Реактор для получения самораспространяющимся высокотемпературным синтезом тугоплавких неорганических соединений

Изобретение относится к реакторам для получения самораспространяющимся высокотемпературным синтезом тугоплавких неорганических соединений. Реактор содержит корпус в виде трубы с водяной рубашкой охлаждения и грибковыми затворами, закрывающими трубу с образованием камеры для размещения порошковой экзотермической реакционной смеси, инициирующее устройство, размещенное в упомянутой камере, и станину, выполненную в виде двух квадратных опорных плит, связанных между собой четырьмя колоннами. Корпус закреплен двумя кронштейнами на станине с возможностью поворота относительно вертикальной оси в его рабочее положение вдоль оси станины посредством привода для обеспечения загрузки порошковой экзотермической реакционной смеси в камеру. Грибковые затворы выполнены прижатыми к опорным плитам станины и оснащены запирающими устройствами с приводами. Обеспечивается увеличение ресурса и эффективности работы реактора за счет снятия осевых нагрузок на его корпус. 1 ил.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к установкам (устройствам) реакторам для проведения самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, далее реактор СВС.

Известно устройство (реактор СВС) для синтеза халькогенидов, содержащее корпус с водяной рубашкой, в котором выполнена цилиндрическая камера, торцевые крышки, закрывающие камеру, инициирующее приспособление, закрепленное в одной из крышек по оси корпуса, при этом устройство снабжено коаксиально размещенным в камере цилиндром - выполняющим роль реакционной камеры, установленными в цилиндре с возможностью перемещения вдоль его оси вкладышами с выполненными в них кольцевыми проточками и экранами, закрепленными на внутренних поверхностях вкладышей, а во вкладыше, расположенном напротив инициирующего приспособления, выполнена коническая полость (SU 874165, B01J 19/08, 26.10.1981). Дополнительно устройство снабжено центрирующими кольцами, помещенными между цилиндром и внутренней поверхностью корпуса. Цилиндр и экраны выполнены из фольги молибдена или вольфрама, а вкладыши выполнены из керамики или графита.

Известное устройство позволяет повысить однородность конечного продукта за счет уплотнения исходной смеси вкладышами. Основным недостатком устройства является малый ресурс реактора, из-за частого выхода из строя резиновых кольцевых прокладок, особенно при использовании высокоэнергетических смесей.

Известны устройства (реактора СВС) для синтеза карбида титана SU 1834845 A3, С01В 31/30, 15.08.1993 и RU 2038296, С01В 31/30, 27.06.1995, общими признаками которых является наличие корпуса реактора, системы водоохлаждения, крышки реактора с патрубками, вакуумными прокладками, системой инициирования, сброса газов, оболочки из графитовой ткани для размещения в ней экзотермической смеси титана и графита. Устройства не безопасны в работе, требуют частой замены вакуумных прокладок и имеют недостаточно высокий ресурс работы.

В статье «СВС-абразивы: производство, свойства, применение», авторов А.Г. Мержанова, И.П. Боровинской, В.К. Прокудиной и др., опубликованной в журнале «Наука – производству», 1998, №8(10), с. 4-5, представлена схема реактора для получения самораспространяющимся высокотемпературным синтезом тугоплавких неорганических соединений, содержащего корпус в виде трубы с водяной рубашкой охлаждения и грибковыми затворами, закрывающими трубу с образованием камеры для размещения порошковой экзотермической реакционной смеси, и инициирующее устройство, размещенное в одной из частей реакционной смеси. В качестве исходных компонентов могут быть использованы любые экзотермические смеси порошков, например металла и неметалла, металлов, оксидов и металлов и пр.

Недостатком устройства являются большие осевые нагрузки на корпус реактора, что приводит к выходу его из строя, а также не достаточно высокие производительность и ресурс работы. Такие же недостатки характерны и для других указанных аналогов.

Наиболее близким аналогом выбран реактор СВС из указанной статьи.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение ресурса и эффективности работы реактора за счет снятия осевых нагрузок на корпус реактора, а также повышение производительности реактора и безопасности его эксплуатации.

Технический результат достигается тем, что реактор для получения самораспространяющимся высокотемпературным синтезом тугоплавких неорганических соединений содержит корпус в виде трубы с водяной рубашкой охлаждения и грибковыми затворами, закрывающими трубу с образованием камеры для размещения порошковой экзотермической реакционной смеси, и инициирующее устройство, размещенное в упомянутой камере, согласно изобретению он содержит станину, выполненную в виде двух квадратных опорных плит, связанных между собой четырьмя колоннами, при этом корпус закреплен двумя кронштейнами на станине с возможностью поворота относительно вертикальной оси в его рабочее положение вдоль оси станины посредством привода для обеспечения загрузки порошковой экзотермической реакционной смеси в камеру, причем грибковые затворы выполнены прижатыми к опорным плитам станины и оснащены запирающими устройствами с приводами.

На чертеже представлена схема заявляемого реактора в продольном разрезе (общий вид), где 1 корпус реактора из толстостенной трубы; 2 рубашка охлаждения; 3 внутренний объем камеры для размещения реакционной смеси; 4 грибковые затворы с приводами 10; 5 инициирующее устройство, установленное в реакционной смеси; 6 запирающие устройства с приводами 9; 7 квадратные опорные плиты, связанные между собой четырьмя колоннами 8; 11 кронштейны для крепления корпуса реактора к станине; 12 привод поворота корпуса реактора.

Стрелками показано направление газа.

Работа реактора СВС.

В исходном положении корпус реактора повернут относительно вертикальной оси на угол до 90 градусов к оси станины, грибковые затворы прижаты к опорным плитам станины, запирающие устройства подняты вверх.

Для проведения синтеза СВС во внутренний объем камеры корпуса реактора загружают реакционную экзотермическую смесь исходных реагентов в контейнере, размещают в смеси инициирующее устройство в виде спирали. В зависимости от температуры, развиваемой при синтезе, контейнер может быть выполнен из графита, огнеупорного материала, тугоплавкого металла или стали. При температурах (не выше 1400°С) наиболее экономичными являются стальные лодочки.

Инициирующая спираль может быть изготовлена из вольфрамовой, молибденовой или нихромовой проволоки диаметром до 1,0 мм. Локально инициирование процесса СВС осуществляют с пульта управления подачей кратковременного (до 5 с) электрического тока при напряжении до 80 В и тока до 100 ампер на инициирующую спираль, касающуюся исходной смеси.

После этого корпус реактора поворачивают при помощи привода поворота в рабочее положение - вдоль оси станины. Во внутрь корпуса реактора вводят грибковые затворы при помощи приводов и герметично закрывают камеру посредством колец уплотнения, при этом получается герметичная камера с исходной смесью.

Запирающие устройства, имеющие круглое сечение с "U"-образным вырезом, при помощи приводов опускают вниз и запирают грибковые затворы внутри корпуса реактора.

После этого реактор готов к работе.

Во внутрь корпуса реактора, через каналы в грибковых затворах при необходимости создают вакуум, проток газа или избыточное давление газа (инертного или реагирующего - азота) и производят инициирование процесса СВС при охлаждении корпуса.

После завершения процесса, который длится несколько секунд, проводят выравнивание давления в корпусе реактора с атмосферным, запирающие устройства поднимают вверх, грибковые затворы выходят из корпуса реактора с помощью соответствующих приводов, затем корпус поворачивают в исходное положение для выгрузки контейнера с полученным продуктом.

Реактор СВС используется для получения тугоплавких неорганических соединений путем инициирования смеси порошков металлов и/или неметаллов в инертной или реагирующей атмосфере с давлением до 250 атм.

Более подробно о возможностях СВС представлено в монографии «Химия синтеза сжиганием» под редакцией профессора М. Коидзуми, Москва, «Мир», 1998; в учебном пособии «Физико-химические и технологические основы самораспространяющегося высокотемпературного синтеза», авторов Е.А. Левашова, А.С. Рогачева и др., Москва, ЗАО «Издательство БИНОМ», 1999 и др.

Заявляемый реактор представляет собой единую конструкцию, все составляющие части которого взаимно связаны между собой, обладает повышенной прочностью и эффективностью за счет снятия осевых нагрузок на корпус реактора. Срок работы реактора повышается на порядок относительно известных аналогов, снижается металлоемкость за счет уменьшения толщины стенок реактора не менее чем на 30%.

Кроме того, корпус реактора после износа легко заменяется на новый.

Процесс проведения СВС может быть легко автоматизирован.

Реактор для получения самораспространяющимся высокотемпературным синтезом тугоплавких неорганических соединений, содержащий корпус в виде трубы с водяной рубашкой охлаждения и грибковыми затворами, закрывающими трубу с образованием камеры для размещения порошковой экзотермической реакционной смеси, и инициирующее устройство, размещенное в упомянутой камере, отличающийся тем, что он содержит станину, выполненную в виде двух квадратных опорных плит, связанных между собой четырьмя колоннами, при этом корпус закреплен двумя кронштейнами на станине с возможностью поворота относительно вертикальной оси в его рабочее положение вдоль оси станины посредством привода для обеспечения загрузки порошковой экзотермической реакционной смеси в камеру, причем грибковые затворы выполнены прижатыми к опорным плитам станины и оснащены запирающими устройствами с приводами.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к получению изделия из порошкового экзотермического материала самораспространяющимся высокотемпературным синтезом. Способ включает размещение порошкового материала в виде спрессованного в оболочке брикета в контейнере, который заполняют сыпучим теплоизолирующим материалом, и инициирование горения брикета.

Изобретение относится к получению дисперсно-упрочненного композиционного материала методом, сочетающим горение в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) c последующим высокотемпературным пластическим деформированием продуктов синтеза, и может быть использовано для получения электродов для электроискрового легирования и электродуговой наплавки.
Изобретение относится к получению порошка композитного материала на основе железа и карбида титана методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС).

Изобретение относится к шихте для получения пористого проницаемого каталитического материала методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), который может быть использован для изготовления каталитических фильтров нейтрализаторов отработанных газов двигателей внутреннего сгорания, фильтрующих элементов, пламегасителей и аэраторов.

Изобретение относится к шихте для получения пористого проницаемого каталитического материала методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), который может быть использован для изготовления каталитических фильтров нейтрализаторов отработанных газов двигателей внутреннего сгорания, фильтрующих элементов, пламегасителей и аэраторов.

Изобретение относится к шихте для получения пористого проницаемого каталитического материала методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), который может быть использован для изготовления каталитических фильтров нейтрализаторов отработанных газов двигателей внутреннего сгорания, фильтрующих элементов, пламегасителей и аэраторов.

Изобретение относится к шихте для получения пористого проницаемого каталитического материала методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), который может быть использован для изготовления каталитических фильтров нейтрализаторов отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, фильтрующих элементов, пламегасителей и аэраторов.

Изобретение относится к области специальной металлургии, в частности к получению литых шихтовых заготовок электродов из высоколегированных сплавов на основе алюминидов никеля, и может быть использовано для центробежной атомизации материала электродов и получения гранул для применения в аддитивных 3D-технологиях с целью получения сложнопрофильных изделий из жаропрочных металлических материалов.

Изобретение относится к получению тугоплавких материалов. Способ включает приготовление экзотермической смеси порошков и смеси порошков химической печки, формование слоевой шихтовой заготовки, инициирование в ней реакции горения в виде самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) с прессованием полученного продукта СВС.

Изобретение относится к получению изделий из тугоплавких материалов. Способ включает приготовление экзотермической смеси порошков, формование шихтовой заготовки, инициирование реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) и прессование полученного продукта СВС.
Изобретение относится к металлургии, а именно к легированию металлических отливок, получаемых методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) в условиях избыточного давления газовой среды на стадии их формообразования. Экзотермическую смесь из оксидов металлов с восстановителем подают в плавильный тигель с отверстием в донной части, которое предварительно прикрыто алюминиевой пластиной, последовательно устанавливают в реактор кристаллизатор и плавильный тигель с экзотермической смесью, герметизируют реактор, локально воспламеняют экзотермическую смесь под давлением газообразной среды, превышающим атмосферное, и плавят СВС в реакционной камере с выпуском образующегося расплава из плавильного тигля в кристаллизатор, при этом перед установкой в реактор кристаллизатора в него вводят легирующие добавки. Для модифицирования и легирования отливок порошкообразными модификаторами, легирующими элементами или их смесями применяют инжектор и эжектор, которые позволяют организовать подачу порошкообразных добавок в поток расплава при сливе металла в кристаллизатор. Для получения плотных слитков металлов и сплавов проведение процесса в реакционной камере при давлении ниже атмосферного. Изобретение позволяет получить легированные отливки с заданными характеристиками в зависимости от требований – объемнолегированные, с легированными поверхностями, а также композиционные отливки, содержащие в объеме керамические, металлокерамические включения. 4 н. и 9 з.п. ф-лы, 7 пр.

Изобретение относится к получению материала на основе алюминида никеля. Способ включает приготовление экзотермической шихты путем смешивания порошков алюминия, оксида никеля и по крайней мере одной легирующей добавки и инициирование в экзотермической шихте металлотермической реакции с обеспечением восстановления оксидов и образования алюминида никеля. Экзотермическую шихту готовят с добавлением балластной добавки, выполняющей роль флюса, в виде фтористого кальция. Порошок алюминия используют в избытке относительно стехиометрического соотношения порошков в смеси. В качестве легирующей добавки используют оксиды хрома, или оксиды молибдена, или оксиды вольфрама, или оксиды титана в количестве не более 15 мас.%. Металлотермическую реакцию в экзотермической шихте проводят без внешнего подогрева в реакторе или на открытом воздухе с получением материала на основе алюминида никеля в виде слитка. Обеспечивается уменьшение количества технологических циклов и повышение чистоты и выхода материала на основе алюминида никеля. 1 табл., 3 пр.

Изобретение относится к получению композиционного материала Al2O3 - А1. Способ включает гранулирование алюминиевого порошка, состоящего из частиц пластинчатой формы со стеариновым покрытием, прессование заготовки из гранулированного порошка и ее спекание. Гранулирование проводят путем термообработки порошка на воздухе при температуре 375-380°С в течение 3-5 ч и его последующей термообработки в вакууме при температуре 620-650°С в течение 1-2 ч, прессование заготовки проводят под давлением 500-1000 МПа, а спекание заготовки проводят при температуре 570-600°С в течение 1-2 ч. Обеспечивается увеличение относительной плотности и удельной эффективной работы разрушения композиционного материала. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 пр.

Изобретение относится к способу изготовления мишени из гидроксиапатита для ионно-плазменного напыления покрытий и может быть использовано для напыления кальций-фосфатных покрытий на поверхность медицинских имплантатов. Способ включает использование порошка синтетического гидроксиапатита или натурального гидроксиапатита или смесь синтетического и натурального гидроксиапатита с размером частиц менее 60 мкм. Добавляют пластификатор - 10%-ный раствор поливинилового спирта в количестве 6-8% от массы порошка. Увлажненную пластифицированную массу выдерживают в закрытой емкости в течение от 20 до 24 часов при комнатной температуре. Формуют брикеты при давлении не менее 50 МПа, затем брикеты измельчают до размера гранул менее 2 мм, полученные гранулы подвергают одноосному двухстороннему прессованию сначала при давлении от 25 до 30 МПа. Предварительное прессование прекращают и проводят окончательное прессование при давлении от 60 до 80 МПа. Полученную прессовку высушивают в течение 24 часов при температуре 70°C. Помещают ее на подложку с подсыпкой из порошка используемого гидроксиапатита, обжигают в воздушной среде со скоростью нагрева 50°C в час до температуры от 1000 до 1100°C и выдерживают при конечной температуре в течение 2 часов. Технический результат: полученная мишень характеризуется гомогенным составом без примесей, отсутствием перепрессовочных трещин, обладает небольшой огневой усадкой, оптимальными пористостью, прочностью на сжатие и прочностью при изгибе. 3 пр., 1 табл.
Группа изобретений относится к получению компактных материалов, содержащих карбиды хрома и титана, методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Способ включает приготовление реакционной смеси из порошкообразных компонентов, компактирование смеси и инициирование протекания самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). В способе по варианту 1 готовят реакционную смесь, состоящую из порошков титана и углеродистого феррохрома при отношении массы титана к массе углеродистого феррохрома от 0,2 до 0,8. В способе по варианту 2 готовят реакционную смесь, состоящую из порошков ферротитана с содержанием титана не менее 60% и углеродистого феррохрома при отношении массы ферротитана к массе углеродистого феррохрома от 0,2 до 0,8. Обеспечивается получение компактных материалов без применения специальных реакторов и приложения внешних воздействий на реакционную систему, а также обеспечивается повышение прочности скомпактированных материалов. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 4 пр.

Изобретение относится к производству алюминия, в частности к получению титансодержащих алюминиевых сплавов и лигатур, и может быть использовано в алюминиевой, авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности, изготавливающих модифицированные деформируемые и литейные алюминиевые сплавы и изделия из них. Способ получения модифицирующей лигатуры Al-Ti включает взаимодействие пористого кускового титанового сырья с перегретым алюминиевым расплавом, при этом в качестве пористого кускового титанового сырья используют титановую губку и/или брикетированную титановую стружку, весовое отношение пористого кускового титанового сырья к алюминию выдерживают в пределах (0,38÷0,58):1, а уровень перегретого алюминиевого расплава поддерживают выше уровня пористого кускового титанового сырья, при этом методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза получают концентрированный титансодержащий сплав алюминия с содержанием титана 27,5-36.7 мас. %, полученный титансодержащий сплав охлаждают и измельчают до содержания фракции минус 10 мкм не менее 95%, после чего измельченные частицы сплава вводят в алюминиевый расплав с получением модифицирующей лигатуры или наносят на поверхность алюминиевой проволоки или полосы с получением модифицирующей лигатуры. Изобретение направлено на получение лигатуры алюминий-титан с равномерно распределенными в объеме лигатуры частицами алюминида титана. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл., 2 пр.

Изобретение относится к области специальной металлургии, в частности к получению электродов из высоколегированных сплавов на основе алюминидов никеля. Способ включает получение полуфабриката методом центробежного СВС-литья с использованием реакционной смеси, содержащей оксид никеля, алюминий, легирующие и функциональные добавки, и последующий двухстадийный переплав полуфабриката с получением на первой стадии рафинированного дегазированного слитка, а на второй стадии - электрода. На второй стадии в расплав вводят прессованную смесь алюминия с модифицирующим нанопорошком и кускового алюминия. Разливку осуществляют в графитовый тигель и охлаждением до комнатной температуры. Электрод формируют с внешней цилиндрической оболочкой, которая выполнена из магнитного материала с внешним диаметром 50-100 мм и толщиной стенки 3-5 мм. Изобретение используют для центробежной атомизации материала электродов и получения гранул для применения в аддитивных 3d-технологиях с целью получения сложнопрофильных изделий из жаропрочных металлических материалов. 2 ил., 7 табл..

Изобретение относится к реакторам для получения самораспространяющимся высокотемпературным синтезом тугоплавких неорганических соединений. Реактор содержит корпус в виде трубы с водяной рубашкой охлаждения и грибковыми затворами, закрывающими трубу с образованием камеры для размещения порошковой экзотермической реакционной смеси, инициирующее устройство, размещенное в упомянутой камере, и станину, выполненную в виде двух квадратных опорных плит, связанных между собой четырьмя колоннами. Корпус закреплен двумя кронштейнами на станине с возможностью поворота относительно вертикальной оси в его рабочее положение вдоль оси станины посредством привода для обеспечения загрузки порошковой экзотермической реакционной смеси в камеру. Грибковые затворы выполнены прижатыми к опорным плитам станины и оснащены запирающими устройствами с приводами. Обеспечивается увеличение ресурса и эффективности работы реактора за счет снятия осевых нагрузок на его корпус. 1 ил.

Наверх