УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПОРОШКА
DEVICE FOR RECEIVING OF METALLIC POWDER

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при получении металлических порошков.
Известна установка для получения металлического порошка, состоящая из плавильной камеры с нагревателем, камеры подачи заготовок и копильника, причем плавильная камера выполнена составной из двух частей с разъемом между ними в вертикальной плоскости, первая из которых (стационарная) связана с камерой подачи заготовок и копильником, а вторая (отъемная) связана с нагревателем (Авторское свидетельство на изобретение СССР №820068, B22F 9/08, 1979 г.).
Недостатком этой установки является низкое качество производимого порошка из-за возможных инородных включений и повышенного содержания окислов на поверхности частиц.
Известна установка для получения металлического порошка, содержащая плавильную камеру с нагревателем, механизм вращения и осевого перемещения заготовки, размещенные в герметичном кожухе, дозатор заготовок, приемную камеру для порошка и емкость для порошка (Авторское свидетельство СССР №534304, B22F 9/08, 1976 г.) - прототип.
Недостатком этой установки является ограничение номенклатуры производимых порошков, неоднородность их фракционного состава.
Предлагаемая установка для получения металлического порошка содержит плавильную камеру с нагревателем, соединенную с ней камеру механизмов, дозатор заготовок в плавильную камеру, вакуумную систему, приемную камеру, емкость для сбора порошка и размещенные в камере механизмов механизм осевого перемещения заготовок с толкателем и механизм вращения заготовок с приводными валками, при этом механизм вращения заготовок снабжен прижимным роликом и подшипниковыми опорами с устройствами газового охлаждения, электроизолирующими втулками противоэрозионного износа поверхностей качения подшипниковых опор, датчиками контроля температуры и уровня виброколебаний, при этом приводные валки и прижимной ролик механизма вращения заготовок установлены на подшипниковых опорах, толкатель выполнен с сопловым аппаратом на торце, обращенным в сторону подачи заготовки, а плавильная камера и камера механизмов соединены между собой байпасным трубопроводом с клапаном.
Предлагаемая установка отличается от прототипа тем, что механизм вращения заготовок снабжен прижимным роликом и подшипниковыми опорами с устройствами газового охлаждения, электроизолирующими втулками противоэрозионного износа поверхностей качения подшипниковых опор, датчиками контроля температуры и уровня виброколебаний, при этом приводные валки и прижимной ролик механизма вращения заготовок установлены на подшипниковых опорах, толкатель выполнен с сопловым аппаратом на торце, обращенным в сторону подачи заготовки, а плавильная камера и камера механизмов соединены между собой байпасным трубопроводом с клапаном.
Технический результат - расширение диапазона по крупности частиц получаемых порошков, повышение их однородности по фракционному составу и, как следствие, расширение сортамента изделий, получаемых из этих порошков, с повышенным уровнем физико-механических свойств и, как следствие, повышение срока службы.
-1
Предлагаемая установка позволяет получать металлические порошки различной крупности, в том числе и ультрадисперсные с крупностью частиц менее 100 мкм, однородного фракционного состава за счет расширения диапазона частоты вращения заготовки вплоть до очень высоких значений, порядка 20000-25000 мин. Поддержание такой высокой частоты вращения заготовки обеспечивают конструктивные особенности установки, заключающиеся в том, что подшипниковые опоры приводных валков механизма вращения и прижимного ролика, испытавающие повышенный нагрев трущихся частей, генерацию электростатических зарядов, повышенную частоту виброколебаний, снабжены устройствами газового охлаждения, электроизолирующими втулками противоэрозионного износа поверхностей качения подшипниковых опор, датчиками контроля температуры и уровня виброколебаний.
Для снижения износа толкателя от трения, особенно при повышенных частотах вращения заготовки, толкатель, размещенный в камере механизмов, выполнен с сопловым аппаратом на торце, обращенным в сторону подачи заготовки. При этом за счет газовой струи, выходящей из сопла, создается «газовая подушка» между толкателем и торцом заготовки, резко снижающей трение и образование металлической пыли, проникновению которой в трущиеся части подшипниковых опор препятствует наличие байпасного трубопровода с клапаном между плавильной камерой и камерой механизмов. Клапан, обеспечивающий перепуск газа, можно настроить так, что в камере механизмов поддерживается более высокое давление газа, чем в плавильной камере, и газ, содержащий металлическую пыль, будет перетекать в плавильную камеру, тем самым препятствуя осаждению пыли в камере механизмов и в том числе в подшипниковых опорах.
Установка позволяет получать мелкозернистую структуру самих частиц, уменьшить их размер и размер примесных частиц, которые практически всегда присутствуют в массе основного порошка и благодаря этому снизить их вредное влияние на механические свойства компактных изделий, отпрессованных из порошков. Изделия, получаемые из таких порошков, обладают более высоким уровнем физико-механических свойств (предел прочности, пластичности), которые позволяют расширить сортамент выпускаемых изделий из них, в том числе применять порошки для изготовления изделий ответственного назначения с повышением эксплуатационного ресурса.
Предлагаемая установка поясняется чертежами, где на:
- фиг.1 показано фронтальное сечение;
- фиг.2 - поперечное сечение;
- фиг.3 - вид сверху.
Установка состоит из опоры 1, на которой смонтированы плавильная камера 2, камера механизмов 3, соединенные между собой фланцевым разъемом 4.
Плавильная камера 2 снабжена откатной крышкой 5, в которой установлен нагреватель 6 (плазмотрон) с механизмом 7 его рабочего перемещения. Стенки плавильной камеры 2 и плазмотрон 6 сообщены трубопроводами 8 с источником охлаждающей воды (на фиг.1-3 не показан).
Камера механизмов 3 состоит из вакуум-плотного корпуса, в объеме которого смонтированы два горизонтальных цилиндрических валка 9 на подшипниковых опорах 10 с газовым охлаждением, противоэрозионными втулками на их поверхностях качения, датчиками контроля температуры и уровня виброколебаний (на фиг.1-3 не показаны), с электроприводом вращения от индивидуальных электродвигателей 11, нажимной подвижной ролик 12 на подшипниковых опорах той же конструкции, что и опоры 10, размещенный над валками 9 и снабженный механизмом 13 прижатия его к цилиндрической заготовке, опирающейся на оба валка одновременно.
Во фланцевом разъеме 4 камер смонтирован водоохлаждаемый экран 14 с центральным отверстием под заготовку. Соосно с заготовкой размещен механизм продольной подачи 15 с толкателем 16 и сопловым аппаратом 17.
Установка снабжена электросистемой 18, системой создания вакуума и газовой системой, с которой сообщен сопловый аппарат 17. К камере механизмов 3 сбоку пристыкован дозатор заготовок (на фиг.1-3 не показан), который снабжен механизмом подачи заготовки 19 с лотком 20.
Камера плавильная 2 и камера механизмов 3 сообщены между собой байпасным трубопроводом 21 с регулирующим клапаном 22.
Установка работает следующим образом.
Запуск установки начинают с включения вакуумной системы на откачку воздуха из камер установки до заданного остаточного давления 0,013 Па. При достижении заданного вакуума систему откачки отключают и из газовой системы заполняют полости камер рабочей газовой атмосферой (например, инертными газами) до заданного давления.
Из дозатора заготовок по лотку 20 с помощью механизма подачи 19 на валки 9 подается заготовка 23 и прижимается к валкам 9 нажимным роликом 12 посредством механизма 13. Механизмом продольной подачи 15 с толкателем 16 заготовка перемещается вдоль валков в плавильную камеру 2 через отверстие водоохлаждаемого экрана 14 в положение, при котором расстояние от плоскости экрана 14 до торца заготовки 23 составляет ~25÷30 мм. Включают газовую систему и рециркулируют рабочий газ через камеры установки с подачей его в сопловый аппарат 17 толкателя 16 для создания газовой подушки между толкателем и торцем заготовки, подшипниковые опоры 10 на охлаждение, причем клапан 22 на байпасном трубопроводе 21 настраивают так, чтобы давление газа в камере механизмов было выше, чем в плавильной камере, и газ всегда двигался в сторону плавильной камеры, обеспечивая вынос металлической пыли из камеры механизмов.
Задается рабочая частота вращения валков 9, после чего зажигается дуга плазмотрона 6, устанавливается заданное значение мощности (тока и напряжения). Плазмотрон 6 механизмом 7 перемещается к торцу вращающейся заготовки на расстояние ~20 мм, и начинается процесс плавления и диспергации заготовки. Включается механизм продольной подачи 15 заготовки, и устанавливается на нем заданная скорость подачи (плавления) заготовки и корректируется мощность (ток, напряжение) плазмотрона таким образом, чтобы положение торца заготовки 23 относительно плазмотрона 6 оставалось неизменным. Процесс подачи заготовки механизмом 15 с толкателем 16 продолжается до тех пор, пока длина оставшейся (нерасплавленной) ее части (огарка) не достигнет той минимальной длины, которую способен еще надежно удержать на валках 9 прижимной ролик 12. После этого плавка останавливается, плазмотрон 6 механизмом 7 отводится от торца огарка, снижается ток и напряжение на плазмотроне до минимальных значений, обеспечивающих устойчивое горение дуги в плазмотроне 6, останавливается вращение валков 9, отводится от огарка прижимной ролик 12 и сбрасывается огарок в камеру 2. Затем отводится механизм продольной подачи 15 в крайнее, удаленное от плавильной камеры 2, положение и на валки 9 подается из дозатора заготовок механизмом 19 следующая заготовка 23 и далее, действуя аналогично тому, как описано ранее по распылению первой заготовки, обеспечивается плавление и диспергация второй и последующих заготовок, находящихся в загрузочной камере.
Были проведены сравнительные исследования физических, химических и технологических свойств гранул, полученных на предлагаемой установке и установке-прототипе. Результаты исследования приведены в таблице 1.
Таблица 1
Свойства гранул, полученных на предлагаемой установке распыления и установке-прототипе
№ п/п
Наименование параметра
Предлагаемая установка
Установка-прототип
1
Содержание кислорода
≤0,005
≤0,007
2
Крупность основной фракции порошка, мкм
<100
<140
3
Содержание в партии гранул основной фракции, %
92
76
4
Насыпная плотность, г/см<sup>3</sup>
5,12
4,96
5
Плотность после утряски, г/см<sup>3</sup>
5,68
5,49
*6
Предел прочности, МПа
1450
1250
*7
Предел текучести, МПа
1020
800
*8
Относительное удлинение, %
18
13
9*
Сопротивление малоцикловой усталости, количество циклов
до 10000
5000
* - свойства даны для изделий, отпрессованных из гранул, полученных по указанным вариантам.
Данные, приведенные в таблице 1, свидетельствуют о том, что предлагаемая установка позволяет получать металлические порошки (гранулы) различной крупности, в том числе и ультрадисперсные с крупностью менее 100 мкм более однородного фракционного состава, что повышает уровень физико-механических свойств изделий, отпрессованных из них. Ресурс работы изделий под фиксированной нагрузкой при этом возрастает, как следует из данных таблицы 1, также до двух раз.