Устройство для получения металлических порошков

 

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к устройствам для получения металлических порошков путем распыления струи расплава потоком газа, и может быть использовано для производства порошков из алюминия, бронзы, цинка и т.д. Предложенное устройство содержит металлоприемник, рабочую форсунку с кольцевой полостью подвода энергоносителя и двумя рабочими соплами, камеру распыления, снабженную каналами охлаждения для охлаждающей жидкости, причем согласно изобретению оно снабжено дополнительной форсункой цилиндрической формы с резьбовым концом у одного основания и внешним конусом у другого, соосно размещенной в корпусе и диафрагме рабочей форсунки с возможностью осевого перемещения, причем дополнительная форсунка имеет камеру параболической формы с радиальными отверстиями ввода энергоносителя и сужающимся книзу критическим сечением и камеру распыления конической формы, металлоприемник выполнен в виде полого усеченного конуса и размещен в параболической камере с возможностью осевой регулировки и образует с критическим сечением кольцевое сопло, при этом дополнительная форсунка герметично соединена с металлоприемником трубопроводом подвода расплава и прикреплена к корпусу рабочей форсунки, дополнительно устройство снабжено классификатором. Обеспечивается стабилизация параметров и фракционного состава порошка. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к устройствам для получения металлических порошков путем распыления струи расплава потоком газа, и может быть использовано для производства порошков из расплавов алюминия, бронзы, цинка.

Известны устройства для получения металлических порошков, содержащие резервуар для жидкого металла, закрытую камеру, форсунку с кольцевой полостью и соплом для распыления расплава неактивной средой [1, 2]. С помощью этих устройств удается повысить выход годного продукта, получить порошок с определенными свойствами или с определенной концентрацией специального газа, но использовать для получения порошков с размерами частиц менее 40 мкм не целесообразно ввиду малого выхода годного продукта, который составляет всего 15-20%.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство, содержащее металллоприемник, форсунку с кольцевой полостью подвода энергоносителя и двумя рабочими соплами, а также камеру распыления с охлаждающей жидкостью [3] . Данное устройство позволяет получать порошки фракции 50 мкм с выходом порядка 85%, а выход фракции менее 50 мкм незначителен. Кроме того, в указанных выше устройствах расплавленный металл из металлоприемника поступает в зону действия потока энергоносителя в виде струи преимущественно под действием сил тяжести и мало зависит от расхода распыляющего агента. Нет пропорциональной зависимости между расходными массами жидкого металла и распыляющего агента, что отрицательно сказывается на качестве распыления и фракциях порошка. Кроме того, во всех указанных устройствах металлический порошок не классифицируется по фракциям.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности диспергирования струи расплава, увеличение выхода мелкодисперсной фракции порошка, разделение порошка по фракциям. Технический результат заключается в стабилизации параметров и фракционного состава порошка. Для достижения этого технического результата устройство для получения металлических порошков, содержащее металлоприемник, рабочую форсунку с кольцевой полостью подвода энергоносителя и двумя рабочими соплами, камеру распыления, снабженную каналами охлаждения для охлаждающей жидкости, снабжено дополнительной форсункой цилиндрической формы с резьбовым концом у одного основания и внешним конусом у другого. Дополнительная форсунка размещена соосно в корпусе и диафрагме рабочей форсунки с возможностью осевого перемещения и имеет камеру параболической формы с радиальными отверстиями ввода энергоносителя и сужающимся к низу критическим сечением, а также имеет камеру распыления конической формы.

Металлоприемник выполнен в виде полого усеченного конуса и размещен в параболической камере с возможностью осевой регулировки и образует с критическим сечением кольцевое сопло, при этом дополнительная форсунка герметично соединена с металлоприемником трубопроводом подвода расплава и прикреплена к корпусу рабочей форсунки. Кроме того, предлагаемое устройство снабжено классификатором.

На чертеже представлено устройство, его продольный разрез.

Устройство для получения металлических порошков содержит тигель 1, трубопровод подачи расплава 2, металлоприемник 4, который выполнен в виде полого усеченного конуса с цилиндрическим отверстием 5 при вершине и состыкован соосно через регулировочную шайбу 6 с дополнительной форсункой 7 и трубопроводом 2, жестко закреплен с ними к корпусу 8 фланцем 9. Дополнительная форсунка 7 цилиндрической формы с резьбовым концом у одного основания и внешним конусом у другого, вмонтированная в корпус 8 с возможностью осевого перемещения гайкой 10, также содержит расположенные последовательно две соосные камеры 11 и 12, которые составляют сопло Лаваля. Камера 11 параболической формы сужается до критического сечения, а затем плавно переходит в камеру 12 конической формы с углом расширения = 12-14^o. Металлоприемник 4 соосно состыкован с камерой 11, а его вершина - с отверстием 5, размещенным в критическом сечении, и своей поверхностью образует с поверхностью критического сечения кольцевое сопло 13, которое совместно с камерами 11 и 12 формирует рабочий поток энергоносителя первого каскада распыления расплава, а кольцевое сопло 14, концентрично расположенное относительно камеры 12 и образованное поверхностями внешнего конуса дополнительной форсунки 7 и диафрагмой 15, состыкованной с корпусом 8, образуют рабочую форсунку второго каскада распыления расплава в камеру 17, которая является как бы продолжением камеры 12 и содержит кольцевой коллектор подвода жидкости 18 с каналами охлаждения 19 по всему периметру. Резервуар 16 заполнен до определенного уровня жидкостью 20 и соединен трубопроводом 21 с гидроклассификатором 22, который содержит разделительную колонну, сита, центрифуги для отделения порошка от жидкости и другие узлы. Подвод энергоносителя к устройству осуществляется через отверстие 23 в полость 24, откуда он подается на рабочие сопла.

Устройство работает следующим образом.

Через отверстие 23 в полость 24 подают под высоким давлением энергоноситель, откуда он поступает к рабочему соплу 14, а через канал 25 - к соплу 13 и в камеру 11. Пройдя рабочие сопла, энергоноситель в виде конических потоков с большой скоростью поступает в камеры 12 и 17. Рабочие сопла 13 и 14 и камеры 11, 12 и 17 формируют рабочие потоки энергоносителя с заданными характеристиками. Большие скорости энергоносителя обеспечивают необходимый эжекционный эффект в зоне отверстия 5 металлоприемника. Под действием эжекционных сил расплавленный металл 3 из тигля 1 по трубопроводу 2 поступает в металлоприемник 4 и далее через отверстие 5 в виде струи поступает в зону действия потока энергоносителя, сформированного камерой 11, соплом 13 и камерой 12, в зону первого каскада распыления. Здесь происходит разрушение струи металла на первичные капли при сниженном эффекте коагуляции капель расплава. Аэродинамическим потоком последние разгоняются в камере 12 до сверхзвуковых скоростей и уносятся в зону второго каскада распыления, в зону действия сопла 14, где происходит вторичное дробление металлических капель до заданного минимального размера. После этого продукты распыла поступают в мелкодисперсный поток жидкости, которая подается в коллектор 18 и каналы охлаждения 19 одновременно с подачей энергоносителя в отверстие 23, где предварительно охлаждаются, а затем попадают в жидкость резервуара 16, где и завершается формирование мелкодисперсного порошка и его накопление. Охлаждающая жидкость через каналы 19 омывает стенку камеры 17 по всему периметру, защищая ее от налипания частиц распыленного металла. Затем суспензия по трубопроводу 21 подается в гидроклассификатор 22, где происходит разделение порошка по фракциям. Порошок 26, отделенный от жидкости, по склизам 27 выгружается на поддоны 28, а жидкость и энергоноситель, пройдя очистку, возвращаются в работу.

Выполнение устройства в виде двух соосных форсунок с двумя каскадами распыления и общим газовым трактом позволяет более оптимально решить задачу распыления струи расплава потоком энергоносителя. Верхнее сопло первого каскада выполняет задачу разрушения струи расплава на первичные капли и разгона их до сверхзвуковых скоростей. Изменяя толщину регулировочной шайбы 6, добиваются такого кольцевого размера сопла 13, при котором его площадь сечения не превышала бы площадь каналов 25, т.е. расход энергоносителя через сопло 13 должен быть или равен, или быть несколько меньше расхода через подводящие каналы 25. Поток энергоносителя, пройдя камеру 11 и сопло 13, воздействуют на струю расплава в его зоне, причем имеет скорость, близкую к скорости звука. Далее поток энергоносителя, расширяясь в камере 12 и увлекая капли расплава, разгоняется с ними до скоростей, превышающих скорость звука. Задача нижнего сопла второго каскада - обеспечить дробление первичных капель до капель заданного минимального размера. С этой целью оно профилируется и настраивается для работы в расчетном режиме, причем скорость потока энергоносителя, сформированного этим соплом, определяется режимом разрушения первичных капель до капель заданного минимального размера. Настройку сопла 14 на расчетный режим работы производят гайкой 10, перемещая в осевом направлении дополнительную форсунку 7 и тем самым изменяют кольцевой зазор сопла 14, что в свою очередь изменяет скорость и плотность потока энергоносителя. Сверхзвуковой поток энергоносителя с каплями расплава, выйдя из камеры 12, попадают в зону действия сопла 14, где капли металла разбиваются о плотный и хорошо сформированный поток энергоносителя, вытекающий с большой скоростью из сопла 14, и распыляются до капель заданного минимального размера. Оптимальный угол истечения конического потока из сопла 14, т.е. угол между образующей конического сопла 14 и вертикальной осью устройства = 25-27^o, а расход энергоносителя через сопло 14 должен быть в 5-6 раз больше, чем через сопло 13.

Угол раскрытия проточной конусной поверхности выбирается из условия минимума коагуляции частиц расплава, оптимального ввода первичных капель распыла для дальнейшего дробления в зону действия нижнего сопла и обеспечения необходимого эжекционного эффекта в зоне поступления расплава. При установившимся режиме распыления поступление расплава в зону распыления за счет эжекционных сил стабилизируется, т.е. масса поступающего по трубопроводу расплава постоянна, отсюда следует, что стабилизируются и параметры выходящего продукта - фракции порошка.

В качестве энергоносителя используется аргон, который подается в устройство под давлением 1,2 МПа, в качестве охлаждающей жидкости - вода.

В качестве исходного продукта используется алюминиевый лом утилизируемой авиационной техники.

Таким образом, при переработке авиационного алюминиевого лома предлагаемое устройство позволяет, используя в качестве энергоносителя аргон, а в качестве охлаждающей жидкости воду, при производительности 5 кг\мин получить порошок с содержанием фракции не более 40 мкм до 65%.

Источники информации 1. Установка для получения металлического порошка. Патент Японии 2-15601 // Изобретения стран мира, В 22 F, 1990, 3-391.

2. Устройство для получения металлического порошка. А.С. 1514461, В 22 F 9/06, 1989.

3. Устройство для получения металлических порошков. А.С. 1509184, В 22 F 9/06, 1989.

Формула изобретения

1. Устройство для получения металлических порошков, содержащее металлоприемник, рабочую форсунку с кольцевой полостью подвода энергоносителя и двумя рабочими соплами, камеру распыления, снабженную каналами охлаждения для охлаждающей жидкости, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительной форсункой цилиндрической формы с резьбовым концом у одного основания и внешним конусом у другого, соосно размещенной в корпусе и диафрагме рабочей форсунки с возможностью осевого перемещения, причем дополнительная форсунка имеет камеру параболической формы с радиальными отверстиями ввода энергоносителя и сужающимся книзу критическим сечением и камеру распыления конической формы, металлоприемник выполнен в виде полого усеченного конуса и размещен в параболической камере с возможностью осевой регулировки и образует с критическим сечением кольцевое сопло, при этом дополнительная форсунка герметично соединена с металлоприемником трубопроводом подвода расплава и прикреплена к корпусу рабочей форсунки.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено классификатором.

РИСУНКИ

Рисунок 1