Установка для получения порошков металлов, сплавов и химических соединений электрическим взрывом проволоки

Изобретение относится к получению порошков электрическим взрывом проволоки. В предложенной установке, содержащей реактор для электрического взрыва проволоки с высоковольтным и заземленным электродами, соединенными с источником импульсных токов, механизм подачи проволоки в реактор, систему циркуляции газа и порошка и узел отделения газа и сбора порошка, согласно изобретению система циркуляции газа и порошка выполнена в виде трубчатых газоотводов, подсоединенных одними концами к реактору напротив межэлектродного промежутка, а другими - к узлу отделения газа и сбора порошка, который выполнен в виде последовательно соединенных посредством патрубков расширителей, каждый из которых снабжен накопителем порошка, с обеспечением соотношения: S_i/S_i+1≥1,43, где i=1, 2... , S₁ - суммарная площадь проходного сечения трубчатых газоотводов, S₂, S₃ ...- площадь сечений соединительных патрубков. Обеспечивается повышение качества получаемого продукта за счет уменьшения агломерации порошка. 2 ил., 2 табл.

 

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к получению порошков металлов, сплавов и химических соединений методом электрического взрыва проволоки для использования в производстве металлических, металлокерамических, керамических, композиционных материалов, сорбентов, катализаторов и т.д.

Известна установка для получения высокодисперсных порошков неорганических материалов электрическим взрывом (патент РФ №2048278, МПК 7 B 22 F 9/14, опубл. 20.11.1995 г.), содержащая зарядное устройство, накопитель, реактор для взрыва металлической заготовки - проволоки, включающий металлический корпус, два электрода, механизм подачи заготовки и патрубки отвода порошка и газа. Коммутатор соединен с накопителем и реактором. Первый электрод изолирован от корпуса и соединен с коммутатором, второй электрод соединен с корпусом, заземлен и установлен с зазором к заготовке при отношении величины зазора к диаметру заготовки, равном 5-10. Механизм подачи заготовки электрически изолирован от корпуса и состоит из катушки для проволоки, подающих проволоку роликов и узла деформации проволоки. Последний установлен на расстоянии ко второму заземленному электроду, равном 20-40 диаметрам заготовки. Реактор патрубками соединен со сборником порошка, который имеет трубопровод для возврата газа в реактор и емкость для порошка.

Недостатком этого устройства является низкий выход ультрадисперсной фракции получаемого порошка.

Наиболее близкой по технической сущности является установка (патент РФ №2093311, МПК 7 B 22 F 9/14, опубл. 20.10.1997 г.), содержащая источник питания электроэнергией с емкостным накопителем, систему коммутации, реактор для взрыва проволоки с высоковольтным и заземленным электродами, механизм подачи проволоки, систему сбора порошка и систему газообеспечения. Установка снабжена узлом деформации проволоки, циклоном и электрофильтром с бункерами для сбора порошка, вентилятором, классификатором отбойно-вихревого типа и усеченным конусом, установленным в камере классификатора с образованием зазора у нижнего основания со стенкой камеры, а верхнее основание конуса выполнено в виде щели, направленной на ротор классификатора, причем по оси конуса установлен патрубок для подачи газа с порошком из реактора, а бункер для сбора порошка присоединен к дну камеры классификатора посредством трубопровода с затвором, при этом узел деформации проволоки выполнен в виде колец или свободно вращающихся роликов с направляющей канавкой, укрепленных в обойме, совершающей вращательное движение вокруг оси протяжки проволоки, с помощью стержней для перемещения колец или роликов на заданное расстояние от оси вращения обоймы.

Недостатком этого устройства является большой выход агломерированного порошка, более 30% маc. с размерами агломератов ~30 мкм, а следовательно, низкое качество получаемого порошка.

Основным техническим результатом является повышение качества получаемого продукта за счет уменьшения агломерации порошков: содержание агломератов ≤ 6% маc. и диаметр ≤ 2,3 мкм. Применение данной установки позволяет в 19 раза снизить характерный размер агломератов и в 10 раз содержание агломератов в получаемом порошке по сравнению с прототипом.

Указанный технический результат достигается тем, что в установке для получения порошков металлов, сплавов и химических соединений электрическим взрывом проволоки, содержащей реактор для электрического взрыва проволоки с высоковольтным и заземленным электродами, соединенными с источником импульсных токов, механизм подачи проволоки в реактор, систему циркуляции газа и порошка и узел отделения газа и сбора порошка, согласно предложенному решению система циркуляции газа и порошка выполнена в виде трубчатых газоотводов, подсоединенных одними концами к реактору напротив межэлектродного промежутка, а другими - к узлу отделения газа и сбора порошка, который выполнен в виде последовательно соединенных посредством патрубков расширителей, каждый из которых снабжен накопителем порошка, с обеспечением соотношения:

S_i/S_i+1≥1,43,

где S₁ - суммарная площадь проходного сечения трубчатых газоотводов,

S₂, S₃,... , S_i - площадь сечения соединительных патрубков.

На фиг.1 представлена схема предлагаемой установки для получения порошков металлов, сплавов и химических соединений, на фиг.2 - узел отделения газа и сбора порошка 11.

Установка содержит реактор 1 для электрического взрыва проволоки 2 с высоковольтным 3 и заземленным 4 электродами, источник импульсов напряжения 5, механизм подачи проволоки с узлом деформации 6, систему подачи газа в реактор 7, вентилятор 8, трубопровод 9 для возврата газа в реактор 1. Система циркуляции газа и порошка и узел отделения газа и сбора порошка выполнена в виде трубчатых газоотводов 10, которые подсоединены одними концами к реактору напротив межэлектродного промежутка, а другими - к узлу отделения газа и сбора порошка 11. В опытной установке смонтировано 16 трубчатых газоотводов, площадь проходного сечения каждого из которых составляет 7,0625 см², а суммарная площадь проходного сечения S₁=113 см². Узел отделения газа и сбора порошка 11 выполнен в виде последовательно соединенных расширителей 12, каждый из которых снабжен накопителем порошка 13. Суммарное проходное сечение трубчатых газоотводов в опытной установке составляло S₁=113 см², сечения соединительных патрубков S₂=68 см², S₃=41 см². Отношения сечений S₁/S₂=1,66, S₂/S₃=1,66, т.е. в общем виде S_i/S_i+1і1,43.

Работа установки осуществляется следующим образом.

Установка предварительно вакуумировалась, а затем заполнялась рабочим газом. Для получения порошков алюминия использовалась алюминиевая проволочка диаметром 0,35 мм и длиной 80 мм. Зарядное напряжение составляло 26 кВ. В установку закачивался нейтральный газ - аргон. Для получения химических соединений требуется закачка химически активного газа: азотсодержащего газа для получения нитридов металлов, кислородсодержащего газа для получения оксидов, углеродсодержащего газа для получения карбидов и др. Механизм подачи проволоки 6 подает в реактор 1 проволоку 2, которая выпрямляется в узле деформации механизма подачи 6. При достижении проволокой высоковольтного электрода 3 срабатывает коммутатор источника импульсов напряжения 5. В результате протекания мощного импульсного тока проволока 2 взрывается с образованием порошка. Порошок в потоке газа выносится через трубчатые газоотводы 10 в систему циркуляции газа и порошка и узел отделения газа и сбора порошка 11. По мере прохождения последовательно соединенных расширителей 12 отделяются более крупные фракции порошка и оседают в накопителях порошка 13. Очищенный от порошка газ после прохождения системы расширителей 12 подается на вход вентилятора 8, выход которого посредством трубопровода 9 соединен с реактором 1 для электрического взрыва проволоки 2. С помощью вентилятора 8 обеспечивалась подача газа. Величина вводимой в проволоку 2 энергии определялась по осциллограммам тока через эту проволоку. Размер агломератов в получаемом порошке определялся с помощью растрового микроскопа JSM-840.

В табл.1 приведены результаты испытаний предлагаемой установки, при этом примеры №3, 4, 5 соответствуют заявляемым параметрам. Как видно из колонки 4 табл.1, при значениях S_i/S_i+1≥1,43 снижается размер агломератов до 2,3 мкм и их содержание в порошке до 6%.

Результаты сравнения качества порошков, полученных на установке-прототипе и на заявляемой установке, приведены в табл.2.

Из табл.2 следует, что применение данной установки позволяет в 19 раза снизить характерный размер агломератов и в 10 раз содержание агломератов в получаемом порошке.

Установка для получения порошков металлов, сплавов и химических соединений электрическим взрывом проволоки, содержащая реактор для электрического взрыва проволоки с высоковольтным и заземленным электродами, соединенными с источником импульсных токов, механизм подачи проволоки в реактор, систему циркуляции газа и порошка и узел отделения газа и сбора порошка, отличающаяся тем, что система циркуляции газа и порошка выполнена в виде трубчатых газоотводов, подсоединенных одними концами к реактору напротив межэлектродного промежутка, а другими - к узлу отделения газа и сбора порошка, который выполнен в виде последовательно соединенных посредством патрубков расширителей, каждый из которых снабжен накопителем порошка, с обеспечением соотношения:

S_i/S_i+1≥1,43, где i=1, 2... ,

S₁ - суммарная площадь проходного сечения трубчатых газоотводов,

S₂, S₃...- площадь сечений соединительных патрубков.