RU2008149292A

RU2008149292A - Способ получения сферических гранул жаропрочных и химически активных металлов и сплавов, устройство для его осуществления и устройство для изготовления исходной расходуемой заготовки для реализации способа

Info

Publication number: RU2008149292A
Application number: RU2008149292/02A
Authority: RU
Inventors: Сергей Викторович Агеев (RU); Сергей Викторович Агеев; Юрий Петрович Москвичев (RU); Юрий Петрович Москвичев
Original assignee: Сергей Викторович Агеев (RU); Сергей Викторович Агеев
Priority date: 2008-12-16
Filing date: 2008-12-16
Publication date: 2010-06-27
Also published as: RU2413595C2

Abstract

1. Способ получения сферических гранул жаропрочных и химически активных металлов и сплавов, включающий изготовление исходной расходуемой заготовки в виде металлического стержня, установку ее в держателе с возможностью продольного перемещения, возбуждение плазменной дуги для расплавления исходной расходуемой заготовки плазменно-дуговым способом с подачей плазмообразующего газа,, получение расплава, усреднение химического состава полученного расплава и очистку его от тугоплавких включений, направление расплава в тигель, вращающийся с регулируемой частотой вращения, и распыление расплава под действием центробежных сил с образованием отрывающихся от кромки тигля сферических гранул заданной крупности, отличающийся тем, что усреднение химического состава и очистку расплава от тугоплавких включений обеспечивают за счет изготовления исходной расходуемой заготовки методом вакуумно-плазменной плавки в гарнисажной печи, а плазменную дугу для расплавления заготовки возбуждают между плазматроном, расположенным под углом β к оси вращения тигля, и тиглем с образованием плазменного факела, при этом исходную расходуемую заготовку помещают в зону действия факела, непосредственно над вращающимся тиглем, и осуществляют ее продольную подачу с одновременным вращением, а для кромки тигля подбирают материал, обеспечивающий уменьшение краевого угла смачивания кромки жидким расплавом и силы поверхностного натяжения, удерживающей каплю на поверхности кромки при вращении тигля; в процессе плавления осуществляют регулирование расхода плазмообразующего газа, мощности электрической дуги и скорости подачи исходно�

Claims

1. Способ получения сферических гранул жаропрочных и химически активных металлов и сплавов, включающий изготовление исходной расходуемой заготовки в виде металлического стержня, установку ее в держателе с возможностью продольного перемещения, возбуждение плазменной дуги для расплавления исходной расходуемой заготовки плазменно-дуговым способом с подачей плазмообразующего газа,, получение расплава, усреднение химического состава полученного расплава и очистку его от тугоплавких включений, направление расплава в тигель, вращающийся с регулируемой частотой вращения, и распыление расплава под действием центробежных сил с образованием отрывающихся от кромки тигля сферических гранул заданной крупности, отличающийся тем, что усреднение химического состава и очистку расплава от тугоплавких включений обеспечивают за счет изготовления исходной расходуемой заготовки методом вакуумно-плазменной плавки в гарнисажной печи, а плазменную дугу для расплавления заготовки возбуждают между плазматроном, расположенным под углом β к оси вращения тигля, и тиглем с образованием плазменного факела, при этом исходную расходуемую заготовку помещают в зону действия факела, непосредственно над вращающимся тиглем, и осуществляют ее продольную подачу с одновременным вращением, а для кромки тигля подбирают материал, обеспечивающий уменьшение краевого угла смачивания кромки жидким расплавом и силы поверхностного натяжения, удерживающей каплю на поверхности кромки при вращении тигля; в процессе плавления осуществляют регулирование расхода плазмообразующего газа, мощности электрической дуги и скорости подачи исходной расходуемой заготовки, обеспечивая ее подачу с продольной скоростью Vпр, определяемой по формуле

Vпр≤к Тпл Рд Dт/Dирз n,

где к - экспериментальный коэффициент, зависящий от материала кромки тигля и состава сплава исходной расходуемой заготовки; Тпл - температура плавления исходной расходуемой заготовки, °С; Рд - мощность плазменной дуги, кВт; Dт - диаметр тигля (внутренний), мм; Dирз - диаметр исходной расходуемой заготовки, мм; n - частота вращения тигля, об/мин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на внутренней поверхности тигля создают гарнисажный слой, представляющий собой застывшую пленку расплавленного металла.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что регулирование мощности электрической дуги осуществляют в зависимости от диаметра тигля и состава исходной расходуемой заготовки.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что расход плазмообразующего газа регулируют в зависимости от длины и стабильности плазменного факела.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что угол β выбирают в диапазоне 50°-70° в зависимости от диаметра тигля и диаметра исходной расходуемой заготовки.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что для равномерного нагрева внутренней стенки и кромки тигля плазменным факелом величину угла β изменяют в процессе плавления в диапазоне ±5°, осуществляя покачивание наклонного плазмотрона в вертикальной плоскости.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве плазмообразующего газа используют азот.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве плазмообразующего газа используют аргон.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве плазмообразующего газа используют смесь аргона и азота.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что осуществляют регулирование соотношения компонентов в плазмообразующем газе.

11. Способ по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что используют систему циркуляции и очистки плазмообразующего газа для экономии компонентов, входящих в его состав.

12. Устройство для получения сферических гранул жаропрочных и химически активных сплавов, содержащее камеру плавления цилиндрической формы, имеющую днище и крышку, в которой соосно с камерой плавления установлена исходная расходуемая заготовка в виде металлического стержня, закрепленного в держателе камеры с возможностью продольного перемещения, а днище камеры имеет приспособление для выгрузки сферических гранул; камера плавления содержит распыляющее устройство, установленное соосно исходной расходуемой заготовке и выполненное в виде вращающегося с регулируемой частотой вращения токопроводящего тигля, и электродуговой плазматрон, установленный наклонно, под углом β, к оси вращения тигля и содержащий устройство для подачи плазмообразующего газа, отличающееся тем, что электродуговой плазмотрон установлен с возможностью изменения угла β и предназначен для расплавления исходной расходуемой заготовки, причем токопроводящий тигель выполнен из графита и имеет медный водоохлаждаемый корпус, а кромка тигля выполнена или имеет покрытие из материала, обеспечивающего уменьшение краевого угла смачивания поверхности кромки жидким расплавом и снижение силы поверхностного натяжения, удерживающей каплю расплава на поверхности кромки тигля в процессе его вращении, при этом плазматрон и тигель подключены к управляемому источнику питания, обеспечивающему регулирование мощности плазменной дуги, устройство подачи плазмообразующего газа содержит регулятор расхода газа, а держатель заготовки выполнен таким образом, что позволяет обеспечивать продольное перемещение исходной расходуемой заготовки с одновременным ее вращением, и содержит регулирующее устройство, обеспечивающее изменение продольной скорости подачи исходной расходуемой заготовки, величина которой определяется по формуле

Vпp≤к Тпл Рд Dт/Dирз n,

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что в днище камеры плавления размещены контейнеры-накопители для сбора сферических гранул.

14. Устройство по п.12, отличающееся тем, что камера плавления содержит вакуумный затвор, установленный в крышке камеры.

15. Устройство по п.12, отличающееся тем, что угол β составляет 50-70°.

16. Устройство по п.12, отличающееся тем, что изменение угла установки электродугового плазмотрона β в процессе плавления обеспечивается за счет устройства, осуществляющего покачивание плазмотрона в вертикальной плоскости в диапазоне ±5°.

17. Устройство по п.12, отличающееся тем, что устройство для подачи плазмообразующего газа подключено к источнику азота.

18. Устройство по п.12, отличающееся тем, что устройство для подачи плазмообразующего газа подключено к источнику аргона.

19. Устройство по п.12, отличающееся тем, что устройство для подачи плазмообразующего газа подключено к источникам аргона и азота.

20. Устройство по п.19, отличающееся тем, что система подключения к источникам аргона и азота содержит устройство для регулирования соотношения аргона и азота, входящих в состав плазмообразующего газа.

21. Устройство по любому из пп.12-20, отличающееся тем, что содержит систему циркуляции и очистки плазмообразующего газа для экономии компонентов, входящих в его состав.

22. Устройство для изготовления исходной расходуемой заготовки, содержащие вакуумную плавильную камеру, по крайней мере, одну изложницу, имеющую форму стержня и расположенную в нижней части камеры, и источник плавления металла, осуществляющий плавление в условиях вакуума с помощью дугового разряда, отличающееся тем, что плавильная камера выполнена в виде гарнисажной печи, в которой размещен медный водоохлаждаемый тигель, а источник плавления металла выполнен в виде вакуумного плазмотрона, обеспечивающего ионизацию плазмообразующего газа в условиях вакуума с образованием вакуумной плазменной дуги, при этом вакуумный плазмотрон установлен под углом относительно вертикальной оси тигля и расположен на его периферии, вне зеркала расплава, а печь снабжена системами электромагнитного управления вакуумной плазменной дугой и электромагнитного перемешивания расплава, в виде верхней и нижней групп электромагнитов, при этом верхняя группа электромагнитов предназначена для вытягивания дуги из межэлектродного промежутка, формирования ее в виде петли и перемещения из одного сектора тиля в другой, и установлена выше отметки максимально допустимого уровня расплава в тигле, а нижняя группа электромагнитов предназначена для управления электромагнитным перемешиванием расплава в горизонтальной и вертикальной плоскостях, расположена ниже отметки максимально допустимого уровня расплава в тигле и содержит магниты, создающие тангенциально направленные к внутренней поверхности водоохлаждаемого тигля магнитные поля.

23. Устройство по п.22, отличающееся тем, что вакуумный плазмотрон представляет собой полый катод, изготовленный из тугоплавкого термоэмиссионного материала, например, вольфрама, закрепленный в катододержателе, который имеет осевое отверстие для подачи плазмообразующего газа.

24. Устройство по п.22, отличающееся тем, что отметка максимально допустимого уровня расплава в тигле расположена, по крайней мере, на 50-100 мм ниже его верхней кромки.

25. Устройство по п.22, отличающееся тем, что медный водоохлаждаемый тигель выполнен с возможностью перемещения и имеет сливной носок.

26. Устройство по п.22, отличающееся тем, что изложницы выполнены с возможностью перемещения и установлены на вращающемся литейном столе.