемого расплава 8 к охлаждающей жидкости 9. В результате нагрева температура жидкости поднимается и она интенсивно испаряется. На перевод жидкости в парообраэное состояние затрачивается теплота парообразования и при этом дальнейшего повышения температуры не происходит и температура охлаждающей жидкости равна 1п температуре кипения. Использование легкокипящих жидкостей позволяет поддерживать низкую температуру кристаллизатора. Б качестве легкокипящих жиг костей можно использовать жидкий 15 азот или другие сжиженные газы, воду, спирт. Для охлаждения рабочей жидкости внутри полости вала имеется внешняя система 7 охлаждения, через которую с регулируемой скоростью подается охладитель иэ внешнего источника.

Внешняя система 7 охлаждения,не связана жестко с кристаллизатором 1, поэтому конструкция охлаждаемого диска упрощается. Жидкость 9 под действием центробежных сил омывает основание кольцевых выступов 5 и испаряется.

Пар конденсируется на внешней поверхности полого. вала 3 за счет внешнего хладагента, который может быть и сжиженным газом и водой, причем скорость подачи внешнего хладагента можно регулировать, изменяя при этом скорость охлаждения материала в широких пределах. Воэможность изменения подачи внешнего хладагента позволяет изме35 нять скорость охлаждения в пределах

10 -108 К/с. При высоте h выступов 5 менее ширины канавки о происходит залипание расплава между выступами

40 и волокнистые материалы не производятся. При высоте h, в 1,5 раза превышающей ширину канавки, происходит их перегрев и контроль за размерами и формой разбрызгиваемого матеряала теряется, а главное не происходит закалки материала.

Предлагаемое изобретение позволяет получить до 600 кг/ч высокодис50 персных волокон и порошков, т,е. в 6 раз больше, чем прототип. Таким образом, только по весу получаемых волокнистых материалов от одной установки, исходя иэ ее стоимости, экономический эффект составляет

25000 руб., так как стоимость одной установки в обеих случаях составляет 5000 руб. Технический эффект от

Количество хладагента во внутренней полости 2 ввоцится при изготовле нни в пределах 0,1-0,3 от объема полости. При меньшем количестве воды происходит перегрев кристаллизатора, приводящий к потере контроля и к разбрызгиванию без закалки. При количестве хладагента большем, чем

0,3 от объема полости 2, достигается предел скорости охлаждения 10 К/с, так как избыточное количество вопы эа счет центробежных сил постоянно находится у кольцевых выступов, поддерживая их температуру постоянной, причем выше температуры парообразования.

Соотношения толщины выступа 0 расстояния между выступами Ь и высо ты выступа 11 должны удовлетворять условиям

0,03 — 0,06 и 1 — 1,5.

Ъ

При таких условиях возможно получить волокна, иголки и порошки не более 10 мкм в поперечном размере.

Изменение соотношений приводит к увеличению размеров и к получению плоских не технологических полос.

Граничные размеры медного цилиндра кристаллизатора диаметром 200 мм и высотой 100 мм рассматривали в двух вариантах.

Минимальный вариант.

D = --200 мм (диаметр кристаллиэатора); о = О, 1 мм; Ъ = 3 мм; h

3 мм и h = 4,5 мм. Объем воды составляе- 0,1 от объема полости, а затем дополняется до 0,3.

Максимальный вариант.

3 = 200 мм (диаметр кристаллизатора); толщина выступа 0,5 мм; расстояние между выступами 8 мм; высота выступа 8 мм и 12 мм; объем внутреннего хладагента варьируется в пределах О, 1-0,3 внутреннего объема полости.

При изменении внутреннего объема рабочей жидкости в указанных пределах и при указанных граничных размерах g, Ъ и 4 получали одинаковые размеры закаленных волокон.

Скорость вращения 3000 об/мин нри указанных выше параметрах кристаллизатора дает возможность полуо чать из расплава с 1400 С сплав с составом: 43 Fe 45 И; 8,5 Р", 3 В с поперечным размером не более

1G. мкм.

1134296

Составитель А. Храмцов

Редактор И, Воловик Техред Т.Маточка Корректор А. Ильин

Заказ 10003/9 Тираж 746 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная,4,высокодисперсных материалов еще выше так как пайка, прессование, спекание происходит при более низких температурах и давлениях.

5

Высокие скорости охлаждения 10—

10 К/с позволяют эффективно охлаждать все рабочие кромки цилиндрических выступов при высокой скоI0 рости вращения кристаллизатора

2-,10 тыс.об/мин, что приводит к повышейию производительности одной установки в 6 раз и более.

/.

В зависимости отформы кромкиколь- 15 цевого выступа (диска) можно получать продукцию различной формы. С помощью диска,. имеющего гладкую поверхность рабочей кромки, можно получить непрерывную ленту иэ различных металлов, сплавов или других материалов, которые можно расплавить. Ширина ленты равна ширине рабочей кромки диска, толщина зависит от режимов получения и от свойств расплава. Используя заостренную кромку можно получить непре рывное волокно, сечение которого saвисит от режимов получения. Нанесение на заостренную кромку насечек, прерывающих процесс получения волок- ЗО на, можно получить отрезки волокна заданной длины (иголки или порошок игольчатой формы). На гладком диске с насечками можно получить порошок чешуйчастой формы. Изменяя форму рабочей кромки диска, можно получить порошок с частицами различной формы и размеров, Замена одного диска другим позволяет быстро переходить на производство любого продукта с заданными формой и размерами.

Предлагаемое устройство позволяет получить волокна труднодеформируемых материалов, сокращает число операций процесса получения волокон с нескольких десятков до одной, увеличивает производительность процесса получения волокон на одной установке в несколько десятков раз.

Полученная с помощью предлагаемого устройства продукция обладает комплексом повышенных физических и эксплуатационных свойств путем сверхвысокой скорости охлаждения расплава

-10 -10 К/с. Например, получены

8 аморфные сплавы на железной и железо-никелевой основе, обладающие высокимимагнитными, механическими свойствами и отличающиеся стойкостью к воздействию агрессивной среды и радиации. В 50-100 раэ повышена растворимость легирующих элементов в твердом растворе алюминия по сравнению с равновесной.