Устройство для получения металлических порошков

 

Изобретение относится к порошковой металлургии и , в частности к устройствам для получения металлических порошков путем распыления струи расплава потоком газа. Цель изобретения - увеличение производительности при повышении выхода порошков с мелкокристаллической структурой. При работе через отверстие 12 подается струя энергоносителя под высоким давлением в камеру 13, откуда он поступает к рабочим соплам 3 и 5. Рабочие сопла 3 и 5 и диафрагмы 4 и 6 формируют рабочий полок газа, который диспергирует струю расплава посредством двойного дробления. Распыленные частицы охлаждаются в параболической камере жидким азотом, который эжектируется в камеру потоком газа-энергоносителя. 1 ил., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1509184 А 1 (5041 2 F 9 08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

l1Q ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4279434/31-02 (22) 08.07.87 (46) 23.09.89. Бюл. № 35 (71) Харьковский авиационный институт им. Н. Е. Жуковского (72) Л. И. Корницкий, А. И. Яковлев, М. А. Долгин, А. И. Близно и В. Г. Смаль (53) 621.762.2 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 977115, кл. В 22 F 9/08, 1982.

Авторское свидетельство СССР № 1087255, кл. В 22 F 9/08, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ

МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ (57) Изобретение относится к порошковой . металлургии, в частности к устройствам

2 для получения металлических порошков путем распыления струи расплава потоком газа. Цель изобретения — увеличение производительности при повышении выхода порошков с мелкокристаллической структурой.

При работе через отверстие 12 подается струя энергоносителя под высоким давлением в камеру 13, откуда он поступает к рабочим соплам 3 и 5. Рабочие сопла 3 и 5 и диафрагмы 4 и 6 формируют рабочий поток газа, который диспергирует струю расплава посредством двойного дробления. Распыленные частицы охлаждаются в параболической камере жидким азотом, который эжектируется в камеру потоком газа-энергоносителя.

1 ил, 1 табл.

1509184

15

25

40

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к устройствам для получения металлических порошков путем распыления струи расплава потоком газа.

Целью изобретения является увеличение производительности при повышении выхода порошков с мелкокристаллической структурой.

На чертеже представлено предлагаемое устройство, продольный разрез.

Устройство для получения металлических порошков содержит тепловой экран 1, изолирующий зону 2 подачи расплава от верхнего рабочего сопла 3, состыкованного с диафрагмой 4, которое совместно с нижним рабочим соплом 5, состыкованным с диафрагмой 6, образуют камеру 7, формирующую рабочий поток энергоносителя, при этом камера 7 состыкована с камерой 8 распыления, выполненной параболической формы с цилиндрическими каналами 9, соединяющими проточную часть устройства с полостью 10 для криогенной жидкости, куда последняя поступает через патрубок 11, причем энергоносител ь вводят в устройство через отверстие 12 в камеру 13, откуда он по трактам 14 и 15 подается на рабочие сопла.

Устройство работает следующим образом.

Через отверстие 12 подают энергоноситель под высоким давлением в камеру 13, откуда он по трактам 14 и 15 поступает к рабочим соплам 3 и 5. Пройдя рабочие со;ла энергоноситель в виде кольцевых потоков с большой скоростью поступает в диафрагмы 4 и 6. Рабочие сопла 3 и 5 и диафрагмы 4 и 6 образуют камеру 7, формирующую рабочий поток энергоносителя с заданными характеристиками. Большие скорости энергоносителя обеспечивают необходимый эжекционный эффект в зоне 2 подачи расплава и в камере 8 распыления в зоне цилиндрических каналов 9. Под действием эжекционных сил через патрубок 11 в полость 10 вводится криогенная жидкость и равномерно распространяется вокруг камеры 8 распыления. Через каналы 9 она поступает в камеру распыления, распыляется и смешивается с потоком энергоносителя. Через несколько минут устройство готово к эксплуатации.

После этого в металлоприемник 16 подают расплавленный металл. Под действием сил тяжести и эжекционных сил металл в виде струи поступает в зону 2 подачи расплава и в зону действия потока энергоносителя, сформированного соплом 3. Здесь происходит разрушение струи металла на первичные капли при сниженном эффекте коагуляции капель расплава. Аэродинамическим потоком последние уносятся в зону действия сопла 5, где происходит вторичное дробление металлических капель до заданного минимального диаметра. После этого продукты распыла поступают в мелкодисперсный поток криогенной жидкости и при сверхвысоких скоростях охлаждения завершается формование порошков с мелкокристаллической структурой.

Выполнение устройства в виде двухсопловой форсунки позволяет более оптимально решить задачу распыления струи металла кольцевым потоком энергоносителя. Так как в этом случае верхнее сопло выполняет задачу разрушения струи расплава на первичные капли, то и профилируется оно для выполнения этой задачи, т. е. работает в режиме недорасширения. Поток энергоносителя, который воздействует на струю расплава в зоне сопла 3, имеет скорость, близкую к скорости звука. Задача нижнего сопла обеспечить дробление первичных капель до капель заданного минимального диаметра

С этой целью оно профилируется для работы в расчетном режиме, причем скорость потока энергоносителя, сформированного этим соплом определяется режимом разрушения первичных капель до капель заданного минимального диаметра. Таким образом, устройство, выполненное в виде двухсопловой форсунки, позволяет обеспечить высокоэффективный процесс переработки расплавленного металла в порошки заданной фракции.

Соединение верхнего и нижнего сопел с диафрагмами, выполненными в виде усеченных конусов, имеющих углы раскрытия, равные углам раскрытия сопел, и высоты, не превышающие наибольшие расстояния между стенками сопел, а также выполнение нижнего сопла кольцевым и расположение его концентрично верхнему так, что они образуют камеру, формирующую суммарный поток энергоносителя, позволяет при увеличенном расходе в струе металла обеспечить качественный процесс переработки струи металла в порошки заданного диаметра.

При первоначальном распылении струи металла в устройстве, в котором высота диафрагмы больше максимального расстояния между стенками сопла, с которым она состыкована, происходит налипание частичек металла на стенку диафрагмы, причем характерно, что налипание начинается по всей поверхности на расстоянии от сопла, равном наибольшему расстоянию между его стенками. Поэтому между диафрагмой верхнего сопла и нижним соплом проточная часть выполнена конусной с углом раскрытия большим, чем угол раскрытия диафрагмы. Угол раскрытия этой конусной поверхности выбирается из условий минимума коагуляции частиц расплава, оптимального ввода первичных капель распыла для дальнейшего дробления в зону действия нижнего сопла и обеспечения необходимого эжекционного эффекта в зоне подачи расплава. Выполнение предлагаемого устройства без диафрагм приводит к снижению эжекционного эффекта

1509184 и, как следствие, производительность устройства снижается.

Выполнение диафрагм с углом раскрытия меньшим, чем углы раскрытия сопел, приводит к запиранию проточной части и сужению активной зоны диспергирования расплава. Выполнение диафрагм с углом раскрытия больше, чем угол раскрытия сопел, ведет к резкому расширению потока энергоносителя на выходе из рабочих сопел. И в первом и во втором случаях это ведет к снижению скорости потока энергоносителя, что в свою очередь снижает произвсдительность устройства.

Выполнение камеры распыления параболической формы с цилиндрическими каналами для ввода охлаждающей жидкости под углом а=30 — 60 к вертикальной оси обеспечивает подачу охлаждающей жидкости за счет энергии энергоносителя, распыление ее потоком энергоносителя и активное смешение с суммарным потоком: энергоноситель — частички металла. Это позволяет получить на выходе из устройства компактный поток, в котором происходит охлаждение частиц металла в мелкодисперсной среде охлаждающей жидкости практически с одинаковой скоростью.

Уменьшение угла ведет к тому, что криогенная жидкость активно засасывается в камеру распыления, но при этом проникновение ее в суммарный поток происходит на небольшую глубину — она распыляется вдоль параболической поверхности. И зона равномерного смешивания криогенной жидкости с потоком энергоносителя значительно удаляется от зоны завершения дробления

Металлических капель, что не позволяет обес печить охлаждение последних со сверхвысокими скоростями. Это ведет к резкому снижению выхода порошков с мелкокристаллической структурой. Так, при n=22 процент выхода порошков с мелкокристаллической структурой 56,7%.

Увеличение угла а приводит к тому, что снижается расход охлаждаемой жидкости в камеру распыления, а при а= — 75 охлаждаемая криогенная жидкость уже не подается в проточную часть устройства за счет энергии энергоносителя.

Герметичная стыковка устройства с металлоприемником, не соприкасаясь с последним в зоне подачи расплава, и снабжение устройства тепловым экраном, изолирующим зону подачи расплава от верхнего сопла позволяет увеличить расхода струи металла, поступающего в устройство за счет эжекционной силы в зоне подачи расплава, и исключает контакт расплава с деталями устройства.

Пример. Устройство выполнено в виде двухсопловой форсунки, рабочие сопла состыкованы с диафрагмой и компоноваиы в модуль для формирования рабочего потока

55 энергоносителя, камера распыления выполнена параболической формы с цилиндрическими каналами для ввода охлаждающей жидкости, устройство снабжено тепловым экраном, изолирующим зону подачи расплава от конструкции верхнего рабочего сопла.

Исследования проводятся при следующих параметрах: диаметр выходного сечения металлоприемника 13 мм, расстояние между выходными сечениями верхнего и нижнего рабочих сопел 28 мм, угол раскрытия рабочих сопел р= !2, угол раскрытия диафрагм

y=P=12, наибольшее расстояние между стенками верхнего сопла 5,2 мм, наибольшее расстояние между стенками нижнего рабочего сопла 7,6 мм, угол раскрытия конусной проточной части, расположенной между выходным сечением диафрагмы верхнего сопла и выходным сечением нижнего сопла, 18 .

В качестве энергоносителя используют азот, который подают в устройство под давлением 0,882 МПа, в качестве охлаждающей жидкости — жидкий азот.

В процессе испытаний в устройстве устанавливаются диафрагмы со следующими высотами и и Ь . и — 0; 5,2; 8 мм, для нижнего сопла Ь, =0; 7,6; 11 мм, а также используются сменные камеры распыления с цилиндрическими каналами для ввода охлаждающей жидкости при углах к вертикальной оси

RAN=22, % =38 ; аз=70 .

Расплав, который подвергается распылению, — расплавленные отходы электротехнической стали.

Полученные данные приведены в таблице

Таким образом, совокупность указанных признаков в предлагаемом устройстве позволяет обеспечить высокопроизводительный процесс получения порошков с мелкокристаллической структурой, причем выполнение устройства в виде двухсопловой форсунки, снабжение ее тепловым экраном и предлагаемое соединение ее с металлоприемником, стыковка рабочих сопел с диафрагмами и компоновка их обеспечивают качественную переработку струи металла с увеличенным расходом в порошки заданного минимального диаметра, а выполнение камеры рас- пыления параболической формы с цилиндрическими каналами для ввода охлаждающей криогенной жидкости под углом а=30—

60 к вертикальной оси обеспечивает стабильность процессу переработки струи металла в порошки и сверхвысокие скорости охлаждения при формовании порошков с мелкокристаллической структурой.

Таким образом, при переработке штамповочных отходов электротехнической стали предлагаемое устройство позволяет, используя в качестве энергоносителя азот, а в качестве криогенной жидкости жидкий азот, при производительности 35 — 37 кг/мин получить порошок с содержанием фракций 50)

><10 мм до 85%, причем скорость охлаж1509184

Производительность, кг/мии

% содержания фракций 50х х10 зMM

Х содержания порошков мелкоХарактеристика кристаллической структуры

Ф„=22

76,2

85,0

71,8

47,2

56,7

51,3

30,4

37,5

27,9

11„=0;

h„=8;

h =0

11,=7, 6

hz=11

Налипание частиц на проточную часть модуля

o(,=38

82,4

85,0

79,2

81,2

80,3

28,7

26,8

h =0

h =7,6

Ь =11

=0 1

h„=5,2;

h„=8

Налипание частиц на проточную часть модуля

"3-7700

90,2

96,7

88,1

26,5

31,8

25,2

62,3

67,8

60,7

h1 =0;

h, =5,2;

h, =8;

Налипание частиц на проточную часть модуля

Составитель A. Ефремов

Редактор И. Горная Техред И. Верес Корректор О. Ципле

Заказ 5669/11 Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 дения частиц близка к 6)(10 К/с, тогда как при эксплуатации известного устройства при тех же энергозатратах достигается производительность 26 кг/мин, полученный по. рошок содержит 52,6% фракций 50X10 мм скорость охлаждения частиц достигает 1)()(104 К/с.

Формула изобретения

Устройство для получения металлических порошков, содержащее металлоприемник, ка налы подвода энергоносителя, рабочее сопло, разделительную диафрагму и кольцевую камеру, отличающееся тем, что, с целью увеличения производительности при

Высоты диафрагм Углы к вертикальной оси, повышении выхода порошков с мелкокристаллической структурой, оно снабжено дополнительным кольцевым концентрично расположенным относительно рабочего сопла

5 соплом, соединенным с диафрагмой, при этом диафрагма выполнена в виде усеченного конуса с углом раскрытия, равным углу раскрытия рабочего сопла, и высотой, не превышающей наибольшего расстояния мемеду стенками сопел, и герметично соединена с металлоприемником, а камера распыления выполнена параболической формы с цилиндрическими каналами для ввода охлаждающей жидкости под углом 30 — 60 к вертикальной оси.