Установка для получения металлических гранул

Установка предназначена для получения металлических гранул, используемых преимущественно при последующем изготовлении металлорежущего инструмента.

Установка содержит герметичную камеру, заливочную воронку, стакан-распылитель и емкость для охлаждающей жидкости и сбора гранул, установленную на столе и закрытую сверху крышкой. Стакан-распылитель и стол смонтированы с возможностью вращения относительно друг дуга с регулируемыми скоростью и направлением вращения. Охлаждающая жидкость подается в емкость через напорные патрубки и сопла, введенные в зону распыления металла через отверстие в крышке. В столе выполнены отверстия общей площадью, превышающей суммарную площадь отверстий сопел на величину, обеспечивающую свободное удаление жидкости из емкости. Для получения металлических гранул чешуйчатой формы на крышке установлен отражатель в виде усеченного конуса, большее основание которого расположено в емкости, а образующая конуса наклонена к оси вращения стакана-распылителя под углом 70-80 градусов.

5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности, для получения металлических гранул и порошков, используемых преимущественно для изготовления металлорежущего инструмента.

Уровень техники в отношении заявляемого устройства характеризуется следующими аналогами.

Известна установка для получения металлических гранул по авт. свид. СССР №419308, В22Д 23/08, опубл. 15.03.1974, содержащая сообщенную с атмосферой камеру для распыления жидкого металла, выполненную в виде усеченного конуса, сужающегося в сторону основания, стакан-распылитель металла с отверстиями, установленный по центру камеры с возможностью вращения, средство подачи охлаждающей жидкости в виде кольцевой трубки -образного сечения со щелью, выполненной по длине образующей и обращенной в сторону обечайки. При подаче охлаждающей жидкости в трубку под напором обеспечивается завихрение и подъем жидкости вдоль стенок емкости в форме воронки. Гранулы вместе с охлаждающей жидкостью удаляются из камеры самотеком через сливной патрубок, который смонтирован на внешней стороне обечайки камеры и через отверстие, выполненное в основании камеры. На данной установке можно получать металлические порошки с частицами сферической формы. Основным недостатком устройства является низкая производительность.

Известно устройство центробежного распыления металла по патенту РФ №2171160, B22F 9/10, опубл. 27.07.2001, содержащее герметичную цилиндрическую камеру распыления, расположенные по ее центру последовательно сверху вниз плазменную горелку для расплавления

прутка-заготовки, подогреваемый дозатор-тигель со стопором для накапливания жидкого металла, диск-распылитель с приводом вращения, охлаждаемый экран, расположенный на внутренней поверхности камеры в одной плоскости с диском-распылителем и систему охлаждения гранул, установленную в гранулосборнике и основанную на прохождении гранул через газово-жидкостную среду из защитного газа. К основным недостаткам данного устройства следует отнести сложность конструкции, высокую себестоимость получаемых гранул из-за использования в качестве охлаждающей среды сжиженного газа (аргона).

Известно устройство для получения металлических порошков по патенту РФ №2141392, B22F 9/10, опубл. 20.11.1999, содержащее камеру, плавильную печь, обогреваемый металлоприемник, охлаждаемый кристаллизатор в виде полого барабана с горизонтальной осью вращения, выполняющий функцию распылителя металла. Изобретение предназначено для получения металлических пленок и гранул чешуйчатой формы. Подача металла на охлаждаемый барабан осуществляют через ряд калиброванных отверстий в днище металлоприемника. Процесс проводят при отрицательном давлении в камере. Рассматриваемое устройство имеет сложную конструкцию и низкую производительность. Кроме того в данном устройстве отсутствует возможность получения частиц порошка другой геометрической формы, кроме чешуйчатой.

Наиболее близким аналогом является устройство для получения металлических гранул по авторскому свидетельству СССР №863190, B22F 9/10, опубл. 15.09.1981, включающее герметичную камеру, заливочную воронку, стакан распылитель, емкость для охлаждающей жидкости и сбора гранул, выполненную в виде двух соосных цилиндров разной высоты, соединенных общим основанием, приводы вращения стакана-распылителя и емкости, причем емкость имеет съемную крышку с центральным отверстием. Прототипу присущи недостатки указанных выше аналогов, кроме того в устройстве отсутствует возможность удаления охлаждающей

жидкости в процессе распыления металла, что приводит к ее перегреву, а также к снижению эффективности охлаждения гранул и производительности.

Задачей заявляемой полезной модели является расширение номенклатуры получаемых гранул по геометрическим параметрам и фракционному составу, повышение эффективности охлаждения гранул и производительности.

Поставленная задача достигается за счет реализации совокупности существенных признаков независимого пункта формулы полезной модели, включающей герметичную камеру, заливочную воронку, стакан-распылитель, емкость для охлаждающей жидкости и сбора гранул, приводы вращения стакана-распылителя и емкости, причем емкость имеет крышку с центральным отверстием, по меньшей мере два патрубка с соплами для подачи охлаждающей жидкости в емкость, которая смонтирована на столе, соединенном механически с одним из приводов, при этом в столе выполнены отверстия, расположенные по окружности, диаметр которой меньше диаметра внутреннего цилиндра емкости, патрубки соединены с напорным трубопроводом, а сопла введены в зону распыления металла через центральное отверстие в крышке, которая выполнена съемной.

Отличие от прототипа заключается в следующем: наличие в установке патрубков с соплами, причем патрубки соединены с напорным трубопроводом для подачи охлаждающей жидкости; емкость установлена на столе, смонтированном с возможностью вращения; в столе выполнены отверстия, расположенные по окружности, диаметр которой меньше диаметра внутреннего цилиндра емкости; сопла введены в зону распыления металла через центральное отверстие съемной крышки.

В частных случаях заявляемая установка отличается тем, что:

- на внутренней стороне съемной крышки смонтирован отражатель в виде усеченного конуса, большее основание которого расположено в

полости емкости, а образующая конуса наклонена к оси вращения стакана-распылителя под углом, равным 70-80 градусов, причем отражатель выполнен из материала с высокой теплопроводностью, например, из меди, а на образующей конуса выполнены отверстия, расположенные в плоскости, перпендикулярной его оси;

- приводы стакана-распылителя и стола с емкостью смонтированы вне герметичной камеры и имеют регулируемые скорость и направление вращения;

- суммарная площадь отверстий, выполненных в столе, больше суммарной площади отверстий сопел на величину, обеспечивающую свободное удаление охлаждающей жидкости из емкости;

- дно камеры расположено под углом к ее оси, а в нижней части камеры выполнено отверстие для слива охлаждающей жидкости.

Наклон образующей конусного отражателя к оси вращения стакана-распылителя на угол 70-80 градусов, что соответствует углам встречи жидких капель металла с поверхностью отражателя в пределах 20-10 градусов, обеспечивает получение гранул чешуйчатой формы с отношением диаметра чешуйки к ее толщине равным 8-12. Данные размеры чешуек являются наиболее предпочтительными при последующем их механическом измельчении с точки зрения наименьших энергозатрат.

Регулирование скорости и направления вращения стакана-распылителя и емкости расширяет технологические возможности получения частиц в широком гранулометрическом диапазоне от 50 мкм до 100 мкм.

Заявляемая установка изображена на чертеже, где на фиг.1 показан продольный разрез, а на фиг.2 - вид А: фрагмент рабочей зоны камеры с охлаждающей жидкостью, находящейся под действием центробежных сил.

Установка содержит герметичную камеру 1, в которой размещен стакан-распылитель 2 с возможностью вращения от привода 3, емкость для

охлаждающей жидкости и сбора гранул 4, установленная на столе 5, механически связанном с приводом вращения 6. В столе 5 выполнены отверстия 7, а емкость 4 сверху закрыта съемной крышкой 8, на которой закреплен отражатель 9 в виде усеченного конуса с отверстиями 10, предназначенными для устранения воздушной пробки между крышкой и отражателем. Сверху камера закрыта крышкой 11, выполненной в виде коллектора, сообщенного с напорным трубопроводом 12. В крышке 11 установлены патрубки 13 с соплами 14, введенными в зону распыления металла через отверстие в крышке 8. На крышке-коллекторе 11 установлено заливочное устройство 15 с воронкой 16. В нижней части камеры 1 выполнено отверстие для слива охлаждающей жидкости через трубу 17. Камера снабжена патрубком 18 для создания в ее полости отрицательного давления и трубопроводом с вентилем 19 для подачи защитного газа.

Установка работает следующим образом.

Камера 1 герметизируется, через патрубок 18 в ней создается разряжение, затем производится подогрев заливочной воронки 16 с помощью электронагревателя (на чертеже не показан). После создания заданного разряжения камера заполняется защитным газом через трубопровод с вентилем 19, затем включается привод 6 вращения емкости 4, в которую через напорный трубопровод 12, крышку-коллектор 11, патрубок 13 и сопла 14 подается охлаждающая жидкость, например, вода. За счет центробежных сил внутренняя поверхность столба жидкости может принимать форму мениска Б (фиг.2).

Непосредственно перед заливкой металла включается привод 3 вращения стакана-распылителя 2. Жидкий металл заливают в воронку 16 и, после расплавления легкоплавкой герметизирующей прокладки, струя металла поступает в стакан-распылитель. Под действием центробежных сил жидкий металл поднимается по стенкам стакана-распылителя и

срывается с его торца в виде капель, которые попадают в слой охлаждающей жидкости, где интенсивно охлаждаются и кристаллизуются. Полученные гранулы оседают под силой тяжести на дно емкости 4, а избыток охлаждающей жидкости сливается через отверстия 7 в столе 5 на дно камеры и далее через трубу 17.

В случае наличия в емкости 4 отражателя 9 жидкость может также удаляться через отверстия 10, которые одновременно предотвращают образование воздушной пробки между крышкой 8 и отражателем 9. Жидкий металл, попадая на отражатель растекается по его поверхности с образованием частиц чешуйчатой формы, которые смываются струей охлаждающей жидкости, поступающей в емкость, исключая налипание металла на отражатель. После завершения процесса распыления, выключают приводы вращения стакана-распылителя и емкости, прекращают подачу охлаждающей жидкости, снимают крышку-коллектор 11 и съемную крышку 8, затем из камеры извлекают емкость 4 с гранулами.

Интенсивное поступление охлаждающей жидкости из сопел в камеру способствует более эффективному охлаждению гранул, а за счет регулирования скоростей и направления вращения стакана-распылителя и емкости обеспечивается получение более широкой номенклатуры металлических частиц по гранулометрическим параметрам с улучшенной мелкодисперсной структурой.

При наличии в емкости дополнительного конусного отражателя возможно получение гранул чешуйчатой формы.

Реализация полезной модели в объеме существенных признаков независимого пункта формулы, с учетом отличительных признаков зависимых пунктов, по сравнению с прототипом, позволит расширить номенклатуру получаемых гранул по гранулометрическим параметрам, повысить эффективность охлаждения гранул и увеличить производительность.

1. Установка для получения металлических гранул, включающая герметичную камеру, заливочную воронку, стакан-распылитель, емкость для охлаждающей жидкости и сбора гранул, выполненную в виде двух соосных цилиндров разной высоты, соединенных общим основанием, приводы вращения стакана-распылителя и емкости, причем емкость имеет крышку с центральным отверстием, отличающаяся тем, что она снабжена по меньшей мере двумя патрубками с соплами для подачи охлаждающей жидкости в емкость, сама емкость смонтирована на столе, соединенном механически с одним из приводов, в столе выполнены отверстия, расположенные по окружности, диаметр которой меньше диаметра внутреннего цилиндра емкости, при этом патрубки соединены с напорным трубопроводом, а сопла введены в зону распыления металла через центральное отверстие в крышке, которая выполнена съемной.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что на внутренней стороне съемной крышки смонтирован отражатель в виде усеченного конуса, большее основание которого расположено в полости емкости, а образующая конуса наклонена к оси вращения стакана-распылителя под углом, равном 70-80°.

3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что отражатель выполнен из материала с высокой теплопроводностью, например из меди, а на образующей конуса выполнены отверстия, расположенные в плоскости, перпендикулярной оси конуса.

4. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что приводы вращения стакана-распылителя и стола с емкостью имеют регулируемые скорость и направление вращения и смонтированы вне герметичной камеры.

5. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что суммарная площадь отверстий в столе превышает суммарную площадь отверстий сопел для подачи охлаждающей жидкости на величину, обеспечивающую свободное удаление охлаждающей жидкости из емкости.

6. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что дно герметичной камеры расположено к ее оси под заданным углом, а в нижней части камеры выполнено отверстие для слива охлаждающей жидкости.