Устройство для получения волокнистых материалов из расплава

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ РАСПЛАВА, содержащее теплоотводящий диск-кристаллизатор с приводом вращения, тигель, расположенный внутри индуктора, выполненного в виде катушки, соединенной с системой питания, средство подачи материала для расплавления и контакта с диском-кристаллизатором, отличающееся тем, что, с целью увеличения скорости охлаждения волокнистого материала и повышения его чистоты, оно снабжено системой поддержания контакта, выполненной в виде встречно-включенной относительно индуктора дополнительной катушки , расположенной между индуктором и диском-кристаллизатором в зоне плавления материала, двумя датчиками положения поверхности расплава и дифференциальI ным усилителем, при этом один датчик расрасположен под кристаллизатором в облас (Л ти контакта, другой - над дополнительной катущкой, датчики входами соединены с источником тока, а выходами - с входами дифференциального усилителя и включены в цепь питания индуктора.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕС4УБЛИН з(д) В 22 F 9/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

40 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3563047 22-02 (22) 21. 12.82 (46) 07.05.84. Бюл. № 17 (72) В. А. Васильев, К. Ц. Кошкин, Б. С. Митин, И. И. Петров, В. Н. Салтыков, А. А. Скуридин, В. А. Солдатенко и А. В. Чувпило (71) Московский авиационный технологический институт им. К. Э. Циолковского и

Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт источников тока (53) 621.762. 224 (088.8) (56) 1. Патент США № 3863700, кл. 164.87, опублик. 1975.

2. Патент США № 4170257, кл. 164.87. опублик. 1979.

3. R.Е. Maringer and С. Е. Mobley; Advancesin Melt Extraction, Ba tel le, Column ia

Laaoratories, Columaia, Onio, USA, 1978, р. 49-56. (54) (57) УСТРОЛСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ

„,SU„„1090502 А

ИЗ РАСПЛАВА, содержащее теплсютводящий диск-кристаллизатор с приводом вращения, тигель, расположенный внутри индуктора, выполненного в виде катушки, соединенной с системой питания, средство подачи материала для расплавления и контакта с диском-кристаллизатором, отличающееся тем, что, с целью увеличения скорости охлаждения волокнистого материала и повышения его чистоты, оно снабжено системой поддержания контакта, выполненной в виде встречно-включенной относительно индуктора дополнительной хатушки, расположенной между индуктором и диском-кристаллизатором в зоне плавления материала, двумя датчиками положения поверхности расплава и дифференциаль- д ным усилителем, при этом один датчик расЯ расположен под кристаллизатором в облас- фр1 ти контакта, другой — над дополнительной %У Ф катушкой, датчики входами соединены с С источником тока, а выходами — с входами дифференциального усилителя и включены в цепь питания индуктора.

1090502

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к устройствам для получения волокнистых материалов из расплавов.

Известны устройства для получения во- 5 локнистых материалов, содержащие ванну, кристаллизатор с приводом, систему нагрева, как правило, индукционную, систему для создания контакта расплав кристаллизатор, выполненную в виде различных конусообразователей: поддув газа, погруженное в расплав вращающееся инородное тело, вытеснитель в виде рамки (1) и (2).

Недостатками известных устройств являются нестабильность контакта расплав — 15 кристаллизатор, его большая площадь и возможность взаимодействия расплава с материалом тигля в процессе плавления.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство, содержащее кристаллизатор с приводом, цилиндрический тигель, расположенный внутри индуктора, соединенный с системой питания, и средство непрерывной подачи металлического стержня (3) .

Недостатком данного устройства яв- 25 ляется относительно низкая скорость охлаждения материала за счет большой площади контакта расплава с кристаллизатором и длительного времени формирования слоя, вследствие чего получить волокнистые материалы малых сечений с высокой скоростью охлаждения и уменьшить размер кристаллического зерна не удается. Недостатком также является возможность взаимодействия расплава с материалом тигля, что вызывает загрязнение расплава, а также нестабильность контакта из-за неравномерности поддува газа.

Цель изобретения — увеличение скорости охлаждения волокнистого материала и повышение его чистоты.

Поставленная цель достигается тем, что 40 устройство для получения волокнистых материалов из расплава, содержащее теплоотводящий диск-кристаллизатор с приводом вращения, тигель, расположенный внутри индуктора, выполненного в виде катушки, соединенной с системой питания, 4 средство подачи материала для расплавления и контакта с диском-кристаллизатором, снабжено системой поддержания контакта, выполненной в виде встречно-включенной относительно индуктора дополнительной катушки, расположенной между индуктором и диском-кристаллизатором в зоне плавления материала, двумя датчиками положения поверхности расплава и дифференциальным усилителем, при этом один датчик расположен под кристаллизатором в области 55 контакта, а другой — над дополнительной катушкой, датчики входами соединены с источником тока, а выходами — с входами дифференциального усилителя и включены в цепь питания индуктора.

Дополнительная встречно-включенная катушка посредством магнитного поля уменьшает площадь контакта конуса расплава с кристаллизатором и устраняет возможность взаимодействия материала расплава с материалом тигля. Малая площадь контакта ведет к формированию более тонкого слоя затвердевшего материала, охлаждающегося с большой скоростью.

Отсутствие взаимодействия расплава с тиглем ведет к сохранению химического состава исходного материала, что позволяет получать технический чистый продукт. Системы датчиков и дифференциального усилителя, включенные в цепь питания индуктора, позволяет регулировать площадь контакта, а следовательно, толщину получаемого волокна и скорость его охлаждения, позволяет поддерживать режим работы непрерывным, а контакт постоянным.

На чертеже схематически представлено устройство.

Устройство для получения волокнистых материалов содержит индуктор 1, тигель 2, кристаллизатор 3, привод(на чертеже условно не показан), металлический стержень 4, встречно-включенную катушку 5, причем для образования острого конуса достаточно иметь соотношение витков катушки 5 и индуктора 1 в соотношении 1:5; систему питания 6, два емкостных датчика положения конуса расплава 7, верхний датчик 8, расположенный под кристаллизатором 3, и нижний датчик 9, расположенный под встречновключенной катушкой 5 у основания конуса расплава 7. Датчики 8 и 9 своими входами соединены с источником постоянного тока

l0, а выходами — с дифференциальным усилителем 11, который усиливает сигнал ошибки и подает в цепь питания индуктора !.

Устройстчо работает следующим образом.

Металлический стержень подается приводом (на чертеже не показан) в тигель и расплавляется подключенным к системе питания индуктором посредством электромагнитного поля.

Дополнительная встречно-включенная катушка 5 магнитным полем формирует ю нус расплава и с помощью вращающегося кристаллизатора, находящегося в постоянном контакте с вершиной конуса 7, вытягивается тонкий слой материала.

Форма конуса расплава 7 поддерживается постоянным магнитным полем от дополнительной встречно-включенной катушки, подключенной к системе питания, а также двумя емкостными датчиками 8 и 9.

Слой намерзшего на кромке кристаллизатора материала удерживается за счет сил адгезии, затем полностью остывает и

1090502

Составитель А. Храмиков

Редактор М. Дылын Техред И. Верес Ксрректор Л. Пилипенко

Заказ 2989/12 Тираж 775 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 I3035, Москва, ж — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП <Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 под действием термической усадки и центробежной силы отслаивается от кристаллизатора и отбрасывается в сторону. Скорость охлаждения 106-107К/с, что на два порядка превышает скорость охлаждения по сравнению с прототипом.

Форма конуса расплава 7 поддерживается с помощью встречно-включенной катушки 5 и двумя датчиками 8 и 9. Для усиления эффекта стабилизации датчики 8 и 9 своими входами соединены с источником постоянного тока 10 для получения опорного напряжения на входе дифференциального усилителя 11. В случае стабильной работы всей системы питания сформированный конус расплава 7 имеет постоянную форму, что обеспечивает точечный контакт расплава с кристаллизатором 3. Если в системе индуктор 1 — катушка 5 увеличивается ток питания, то увеличивается и магнитная индукция, приводящая к сужению основания расплава конуса 7. Нижний датчик 9 фиксирует уменьшение количества расплава, так как его емкость резко изменяется, а верхний датчик не реагирует на увеличение тока индуктора 1, так как количество расплава в области верхнего датчика 8 не изменяется.

При уменьшении тока питания происходит уменьшение магнитного поля индуктора 1 и катушки 5, конус расплава 7 «утолщается». В этом случае под действием силы тяжести резко увеличивается количество расплава у верхнего датчика 8, а у нижне> го датчика 9 за счет оседания конуса количество расплава не изменяется, т. е. на дифференциальный усилитель поступает сигнал, и ток в цепи питания индуктора 1 и катушки 5 повышается до номинального.

Таким образом, корректируя баланс то1О ков на индукторе и катушке, можно обеспечить постоянство формы конуса расплава.

Пример. Получают волокна цинка. Химический анализ волокон, полученных предлагаемым устройством, указывает на то, 15 что химический состав материала, полученного из стержня марки Ll,í-О, не изменяется. В то же время материал, полученный посредством известного устройства, содержит примеси меди в количестве 0,3 /о вес., что крайне неблагоприятно при произ20 водстве химических источников тока.

Снижение содержания примесей в материалах электродов и увеличение поверхности раздела электрод-электролит за счет уменьшения размера волокна позволяет

25 увеличить ем кость источника, например никель-цинкового аккумулятора (НЦ), с 95 до 142 А ч, что при годовом выпуске аккумуляторов 10 млн. шт. позволит получить экономический эффект 200 тыс. руб.