RU2132242C1

RU2132242C1 - Method and installation for aerodynamically separating metal powders

Info

Publication number: RU2132242C1
Application number: RU98105204/03A
Authority: RU
Inventors: С.Ю. Петрович; В.П. Черепанов; В.Г. Гопиенко; Н.Н. Павлов
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Всероссийский алюминиево-магниевый институт"
Priority date: 1998-03-17
Filing date: 1998-03-17
Publication date: 1999-06-27

Abstract

FIELD: chemical engineering. SUBSTANCE: invention relates to installations permitting isolation of fine metal powder fractions. Aerodynamic method includes disaggregation of conglomerates, centrifugal sizing in spiral ascending flow, and recycle of medium fraction particles and is distinguished by that, in the center of spiral ascending flow, descending flow of medium fraction particles of dust-gas mixture is formed and directed into the start of centrifugal separation process. Such fraction, when isolated, is further subjected to flotation separation with limiting grain size 3-5 mcm. Installation comprises centrifugal sizer, rotor with drive, dispenser and pipe to supply powder into sizer, discharge pipes and collection tanks for separated fractions, flotation separation chamber arranged coaxially with centrifugal separation chamber and rotor axis of rotation. EFFECT: enhanced efficiency of aluminum powders' separation. 3 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области порошковой металлургии, конкретно - к установкам для выделения тонких фракций из металлических порошков. The invention relates to the field of powder metallurgy, and in particular to installations for separating fine fractions from metal powders.

Известны аэродинамические установки для извлечения тонких фракций из полидисперсных порошков [1] . В процессе классификации на частицы порошка действуют два основных вида сил - массовые и силы несущего потока. При этом векторы их равнодействующих для крупных и для мелких частиц имеют различные направления, по которым происходит их выход в соответствующий продукт разделения. Known aerodynamic installations for the extraction of fine fractions from polydisperse powders [1]. In the classification process, two main types of forces act on powder particles - mass and carrier flow forces. Moreover, their resultant vectors for large and small particles have different directions in which they exit into the corresponding separation product.

Существующие аэродинамические классификаторы применяются в основном для разделения порошковых продуктов по граничному зерну с диаметром менее 100 мкм. Они делятся на два основных типа - гравитационные и центробежные. Existing aerodynamic classifiers are mainly used for separating powder products by boundary grain with a diameter of less than 100 microns. They are divided into two main types - gravity and centrifugal.

Известен способ флотационной классификации, где на частицы действуют сила тяжести и сила восходящего пыленесущего потока. Те частицы, для которых первая сила больше второй, выходят в грубый продукт, а частицы, для которых вторая сила больше первой - в мелкий продукт. Примером аппаратов, осуществляющих такой способ, является установка по авт. св. СССР N 1731297 [2]. Принцип ее действия состоит в следующем. Исходный порошок подают на наклонную пористую подину, снизу которой подведен поток воздуха. Порошок переходит во взвешенное состояние; мелкие частицы, увлеченные потоком, проходят вдоль стенок флотационной камеры с пересыпными полками и выводятся после перечистки в емкость сбора тонкого продукта. Крупные частицы скользят по подине и поступают в емкость сбора грубого продукта. Частицы средних диаметров, поднятые потоком, попадают в область меньших скоростей потока, оседают вдоль стенок камеры и стряхиваются затем в грубый продукт. A known method of flotation classification, where the particles are affected by gravity and the force of the upward dust-bearing flow. Particles for which the first force is greater than the second go into the gross product, and particles for which the second force is greater than the first go into the fine product. An example of apparatuses implementing this method is the installation by ed. St. USSR N 1731297 [2]. The principle of its action is as follows. The initial powder is fed to an inclined porous hearth, from the bottom of which an air stream is supplied. The powder goes into suspension; fine particles entrained by the flow pass along the walls of the flotation chamber with overflow shelves and are discharged after cleaning to a collection container for a thin product. Large particles glide along the bottom and enter the coarse product collection tank. Particles of medium diameters raised by the flow fall into the region of lower flow velocities, settle along the walls of the chamber, and then shake off into the coarse product.

Недостатком способа флотационной классификации является то, что он эффективен для сепарации порошков по граничному зерну только крупнее 40 мкм. Мелкие порошки активно образуют крупные устойчивые конгломераты, выносимые в процессе классификации без применения дезинтеграции в грубую фракцию, поэтому отмечается низкая четкость разделения и малая производительность по тонкому продукту. Наличие даже небольших колебаний аэродинамического режима могут изменить скорость потока, отчего при получении порошков малых диаметров граница разделения резко смещается. The disadvantage of the flotation classification method is that it is effective for the separation of powders by boundary grain only larger than 40 microns. Fine powders actively form large stable conglomerates that are carried out during the classification process without the use of disintegration into the coarse fraction; therefore, low clarity of separation and low productivity in a thin product are noted. The presence of even small fluctuations in the aerodynamic regime can change the flow rate, which is why the separation boundary shifts sharply when producing powders of small diameters.

Недостатком вышеописанной установки является отсутствие устройств для дезагрегации мелких частиц, из-за чего происходит попадание большой их доли в грубый продукт. The disadvantage of the above installation is the lack of devices for the disaggregation of small particles, due to which a large proportion of them enter the coarse product.

Известен способ центробежной классификации, в котором на частицы действуют сила газового потока, направленная к центру вращения, и центробежная сила, выталкивающая частицы на периферию [3]. Аппараты, осуществляющие такой способ, успешно применяются для разделения полидисперсного порошка по граничному зерну в интервале 10-40 мкм. Использование их для разделения порошка по границе 5-7 мкм оказалось малоэффективным, поскольку газодинамический режим при этом приближен к пиковому, а повышение оборотов ротора практически не приводит к снижению границы разделения из-за уменьшения стабильности спирального пыленесущего потока. Недостатком этого способа и таких аппаратов является низкая четкость разделения порошка по граничному зерну 3-10 мкм. A known method of centrifugal classification, in which the particles are affected by the force of the gas flow directed to the center of rotation, and the centrifugal force pushing the particles to the periphery [3]. Devices implementing this method are successfully used to separate the polydisperse powder along the boundary grain in the range of 10-40 microns. Using them to separate the powder along the 5–7 μm boundary turned out to be ineffective, since the gas-dynamic regime is close to the peak one, and an increase in the rotor speed practically does not lead to a decrease in the separation boundary due to a decrease in the stability of the spiral dust-bearing flow. The disadvantage of this method and such devices is the low definition of the separation of the powder along the boundary grain of 3-10 microns.

В качестве прототипа изобретения взят способ центробежной классификации, в котором к частицам приложена равнодействующая силы газового потока и центробежной, выводящая каждую частицу в соответствующий продукт разделения в зависимости от ее диаметра. Данный способ осуществляется в установке по патенту Германии 50d 7/50 N 1507749 [4]. Установка представляет собой совмещенный с дробилкой центробежный классификатор с вертикальной осью вращения воздушного потока, предназначенный для выделения из пылегазовой смеси грубых и двух классов тонких частиц. As a prototype of the invention, a centrifugal classification method is taken, in which the resultant force of the gas stream and centrifugal force are applied to the particles, which displays each particle in the corresponding separation product depending on its diameter. This method is carried out in the installation according to German patent 50d 7/50 N 1507749 [4]. The installation is a centrifugal classifier combined with a crusher with a vertical axis of rotation of the air flow, designed to separate coarse and two classes of fine particles from a dust-gas mixture.

Недостатком таких способа и установки является невозможность разделения на них с необходимой четкостью тонких порошков крупностью менее 10 мкм, а в особенности порошков легких металлов, таких, как алюминий, силы аутогезии между частицами которых соизмеримы с массовыми силами, т.е. порошков, характеризующихся повышенной способностью образовывать агрегаты. Это объясняется невысокими скоростями вращения газового потока и отсутствием зоны стабилизации потока, уносящего тонкий продукт. The disadvantage of such a method and installation is the inability to separate fine powders with a particle size of less than 10 microns, and in particular powders of light metals, such as aluminum, whose autogyzic forces between particles are commensurate with mass forces, i.e. powders characterized by increased ability to form aggregates. This is due to the low rotation speeds of the gas stream and the absence of a zone of stabilization of the flow, which carries away a thin product.

Технической задачей изобретения является повышение четкости разделения алюминиевых порошков в области диаметров частиц менее 10 мкм. An object of the invention is to increase the clarity of the separation of aluminum powders in the field of particle diameters less than 10 microns.

Решение задачи заключается в создании способа аэродинамической классификации порошков, включающего дезагрегацию конгломератов, центробежную классификацию в спиральном восходящем потоке и рециркуляцию частиц средних фракций, отличающийся тем, что в центре спирального восходящего потока формируют нисходящий поток пылегазовой смеси частиц средних фракций, направляемый в начало процесса центробежной классификации, при этом тонкую фракцию после центробежной классификации подвергают флотационной классификации по граничному зерну 3-5 мкм. The solution to the problem is to create a method for aerodynamic classification of powders, including disaggregation of conglomerates, centrifugal classification in a spiral upward flow and recirculation of medium particles, characterized in that a downward flow of a dust-gas mixture of medium particles is formed in the center of the spiral upward flow, directed to the beginning of the centrifugal classification process while the fine fraction after centrifugal classification is subjected to flotation classification according to the boundary grain of 3-5 m km

Установка для аэродинамической классификации металлических порошков включает в себя центробежный классификатор, ротор с приводом, дозатор и патрубок подачи порошка в классификатор, патрубки вывода и емкости сбора продуктов разделения и имеет камеру флотационной классификации, размещенную соосно с камерой центробежной классификации и осью вращения ротора. Установка имеет конический элемент для разграничения направлений рециркулирующего потока пылегазовой смеси, который соединен с патрубком подачи исходного порошка. Пример осуществления способа (см. таблицу) и установка показана на чертеже. The apparatus for aerodynamic classification of metal powders includes a centrifugal classifier, a rotor with a drive, a dispenser and a nozzle for supplying powder to the classifier, outlet pipes and containers for collecting separation products, and has a flotation classification chamber placed coaxially with the centrifugal classification chamber and the axis of rotation of the rotor. The installation has a conical element for delimiting the directions of the recycle stream of the dust-gas mixture, which is connected to the supply pipe of the source powder. An example of the method (see table) and installation is shown in the drawing.

Установка состоит из компрессора 1, осушителя 2, ионизатора 3, камеры 4 дезинтеграции конгломератов и центробежной классификации, цилиндрической камеры 5, флотационной камеры 6, ротора 7, электродвигателя 8, вибратора 9, дозатора 10, патрубка 11 подачи исходного порошка, конического элемента 12, кольцевого элемента 13, воронки 14, кольцевой вставки 15, фильтра 16, патрубков 17, 18, 19, 20 вывода и емкостей 21, 22, 23, 24 сбора грубого, среднего, тонкого и особотонкого продуктов классификации соответственно, расходомера 25. The installation consists of a compressor 1, a desiccant 2, an ionizer 3, a conglomerate disintegration and centrifugal classification chamber 4, a cylindrical chamber 5, a flotation chamber 6, a rotor 7, an electric motor 8, a vibrator 9, a dispenser 10, a nozzle 11 for supplying the initial powder, a conical element 12, annular element 13, funnel 14, annular insert 15, filter 16, outlet pipes 17, 18, 19, 20 and collection containers 21, 22, 23, 24 of coarse, medium, thin and extra-fine classification products, respectively, of the flow meter 25.

Установка работает следующим образом. Поток рабочего газа от компрессора 1 проходит через осушитель 2, ионизатор 3, патрубок 17 и поступает в камеру 4 дезинтеграции конгломератов и центробежной классификации. Противоток газа и крупных частиц в патрубке 17 способствует доочистке грубого продукта от тонкого. Первичная классификация исходного порошка осуществляется под воздействием аэратора - ротора 7, приводимого во вращение электродвигателем 8. Вращение ротора создает в центральной части камеры дезинтеграции область пониженного давления, а по периферии - область повышенного давления, что обеспечивает вращение потока и его движение на периферию и вверх вдоль конического элемента 12. Installation works as follows. The flow of working gas from the compressor 1 passes through a desiccant 2, an ionizer 3, a pipe 17 and enters the conglomerate disintegration chamber 4 and centrifugal classification. The counterflow of gas and large particles in the pipe 17 contributes to the purification of the coarse product from the fine. The primary classification of the initial powder is carried out under the influence of an aerator - the rotor 7, driven by an electric motor 8. The rotation of the rotor creates a low pressure region in the central part of the disintegration chamber, and a high pressure region along the periphery, which ensures rotation of the flow and its movement along the periphery and upwards conical element 12.

Исходный порошок из дозатора 10 по патрубку 11 подают к центру вращающегося ротора, который производит его энергичную механическую дезагрегацию и затем отбрасывает вверх на периферию камеры 4. Вращение ротора создает спиральный циркулирующий поток пылегазовой смеси. По мере восхождения частиц происходит их разделение по крупности по сечению потока: крупные частицы движутся по стенке камеры 5, а средние и мелкие - ближе к коническому элементу 12. За счет взаимных соударений частиц и их трения о стенки происходит окончательное разрушение конгломератов. Крупные частицы удаляются по патрубку 17 в емкость 21, а средние и мелкие с потоком газа проходят через кольцевую щель между коническим элементом 12 и кольцевым элементом 13 в нижнюю часть цилиндрической камеры 5. В этой зоне осуществляется вынос микропорошка заданной крупности за счет продувки через щель с регулируемой скоростью рабочего газа от компрессора 1. Тонкие частицы поступают в камеру 5, а более грубые с циркулирующим потоком газа огибают воронку 14 и возвращаются в камеру 4 по внутренней полости конического элемента 12. Высокие концентрации пылегазовой смеси в циркулирующем потоке поддерживаются на постоянном уровне за счет непрерывного поступления исходного порошка. Частицы находятся в потоке до тех пор, пока не попадут в один из продуктов разделения. Такой режим рециркуляции обеспечивает высокий выход целевого тонкого продукта. The initial powder from the dispenser 10 through the pipe 11 is fed to the center of the rotating rotor, which produces energetic mechanical disaggregation and then is thrown up to the periphery of the chamber 4. The rotation of the rotor creates a spiral circulating stream of dust and gas mixture. As the particles ascend, they are separated by size over the flow cross section: large particles move along the wall of the chamber 5, and medium and small particles move closer to the conical element 12. Due to the mutual collisions of the particles and their friction against the walls, the conglomerates are finally destroyed. Large particles are removed through the nozzle 17 into the container 21, and medium and small particles with a gas flow pass through the annular gap between the conical element 12 and the annular element 13 into the lower part of the cylindrical chamber 5. In this zone, micropowder of a given size is carried out by blowing through the gap with adjustable speed of the working gas from the compressor 1. Fine particles enter the chamber 5, and coarser ones with a circulating gas flow round the funnel 14 and return to the chamber 4 through the internal cavity of the conical element 12. High concentra the radios of the dust-gas mixture in the circulating stream are maintained at a constant level due to the continuous supply of the initial powder. Particles are in the flow until they get into one of the separation products. This recirculation mode provides a high yield of the desired fine product.

В камере 5 происходит стабилизация потока. Стабилизированный ламинарный поток газа, имеющий скорость, равную скорости витания отделяемых целевых частиц, через центральное отверстие кольцевой вставки 15 поступает во флотационную камеру 6. Здесь осуществляется окончательная классификация порошка по граничному зерну 3-5 мкм. Частицы средних фракций оседают на воронку 14. Уносимые потоком частицы особотонкого продукта выводятся по патрубку 20, оседают на фильтре 16 и затем стряхиваются вибратором 9 в емкость 24. Порошок, осевший на стенках камеры 5 и воронке 14, стряхивается вибратором и выводится по патрубку 18 в емкость 22 сбора среднего продукта, а осевший на стенках флотационной камеры 6 стряхивается на кольцевую вставку 15 и выводится по патрубку 19 в емкость 23 сбора тонкого продукта. Расход газа контролируется расходомером 25. In the chamber 5, the flow is stabilized. A stabilized laminar gas flow having a speed equal to the speed of the detachable target particles flows through the central hole of the annular insert 15 into the flotation chamber 6. Here, the final classification of the powder by the boundary grain of 3-5 μm is carried out. Particles of medium fractions settle on the funnel 14. Particles of a particularly fine product carried away by the stream are discharged through the nozzle 20, are deposited on the filter 16 and then shaken off by the vibrator 9 into the container 24. The powder deposited on the walls of the chamber 5 and the funnel 14 is brushed off by the vibrator and discharged through the nozzle 18 into the capacity for collecting the middle product 22, and the one settled on the walls of the flotation chamber 6 is shaken off onto the annular insert 15 and discharged through the pipe 19 into the capacity for collecting the thin product 23. The gas flow rate is controlled by a flow meter 25.

Литература
1. В.Е. Мизонов, С.Г. Ушаков Аэродинамическая классификация порошков. М. : Химия, 1989, 160 с.Literature
1. V.E. Mizonov, S.G. Ushakov Aerodynamic classification of powders. M.: Chemistry, 1989, 160 pp.

2. А.с. СССР N 171297. Пневматический классификатор. 2. A.S. USSR N 171297. Pneumatic classifier.

3. А.с. СССР N 360959. Классификатор вихревой циркуляционный. 3. A.S. USSR N 360959. Circulating vortex classifier.

4. Патент ФРГ N 15077349. Центробежная дробика с воздушным потоком. 4. German patent N 15077349. Centrifugal shot with air flow.

Claims

1. The method of aerodynamic classification of powders, including disaggregation of conglomerates, centrifugal classification in a spiral upward flow and recirculation of particles of medium fractions, characterized in that in the center of the spiral ascending flow form a downward flow of a dust-gas mixture of particles of medium fractions, directed to the beginning of the centrifugal classification process, while the fine fraction after centrifugal classification is subjected to flotation classification according to the boundary grain of 3-5 microns.

2. Installation for aerodynamic classification of metal powders, including a centrifugal classifier, a rotor with a drive, a dispenser and a powder supply pipe to the classifier, output pipes and separation products collection tanks, characterized in that it has a flotation classification chamber placed coaxially with the centrifugal chamber classification and axis of rotation of the rotor.

3. Installation according to claim 2, characterized in that it has a conical element for delimiting the directions of the recycle stream of the dust-gas mixture, which is connected to the supply pipe of the source powder.