Устройство для получения гранул

 

((()688282

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 27.01.77 (21) 2447332/22-02 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет (51) М. Кл. В 22D 23/08

Государственный комитет

Опубликовано 30.09.79. Бюллетень ¹ 36

Дата опубликования описания 30.09.79 (53) УДК 621.762.224 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

В. Н. Каринский, В. T. Мусиенко и С. Г. Глазунов (71) Заявитель (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛ

Изобретение относится к порошковой металлургии, конкретнее — к устройствам для получения сферических порошков или гранул из плавящихся материалов как металлических, так и неметаллических.

Известно устройство для получения гранул распылением прутковой заготовки, содержащее рабочую камеру с крышкой, несущей нагреватель, и загрузочный отсек с магазином для заготовок и механизмом вращения и осевого перемещения заготовки (11.

Недостатком известного устройства является его невысокая производительность.

С целью повышения производительности в предлагаемом устройстве крышка установлена под углом +-20 ее оси к оси вращения заготовки с возможностью возвратно-поступательного перемещения в собственной плоскости.

На фиг. 1 показано устройство, общий вид; на фиг. 2 — вид по стрелке А на фиг. 1; на фиг. 3 и 4 — варианты установки крышки.

Устройство содержит герметичную цилиндрическую рабочую камеру 1, ось которой расположена горизонтально, снабженную загрузочным отсеком 2, в котором установлен магазин 3, выполненный, например, в виде кассеты для размещения в нем запаса заготовок и для поочередной подачи их на обработку.

Под магазином 3 расположен механизм

4 вращения и осевого перемещения заготовки, содержащий два валка 5, установленных в опорах 6 горизонтально и параллельно друг другу с зазором между ними по величине меньшим, чем диаметр заготовки. Валки 5 соединены с приводом 7, (О вращающим их с одинаковой скоростью и в одном направлении. В вертикальной плоскости, проходящей посредине между валками 5, установлены ролик 8 для прижима заготовки к валкам 5 и узел 9 осевого пе15 ремещения заготовки, состоящий из ходового винта 10, расположенного параллельно валкам 5, подшипников 11, толкателя 12 и привода 13. В этой же плоскости на оси

14, расположенной перпендикулярно вал20 кам 5 и ниже их, установлен толкатель 15 для удаления нерасплавленного остатка заготовки. Кроме того, загрузочный отсек 2 имеет вакуумпровод 16 с запорным вентилем 17 для откачки воздуха из камеры 1, 25 отверстие 18 для наполнения газом камеры 1, люк 19 для зарядки заготовок в магазин 3 и другие вспомогательные системы (на чертежах не показаны), необходимые для функционирования механизмов внутри з0 камеры 1.

688282

Ге1?метичная камера 1 имеет Водоохлаждаемые стенки и отделена от загрузочного отсека 2 водоохлаждаемой диафрагмой 20 с отверстием 21 для прохода заготовки 22.

Диаметр отверстия 21 составляет 1,02—

1,08 диаметра заготовки, и при обработке заготовок разных диаметров необходимо иметь набор сменных диафрагм 20 с отверстиями 21, диаметр которых соответствует номенклатуре обрабатываемых заготовок. В передней стенке 23 камеры 1 имеется люк 24, закрытый съемной крышкой

25. Люк 24 необходим для чистки внутренней части камеры 1 и смены диафрагмы 20.

На крышке 25 установлен нагреватель 26 в виде цилиндрического дугового плазмотрона косвенного действия, введенный внутрь камеры 1 через уплотнение 27. Нагреватель 26 установлен горизонтально и соединен с механизмом 28, закрепленным на крышке 25 и перемещающим плазмотрон вдоль оси камеры 1.

На передней стенке 23 камеры 1 установлен направляющий шток 29, шарнирно соединенный с петлями 30, закрепленными па камере 1. Шток 29 соединен с крышкой 25 двумя петлями 31 и 32 и при этом образует с петлей 31 шарнирную пару, а с петлей

32 — винтовую пару. Таким образом, при вращении штока 29 крышка 25 способна перемещаться вдоль оси штока 29. Одновременно шток 29 является осью, вокруг которой поворачивается крышка 25 при открытии люка 24. Контргайка 33фиксирует перемещение крышки 25 относительно штока 29, а следовательно, и относительно оси камеры 1. Крышка 25 камеры 1 водоохлаждаемая и оснащена смотровыми окнами 34. Уплотнение 35 и прижим 36 обеспечивают герметичное закрытие люка 24 съемной крышкой 25. Размер крышки 25 в направлении, параллельном штоку 29, должен превышать поперечный размер люка

24 на величину хода крышки 25 вдоль штока 29.

В верхней части камеры 1 выполнено отверстие 37 для удаления избыточного газа, в нижней части — отверстие 38, соединенное со съемным сосудом 39 для сбора

rp анул.

Устройство оснащено, кроме того, источниками электропитания, вакуумными насосами, системой подачи, очистки и рециркуляции инертного газа, элементами автоматического управления и другими средствами, необходимыми для функционирования устройства (не показаны на черте?ке).

Устройство для получения гранул работает следующим образом.

Переплавляем ые цилиндрические заготовки 22 загружают через люк 19 в магазин 3, одну из заготовок кладут непосредственно на валки 5, прижимая ее сверху роликом 8 и поджимая сзади толкателем 12.

Камеру 1 герметизируют, вакуумируют по

) о

? ? зо

3)

65 вакуумпроводу 16, затем, закрыв вентиль

17, заполняют через отверстие 18 инертным газом. Включив привод 7 вращения, привод 13 перемещения, вводят заготовку 22 через отверстие 21 внутрь камеры 1 так, чтобы расплавляемый конец 40 находился на удалении от стенки диафрагмы 20, равном 0,5 — 1,5 диаметра заготовки. Включают нагреватель 26 — дуговой плазмотрон косвенного действия †направляют его плазменную струю 41 на торцовую поверхность конца 40 заготовки, нагревая ее до температуры плавления материала.

Окружная скорость вращающейся заготовки составляет 10 — 35 м/с. Чем больше скорость вращения заготовки, тем меньше диаметр получаемых гранул.

Расплавленный слой материала центробежными силами, возникающими при вращении заготовки 22 вокруг ее продольной оси, срывается с конца 40 заготовки и распыляется равномерно и радиально в пространстве внутри камеры 1. В камере 1 поддерживают давление инертного газа, достаточное для охлаждения и полного затвердевания расплавленных частиц 42 при полете их от конца 40 заготовки до боковой стенки камеры 1. Проще всего поддерживать в камере избыточное давление, которое гарантирует непопадание воздуха внутрь устройства через неплотности и подвижные соединения. При этом газ, непрерывно поступающий в камеру 1 вместе с плазменной струей 41, выпускается через отверстие 37. Рационально выпускаемый газ направлять из отверстия 37 в специальный компрессор и вновь подавать в нагреватель 26.

Скорость узла 9 осевого перемещения выбирают такой, чтобы расплавляемый конец 40 заготовки находился в одинаковых условиях нагрева, т. е, на постоянном расстоянии от нагревателя 26. Затвердевшие частицы 42 материала падают в нижнюю часть камеры 1 и через отверстие 38 попадают в сосуд 39 для сбора гранул.

Остаток заготовки 22, который невозможно расплавить, удаляют посредством выталкивания через отверстие 21 толкателем 15 внутрь камеры 1. При этом нагреватель 26, если он мешает выталкиванию заготовки, отводят назад механизмом 28.

Затем поднимают прижимной ролик 8, отводят толкатель 12 в заднее положение, сбрасывают на валки 5 очередную заготовку 22 из магазина 3, и цикл расплавления заготовки и получения из нее гранул повторяется. На время смены заготовки 22 нагреватель 26 отключают, чтобы не нагревать механизмы внутри отсека 2 плазменной струей 41 через открытое отверстие 21.

Особенностью работы устройства является перемещение нагревателя 26 вместе с крышкой 25 относительно вращающейся заготовки 22 под углом 70 — 110 к ее оси. Это

688282

28 Z7

Щг г металлов и сплавов, а также неметаллических материалов, например карбида вольфрама.

Формула изобретения

Устройство для получения гранул раснылением прутковой заготовки, содержащее рабочую камеру с крышкой, несущей нагреватель, и загрузочный отсек с магазином для заготовок и механизмом вращения и осевого перемещения заготовки, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности, крышка установлена под углом +20 ее оси к оси вращения заготовки с возможностью возвратно-поступательного перемещения в собственной плоскости.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе !

О 1. Патент США № 3752610, кл. 425-6. опубл. 1973.

688282

60 г вызывает смещение зоны нагрева от оси заготовки 22 и более равномерное распределение теплового потока плазменной струи

41 по торцовой поверхности расплавляемого конца 40 заготовки.

Когда тепловой поток нагпевателя 26, например плязменн ю струю 41, направляют в центр конца 40 заготовки, то происходит выплавление сердцевины и разрушение на крупные куски HBpvMHol 0 нерасплавленного слоя заготовки. Когда тепловой поток плазменной струи 41 направляют ближе к краю торца вращающейся заготовки, конец 40 ее приобпетает заостренн :ю форму; окр жная скорость расплавленного слоя металла vMeHbrIIBeTcsj c

vMcHbIIIeHHeM радиуса заготовки, что приводит к образованию гранул разного диаметра, вплоть до падения крупных капель с конца заостренной заготовки, Когда же тепловой поток нагревателя 26 относительно равномерно рассредоточен, то конец 40 заготовки приобретает плоскую или слабо вогнутую форм . Тогда расплавленный металл на конце заготовки разгоняется центпобежными силами до скорости, соответствующей наибольшем радиусу заготовки, и образование гранул происходит в одинаковых условиях, что приводит к высоком выход продукции с одинаковым пязмепом частиц (до 95 — 98О/о).

В случае, если диаметр расплявляемой заготовки ппеBhrIIIBcт диаметр зоны нагрева 2 — 5 пяз, достаточно предварительно сместить зон нагпевя от осч заготовки на величину, составляющ ю 1/3 — 3/8 диаметпя заготовки, я в процессе Пяспыления сохранять нагпеватель 26 неподвижным, В ел чае, если дияметп заготовки значительно (более, чем в 4 — 5 раз) ппевышает диаметп зоны нягпевя, целесообпазно перемещение нагревателя ослцествлять в процессе расплавления конца заготовки непрерывно.

Обычно Harro пепемещять нагреватель 26 вместе с крышкой 25 вдоль штока 29 лишь до начала работы. Это необходимо ппц изМеНеННН дпамстпя заготовки или er химического состава. что тпеб ет разной степени пасспедоточения теплового потока по топц конца 0 заготовки. Такое исполненче устройства значительно ъппощяет его обсл >кивание ппи обработке больших партий одинаковых заготовок.

В качестве электрического источника нагрева в устройстве используют reHeIIaтоп низкотемпературной плазмы, котопый

Фопмип ет стп ю газа ппактически любого химического состава, нягпетцо до ппактически любых необходимых темпепят1 и. Это позволяет не только сохранять исходный химический состав мятепиала, но и в некоторых случаях воздействовать на него: сочетать плавление матсриала заготовки с рафинированием, восстановлением, легиро— в анием и другими химико-металлургическими операциями. Генератор низкотемпературной плазмы пригоден для плавления любых материалов, независимо от их электропроводности. Кроме того, он способен работать при высоких давлениях (1—

50 ата), а повышенное давление внутри рабочей камеры способствует высоким скоростям кристаллизации, что улучшает качество гранул и позволяет сократить поперечные размеры рабочей камеры. Из генераторов низкотемпературной плазмы предпочтительно использовать дуговые плазмотроны косвенного действия, как наиболее простые и доступные. Однако в некоторых случаях рационально использовать и другие типы генераторов низкотемпературной плазмы, например высокочастотные плазмотроны, способные работать в окислительной среде и создающие плазменную струю большого поперечного сечения.

Закрепление направляющего штока 29 и крышки 25 под углом, отличным от прямого в пределах - t-20 к камере 1 (см. фиг. 3 и 4), может быть во многих случаях оправдано лучшим обзором из смотрового окна

34 на расплавляемый конец 40 заготовки, а также дополнительным рассредоточением теплового потока плазменной струи 41.

При расположении плазменной струи под углом к заготовке 22 возникает вертикальная составляющая скорости струи, способствующая теплопереносу от зоны нагрева в радиальном направлении по оплавляемой поверхности конца 40 заготовки.

Устройство может действовать также в полунепрерывном цикле получения гранул.

Для этого устройство должно быть оснащено шлюзовыми камерами на люке 19 для загрузки заготовок и на отверстии 38 для выгрузки гранул. Магазин 3 в данном случае целесообразно выполнять в виде сменных кассет с заранее загруженными заготовками.

Испытания показали пригодность предложенного устройства для обработки заготовок диаметром 55 — 100 мм, что в два— три раза превышает возможности установок известного типа, в которых нагреватель установлен неподвижно и соосно с вращающейся заготовкой. При наличии загрузочного магазина это приводит к повышению производительности в несколько раз.

Одновременно повышается однородность гранул по их форме и размерам, что приводит к повышению выхода годной продукции, который составляет 95 — 98o/о от всей массы расплавленного материала.

Использование плазмотрона в качестве источника нагрева приводит к повышению чистоты гранул, что не может быть достигнуто в установках в электродуговым нагревом, продукция которых загрязняется примесями вольфра"Ia и графита. Устройство позволяет получать чистые порошки

688282

Фиг. Ю (Риг. v

Составитель И. Хоптяная

Техред Н. Строганова

Корректор В. Петрова

Редактор Д. Павлова

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 2218/12 Изд. № 575 Тираж 945 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 3К-35, Раушская наб., д. 4/5