UA76376C2

UA76376C2 - Devices for electro-erosion dispersion of metals

Info

Publication number: UA76376C2
Application number: UAA200501794A
Authority: UA
Inventors: Volodymyr Petrovych Skliarov; Anatolii Oleksiiovych Tarelin; Olha Ivanivna Kniazeva
Original assignee: Pidhornyi Inst For Problems Of
Priority date: 2005-02-28
Filing date: 2005-02-28
Publication date: 2006-07-17

Abstract

The invention relates to the powder metallurgy, in particular to the devices for obtaining the powders, powder suspensions and pastes by electro-erosion dispersion of metals, and it can be used for water purification. The device contains a container made of dielectric material with inlet and outlet branch pipes divided with the help of dielectric partitions into four chambers, in three of which stick electrodes are mounted, and in the fourth - loading draw tube for supplying the dispersed material is placed, a cap with a connection for maintaining the fixed level of working fluid, moreover, outer electrodes are connected in parallel and are grounded, and the middle electrode is connected to the source of pulse voltage. Form and mutual arrangement of electrodes allow to provide for stability of electrical discharges. The device is highly effective, reliable and safe.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

До недоліків такого пристрою належать великі втрати в електродних камерах, що по суті є засипними 2 електродами. Відносно великий омічний опір між частками й електродами знижує ККД пристрою.The disadvantages of such a device include large losses in the electrode chambers, which are essentially backfilling 2 electrodes. Relatively large ohmic resistance between particles and electrodes reduces the efficiency of the device.

При відсутності розрядів в електродних камерах відбувається анодне розчинення матеріалу електродів і засипки, тобто електродні камери працюють у режимі електрокоагулятора з низькою ефективністю.In the absence of discharges in the electrode chambers, anodic dissolution of the material of the electrodes and backfill occurs, that is, the electrode chambers work in the electrocoagulator mode with low efficiency.

До недоліків пристрою належить також те, що водень, який утворюється при роботі, надходить у завантажувальні патрубки, у результаті чого знижується безпека пристрою і підвищуються вимоги до терметичності завантажувального пристрою.The disadvantages of the device also include the fact that hydrogen, which is formed during operation, enters the loading nozzles, as a result of which the safety of the device is reduced and the requirements for the thermal insulation of the loading device are increased.

Подача води через сітчасту перегородку днища призводить до того, що в процесі роботи отвори цієї перегородки забиваються дрібними частками, у результаті чого порушується однорідність потоку робочої рідини і виникають застійні зони. При цьому в застійних зонах відбувається ущільнення диспергованого матеріалу. У результаті розряди в цих зонах припиняються, що призводить до зниження ефективності роботи пристрою. 19 В основу винаходу поставлено задачу створення пристрою для електроерозійного диспергування металів, у якому форма діелектричної посудини, розділеної за допомогою діелектричних перегородок, форма і взаємне розміщення електродів дозволяють забезпечити стабільність електричних розрядів і за рахунок цього підвищити ефективність і надійність роботи пристрою.The supply of water through the mesh partition of the bottom leads to the fact that during operation the holes of this partition are clogged with small particles, as a result of which the homogeneity of the flow of the working fluid is disturbed and stagnant zones appear. At the same time, the dispersed material is compacted in stagnant zones. As a result, discharges in these zones stop, which leads to a decrease in the efficiency of the device. 19 The invention is based on the task of creating a device for electroerosion dispersion of metals, in which the shape of a dielectric vessel separated by dielectric partitions, the shape and mutual placement of electrodes allow to ensure the stability of electric discharges and thereby increase the efficiency and reliability of the device.

Поставлену задачу вирішено за рахунок того, що в пристрої для електроерозійного диспергування металів, який містить посудину, виконано з діелектричного матеріалу, електроди, встановлені в посудині, діелектричні перегородки, що поділяють об'єм посудини на камери, вхідний і вихідний патрубки, відповідно до винаходу, днище посудини виконано похилим, а внутрішній об'єм посудини розділено трьома перегородками на камери, у трьох з яких установлено стрижневі електроди, а в четвертій розміщено тубус для подачі диспергованого матеріалу, вихідний патрубок із захисним ковпаком і з встановленим у ньому штуцером і патрубком для відводу с водню. Крім того, діелектричні перегородки встановлено з зазорами відносно днища і кришки діелектричної (3 посудини, а крайні електроди встановлено на різній відстані від середнього, причому крайні електроди з'єднано між собою і заземлено, а середній підключено до джерела імпульсної напруги.The task is solved due to the fact that in the device for electroerosion dispersion of metals, which contains a vessel made of dielectric material, electrodes installed in the vessel, dielectric partitions dividing the volume of the vessel into chambers, inlet and outlet nozzles, according to the invention , the bottom of the vessel is made inclined, and the internal volume of the vessel is divided by three partitions into chambers, in three of which rod electrodes are installed, and in the fourth there is a tube for supplying dispersed material, an outlet nozzle with a protective cap and with a fitting and a nozzle installed in it removal from hydrogen. In addition, dielectric partitions are installed with gaps relative to the bottom and lid of the dielectric (3 vessels, and the extreme electrodes are installed at different distances from the middle one, and the extreme electrodes are connected to each other and grounded, and the middle one is connected to a pulse voltage source.

Виконання днища посудини похилим сприяє вільному переміщенню часток диспергованого матеріалу в розрядну зону, забезпечуючи високу стабільність розрядів і як наслідок - підвищення ефективності роботи ее, пристрою. чаMaking the bottom of the vessel inclined facilitates the free movement of particles of dispersed material into the discharge zone, ensuring high stability of discharges and, as a result, increasing the efficiency of the device. Cha

Використання в пристрої стрижневих електродів, їхня кількість і розміщення усередині посудини сприяє виникненню зони розрядів по всій ширині посудини, запобігаючи утворенню застійних зон і спіканню часток о перероблюваного матеріалу, а отже підвищує ефективність роботи пристрою. Ге)The use of rod electrodes in the device, their number and placement inside the vessel contributes to the emergence of a discharge zone along the entire width of the vessel, preventing the formation of stagnant zones and sintering of particles on the processed material, and therefore increases the efficiency of the device. Gee)

Застосування трьох діелектричних перегородок забезпечує рух робочої рідини безпосередньо Через зону розрядів, завдяки чому продукти диспергування виносяться не піддаючись повторному впливу електричних - розрядів, що також збільшує ефективність роботи пристрою.The use of three dielectric partitions ensures the movement of the working fluid directly through the discharge zone, due to which the dispersion products are removed without being repeatedly exposed to electric discharges, which also increases the efficiency of the device.

Застосування тубуса як завантажувального патрубка забезпечує неперервну подачу диспергованого матеріалу в зону розрядів, а за рахунок водяного затвора запобігає виходу водню, який утворюється при роботі « пристрою, в атмосферу. За рахунок цього підвищується безпека і надійність роботи пристрою. ЗThe use of a tube as a loading nozzle ensures a continuous supply of dispersed material to the discharge zone, and due to the water gate, it prevents the release of hydrogen, which is formed during the operation of the device, into the atmosphere. This increases the safety and reliability of the device. WITH

Установлений над вихідним патрубком ковпак, обладнаний штуцером, підтримує постійний рівень робочої с рідини, завдяки чому забезпечується стабільність розрядів і, крім того, запобігається вихід водню, що з» утворився, у вихідний патрубок, збільшуючи надійність роботи пристрою.The cap installed above the outlet nozzle, equipped with a fitting, maintains a constant level of the working fluid, thanks to which the stability of the discharges is ensured and, in addition, the exit of the hydrogen formed from it is prevented into the outlet nozzle, increasing the reliability of the device.

Установлення діелектричних перегородок із зазорами відносно днища забезпечує ефективний рух робочої рідини, диспергованого матеріалу і продуктів диспергування в посудині, а зазор між перегородками і кришкою 42 запобігає скупченню водню, що підвищує надійність пристрою. 7 Розміщення і схема підключення електродів забезпечує ефективну переробку часток диспергованогоInstallation of dielectric partitions with gaps relative to the bottom ensures efficient movement of the working fluid, dispersed material and dispersion products in the vessel, and the gap between the partitions and the cover 42 prevents the accumulation of hydrogen, which increases the reliability of the device. 7 Placement and connection scheme of electrodes ensures effective processing of dispersed particles

Ге») матеріалу, який має різні розміри, а заземлення крайніх електродів запобігає улученню високої напруги на вхідний і вихідний патрубки, за рахунок чого підвищується ефективність і надійність роботи пристрою. о На фіг. зображено пристрій для електроерозійного диспергування металів. -і 20 Пристрій складається з діелектричної посудини 1, що має кришку 2 і похиле днище 3, усередині посудини розміщено стрижневі електроди 4, 5, 6 і діелектричні перегородки 7, 8, 9. Пристрій обладнано тубусом 10 - ши для подачі диспергованого матеріалу, вхідним патрубком 11 - для подачі робочої рідини, вихідним патрубком 12 - для відводу рідини, патрубком 13 - для відводу водню, ковпаком 14 і штуцером 15 - для вирівнювання тиску під ковпаком 14. 29 Електроди 4 і 6 з'єднано паралельно і заземлено, електрод 5 з'єднано з джерелом імпульсної напруги ( наGe") of material that has different sizes, and the grounding of the extreme electrodes prevents high voltage from being applied to the input and output nozzles, which increases the efficiency and reliability of the device. o In fig. a device for electroerosion dispersion of metals is depicted. - and 20 The device consists of a dielectric vessel 1, which has a lid 2 and a sloping bottom 3, rod electrodes 4, 5, 6 and dielectric partitions 7, 8, 9 are placed inside the vessel. The device is equipped with a tube 10 for supplying dispersed material, an inlet nozzle 11 - for supplying the working fluid, outlet nozzle 12 - for liquid removal, nozzle 13 - for hydrogen removal, cap 14 and fitting 15 - for pressure equalization under cap 14. 29 Electrodes 4 and 6 are connected in parallel and grounded, electrode 5 connected to a pulse voltage source (at

ГФ) фіг. не показано). Діелектричні перегородки 7, 8 і 9 установлено з зазорами відносно кришки 2 і днища 3. юю Зазори над перегородками призначені для відводу водню, що утворюється поблизу електродів 4 і 5 при роботі пристрою. Зазори між перегородками і днищем призначені для напрямку потоку робочої рідини в розрядну зону і для вільного надходження диспергованого матеріалу. Діелектричну перегородку 9 установлено на відстані 2-5 60 мм від електрода б, величина зазору відносно днища повинна в 2-3 рази перевищувати розміри шматочків надходжу вального диспергованого матеріалу, а висота перегородки повинна бути такою, щоб виключити потрапляння диспергованого матеріалу на бічну поверхню електрода 6 з боку тубуса 10. Тубус 10 установлено відносно днища з зазором у 3-5 разів більше середнього розміру шматочків диспергованого матеріалу. Вхідний отвір вихідного патрубка 12 розміщено вище днища З на висоту необхідного рівня рідини. Для запобігання бо потраплянню водню у вихідний патрубок 12 служить ковпак 14, з'єднаний з атмосферою за допомогою штуцераGF) fig. not shown). Dielectric partitions 7, 8 and 9 are installed with gaps relative to the cover 2 and the bottom 3. The gaps above the partitions are intended for the removal of hydrogen formed near electrodes 4 and 5 during the operation of the device. The gaps between the partitions and the bottom are intended for the direction of the flow of the working fluid in the discharge zone and for the free entry of dispersed material. The dielectric partition 9 is installed at a distance of 2-5 60 mm from the electrode b, the size of the gap relative to the bottom should be 2-3 times greater than the size of the pieces of incoming dispersed material, and the height of the partition should be such as to exclude the ingress of dispersed material on the side surface of the electrode 6 from the side of tube 10. Tube 10 is installed relative to the bottom with a gap 3-5 times larger than the average size of pieces of dispersed material. The inlet of the outlet nozzle 12 is placed above the bottom C at the height of the required liquid level. To prevent hydrogen from entering the outlet pipe 12, a cap 14 is used, connected to the atmosphere by means of a fitting

15. Наявність штуцера 15 забезпечує вирівнювання тиску під ковпаком 14 необхідне для підтримки заданого рівня рідини.15. The presence of the fitting 15 ensures equalization of the pressure under the cap 14 necessary to maintain the given level of liquid.

Пристрій працює в такий спосіб. Диспергований матеріал (металева стружка, гранули тощо) подається в посудину 1 через тубус 10 і по похилому днищу З надходить до електродів 4, 5, 6. Робоча рідина надходить через вхідний патрубок 11. На електрод 5 подається імпульсна напруга. При подачі напруги на електрод 5 поблизу кожного електрода (4, 5, 6) між шматочками диспергованого матеріалу, які знаходяться між електродами, виникають іскрові розряди, що викликають розплавлювання і випар часток диспергованого матеріалу. Оскільки електроди виконано у вигляді стрижнів, навколо кожного електрода виникає зона розрядів з /о вВадіусом Кр. Кількість стрижнів для кожного електрода вибирається таким чином, щоб розряди перекривали посудину 1 по всій ширині. Перегородки 7, 8, 9, що поділяють посудину на 4 камери, направляють потік робочої рідини в розрядні зони. Завдяки тому, що діелектричну перегородку 9 встановлено в безпосередній близькості від електрода 6, зона розрядів поблизу електрода б поширюється убік тубуса 10 і за перегородку 9. У результаті відбувається подрібнення диспергованого матеріалу між перегородкою 9 і тубусом 10 і забезпечується його безперебійне надходження до електродів 5, 6. Подрібнені шматочки диспергованого матеріалу під дією вібрації і сили тяжіння рухаються до електрода 4. Відстань між електродами визначається робочою напругою і кількістю розрядних проміжків між цими електродами, відстань між електродами 4 і 5 менше відстані між електродами 5 і 6, а спад напруги між електродами 5-4 і 5-6 виявляється приблизно однаковим. При русі від електрода 6 до електрода 4 шматочки диспергованого матеріалу подрібнюються, і поблизу електрода 4The device works in the following way. Dispersed material (metal shavings, granules, etc.) is fed into the vessel 1 through the tube 10 and along the inclined bottom Z reaches the electrodes 4, 5, 6. The working fluid enters through the inlet pipe 11. A pulse voltage is applied to the electrode 5. When a voltage is applied to the electrode 5 near each electrode (4, 5, 6) between the pieces of dispersed material that are between the electrodes, spark discharges occur, which cause melting and vaporization of particles of the dispersed material. Since the electrodes are made in the form of rods, around each electrode there is a zone of discharges with /o vVadius Kr. The number of rods for each electrode is chosen in such a way that the discharges cover the entire width of vessel 1. Partitions 7, 8, 9, which divide the vessel into 4 chambers, direct the flow of the working fluid to the discharge zones. Due to the fact that the dielectric partition 9 is installed in the immediate vicinity of the electrode 6, the discharge zone near the electrode b spreads to the side of the tube 10 and behind the partition 9. As a result, the dispersed material is crushed between the partition 9 and the tube 10 and its uninterrupted delivery to the electrodes 5 is ensured. 6. Crushed pieces of dispersed material under the action of vibration and gravity move to electrode 4. The distance between the electrodes is determined by the operating voltage and the number of discharge gaps between these electrodes, the distance between electrodes 4 and 5 is less than the distance between electrodes 5 and 6, and the voltage drop between the electrodes 5-4 and 5-6 turns out to be approximately the same. When moving from electrode 6 to electrode 4, pieces of dispersed material are crushed, and near electrode 4

Збирається сама дрібна фракція. Дрібнодисперсний порошок, що утворюється в цьому процесі, виноситься потоком робочої рідини з робочої зони. Робоча рідина, що надходить через вхідний патрубок 11, рухається через зону розрядів поблизу електрода 4, під діелектричною перегородкою 7, через зону розрядів поблизу електрода 5, під діелектричною перегородкою 8, через зону розрядів поблизу електрода 6, над перегородкою 9, під ковпак 14 і у вихідний патрубок 12. Водень, що утворюється при роботі пристрою, займає мінімальний об'єм у зазорі с дв Між робочою рідиною і кришкою 2 посудини 1, а потім відводиться із посудини через патрубок 13.The smallest faction is gathering. The finely dispersed powder formed in this process is carried away by the flow of the working fluid from the working area. The working fluid entering through the inlet pipe 11 moves through the discharge zone near the electrode 4, under the dielectric partition 7, through the discharge zone near the electrode 5, under the dielectric partition 8, through the discharge zone near the electrode 6, above the partition 9, under the cap 14 and into the outlet nozzle 12. The hydrogen formed during the operation of the device occupies the minimum volume in the gap c dv Between the working liquid and the cover 2 of the vessel 1, and then it is removed from the vessel through the nozzle 13.

Наявність трьох електродів 4, 5, 6, крайні з яких 4 і 6 заземлено, а активний електрод 5 знаходиться між (8) ними, запобігає потраплянню потенціалу на вхідний 11 і вихідний 12 патрубки. Оскільки при цьому запобігається електроерозія вхідного 11 і вихідного 12 патрубків, підвищується надійність роботи пристрою. Використання стрижневих електродів знижує експлуатаційні витрати, пов'язані з виготовленням і заміною електродів (як Ге зо електроди може бути використаний стандартний пруток (кругляк)). Крім того, у процесі експлуатації електроди не вимагають заміни і можуть нарощуватися. -The presence of three electrodes 4, 5, 6, the extremes of which 4 and 6 are grounded, and the active electrode 5 is located between (8) them, prevents the potential from entering the inlet 11 and outlet 12 nozzles. Since electroerosion of the input 11 and output 12 nozzles is prevented, the reliability of the device increases. The use of rod electrodes reduces the operating costs associated with the manufacture and replacement of electrodes (a standard rod (round) can be used as a Gezo electrode). In addition, during operation, the electrodes do not require replacement and can be increased. -

Пропонований пристрій може також бути використаний в системі очищення гальваностоків від со шестивалентного хрому й інших важких металів.The proposed device can also be used in the system of cleaning galvanic effluents from hexavalent chromium and other heavy metals.

Приклад ре)Example d)

Діелектрична посудина 1 має внутрішні розміри 90х300 мм2. Електроди 4, 5, б виконано зі сталевого прутка ї- діаметром 14 мм. Електроди 4 і 6 заземлені та містять по три стрижні, встановлених в один ряд рівномірно по ширині посудини. Електрод 5 містить два стрижні. Через тубус 10 у діелектричну посудину 1 завантажується сталева стружка. Через патрубок 11 у посудину 1 подають забруднену воду. На електрод 5 подають імпульси напруги з амплітудою 600-800 В и частотою проходження 2002-350 Гц від джерела потужністю 10 кВт. При роботі « пристрою відбувається електроерозійне диспергування сталевої стружки з утворенням дрібнодисперсного в с порошку окислів заліза, що є ефективним коагулянтом-сорбентом. У ході роботи пристрою відбувається повільний ерозійний знос електродів зі швидкістю 1 мм/год. При цьому рівень стружки в зоні електродів з ;» такою ж швидкістю збільшується, завдяки чому параметри пристрою залишаються стабільними протягом 5-8 годин. Потім потрібно опустити електроди на величину виробки. Час безперервної роботи пристрою безDielectric vessel 1 has internal dimensions of 90x300 mm2. Electrodes 4, 5, b are made of a steel rod with a diameter of 14 mm. Electrodes 4 and 6 are grounded and contain three rods each, installed in one row evenly across the width of the vessel. Electrode 5 contains two rods. A steel chip is loaded into the dielectric vessel 1 through the tube 10. Contaminated water is fed into vessel 1 through nozzle 11. Electrode 5 is supplied with voltage pulses with an amplitude of 600-800 V and a frequency of 2002-350 Hz from a source with a capacity of 10 kW. During the operation of the device, the electroerosion dispersion of steel shavings occurs with the formation of finely dispersed powder of iron oxides, which is an effective coagulant-sorbent. During the operation of the device, slow erosive wear of the electrodes occurs at a rate of 1 mm/h. At the same time, the chip level in the electrode zone with ;" increases at the same rate, due to which the device parameters remain stable for 5-8 hours. Then you need to lower the electrodes to the size of the product. Time of continuous operation of the device without

Вимикання - 80-НОО годин. Конструкція електродів дозволяє нарощувати їх при відключеній напрузі. При роботі -І пристрою не виникає застійних зон і спікання стружки не відбувається. Питомі енерговитрати на переробку сталевої стружки складають -4,5 кВттод/кг.Shutdown - 80-NOO hours. The design of the electrodes allows you to increase them when the voltage is turned off. During the operation of the -I device, stagnation zones do not occur and chip sintering does not occur. The specific energy consumption for the processing of steel shavings is -4.5 kWh/kg.

Ме, Пристрій зберігає працездатність і високу ефективність при використанні як завантаження сталевої стружки 2) з розмірами від 1 до 20 мм.Me, The device retains its functionality and high efficiency when used as a load of steel shavings 2) with sizes from 1 to 20 mm.

Claims

The formula of the invention

1. A device for electroerosion dispersion of metals containing a vessel made of a dielectric material, electrodes installed in the vessel, dielectric partitions that divide the volume of the vessel into chambers, inlet and outlet nozzles, which is characterized by the fact that the bottom of the vessel is made inclined, and the internal (Ф) volume of the vessel is divided by three partitions into chambers, three of which have rod electrodes, and the fourth GI has a tube for feeding the dispersed material, an outlet pipe with a protective cap, a fitting installed in it, and a pipe for removing hydrogen. in

2. The device according to claim 1, which differs in that the dielectric partitions are installed with gaps relative to the bottom and lid of the dielectric vessel.

C. The device according to claim 1, which differs in that the extreme electrodes are installed at a different distance from the average, and the extreme electrodes are interconnected and grounded, and the average is connected to a pulse voltage source. b5