RU164375U1 - Устройство для получения сферических порошков из интерметаллидного сплава - Google Patents

Abstract

1. Устройство для получения сферических порошков из интерметаллидного сплава, содержащее рабочую камеру центробежного распыления с плазматроном для плавления вращающейся заготовки из интерметаллидного сплава, выполненную с возможностью предварительной откачки воздуха и заполнения ее инертным газом, которая снабжена компрессором для непрерывной откачки инертного рабочего газа при центробежном распылении и подачи его в плазматрон, и соединенный с рабочей камерой центробежного распыления приемный бункер для сбора сферического порошка, отличающееся тем, что оно содержит соединенные с компрессором для непрерывной откачки инертного рабочего газа и установленные последовательно посредством металлоруковов и трубопроводов теплообменник первичного охлаждения, фильтр первичной очистки, фильтр сверхтонкой очистки, теплообменник с компрессорным холодильным агрегатом для циркуляции и охлаждения рабочей жидкости в теплообменнике, компрессор и формирователь охлаждающего потока инертного рабочего газа, состоящий из двух осевых спрейеров с кольцами разного диаметра, выполненных с возможностью подачи потоков охлажденного инертного рабочего газа в рабочую камеру центробежного распыления навстречу потоку капель расплавленной заготовки с регулируемым распределением потоков охлажденного инертного рабочего газа в рабочей камере центробежного распыления и с образованием зоны с регулируемым температурным градиентом.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что спрейеры выполнены с возможностью подачи потоков охлажденного инертного рабочего газа в рабочую камеру центробежного распыления с регулируемым

Description

Полезная модель относится к области порошковой металлургии и способам получения металлических порошков, в частности, к устройству для получения сферических порошков из интерметаллидного сплава.

Из уровня техники известен (RU 2361698, B22F 9/10, 20.07.2009, /1/) способ получения сферических порошков, включающий вращение цилиндрической заготовки вокруг горизонтальной оси, оплавление торца заготовки плазменной струей дугового плазмотрона с обеспечением распыления расплавленных частиц под действием центробежных сил и затвердевания частиц при полете в газовой среде, отличающийся тем, что на торце заготовки формируют вогнутую полость, диаметр которой равен диаметру заготовки, а глубина - 0,1-0,35 диаметра заготовки, путем изменения расхода газа через плазмотрон и перемещения плазмотрона относительно оси вращения заготовки, а распыление расплавленных частиц осуществляют по конической поверхности, образованной касательной к криволинейной поверхности вогнутой полости.

Недостатком указанного способа является его склонность к образованию пористости внутри порошков (гранул), что обусловлено следующим. Расплавленные частицы, оторвавшиеся от кромки торца заготовки, разлетаются в вертикальной плоскости в виде диска. При этом расплавленные частицы, летящие вверх, сталкиваются с уже затвердевшими частицами, падающими вниз. Распыленные сферические частицы имеют разные размеры, и некоторые мелкие твердые частицы при столкновении с более крупными расплавленными частицами протыкают их с образованием каналов или пустот. Это приводит к снижению качества изделий, получаемых из порошков-гранул, и даже вынуждает браковать некоторые изделия. При этом наличие недопустимой внутригранульной пористости выявляется только после изостатического прессования и термообработки изделий, что приводит к непроизводительным затратам вследствие непреднамеренного изготовления бракованных изделий.

Также, из уровня техники известно (RU 2376111, B22F 9/06, 20.12.2009, /2/) устройство для получения порошков и гранул, содержащее рабочую камеру, заполняемую инертным газом, дуговой плазмотрон для плавления вращающейся заготовки и компрессоры с трубопроводами для непрерывной откачки инертного газа из рабочей камеры и подачи его в плазмотрон, отличающаяся тем, что в качестве компрессоров установлены вакуумные мембранные наносы, а трубопроводы снабжены вентилями, при этом устройство выполнено с возможностью предварительной откачки воздуха из рабочей камеры, заполнения ее инертным газом и последующей непрерывной откачки газа из камеры и подачи его в плазмотрон.

Недостатком данной конструкции является то, что забор газа из камеры распыления происходит только через систему циркуляции газа для плазмотрона, который осуществляется с помощью вакуумных насосов с целью обеспечения ионизации газа для последующего распыления плазмой торца вращающейся заготовки. Попадая в камеру, плазма снова превращается в газ и забирается компрессором, затем снова подается в плазмотрон. Охлаждение газа происходит через охлаждаемые стенки камеры распыления, однако газ на некотором расстоянии от охлаждаемых стенок камеры застаивается в нагретом состоянии, таким образом, понижая эффективность охлаждения капель металла в полете за счет конвекции. Получаемая степень охлаждения для производства гранул титановых сплавов явно недостаточна и ведет к получению частиц несферической формы, что приводит к понижению выхода годного порошка.

При производстве порошков из интерметаллидных сплавов возможно образование частиц несферической чешуйчатой формы. Это объясняется тем, что порошки из-за недостаточного охлаждения в полете претерпевают существенное формоизменение при соударении со стенкой камеры распыления, вследствие чего они теряют сферическую форму [Статья в журнале «Технология легких сплавов», 2010, №2, с. 44-48]. На некотором расстоянии от водоохлаждаемых стенок камеры распыления нагретый газ застаивается у стенок камеры распыления, и гранулы не успевают полностью закристаллизоваться в полете. Поэтому при соударении со стенкой камеры происходит их пластическая деформация, что и ведет к образованию частиц несферической формы. Это, в свою очередь, приводит к понижению выхода годного порошка, так как при дальнейшей ситовой классификации гранул частицы такой формы не проходят через стандартную сетку и попадают в отсев.

При этом, в некоторых случаях, при получение порошка из интерметаллидных сплавов, гранулы могут «налипать» на боковые стенки камеры распыления с образованием массивных спеков, затрудняющих процесс ее движения (ссыпания) в приемный бункер и вызывающих перегрев внутренних поверхностей камеры распыления, приемной трубы и приемного бункера, включая герметичные уплотнения из РТИ, при разрушении которых может возникнуть аварийная ситуация и разгерметизация установки.

Задача, на которую направлено полезная модель, заключается в разработке устройства, которое позволит получать порошок из широкой линейки интерметаллидных сплавов.

Техническим результатом полезной модели является снижение температуры в камере распыления до необходимых нам значений, увеличение эффективности регулировки скорости охлаждения (кристаллизации) гранул в процессе распыления и ссыпания ее в приемный бункер, увеличение срока эксплуатации и увеличение возможности изменения температурного градиента в создаваемой зоне регулируемого охлаждения.

На достижение указанного технического результата оказывают влияние следующие существенные признаки.

Устройство для получения сферических порошков из интерметаллидных сплавов содержит рабочую камеру, заполняемую инертным газом, плазмотрон для плавления вращающейся заготовки внутри рабочей камеры, компрессор с трубопроводами для непрерывной откачки смеси рабочих газов из рабочей камеры, и приемный бункер, который соединен с рабочей камерой, при этом устройство выполнено с возможностью предварительной откачки воздуха из рабочей камеры, заполнения ее инертным газом и последующей непрерывной откачки газа из рабочей камеры и подачи его в плазматрон, отличающееся тем, что устройство содержит последовательно соединенные через металлорукава и трубопроводы, фильтр первичной очистки, фильтр сверхтонкой очистки, теплообменник, компрессор, формирователь охлаждающего потока рабочих газов, при этом они расположены и соединены через металлорукава и трубопроводы таким образом, что смесь разогретых рабочих газов направляется из рабочей камеры в фильтр первичной очистки, от туда в фильтр сверхтонкой очистки, далее в теплообменник, после этого в охладитель смеси рабочих газов, от него в компрессор и далее в формирователь охлаждающего потока рабочих газов, который состоит из, по меньшей мере, двух осевых спрееров разного диаметра, которые выполнены и расположены таким образом, что это позволяет осуществлять регулируемое распределение охлаждающих потоков, а из спрееров потоки охлажденных инертных рабочих газов подаются в рабочую камеру, и образует там зону с регулируемым температурным градиентом.

В возможном варианте исполнения регулируемое распределение потоков охлажденных инертных рабочих газов по рабочей камере производится равномерно.

В возможном варианте исполнения компрессор используется в виде воздуходувки.

В возможном варианте исполнения компрессор используется в виде воздуходувки вихревой.

В возможном варианте исполнения в виде фильтра первичной очистки используется фильтр типа циклон.

В возможном варианте исполнения в виде фильтра сверхтонкой очистки используется пористый фильтр.

В возможном варианте исполнения в виде фильтра сверхтонкой очистки используется тканевый фильтр.

В возможном варианте исполнения приемный бункер соединен с рабочей камерой посредством приемной трубы.

В возможном варианте исполнения приемный бункер расположен под рабочей камерой.

В возможном варианте исполнения спреер кольца меньшего диаметра 2-секционный.

В возможном варианте исполнения спреер кольца большего диаметра 6-секционный.

В возможном варианте исполнения формирователь охлаждающего потока рабочих газов расположен внутри рабочей камеры.

В возможном варианте исполнения устройство содержит компрессорный холодильный агрегат, соединенный с теплообменником и осуществляющий циркуляцию и охлаждение рабочей жидкости в теплообменнике.

В возможном варианте исполнения устройство содержит теплообменник первичного охлаждения, расположенный перед фильтром первичной очистки.

В возможном варианте исполнения устройство содержит теплообменник первичного охлаждения, встроенный в фильтр первичной очистки.

В возможном варианте исполнения кольцевой спреер большего и меньшего диаметра выполнены в одной плоскости. Устройство изображено на фиг. 1

1 - Камера (центробежного) распыления

2 - Расплавляемый электрод

3 - Фильтр первичной очистки

4 - Фильтр сверхтонкой очистки

5 - Компрессорный холодильный агрегат

6 - Теплообменник

7 - Воздуходувка вихревая

8 - Трубопроводы и металлорукава

9 - Плазматрон

10 - Камера загрузочная

11 - Камера приводов

12 - Приемная труба

13 - Приемный бункер

14 - 6-секционный спреер

15 - 2-секционный спреер

16 - Регулируемая зона охлаждения (кристаллизации) гранул или зона с регулируемым температурным градиентом.

Установка центробежного распыления (в которую входит 1, 10, 11, 12. 13) в конструкции предназначена для получения сферических порошков из интерметаллидных сплавов методом центробежного распыления заготовок-электродов, торцы которых оплавляются при вращении заготовки плазменным источником нагрева (плазмотроном 9) в смеси инертных газов (гелий, аргон) с одновременным пересыпанием получаемых гранул (порошка) в герметичную емкость (приемный бункер) без контакта с воздухом. В установке предусмотрена загрузка нескольких электродов, но плавятся они поштучно. Установка центробежного распыления состоит из рабочей камеры, заполняемой инертным газом, плазматрона для плавления вращающейся заготовки и компрессора с трубопроводами для непрерывной откачки смеси рабочих газов из рабочей камеры. При этом установка центробежного распыления выполнена с возможностью предварительной откачки воздуха из рабочей камеры, заполнения ее (рабочей камеры) инертным газом и последующей непрерывной откачки газа из рабочей камеры и подачи его в плазматрон.

Из камеры распыления посредством воздуходувки вихревой (компрессора) осуществляется забор горячего газа. Для увеличения продолжительности работы фильтров и их рабочих свойств возможен вариант, когда из камеры центробежного распыления смесь горячих рабочих газов направляют в охладитель (теплообменник первичного охлаждения), который встроен фильтр первичной очистки 3 и осуществляют первичного охлаждения смеси рабочих газов.

Теплообменник первичного охлаждения служит для первичного охлаждения рабочих газов, перед попаданием их в фильтр первичной очистки, что существенно повышает фильтрационные свойства и срок службы фильтра.

Конструктивно теплообменник первичного охлаждения представляет собой водоохлаждаемый цилиндр, внутри которого проходит спиралевидный трубопровод смеси рабочих газов.

Фильтр первичной очистки 3 используется для исключения попадания в компрессор (вихревой воздуходувки 7) пылевых частиц распыляемого материала, а также прочих механических примесей.

Можно использовать фильтр типа «циклон».

Работа фильтра циклона построена на функционировании центробежных сил. С их помощью, загрязненный воздух, начинает входить в циклон по патрубку, после чего с высокой скоростью спиралеобразно смещается вниз. Частицы пыли, под воздействием центробежной силы прижимаются к внутренним стенкам, а под воздействием силы притяжения смещаются в нижнюю часть циклона, собираясь в бункере для сбора пыли.

В качестве фильтра сверхтонкой очистки 4 может быть использован пористый или тканевый фильтр. В основе работы пористых фильтров всех видов лежит процесс фильтрации газа через пористую перегородку, в ходе которого твердые частицы задерживаются, а газ полностью проходит сквозь нее. В процессе очистки запыленного газа частицы приближаются к волокнам или к поверхности зерен материала, сталкиваются с ними и осаждаются главным образом в результате действия сил диффузии, инерции и электростатического притяжения.

Компрессор (воздуходувка вихревая 7) в устройстве предназначен для откачки и нагнетания в камеру распыления (рабочую камеру) неагрессивной к материалам конструкции смеси рабочих газов (гелий, аргон), не содержащей капельной влаги и механических загрязнений.

Смесь рабочих газов поступает из воздуходувки вихревой 7 в формирователь охлаждающего потока рабочих газов, который формирует встречный газовый поток, направленный навстречу разлетающимся к боковым стенкам камеры распыления 1 гранулам, которые образуются из расплавленного электрода и пролетая через который кристаллизуются.

Формирователь охлаждающего потока рабочих газов может быть выполнен в виде двух осевых спрееров разного диаметра, которые образуют по меньшей мере два потока, что позволяет регулировать их интенсивность и направленность, и образовывать зону с регулированным температурным градиентом для влияния на скорость кристаллизации, которая продиктована свойством того или иного интерметаллидного сплава. При этом зона с регулированным температурным градиентом может образовываться, в том числе, за счет перехлестывания охлаждающих потоков, исходящих из каждого осевого спреера, между собой, либо за счет придания потоку рабочих газов определенной (векторной) направленности, например, перпендикулярно горизонтальной оси вращающейся заготовки (электрода).

Приемный бункер 13 служит для сбора через приемную трубу 12 получаемых гранул, и транспортирования бункера с гранулами (порошком). Приемная труба 12 полностью изготовлена из нержавеющей стали, служит для транспортировки/ссыпания полученных гранул в приемный бункер 13. Трубопроводы и металлорукава 8 высокого давления изготовлены полностью из нержавеющей стали, что позволяет широко использовать их для транспортировки/подачи различных технических газов и жидкостей, включая агрессивные. Широкий диапазон рабочих температур (от криогенных до +600°C), стойкость к агрессивным средам, герметичность до высоких давлений позволяют практически безальтернативно использовать нержавеющие металлорукава в металлургическом, нефтегазовом, химическом и других видах оборудования. Трубопроводы и металлорукава 8 последовательно и герметично соединяют каждый элемент конструкции - камеру центробежного распыления 1, фильтр первичной очистки 3, фильтр сверхтонкой очистки 4, теплообменник 6, воздуходувку вихревую 8, формирователь охлаждающего потока рабочих газов. Кроме того, трубопроводы и металлорукава 8 соединяют между собой установку центробежного распыления и приемный бункер, в рамках нашей заявки этот элемент конструкции мы называем приемной трубой 12.

Формирователь охлаждающего потока рабочих газов представляет собой кольцевой спреер и конструктивно выполнен в виде замкнутого кольца из нержавеющей трубки с локальным блоком форсунок (направленными отверстиями), обеспечивающими направление потока охлажденного рабочего газа навстречу к потоку кристаллизующихся капель расплавленного материала (порошка интерметаллидных сплавов), которое установлено в камере распыления 1. Формирователь охлаждающего потока рабочих газов может быть выполнен, например, в виде радиального газового спреера.

Компрессорный холодильный агрегат 5 соединен с теплообменником 6 и осуществляет циркуляцию и охлаждение рабочей жидкости в теплообменнике. Вместе они представляют холодильную установку.

Последовательное расположение различных частей в устройстве продиктовано, в том числе необходимостью обеспечения эффективной работы устройства и требованием подачи очищенной и охлажденной смеси рабочих газов в вихревую воздуходувку 7 и далее нагнетание ее в рабочую камеру.

В одном из вариантов исполнения устройство сферических порошков из интерметаллидных сплавов содержит рабочую камеру, заполняемую смесью инертных газов (гелий - 90%, аргон - 10%), дуговой плазматрон для плавления вращающейся заготовки и компрессор с трубопроводами для непрерывной откачки смеси рабочих газов из рабочей камеры, при этом устройство выполнено с возможностью предварительной откачки воздуха из рабочей камеры, заполнения ее инертным газом и последующей непрерывной откачки газа из камеры и подачи его в плазматрон ПСМ-200, характеризуется тем, что устройство содержит последовательно соединенные через металлорукава и трубопроводы из нержавеющей стали, фильтр «циклон», фильтр сверхтонкой очистки АМЕ, холодильную установку, которая представляет собой теплообменник, внутри которого проходит трубопровод смеси рабочих газов. Теплообменник заполнен рабочей жидкостью, например жидким фреоном, которая посредством компрессорного холодильного агрегата CAJD/TAJD 2513Z постоянно движется и охлаждает спиралевидный трубопровод. Также устройство содержит компрессор, в качестве которого используется воздуходувка вихревая SCL K10-MO. Так же устройство содержит формирователь охлаждающего потока рабочих газов, который конструктивно представляет собой 2 осевых спреера разного диаметра выполненных в одной плоскости, один 6-и секционный, другой 2-х секционный, они имеют форму трубки с локальным блоком 56 форсунок в каждой секции, так что охлаждающие потоки подающиеся спреером образуют зону с регулируемым температурным градиентом и оба они расположены перпендикулярно продольной оси электрода равноудалены от него и состоят из нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Устройство содержит приемный бункер и приемную трубу. Смесь рабочих газов поступает из вихревой воздуходувки 7 в формирователь охлаждающего потока рабочих газов, который формирует и регулирует встречный поток рабочих газов, направленный в камере распыления навстречу разлетающимся гранулам, которые образуются из расплавленного электрода, таким образом, при распылении расплавленных частиц, они проходят через газовый поток рабочих газов, что приводит к увеличению скорости кристаллизации гранул.

Таким образом, полезная модель обеспечивает снижение температуры в камере распыления до необходимых нам значений, увеличение эффективности регулировки скорости охлаждения (кристаллизации) гранул в процессе распыления и ссыпания ее в приемный бункер, увеличение срока эксплуатации и увеличение возможности изменения температурного градиента в создаваемой зоне регулируемого охлаждения.

Claims (12)

1. Устройство для получения сферических порошков из интерметаллидного сплава, содержащее рабочую камеру центробежного распыления с плазматроном для плавления вращающейся заготовки из интерметаллидного сплава, выполненную с возможностью предварительной откачки воздуха и заполнения ее инертным газом, которая снабжена компрессором для непрерывной откачки инертного рабочего газа при центробежном распылении и подачи его в плазматрон, и соединенный с рабочей камерой центробежного распыления приемный бункер для сбора сферического порошка, отличающееся тем, что оно содержит соединенные с компрессором для непрерывной откачки инертного рабочего газа и установленные последовательно посредством металлоруковов и трубопроводов теплообменник первичного охлаждения, фильтр первичной очистки, фильтр сверхтонкой очистки, теплообменник с компрессорным холодильным агрегатом для циркуляции и охлаждения рабочей жидкости в теплообменнике, компрессор и формирователь охлаждающего потока инертного рабочего газа, состоящий из двух осевых спрейеров с кольцами разного диаметра, выполненных с возможностью подачи потоков охлажденного инертного рабочего газа в рабочую камеру центробежного распыления навстречу потоку капель расплавленной заготовки с регулируемым распределением потоков охлажденного инертного рабочего газа в рабочей камере центробежного распыления и с образованием зоны с регулируемым температурным градиентом.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что спрейеры выполнены с возможностью подачи потоков охлажденного инертного рабочего газа в рабочую камеру центробежного распыления с регулируемым равномерным их распределением в рабочей камере центробежного распыления.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что компрессор для непрерывной откачки инертных рабочих газов выполнен в виде воздуходувки.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что воздуходувка выполнена вихревой.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что фильтр сверхтонкой очистки выполнен пористым.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что фильтр сверхтонкой очистки выполнен тканевым.

7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что приемный бункер для сбора сферического порошка соединен с рабочей камерой посредством приемной трубы.

8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что приемный бункер для сбора сферического порошка расположен под рабочей камерой.

9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что осевой спрейер с кольцом меньшего диаметра выполнен 2-секционным.

10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что осевой спрейер с кольцом большего диаметра выполнен 6-секционным.

11. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что формирователь охлаждающего потока инертного рабочего газа расположен внутри рабочей камеры.

12. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что осевые спрейеры размещены в одной плоскости.

Images