SU1699588A1 - Способ физико-химической обработки электропровод щих дисперсных материалов и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к способам физико-химической обработки псевдо- ожиженных слоев дисперсного материала электрическим разр дом и может Had ти применение в металлургии, химической промышленности и других об-. ласт х техники.

Известны способы и устройства дл  обработки дисперсных материалов в вакууме, в которых на материал, наход щийс  в состо нии псевдоожижени , воздействуют плазмой тлеющего разр да.

Недостатком указанных способов и устройств  вл етс  их малый КПД из- за использовани  только части энергии разр да, котора  выдел етс  толь ко на одном из электродов, и низкой эффективности процесса из-за обработ

«и материала зар женным з тицами одного знака. Качество г/ ргботкн материала низкое из-за загр знени  порошка продуктами эрозии электродов.

Известно устройство дл  обработки дисперсных металлических изделий (мелких шариков, порошков) в вакууме при воздействии тлеющего разр да . Обрабатываемый материал загружаетс  во вращающийс  вокруг вертикальной оси конус,  зл -ощийс  катодом. Материал по наклонной трубке подаетс  на дно конуса. Центробежные сипы распредел ют материал по внутренней поверхности конуса х выбрасывает его после проведени  обработки через край конуса. Обработка осуществл етс  воздействием тлеощс : разр да,

ot

о х

СЛ

оо

00

который горит между катодом и расположенным над ним анодом, представл ющим стационарно закрепленную пластину .

Однако известное устройство имеет недостаточно высокий КПД из-за значительных потерь тепла на аноде (до Л/05 из-за неиспользовани  энергии отрицательно зар женных частиц (обработка осуществл етс  только положительными ионами), что снижает эффективность обработки и вследствие малой толщины сло  обрабатываемого материала, из-за чего возможно воздействие разр да не только на материал , но и на сам конус-катод. Последний факт приводит не только к тепловым потер м, но и к интенсивному износу (прозии) конуса и загр знению материала.

Известен способ обработки порошка , включающий просыпание последнего в области положительного столба тлеющего разр да.

Недостатком указанного способа  вл етс  низка  эффективность процесса , заключающа с  в том, что дл  обеспечени  заданного качества порошка необходима рециркул ци  по- гюшка и многократное просыпание его л зоне разр да, либо увеличение зоны обработки за счет увеличени  высоты камеры (межэлектродного промежутка).

Ближайшим решением по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  способ и устройство дл  обработки дисперсных материалов в вакууме, в котором материал, наход щийс  в состо ний псевдоожижени  путем наложени  на него вибрационного воздействи , движетс  по виброконвейеру тлеющего разр да, подвергаетс  интенсивной обработке бомбардирующими положительными ионами. Устрой-. ство дл  осуществлени  указанного способа представл ет собой реакционную камеру с расположенным внутри виброконвейером, при этом вибролента выполн ет роль электрода-катода, образующего с расположенными над ней электродами-анодами, изолированными от корпуса, электродную систему.

Однако известный способ и устройство имеют недостаточно высокую эффективность вследствие обработки материала только положительно зар женными ионами в зоне катодного пространства , недостаточно высокий термический КПД вследствие значительной (до ()%) потери тепла на аноде, котора  полезно не используетс  и отводитс  с охлаждающей водой, а также эрозию анода, котора  не только снижает срок службы устройства, но и загр зн ет обрабатываемый материал продуктами эрозии, что отражаетс 

на его качестве.

Цель изобретени  - повышение эффективности физико-лимической обработки электропровод щих дисперсных материалов и улучшение качества обраба5 тываемого материала.

Указанна  цель достигаетс  тем, что согласно способу физико-химической обработки электропровод щих дисперсных материалов, включающему ввод

0 материала, его псевдоожижение и

обработку тлеющим разр дом в катодном пространстве и его вывод, материал предварительно обрабатывают в анодном пространстве и межэлектрод5 ном промежутке, причем порозность

сло  материала в катодном пространстве составл ет Ј(/ (0,-0,6), в анодном пространстве 6q (0,4-0,6), в межэлектродном промежутке fM n

о (о,8-п,9).

В устройстве дл  физико-химической обработки электропровод щих дисперсных материалов, включающем корпус, лотки дл  обработки материала, устройство дл  ввода и вывода материала, устройство дл  его псевдоожижени , указанна  цель достигаетс  тем, что лотки из диэлектрического материала расположены друг над другом, причем 0 внУтрь одного из них вмонтирован электрод-катод, внутрь другого - электрод-анод.

При осуществлении физико-химической обработки электропровод щих дис- ., персных материалов материал ввод т при помощи специального устройства в зону анода, где привод т его в псевдоожиженное состо ние с пороз- ностью .6q- n,t-0,6. После обработки материала отрицательно зар женными частицами в зоне анода материал подают в межэлектродный промежуток, который совпадает с положительным столбом тлеющего разр да. В положительном столбе создают слой дисперс- 5 ных частиц порозностью 6М.„ (0,8- 4,9). Благодар  высокой порозности сло  дисперсные частицы материала не экранируют друг друга от потоков

0

зар женных частиц и кажда  частица обрабатываетс  со всех сторон. Обработанный в межэлектродном промежутке материал собирают в зоне катода, где как и в зоне, анода привод т в псевдоожиженное состо ние с Јц (0,4-0,6) и подвергают воздействию зар женных частиц (положительных ионов). Обработкой материалов в зо- не анода производ т начальный разогрев материала и активацию его поверхности перед основной физико-химической обработкой в зоне катода, где провод т либо просто нагрев, либо хи мическую реакцию.

По услови м обработки в зонах катода и анода слой частиц материала должен активно перемешиватьс  при наличии в нем устойчивых токопрово- д щих цепочек из частиц порошка. 8 межэлектродном промежутке таких цепочек быть не должно, так как по ним может произойти короткое замыкание между катодом и анодом. .

Под порозностью сло  понимают отношение объема пор к объему всего сло . Причем при порозности сло , близкой к 1 (0,8-0,99), токопровод - щие цепочки отсутствуют (падающий слой). Оптимальной величиной порозности в межэлектродном промежутке ел дует считать величину 0,8-0,9. При порозности менее 0,8 в слое возникают достаточно длинные токопровод щие цепочки, которые вызывают короткое замыкание между катодом и анодом. Организаци  в межэлектродном промежутке сло  частиц материала с пороз- нос гыо более П,9 нецелесообразна из- за возрастани  габаритов установки.

Порозность неподвижного сло  дисперсных частиц составл ет 0,39. При псевдоожижении величина порозности увеличиваетс . Дл  гарантированного протекани  электрического тока через слой дисперсных частиц при хорошем перемешивании порозность сло  должна находитьс  в пределах 0,4-0,6. При порозности сло  меньше 0,4 пере- мешивание практически отсутствует и верхние слои материала перегрева-, ютс  и спекаютс . При порозности сло  больше 0,6 токопровод щие цепочки в слое неустойчивы, разр д горит не- равномерно, периодически потуха , что приводит к прекращению обработки материала. Таким образом, оптимальной порозностью сло  материала в

зонах катода и анода следует считать порозность в пределах 0,4-0,6.

Описанные способы воздействи  позвол ют использовать энергию, выдел ющуюс  в зоне анода, на обработку порошка. В известном способе эта энерги  просто отводитс  с охлаждающей водой, что значительно (на 40%) снижает КПЛ. Эффективность обработки возрастает благодар  обработке материала в межэлектродном пространстве и зонах катода и анода с предлагаемым соотношением значений порозности сло . Качество обработки порошка возрастает вследствие воздействи  на порошок не только положительно зар женными частицами (как в известном) но и отрицательно зар женными частицами в зоне анода.

Устройство дл  физико-химической обработки электропровод щих дисперсных материалов включает корпус, лот- |ки дл  обработки материала, устройства дл  ввода и вывода материала, устройство дл  его псевдоожижени . В отличие от известного устройства лотки выполнены из диэлектрического материала и расположены друг над другом , а электроды вмонтированы внутрь лотков.

Изготовление лотков из диэлектрического материала приводит к повышению КПД устройства и повышению качества обработки материала вследствие направлени  всей разр да на обрабатываемый порошок. Лоток электрический ток не проводит и поэтому разр д на нем не загораетс , не происходит эрози  и материал не загр зн етс  продуктами эрозии . Лотки расположены qpvr пад другом с целью наиболее эффективной обработки , котора  достигаетс  совмещением зоны пересыпани  порошка из верхнего лотка в нижний с положительным столбом тлеющего разр да, который горит между поверхност ми слоев материала , содержащегос  в лотках. Отсутствие устройств, транспортирующих .порошок из лотка в лоток, не только упрощает конструкцию, но и позвол ет дополнительно обработать материал в межэлектродном промежутке зар женными частицами обоих знаков. Электрод- .анод вмонтирован внутрь одного лотка , а электрод-катод - внутрь другого с целью повышени  КПД устройства

,-

и повышени  качества обработки порошка .

Монтаж электрода внутри лотка приводит к покрытию его слоем материала и превращению поверхности сло  в работающий электрод. В св зи с этим разр д воздействует только на слой материала и происходит наиболее полное усвоение энергии разр да; она не расходуетс  на разогрев электрода, не вызывает его эрозии и загр знени  г.родуктами эрозии обрабатываемого материала. Монтировать электрод-анод и электрод-катод в одном лотке нель- з , так как это вызывает короткое замыкание.

На чертеже изображено устройство дл  осуществлени  способа физико-химической обработки электропровод - щих дисперсных материалов.

Устройство состоит из корпуса 1 , представл ющего собой герметичную камеру , лотков 2 и 3, выполненных из неэлсктродного термостойкого материа ла, например керамики. Устройство 4 шм ввода порошка выполнено в виде шнекового питател . Устройство дл  вывода материала состоит из конуса - сборника ii материала и устройства Дл  сепарации порошка. В дно лотка 2 встроен анод 7, а в дно лотка 3 - катод 8. Устройство дл  псевдоожиже- ни  материала обеспечивает его перемешивание в лотках и представл ет собой, например, вибратор.

Способ физико-химической обработки электропровод щих дисперсных материалов осуществл ют при помощи предлагаемого устройства следующим обра- зом.

Материал подвергают обработке и подают через устройство дл  ввода порошка k в зону анода. Роль анода вы- полн ет слой порошка, заключенного в лотке ., за счет электрического контакта между порошком и анодом 7. Дл  обработки всей массы материала, наход щегос  в лотке, осуществл ют тлеющий разр д, который горит только между сло ми материала, содержащегос  в лотках, так как подвод потенциала к катоду и аноду выполн ют тщтельно изолированным проводником. За жигание разр да в любом другом месте кроме слоев порошка в лотках, считают аварийном режимом и при работе ус дановки не допускают.

Дл  достижени  поставленной цели порозность сло  материала в анодной области поддерживают Јq (П,,6), в межэлектродном промежутке б.п (0,8-0,9), в катодной области 8К (0,4-0,6).

Устройство работает следующим образом.

Обрабатываемый материал с помощью устройства 4 непрерывно, с определенным расходом подают в герметичный корпус 1 на верхний лоток 2. На верхнем лотке материал привод т в псевдо- ожиженное состо ние и обрабатывают его отрицательно зар женными частицами тлеющего разр да. После обработки в лотке 2 материал пересыпают в лоток 3. В момент пересыпани  порошок проходит область положительного столба тлеющего разр да, где его дополнительно обрабатывают активными частицами разр да. В лотке 3 порошок также привод т в псевдоожиженное состб - ние и обрабатывают положительными ионами и радикалами тлеющего разр да . После этого материал через устройства 5 и 6 дл  вывода выводитс  наружу.

Приме р 1. Дегазаци  алюминиевых гранул.

Процесс дегазации провод т в кэме- це 1 при Р П,1 Па, причем внутренний диаметр камеры dgM 300 мм. Материал попадает на верхний лоток, выполненный из алунда, в дно которого вмонтирован медный электрод, причем диаметр лотка 150 мм. Псевдоожижение материала осуществл ют механической мешалкой, вращающейс  с частотой п 0,8 с . Материал в верхнем лотке нагревают до 200°С. При пересыпании он попадает в положительный столб тлеющего разр да, зажигаемого между слоем гранул алюмини  в верхнем лотке (анод) и слоем гранул в нижнем лотке (катод). Напр жение разр да равно U 300 В. В положительном столбе гранулы проход т дополнительную обработку вследствие активации поверхности транул зар женными частицами. В дно нижнего лотка, изготовленного из алунда, вмонтирован катод. В этом лотке гранулы проход т основную обработку разр дом в вибро- ожйженном слое. Параметры вибрации: частота 20 Гц, виброускорение 3g. Гранулы нагревают до АОО°С. Обработанный материал попадает в устройство

дл  вывода и выводитс  наружу. Производительность по гранулам 15 гран/с. Результаты испытаний приведены в табл.1 и 2.

Как следует из табл.1, только в случае реализации способа при предлагаемых порозност х сло  (опыты 2- М КПД достигает максимальных значе- ний при условии отсутстви  спеков материала и хороших показател х остаточного газосодержани  (не выше 0,5«Н) кг/м3), что на пор док лучше, чем в известном способе.

Как следует из табл.2, только в случае предварительной обработки материала -в анодном пространстве, а за тем в межэлектродном промежутке при выполнении предлагаемой конструкции устройства остаточное газосодержание в порошке минимально, что свидетельствует о хорошем качестве порошка, а КПД максимально (опыт 0.

П р и м е р 2. Восстановление про- катной окалины.

Дл  восстановлени  используют просушенную прокатную окалину фракцией 300 мкм. Процесс провод т в реакциейной камере, описанной в примере 1. Восстановление провод т s атмосфере водорода при давлении 13 Па. Дл  очистки от вод ных паров его пропускают через слой силикагел . Частота вращени  мешалки в верхнем лотке п 0,5 , температура нагрева окалины 250°С. Напр жение разр да составл ет U 00 В. Параметры виброожижени  в нижнем лотке: частота 25 Гц, виброускорение 2,5g Окалину при основной обработке в нижнем лот- ке нагревают до 60П°С, Восстановление ведут в разных режимах при разном конструктивном оформлении установки. Результаты исследований приведены в таб .З и . Исходное содержание кислорода составл ет 25%, производительность установки во всех режимах 21) гран/с.

Как следует из табл.3, только в случае реализации способа при предлагаемых соотношени х порозностей сло  {опыты 2-Ц) КПД достигает максимальных значений при условии отсут{

стви  спеков. и высокой степени восстановлени  (содержание кислорода в продукте меньше 0,3%).

Как следует из табл., только в случае предварительной обработки матриала в анодном пространстве, а затем в межэлектродном промежутке при выполнении предлагаемой конструкции устройства содержание кислорода в порошке минимально, а КПД достигает своего максимального значени  (опыт 4

Реализаци  предлагаемого способа физико-химической обработки электропровод щих дисперсных материалов и устройства дл  его осуществлени  по сравнению с известным позвол ет повысить эффективность процесса обработки материала, улучшить качество порошка, повысить КПД обработки мате риала.

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   1 . Способ физико-химической обработки электропровод щих дисперсных материалов, включающий ввод материала , его псевдоожижение и обработку тлеющим разр дом в катодном пространстве , и вывод материала, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью повышени  эффективности и улучшени  качества обработки, материал предварительно обрабатывают в анодном пространстве , а затем в межэлектродном промежутке, причем порозность сло 1 материала в катодном пространстве составл ет Јц (0,4-0,6;, в анодном пространстве Ја (0, .-0,6), а в межэлектродном промежутке t /«n - (0,8-0,9).
2. 2. Устройство дл  физнко-хммичес- кой обработки электропровод щих дисперсных материалов, включающее корпус , лотки дл  обработки материала, устройство дл  ввода и вывода материала , устройство дл  его псевдоожижени  ,отличающеес  тем, что, с целью повышени  эффективности и улучшени  качества обработки, лотки выполнены из диэлектрического материала, внутрь одного из которых вмонтирован электрод-катод, а внутрь другого - электрод-анод, при этом лотки расположены друг над другом.

   Таблица 1

   ТаблицаЗ

   Продолжение табл.З

   Таблица

   1лЧлллх1Я

   1 /.. iv

   . .. «v

   , . л

   . / „

   Редактор И. ДербакТехред М.Дидык

   Заказ №21ТиражПодписное

   ВНИИПИ Государственного комитета по изобретени м и открыти м при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушска  иаб.,-д. 4/5

   I

   /4

   Корректор Л. Патай