Устройство для получения микросфер и микрошариков из оксидных материалов


H05H1/42 - Плазменная техника (термоядерные реакторы G21B; ионно-лучевые трубки H01J 27/00; магнитогидродинамические генераторы H02K 44/08; получение рентгеновского излучения с формированием плазмы H05G 2/00); получение или ускорение электрически заряженных частиц или нейтронов (получение нейтронов от радиоактивных источников G21, например G21B,G21C, G21G); получение или ускорение пучков нейтральных молекул или атомов (атомные часы G04F 5/14; устройства со стимулированным излучением H01S; регулирование частоты путем сравнения с эталонной частотой, определяемой энергетическими уровнями молекул, атомов или субатомных частиц H03L 7/26)

Владельцы патента RU 2664287:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный архитектурно-строительный университет" (ТГАСУ) (RU)

Изобретение относится к устройству для получения микросфер и микрошариков из оксидных материалов. Устройство содержит плазменный генератор с вынесенным стабилизированным дуговым разрядом, включающий соосно и вертикально расположенные на расстоянии друг от друга катод и трубчатый полый графитовый анод. Трубчатый графитовый анод плотно установлен внутри водоохлаждаемого трубчатого медного корпуса. Снаружи медного корпуса с возможностью перемещения вдоль него установлен регулируемый соленоид. Для подачи исходного тугоплавкого материала в плазменную струю над плазменным генератором установлены порошковый дозатор и инжекторы. Инжекторы расположены радиально под срезом сопла плазменного генератора в промежутке между катодом и анодом и соединены магистралями с порошковым дозатором. Для сбора микросфер и микрошариков под анодом выполнен отсек, заполненный водой. Технический результат – снижение эрозии графитового анода, повышение надежности и срока службы устройства. 1 ил.

 

Изобретение относится к области производства строительных материалов, а более конкретно к области получения микросфер и микрошариков из оксидных материалов с различным содержанием SiO2, Al2O3, Fе2О3, преимущественно тугоплавких, используемых в качестве наполнителей при производстве композиционных звуко- и теплоизоляционных материалов и в качестве тампонажных наполнителей.

Известны способы и устройства для получения микросфер и микрошариков из различных видов оксидных материалов за счет термической обработки порошковых материалов, например устройство для изготовления стеклянных микрошариков и микросфер (патент РФ на изобретение №2319673, МПК С03В 19/10, опубл. 20.03.2008 г.). Устройство содержит цилиндрическую вертикальную камеру с горелкой, установленной по центру в ее нижней части, вводы, расположенные на ярусах камеры для тангенциальной подачи в нее потоков вторичного воздуха или смеси вторичного воздуха с газом на закрутку огневого потока, узел подачи стеклопорошка через горелку, промежуточный сборник стеклянных микрошариков, выброшенных центробежными силами из закрученного огневого потока, воздуховод. Вводы выполнены в виде емкостей и расположены на каждом ярусе под углом 120° друг к другу. На входе каждой емкости установлен вентиль, а на выходе между боковыми и торцевой стенками емкости образовано щелевидное сопло для выхода потока вторичного воздуха или смеси вторичного воздуха с газом. Между конусным переходником и воздуховодом образован кольцевой регулируемый зазор.

Известен способ изготовления полых стеклосфер (патент РФ на изобретение №2465224, МПК С03В 19/10, опубл. 27.10.2012 г.), согласно которому приготовляются гранулированный стеклянный порошок совместно с газовой сажей, который подается в факел газовой горелки. Предложенный способ включает в себя обработку гранул размером 0,02-0,1 мм в факеле горелки (1000-1300°С). Для реализации способа изготовления полых стеклосфер по патенту на изобретение №2465224 используется установка, в состав которой входят бункера с дозирующими устройствами для хранения и дозировки дробленого кристаллического стекла и сажи, шаровая мельница, тарельчатый гранулятор и емкость с водным раствором жидкого стекла, позволяющая с помощью сжатого воздуха, подаваемого в распылитель, дозированно подавать связующее в распыленном состоянии. В состав установки входят также бункер для полученных гранул, дозатор, через который гранулы попадают в формователь с газовоздушными горелками и напорным вентилятором высокого давления. После формования в формователе полученные стеклосферы поступают в циклон, затем в жидкостно-эжекционный аппарат и разделительную камеру с поплавковым устройством для поддержания постоянного уровня флотационной жидкости. Кроме перечисленного установка содержит вихревую сушилку с мешалкой, питателем влажных микросфер и форсункой для ввода и распределения воды. В вихревую сушилку поступают неуловленные, наиболее мелкие стеклосферы. Далее установка содержит второй циклон, сборник сухих стеклосфер, скруббер, вытяжной вентилятор высокого давления и циркуляционный насос с фильтрующим заборным устройством.

Однако недостатком указанных устройств (способов) является сложная технологическая схема получения микросфер и микрошариков, а также использование газовых горелок для термической обработки, у которых ограничен температурный диапазон, а следовательно, исключается возможность использования сырьевых материалов с высокой температурой плавления (1700°С и выше) для получения микросфер и микрошариков.

Для обработки материалов используются также плазменные установки. Известно устройство для изготовления стеклянных шариков по авторскому свидетельству на изобретение №1545488, МПК С03В 19/10, опубл. 20.09.2005. Устройство содержит помещенную в индуктор кварцевую разрядную камеру, питатель, газораспределительную головку со штуцерами подачи плазмообразующего газа. Соосно разрядной камере смонтирована электромагнитная катушка. На якоре электромагнитной катушки закреплен электрод, который помещен в водоохлаждаемую трубку. Наличие электромагнитной катушки повышает стабильность возбуждения горения плазмы и тем самым повышается надежность работы устройства.

Однако в устройстве по патенту №1545488 основным недостатком в конструкции является использование высокочастотного плазмотрона. Главным недостатком ВЧ плазмотронов является малый КПД (до 40%) и необходимость выполнения дополнительной защиты от высокочастотного излучения в процессе работы.

Известна конструкция плазмотрона с вынесенной дугой (Глава 3.1, с. 39 в издании: «Электротехнологические установки для плазменно-термической обработки материалов [Текст]: учебное пособие с грифом УМО / А.С. Аньшаков, Г.Г. Волокитин, О.Г. Волокитин, Н.К. Скрипникова. - Томск: Изд-во Том. гос. архит. - строит, ун-та, 2014»), предназначенная для термодекорирования кирпича. Указанная конструкция плазмотрона по конструктивным существенным признакам наиболее близка к заявляемому устройству и принята за прототип. Плазмотрон по прототипу имеет стабилизацию одного приэлектродного участка дуги и содержит соосно и вертикально расположенные катод и трубчатый полый графитовый анод, удаленный на некоторое расстояние от катода. Между катодом и анодом симметрично оси вынесенной плазменной струи на расстоянии, достаточном для надежного оплавления, укладывается пара кирпичей. При запуске плазменного генератора происходит привязка плазменной дуги на графитовый анод. За счет привязки дуги в одном месте повышается эрозия графитового анода, тем самым снижается надежность конструкции в целом. Плазмотрон имеет достаточные энергетические характеристики для обработки материала и простую конструкцию, но в предложенном исполнении не позволяет получать из порошка частицы сферической формы.

Техническая проблема, решаемая изобретением, заключается в создании энергосберегающего, высокопроизводительного, надежного устройства для получения микросфер и микрошариков из оксидных материалов с различным содержанием SiO2, Al2O3, Fe2О3.

Техническая проблема решается следующим образом.

Устройство для получения микросфер и микрошариков из оксидных материалов, как и прототип, содержит плазменный генератор с вынесенным стабилизированным дуговым разрядом, включающий соосно и вертикально расположенные на расстоянии друг от друга катод и трубчатый полый графитовый анод.

В отличие от прототипа согласно изобретению в состав устройства дополнительно введены порошковый дозатор, установленный над плазменным генератором, и инжекторы для подачи порошка в плазменную струю, которые установлены в промежутке между катодом и анодом радиально под срез сопла плазменного генератора. Инжекторы соединены магистралями с порошковым дозатором. В отличие от прототипа трубчатый полый графитовый анод установлен плотно внутри водоохлаждаемого трубчатого медного корпуса. Снаружи медного корпуса установлен дополнительно регулируемый соленоид с возможностью перемещения вдоль водоохлаждаемого медного корпуса. Помимо этого, для сбора микросфер и микрошариков под анодом выполнен отсек, заполненный водой.

Такая схема устройства конструктивно проста и обеспечивает широкий диапазон обработки агломератов различного размера и температуры плавления за счет высоких температур, реализуемых генератором плазмы. Использование в конструкции анодного узла регулируемого и перемещаемого механически соленоида позволит снизить эрозию графитовой трубки путем изменения привязки плазменной струи через медный корпус по всему контуру графитовой трубки за счет воздействия магнитного соленоида и поля дугового разряда. Стабилизация плазменной струи (дугового разряда) перемещаемым магнитным полем повышает надежность устройства и, как следствие, его производительность.

Таким образом, техническая проблема решена благодаря конструкции анодного узла, состоящего из полой графитовой трубки, водоохлаждаемого медного корпуса и регулируемого соленоида.

На чертеже представлен общий вид заявленного устройства.

Устройство для получения микросфер и микрошариков из оксидных материалов с различным содержанием SiO2, Al2O3, Fe2О3 включает в себя плазменный генератор, содержащий катод 1 и анодный узел. Анодный узел состоит из анода в виде полой графитовой трубки 3, водоохлаждаемого медного корпуса 4, регулируемого и передвижного соленоида 5. Узел для сбора готового продукта выполнен в виде заполненного водой отсека 7. Подача сырья в область формирования плазменной струи осуществляется из порошкового дозатора 6 по магистралям к инжекторам 2. Установка инжекторов 2 осуществлена под срез сопла плазменного генератора 1. Позицией 8 отмечена получаемая продукция, 9 - плазменная струя, 10 - высокотемпературный поток нагретого газа.

Устройство для получения микросфер и микрошариков из оксидных материалов с различным содержанием SiO2, Al2O3, Fе2О3 работает следующим образом.

При запуске плазменного генератора происходит привязка плазменной дуги на внутреннею полость графитовой трубки. За счет изменения положения соленоида 5 вдоль медного корпуса 4, а значит, и вдоль полой графитовой трубки 3 (анода) можно управлять местом привязки плазменной струи, тем самым продлевая срок службы анодного узла 3 по мере его износа. Подача сырья осуществляется с помощью порошкового дозатора 6 через магистрали к инжекторам 2, которые в свою очередь вводят сырье в область формирования плазменной струи 9. Подача сырья осуществляется транспортирующим газом (например, сжатым воздухом). Транспортирующий газ совместно с сырьем попадет в плазменную струю 9. В процессе нахождения частиц порошка в высокотемпературном потоке 10 происходит интенсивный нагрев частиц с последующим переходом их в расплавленное состояние. Далее за счет сил поверхностного натяжения разогретая частица приобретает сферическую форму. Сформировавшиеся сферические частицы 8 попадают в отсек 7 для сбора сферических частиц, где происходит их мгновенное остывание. Для исключения слипания частиц 8 между собой и ускорения их остывания отсек 7 заполнен водой.

Устройство для получения микросфер и микрошариков из оксидных материалов, содержащее плазменный генератор с вынесенным стабилизированным дуговым разрядом, включающий соосно и вертикально расположенные на расстоянии друг от друга катод и трубчатый полый графитовый анод, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит порошковый дозатор, установленный над плазменным генератором, и инжекторы для подачи порошка в плазменную струю, которые установлены в промежутке между катодом и анодом радиально под срез сопла плазменного генератора и соединены магистралями с порошковым дозатором, кроме того, трубчатый полый графитовый анод плотно установлен внутри водоохлаждаемого трубчатого медного корпуса, а снаружи медного корпуса с возможностью перемещения вдоль него дополнительно установлен регулируемый соленоид, помимо этого, для сбора микросфер и микрошариков под анодом выполнен отсек, заполняемый водой.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к системе и способу нанесения покрытия. Система включает вакуумную камеру и узел для нанесения покрытия.

Изобретение относится к области плазменной техники, а именно к полым катодам, работающим на газообразных рабочих телах, и может быть использовано в электрореактивных двигателях для нейтрализации ионного потока, а также в технологических источниках плазмы, предназначенных для ионно-плазменной обработки поверхностей различных материалов в вакууме, а также в качестве автономно функционирующего источника плазмы.

Изобретение относится к средствам жидкостного охлаждения плазменной горелки. В заявленном изобретении предусмотрено использование электрода, включающего тело, имеющее продольную ось, которая задает первый конец, второй конец и среднюю часть.

Изобретение относится к способу применения трубки для охладителя в плазменной горелке с жидкостным охлаждением. Способ включает установку трубки для охладителя и первого электрода в плазменную горелку, а также воздействие при помощи первого потока охладителя на поверхность для воздействия, имеющуюся на трубке для охладителя, для смещения этой трубки относительно первого электрода.

Изобретение относится к соплу для плазменной горелки с жидкостным охлаждением. Сопло включает теплопроводное тело, имеющее дальний конец, ближний конец и проходящую через них продольную ось.

Изобретение относится к плазменной технике, в частности к способам и устройствам с управляемой плазмой, и может быть использовано для решения технических задач при разработке оптических систем наблюдения, а также при испытаниях конструкционных и теплозащитных материалов.

Изобретение относится к средствам определения плотности ионного тока на контактирующую с плазмой стенку. В заявленном способе путем регистрации пространственного распределения в плазме электрических параметров подвижного одиночного плоского зонда Ленгмюра с последующей обработкой результатов измерений, которые согласно предложению проводят имитатором пристеночного зонда Ленгмюра, а в качестве его электрических параметров регистрируют полные зондовые вольт-амперные характеристики.

Изобретение относится к области плазменно-дуговой обработки. Способ обеспечения увеличенного срока службы электрода в плазменно-дуговой горелке содержит термоциклирование электрода, имеющего корпус с первым концом и вторым концом и имеющего удлиненный эмиттер, установленный внутри полости в поверхности первого конца корпуса электрода, во время эксплуатации плазменно-дуговой горелки посредством эмитирования плазменной дуги из эмиттера и охлаждения эмиттера.

Изобретение относится к плазменному прерывателю тока и может быть использовано, например, при создании мощных импульсных источников питания для сильноточных ускорителей заряженных частиц, плазменных диодов.

Изобретение относится к плазменным ускорителям с замкнутым дрейфом электронов и протяженной зоной ускорения, применяемым в качестве стационарных плазменных двигателей в составе электроракетных двигательных установок.

Изобретение относится к получению полых микросфер. Способ получения полых микросфер оксидов металлов включает предварительную подготовку исходного порошка оксида металла и классификацию полученного порошка по размерам, последовательную загрузку одной из выделенных фракций порошка в дозатор, плавление и сфероидизацию в потоке низкотемпературного факела плазмы плазмотрона, охлаждение образовавшегося продукта и классификацию его по размерам с определением насыпного веса готовых микросфер.
Изобретение относится к способу и устройству для изготовления таблетки, которая предпочтительно предусмотрена для последующего анализа с целью химического определения вещества предпочтительно в промышленности основных материалов.

Изобретение относится к области получения блочного пеностекла. Способ получения блочного пеностекла включает диспергирование стеклоотходов, смешивание их со вспенивающей смесью, гранулирование исходной шихты до размеров частиц 0,5-5,0 мм.

Изобретение относится к области нанесения покрытий на порошкообразные материалы и может быть применено для получения гидрофобного мелкодисперсного порошка, предназначенного для использования в медицинской технике в качестве рабочего тела в установках, работающих на принципе псевдоожижения слоя порошка и используемых для лечения ожоговых больных, а также в качестве наполнителя в строительных материалах, пластмассах и красках.

Изобретение относится к промышленности строительства и стройматериалов, к оборудованию для производства прессованных заготовок оптического стекла, в частности к агрегатам для нагрева и прессования заготовки оптического стекла.

Изобретение относится к npoMbnij- ленности строительных материалов, в частности к оборудованию для производства пеноизделий из расплавов стекла, базальтов, глин, металлов.

Изобретение относится к получению полых микросфер. Способ получения полых микросфер оксидов металлов включает предварительную подготовку исходного порошка оксида металла и классификацию полученного порошка по размерам, последовательную загрузку одной из выделенных фракций порошка в дозатор, плавление и сфероидизацию в потоке низкотемпературного факела плазмы плазмотрона, охлаждение образовавшегося продукта и классификацию его по размерам с определением насыпного веса готовых микросфер.

Изобретение относится к устройству для получения микросфер и микрошариков из оксидных материалов. Устройство содержит плазменный генератор с вынесенным стабилизированным дуговым разрядом, включающий соосно и вертикально расположенные на расстоянии друг от друга катод и трубчатый полый графитовый анод. Трубчатый графитовый анод плотно установлен внутри водоохлаждаемого трубчатого медного корпуса. Снаружи медного корпуса с возможностью перемещения вдоль него установлен регулируемый соленоид. Для подачи исходного тугоплавкого материала в плазменную струю над плазменным генератором установлены порошковый дозатор и инжекторы. Инжекторы расположены радиально под срезом сопла плазменного генератора в промежутке между катодом и анодом и соединены магистралями с порошковым дозатором. Для сбора микросфер и микрошариков под анодом выполнен отсек, заполненный водой. Технический результат – снижение эрозии графитового анода, повышение надежности и срока службы устройства. 1 ил.

Наверх