Установка для получения ультрадисперсного порошка

 

Сущность изобретения: упьтрадислерсный порошок получают путем плазменного распыления о установке, имеющей испарительную камеру 1. В камеру подают поток плазмы, генерируемый плазмотроном 2 из газа попадающего в него по системе 5 газоснабжения и диспергируют сырье в виде порошка, раствора или расплава металла, сплава или соединения металла подаваемого сырьевым питателем 6 через одно или несколько сопел 7 Установленный в сопле 7 с радиальным входным каналом 8 концентратор, колеблемый от источника ультразвука, при подаче на его боковую поверхность сырья транспортирует его к торцовой поверхности за счет создаваемого перед ней разрежения Распыление сырья происходит через диффузор . Использование для распыления сырья энергии продольных ультразвуковых колебаний концентратора от источника ультразвука без использования газа-носителя позволяет не нарушать температурное поле плазмы, что повышает однородность гранулометрического состава получаемого порошка. 15 зпф-лы. 1 ип.

ОПИСАНИЕ ИЗОВРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ гьрьс

ЬЭ сР

С0

ОО О

С0

Фиг т

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5022678/02 (22) 1601Эг (46) 15.1093 Бюп. Йв 37-38 (71) Совместное межотраслевое и межрегиональное производственно-торговое объединение."Край (72) Ksace os QM. (73) Совместное межотраслевое и межрегиональное производственно-торговое объединение Край" (Щ УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ УЛЬТРАДИСОИРСНОГО ПОРОШКА (57) Сущность изобретения: упьтрадиспеосный порошок получают путем плазменного распыления в установке, имеющей испаритепьную камеру 1. В камеру подают поток плазмы, генерируемый плазмотроном 2 из газа. попадающего в него по системе 5 газоснабжения и диспергируют сырье в виде (в) ЯД (и) 2000890 С1 порошка, раствора или расплава металла, сплава или соединения металла подаваемого сырьевым питателем 6 через одно или несколько сопел 7. Установленный в сопле 7 с радиальным входным каналом 8 концентратор, колеблемый от источника ультразвука, при подаче на его боковую поверхность сырья транспортирует его к торцовой поверхности за счет создаваемого перед ней разрежения. Распыление сырья происходит через диффузор. Использование для распыления сырья энергии продольных упьт ра звуковых колебаний концентратора от источника ультразвука без «спользования газа-носителя позвопяет не нарушать температурное поле факела плазмы что повышает однородность гранулометрического состава попучаемого порошка. 15 з.п.ф-лы, 12 ип, 2000890

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано при получении ультрадисперсных порошков металлов, сплавов и соединений металлов.

Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности является установка для получения ультрадисперсного порошка. содержащая испарительную камеру с плаэмотроном, установленным на входе в камеру, и сопловым аппаратом, установленным на выходе иэ нее, расширительную камеру, сырьевой питатель и систему газоснабжения.

Недостатком этой установки является захолаживание периферийных слоев потока плазмы газом-носителем и, вследствие этого, значительный разброс гранулометрического состава получаемых ультрадисперсных порошков.

B предлагаемой установке для получения ультрадисперсных порошков, содержащей испарительную камеру с плазмотроном, установленным на входе в камеру. и сопловым аппаратом, установленным на выходе из нее, расширительную камеру, сырьевой питатель и систему газоснабжения, согласно изобретению. сырьевой питатель снабжен соплом с радиальным входным каналом и источником ультразвука с концентратором колебаний. свободный конец которого с зазором размещен внутри сопла.

Это позволяет подавать порошок, раствор ипи расплав сырья в поток плазмы без газа-носителя за счет распыления энергией продольных ультразвуковых колебаний, что исключает эахолаживание слоев плазмы.

Воэмсжно выполнение сопла с кольцевой проточкой, сообщенной с входным каналом. Это позволяет при использовании раствора или расплава сырья повысить равномерность их распыления за счет истечения по всему сечению зазора между соплом и концентратором и повысить производительность гопла.

Предусмотрено выполнение концентратора с винтовой канавкой, возможно многозаходной. на боковой поверхности. Это йовышает надежность работы устройства при использовании сырья в виде порошков, не обладающих адгезивной активностью по отношению к материалу концентратора.

Выполнение канавки многозаходной повышает производительность работы, особенно при распылении вверх по отношению к горизонту.

Также предусмотрено выполнение свободного конца концентратора с выпуклой торцовой поверхностью. в частности в виде

55 конуса. части сферической поверхности или параболоида вращения. Это позволяет увеличить угол распыления. чем и улучшить условия распределения и испарения сырья в потоке плазмы, причем параболическая поверхность обладает наибольшим углом распыления. сферическая — максимальной равномерностью. а коническая — максимальной простотой изготовления.

Возможна установка сопла тангенциально к мнимой окружности с диаметром

0,67-0.75 диаметра факела плазмы в плоскости установки сопла.

Это позволяет максимально равномерно с точностью до 5 g распределить сырье в потоке плазмы.

Одним из вариантов выполнения установки предусмотрено снабжение сырьевого питателя распределителем и дополнительными соплами и источниками ультразвука, при этом сопла желательно располагать с постоянным шагом по дуге окружности. соосной выходному отверстию плаэмотрона.

Это позволяет равномерно распределять сырье в потоке плазмы при высоких производительностях, В этом случае целесообразно устанавливать сопла с наклоном от плаэмотрона к сопловому аппарату.

Такое расположение сопел позволит снизить вероятность проскока сырья через факел плазмы и конденсации его на етенках испарительной камеры или коагуляции, вследствие столкновения частиц сырья из факелов распыления различных сопел.

Возможно снабжение сопел диффуэорами. Это увеличивает угол распыления сопел и улучшает распределение сырья в факеле плазмы и условия его испарения.

В этом случае возможно выполнение диффузоров в виде тел электрического накала. соединенных с источником тока, в частности из углерод-углеродной композиции.

Такое выполнение диффуэоров позволяет обогревать их, исключив воэможность конденсации на них сырья, а углерод-углеррдная композиция, состоящая из смеси пирои стеклоуглерода, обладает значительным сопротивлением и термостойкостью для работы в факеле плазмы, Возможно выполнение диффуэора с системой автономного термостатирования, что позволяет поддерживать их температуру на минимально ньобходимом уровне при работе на любом виде сырья, независимо от температуры его конденсации.

Выполнение сопла с системой обогрева позволяет исключить возможность образования холодного козла в сопле при работе на расплаае сырья.

2000890

На фиг.1 показана схема установки; на фиг.2 — сопло сырьевого питателя; на фиг.3 — то же. с кольцевой проточкой: на фиг.4 — выходной конец концентратора с конической торцовой поверхностью и винтовой канавкой; на фиг,5 — то же, со сферической торцовой поверхностью; на фиг.6— то же, с торцовой поверхностью в виде параболоида вращения; на фиг.7 — расположение сопла относительно факела плазмы и плаэмотрона; на фиг.8 — распределитель сырьевого питателя: на фиг.9 — разрез А-А на фиг.8; на фиг.10 — расположение сопел относительно плаэмотрона: на фиг,11 — разрез Б-Б на фиг,10. на фиг. 12 — сопла с системой обогрева и диффузором.

Установка для получения ультрэдисперсного порошка (фиг.1) содержит испарительную камеру 1 с установленным нэ входе плаэмотроном 2 и сопловым аппаратом 3 на выходе. расширительную камеру 4, систему газоснабжения 5 и сырьевой питатель G c соплом 7. имеющим радиальный входной канал .8, источником 9 ультразвука с концентратором

10 колебаний, свободный конец которого с зазором размещен внутри соила 7.

При получении порошка иэ растворов или расплавов в сопле 7 (фиг,3) вы".oëíÿioò кольцевую проточку 11, сообщенную с входным каналом 8. При получении порошка из порошка сырья более крупной фракции сопло T (фиг.2,4) выполняют без проточки, но на свободном конце концентратора 1О нарезают одно- или многозаходную винтовую канавку 12 на боковой поверхности, Для увеличения угла распыления свободный конец концентратора 10 выполняют с выпуклой торцовой поверхностью 13 в виде конуса (фиг.4). сферы (фиг.5) или пэрэболоида вращения (фиг.6).

Для улучшения распределения рэспыляемого сырья в факеле плазмы (фиг.7) сопло 7 устанавливают тангенциэльно мнимой окружности (пунктир) с диаметром d, равным 0,67-0.75 диаметра 0 (штрих-пунктир) факела плазмы в плоскости установки сопла 7.

Аналогичная задача при больших производительностях решается (фиг.8-10) уста.новкой распределителя 14 нэ сырьевом питателе 5 и дополнительных сопел 7, рас положенных с постоянным шагом P по дуге окружности, соосной выходному отверстию плазмотрона 2. В этом случае (фиг.11) для снижения вероятности столкновения и спекания сырья иэ разных факелов распыления сопла 7 устанавливают с наклоном от плазмотрона 2 к сопловому аппарату 3.

Сопло 7 может быть снабжено (фиг,12) диффуэором 15 для увеличения угла рэспы5

55 солевых растворов вызывает необходилеi.i я. Сопло 7 и диффузор 15 выполнены g независимыми системами обогрева и термостэтировэния, Сопло 7 может обогреваться нагревательными элементами 16 для исключения возможности застывания в нем сырья при использовании расплэвов, Выполнение диффуэорэ 15 в виде тела электрического накала, например иэ углерод-углеродной композиции, соединенного через блок 17 коррекции мощности с источником 18 тока, позволяет наиболее простым способом избежать конденсации нэ нем сырья, испаренного в факеле плазмы.

У тэновка работает следующим образом.

В испарительную камеру 1 подают поток плазмы, генерируемый плаэмотроном 2 из газа. попадающего в него по системе 5 газоснабжения, и диспергируют сырье в виде порошка, раствора или расплава металла, сплава или соединения металла, подаваемого сырьевым питэтелем 6 через одно или несколько сопел 7, В по1оке плээл1ы происходит испарение сырья, иногда в зависимости от химического состава плазмы реакция его соединения с одним или несколькими ее составляющими, Испаренное сырье с потоком плазмы поступает через соплопой эп„эрэт 3 в расширительную камеру 4. tTo приводит к адиэбэтному рэсшлрению и охл; ждению потока, переходу плазмы в газообразное состояние и конденсации ультрэдисперсного порп лкэ, отделяемого в расширительной кзмере 4 от выводимого иэ нее газового потока.

Установленный в сопле 7 с радиальным входным каналом 8 концентратор 10, колеблемый от источника 9 ультразвука, при подаче нэ его боковую поверхность сырья транспортирует его к торцовой поверхности зэ счет создаваемого перед ней разрежения, При достижении сырьем торцовой поверхности 13 концентратора 10 происходит распыление сырья через диффузор 15 или без него в факел плазмы. Использование для распыления сырья энергии продольных ультразвуковых колебаний концентратора

1О от источника 9 без использования газаносителя позволяет не нарушать температурного поля факела плазмы, что повышэет однородность грэнулометрического состава получаемого порошка, исключая преимущественное образование центров кристаллизации в переохлажденнол1 участке факела плазма

Использование в качестве сырья для получения ультрадисперсных порошков рэсплэвов металлов, сплавов или солей. или

2000890

15

20 мость создания равномерного истечения сырья из сопла 7. Для этого его входной канал 8 сообщают с кольцевой проточкой

11, что обеспечивает равномерное заполнение зазора между концентратором 10 и соплом 7 и улучшение условий диспергирования при однородном факеле распыления из дискретных частиц размером 2-0,1 мкм.

Использование в качестве сырья порошков крупной фракции или наклон сопла вверх более, чем на 30 вызывает необходимость повышения сцепления сырья с концентратором 10, Для этого на боковой поверхности его свободного конца выполняют винтовую канавку 12, многозаходную при желании увеличения производительности, При недостаточности производительности узла распыления сырьевой питатель 6 снабжают распределителем 14 для обеспечения подачи сырья в несколько сопел 7, которые для равномерного распределения

Формула изобретения

1. УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ УЛЬТРАДИСПЕРСноГо поРошкА, содержащая испарительную камеру с плазмотроном, установленным на входе в камеру, и сопловым аппаратом, установленным на выходе иэ нее, расширительную камеру, сырьевой питатель и систему газоснабжения, отличающаяся тем, что она снабжена соплом с радиальным входным каналом. размещенным в сырьевом питателе, и источником ультразвука с концентратором колебаний, причем свободный конец концентратора колебаний размещен внутри сопла с зазором.

2, Установка по п.1, отличающаяся тем, что сопло выполнено с кольцевой проточкой, сообщенной с входным каналом.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что концентратор выполнен с винтовой канавкой на боковой поверхности.

4. Установка по п.3, отличающаяся тем, что винтовая канавка концентратора выполнена многозаходной.

5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что свободный конец концентратора выполнен с выпуклой торцовой поверхностью.

6. Установка по п.5. отличающаяся тем, что торцовая поверхность концентратора выполнена конической.

7. Установка по п.5, отличающаяся тем, что торцовая поверхность концентратора выполнена сферической.

8, Установка по п.5, отличающаяся сырья в факеле плаэмы размещают с шагом

P по дуге. соосной плаэмотрону 2 окружности. и устанавливают с наклоном от плаэмотрона 2 в сторону connoeoro аппарата 3 для исключения возможности пересечения факелов распыления и коагуляции неиспаренных частиц сырья.

Обогрев сопла 7 нагревательными элементами 16 позволяет исключить застывание в них расплава сырья и повышает надежность их работы.

На диффуэорах 15. выполненных в виде тел электрического накала и соединенных с источником 18 тока, не конденсируется испаренный плазмой ьутериал, причем наличие блока 17 коррекции позволяет обеспечить минимально необходимую температуру независимо от вида сырья и готового продукта. (56) Патент С ША йг 4484943. кл. В 22 P 9/14, 1984. тем, что торцовая поверхность концентратора выполнена в виде параЬолоида вращения.

9, Установка по п.1, отличающаяся тем, что сопло установлено тангенциально мнимой окружности с диаметром 0,670.75 диаметра факела плазмы в плоскости установки сопла.

10, Установка по п.1. отличающаяся тем, что сырьевой питатель выполнен с распределителем сырья и дополнительными соплами и источниками ультразвука. расположенными с постоянным шагом по дуге окружности, соосной с выходным отверстием плаэмотрона, 11. Установка по п.10, отличающаяся тем, что оси дополнительных сопл сырьевого питателя установлены с наклоном от плазмотрона к сопловому аппарату.

12. Установка по п.1. отличающаяся тем, что сопло сырьевого питателя имеет систему обогрева.

13. Установка по п.1, отличающаяся тем, что сопло сырьевого питателя имеет диффуэор.

14. Установка по п,13, отличающаяся тем, что диффуэор выполнен в виде тела электрического накала и соединен с источником тока.

15. Установка по п.14. отличающаяся тем, что диффуэор выполнен из углерод-углеродного композиционного материала.

16, Установка по п,13, отличающаяся тем. что диффузор выполнен с системой автономного термостатирования.

2000890

2000890

2000890

Жг 78

Составитель Л.Гамвюноаа

Редактор Н,Сильнягинв Техред М.Моргентал Корректор С. Шекмар

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Рвушсквя нвб.. 4/5

Заказ 3101

Проиэеодственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101