SU1764824A1 - Способ получени сферических гранул из металлического расплава - Google Patents

Abstract

Сущность способа заключаетс  в том, что слитки металла, подлежащего гранулированию , помещают в тигель. Затем производ т заполнение тигл  и герметизацию кожуха, в котором происходит кристаллизаци  гранул при охлаждении инертным газом . В качестве инертного газа используют технический азот. Над расплавом в тигле устанавливают давление азота такое, чтобы скорость истечени  через фильеру соответствовала значению числа Рейнольдса Re 2300. Двум  сигналами возбуждени  регулируемых возмущений с частотными характеристиками FO и f0 n-Fo производ т диспергирование струи расплава, истекающего из тигл  на капли основного размера и капли - спутники меньшего размера. Температуру газовой среды поддерживают в ди- апазоне, оптимальном дл  получени  капель основного диаметра. Способ обладает возможност ми получени  сферических гранул двух фракций, причем уровень выхода порошка мелкой фракции порошка повышаетс . 3 ил., 1 табл. Ј

Description

Изобретение относитс  к порошковой металлургии, в частности, к способу производства монодисперсных сферических гранул металла путем вынужденного капилл рного распада струи расплава.

Основным недостатком известного способа  вл етс  ограничение, которое накладываетс  на диапазон диаметров производимых гранул. Ограничение св зано с тем, что диаметр получаемых капель D при возбуждении струи сигналом с длиной волны 1 (где DJ - диаметр струи) определ етс  диаметром струи (D 1,9Dj), который в свою очередь зависит от диаметра канала истечени  и средней скорости струи, Минимальный предельный диаметр

струи ограничиваетс  трудност ми изготовлени  каналов малого диаметра и фильтрации жидкости и не может быть сделан как угодно малым. Минимальный диаметр производимых в насто щее врем  каналов истечени  составл ет пор дка 30 мкм. Поэтому минимальный диаметр гранул, производимых по способу 1, имеет предел (D 60 мкм).

Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей способа за счет одновременного формировани  гранул двух фракций и расширени  диапазона диаметров производимых гранул.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в способе получени  монодисперсных сфери 4

ON 4 00 ГО 4

ческих гранул из металлического расплава 1 струю возбуждают комплексным сигналом , состо щим из двух частотных компонент - сигнала основной частоты F0, определ емой минимальным временем вынужденного капилл рного распада

Fo , где: DJ - диаметр струи; Vj - средн   скорость истечени  струи; к - безразмерное волновое число, равное дл  малов зких жидкостей, включа  расплавы металлов 0,7 , и гармонической составл ющей основного сигнала fo n F0, где п (-г)3

- целое число, определ ющее отношение, диаметров основной капли D и капли - спутника d , температуру инертной среды поддерживают в диапазоне, оптимальном дл  основных капель (капель большего диаметра ), капли в момент отделени  от струи электрически зар жают, что приводит к их автоматической сепарации в электрическом поле из-за разного отношени  величины зар да к массе у основных капель и капель- спутников.

Распад струи расплава металла в предлагаемом изобретении происходит под действием комплексного возбуждени , содержащего частоты F0 и fo nF0. Это позвол ет получать нар ду с основными монодисперсными капл ми дополнительные капли-спутники, диаметр которых может быть меньше основных на пор док и более. Во избежании сли ни  основных капель с капл ми-спутниками разного размера из-за сильной разницы в их аэродинамическом сопротивлении, предусмотрено их разделение в электрическом поле. Капли подвергают электрической зар дке, а затем под действием электрического пол  капли-спутники , как менее инерционные, т.е. приобретающие большее отношение зар да на капле к ее массе при одинаковом зар дном потенциале, отклон ютс  в сторону.

Дл  решени  вопроса о применении в данном случае полученных в 1 рекомендаций дл  расчета рабочего диапазона температуры инертной среды tc следует рассмотреть зависимость характерных времен процесса от диаметра гранул. Рабочий диапазон tc в 1 определ лс  из соотношени 

,(1)

где тс 2Q - врем  сфероидизации;

DpCp То ни  капель,

врем  охлаждетк I Vj - врем  коагул ции капель.

й

Поскольку коэффициент теплоотдачи св зан с диаметром капли соотношением a D l4 (2), то зависимость времени охлаждени  капель от диаметра будет иметь сле5 дующий вид TO D1 4. Тогда отношение времени сфероидизации и охлаждени  будет: тс/Го 0° 6. Отсюда следует, что выполнение левой части услови  (1) дл  основных капель всегда будет с запасом соответствоЮ вать выполнению его дл  капель-спутников. То же самое относитс  и к правой части услови  (1), поскольку врем  охлаждени  основных капель существенно больше, чем у капель-спутников, а времена их коагул ции

15 практически равны. Таким образом, рабочий диапазон инертной среды при гранулировании с комплексным возбуждением струи следует определ ть, использу  рекомендацию из 1 дл  основных капель.

20 Способ можно осуществить в устройствах , рассмотренных в 1 с добавлением к ним системы отклонени  капель-спутников. Пример одного из таких устройств показан на фиг.1. Схема устройства содержит следу25 ющие основные элементы: тигель 1, расплав 2, нагреватель 3, пьезоэлектрический преобразователь 4 и насадок 5, образующие в совокупности генератор капель. Кроме того, устройство содержит: зар дные 6 и отклон 30 ющие 7 электроды, кожух 8, заполненный инертной средой и регул тор температуры 9. Приемник гранул выполнен в виде корпуса 10, разделительной жидкости 11 и затвора 12.

35 Гранулирование производилось следующим образом.

Слитки металла, подлежащего гранулированию помещаютс  в тигель. Затем производитс  заполнение тигл  и герметичного

40 кожуха, в котором происходит кристаллизаци  гранул при охлаждении, инертным газом . В качестве инертного газа используетс  технический азот (содержание кислорода не более 0,5%). Нагрев и под45 держание необходимой температуры расплава металла в тигле осуществл етс  при помощи нихромового нагревател , питание к которому подводитс  от системы автоматического регулировани  температу- 50 рытипа ВРТ-2.

Дл  измерени  температуры используютс  хромель-алюмелевые термопары диаметром 0,5 мм. При помощи газового редуктора системы поддавливани  устанав55 ливаетс  давление азота над расплавом в тигле так, чтобы скорость истечени  через фильеру соответствовала значению числа Рейнольдса Re 2300. При этом используютс  предварительно полученные расходныехарактеристики примен емой фильеры. При помощи пьезоэлемента, подключенного к генератору, осуществл етс  возбуждение струи.

Комплексным сигналом, включающим две частотные компоненты F0 и f0 nF0, где п - целое, привод т к разбиению струи металлического расплава на основные капли и капли-спутники меньшего диаметра. Затем определ етс  диапазон температуры инертного газа, охлаждающего капли путем расчета дл  основных капель по математическому выражению, полученному в 1. Регул тор температуры инертного газа , подаваемого в кожух дл  охлаждени  капель настраиваетс  на значение температуры , соответствующее середине рассчитанного диапазона.

С целью автоматической сепарации основных капель и капель-спутников в месте разбиени  струи на капли устанавливаетс  зар дный электрод 6 в виде кольца (цилиндра или пластины с отверстием), к которому прикладываетс  посто нное напр жение U величиной в несколько сот вольт. Под его действием капли приобретают индукционные зар ды, пропорциональные U и емкости капли, котора , в свою очередь, пропорциональна диаметру капли. В электростатическом поле отклон ющих электродов 7, расположенных ниже зар дного электрода, происходит разделение потоков основных капель и капель-спутников, причем отклонение потока капель-спутников всегда больше, поскольку у них больше отношение зар да на капле к ее массе. Действительно , как было показано выше, зар д, приобретаемый каплей при индукционной зар дке пропорционален ее емкости, т.е. диаметру D (или d - дл  капли-спутника) их же обьем пропорционален D3(d3). Следовательно , отношение зар да капель к массе q/m пропорционально 1 /D2 и 1 /d2 соответственно . Выполнение этих условий позвол ет получать нар ду с порошком из монодисперсных сферических основных гранул с диаметром D 1,9Dj высококачественный порошок из гранул, диаметр которых может быть меньше, чем у основных на пор док и более,

Данные по технологии получени  гранул из свинца диаметром 150 мм и 35 мкм сведены в таблицу. В таблице привод тс : диаметр фильеры - Оф, температура металла в тигле - т.м, температура охлаждающего гранулы инертного газа (азота) - tc, избыточное давление газа в тигле Рт, средн   скорость капель - Vj, максимальное значение нестабильности скоростей капель - к д Vj/Vj, где 5Vj-пульсации скоростей

капель, частота возбуждени  струи на основной гармонике - F0, частота дополнительной гармоники - f0, средний диаметр основных гранул - D, средний диаметр гранул мелкой фракции - d, дисперси  по диаметрам основных гранул - NI, дисперси  по диаметрам малых гранул - N2, параметр формы основных гранул - PI (D - D3)/D3, где D - максимальный диаметр гранулы; Оэ

- диаметр эквивалентной сферы, параметр формы мелких гранул - Р2, напр жение на зар дном электроде - Ui, напр жение на отклон ющих электродах - U2.

Предлагаемый способ по сн етс  таблицей .

Как показали исследовани , применение предлагаемого способа позвол ет получать нар ду с высококачественными гранулам / основной фракции, гранулы мелкой фракции подобного качества. Иллюстрацией этого  вл етс  фиг.2 и 3, на которых показана фотографи  порошка из двух фракций диаметром 150 и 35 мкм и распределение по размерам гранул каждой из

фракций. Из данных фиг.З видно, что наблюдаетс  высокий уровень монодисперсности как у гранул мелкой фракции (крива  2), так и у гранул основной Фракции (крива  1). Получить другими способами монодисперсные

сферические гранулы малого диаметра (пор дка 60 мкм и меньше) в насто щее врем  не возможно.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ получени  сферических гранул

   из металлического расплава, включающий диспергирование струи расплава в инертной среде под воздействием вынужденных регул рных возмущений на струю, отличающийс  тем, что, с целью расширени 

   технологических возможностей за счет одновременного формировани  гранул двух фракций с дисперсностью наиболее мелкой фракции гранул 60 мкм и ниже, воздействие вынужденными регул рными возмущени ми провод т двум  сигналами возбуждени  с частотой одного из сигналов, устанавливаемой из соотношени 

   -&}

   где DJ - диаметр струи;

   Vj - средн   скорость истечени  струи; кг- безразмерное волновое число, равное дл  малов зких жидкостей, включа  расплавы металлов, 07, ц с частотой др.того сигнала, устанавливаеD т мой из соотношени : f0 п F0, где п (-г)

   - целое число, определ ющее отношение циаметров основной капли D и капли-спутника d, причем воздействие вынужденными регул рными возмущени ми осуществл ют при температуре инертной среды,

   оптимальной дл  формировани  гранул большего диаметра, а при диспергировании струи образующиес  капли электрически зар жают и подвергают сепарации.

   #

   Фаг. 4

   «Яка .2.