УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПОРОШКА РАСПЫЛЕНИЕМ РАСПЛАВА

Настоящее техническое решение относится к порошковой металлургии и может найти применение в производстве порошков алюминия, магния, цинка и других цветных металлов и сплавов.
Из существующего уровня техники известно устройство для получения металлического порошка распылением расплава, содержащее корпус, камеру, сердечник, завихритель с прямолинейными пазами, эжекторную трубку, уплотняемую набивкой, снабженное вставным сопловым кольцом, имеющим кольцевую проточку, образующую камеру, и сопла, оси которых и поверхности пазов завихрителя выполнены в плоскостях, параллельных оси устройства, и смещены относительно нее в одну по ходу сторону: сопла - на их радиус, а пазы - на радиус эжекторной трубки [RU 2111834 С1, опубл. 27.05.1998].
Основными недостатками данного устройства являются сложность конструкции, неудобство в эксплуатации и значительная трудоемкость изготовления.
Наиболее близкой к заявленному техническому решению является форсунка для получения порошков распылением расплавленных металлов, содержащая корпус с кольцевой щелью для подачи сжатого газа, ниппель с центральным каналом, снабженный защитным чехлом и металлическим трубопроводом для подачи расплава в зону распыления, при этом ниппель и защитный чехол снабжены сочленяющимися между собой рассекателями-дестабилизаторами в виде щелевидных пазов для образования плоских струй горячего сжатого газа и возмущенного двухфазного потока газометаллической смеси на выходе центрального канала [RU 2321475 С2, опубл. 10.04.2008].
Недостатками данной форсунки являются:
- невысокая точность посадки резьбового соединения крышки с корпусом относительно ниппеля с защитным чехлом, что приводит к неравномерному распределению скорости газового потока и, как следствие, большей неоднородности распределения частиц порошка по размерам;
- необходимость использования специального оборудования и высокая трудоемкость изготовления ниппеля из огнеупорных материалов методами порошковой металлургии;
- применение металлического (как правило, чугунного) трубопровода для подачи расплава делает невозможным получение химически чистых порошков цветных металлов и сплавов, поскольку при высоких температурах материал металлопровода вступает во взаимодействие с расплавом и практически полностью в нем растворяется, требуя частой замены;
- ограниченная область применения и невозможность получения порошков средней и низкой дисперсности с возможностью регулировать форму частиц от сферической до иррегулярной с развитой поверхностью, что обусловлено применением горячего сжатого газа для устранения зарастания рассекателей-дестабилизаторов и закупорки центрального канала шлаком и оксидными пленками.
Следует отметить, что главной задачей указанных устройств является интенсификация процесса распыления, позволяющая достичь высокой дисперсности пульверизата вплоть до ультрадисперсной, что крайне нежелательно при изготовлении некоторых марок химически чистых алюминиевых и магниевых порошков из соображений безопасности производства.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение заключается в устранении указанных недостатков и создании максимально простой конструкции форсунки, технологичной в изготовлении, удобной в обслуживании, а также, пригодной для получения химически чистых порошков различных цветных металлов и сплавов в широком диапазоне размеров и формы частиц.
Данная задача решается за счет того, что заявленное устройство включает корпус с крышкой, базируемой по посадке гладкого соединения вместо резьбового, ниппель из талькохлорита с центральным каналом для подачи расплава, внешняя часть которого совместно с крышкой образуют кольцевое газовое сопло, фланец с прижимной пробкой и уплотняющей набивкой для фиксации металлопровода, в качестве которого использована кварцевая трубка. При этом трубка может быть дополнительно защищена кожухом, выполненным из любого стойкого к расплаву огнеупорного материала.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является упрощение конструкции форсунки и технологии ее изготовления, повышение точности центрирования ниппеля и крышки относительно корпуса для большей стабильности параметров распыления, возможность получать химически чистые порошки цветных металлов и сплавов, а также, увеличение ресурса металлопровода. Форсунка не нуждается в каких либо регулировках, универсальность ее использования для получения частиц порошка заданной формы и размерности достигается исключительно подбором режимов дутья (температура, давление и расход газового потока) и оптимальной геометрии выходного конуса ниппеля, являющегося сменным элементом. Сам ниппель изготавливается из талькохлорита путем механической обработки вместо трудоемких и дорогостоящих операций формования, прессования и спекания огнеупорных порошкообразных компонентов.
На чертеже изображен в разрезе общий вид устройства для получения металлического порошка распылением расплава.
Устройство достаточно компактно и состоит из корпуса 1, крышки 2, ниппеля 5 с центральным каналом для подачи расплава, фланца 3 с прижимной пробкой 4 и уплотняющей набивкой 6 для фиксации металлопровода 7, в качестве которого использована кварцевая трубка. Крепление крышки 2 и фланца 3 к корпусу 1 осуществляется винтами раздельно с каждой стороны для удобства обслуживания. Выходная часть ниппеля 5 выполнена в виде конуса, размеры которого подбираются исходя из требуемой производительности распыления и гранулометрического состава порошка. На тыльной стороне фланца 3 предусмотрена резьба для закрепления кожуха (не показан), который, при необходимости, может защищать кварцевую трубку металлопровода 7 от повреждений.
Работает устройство следующим образом.
Нижний конец металлопровода 7 погружается в расплав и выходное отверстие ниппеля 5 направляется в камеру распыления. По трубопроводу подается сжатый газ (воздух или азот с контролируемым содержанием кислорода) в полость корпуса 1 форсунки. Истечение газа через кольцевую щель между крышкой 2 и ниппелем 5 создает разрежение внутри металлопровода 7, которое вызывает принудительное поступление расплава в зону распыления. При этом расплав формируется в виде тонкой пленки, растекаясь по конической поверхности ниппеля 5, что позволяет существенно снизить расход газа и повысить однородность получающихся на выходе частиц по размерам, которые затвердевают в газовом потоке в виде порошка.
3
3
Предложенное конструктивное решение устройства испытано на промышленных установках ООО «Меркурий Паудерс» и ПКФ «Инссталь», наглядно продемонстрировав простоту реализации и возможность получения химически чистых порошков цинка, алюминия, свинца и олова. Анализ химических составов исходного для плавки сырья и полученного порошка выявил разницу, не превышающую 0,5%, что сопоставимо с погрешностью самих измерений. Форсунка одинаково эффективна в производстве как мелких, так и крупных порошков. Например, выход годной фракции цинкового порошка крупностью менее 70 мкм составил 92-95% при удельном расходе газа 0,6 нм/кг; выход годной фракции алюминиевого порошка марок АПВ и АПЖ крупностью менее 2000 мкм составил 98-100% с удельным расходом газа до 0,2 нм/кг. При этом в данном порошке практически отсутствовала (содержание менее 1%) пылевая фракция частиц с размером менее 40 мкм, обладающая повышенной пирофорностью, что позволяет применять для распыления сжатый воздух вместо дорогостоящего азота.
Использование алюминиевого порошка, полученного с помощью предложенного устройства, для алюмотермии ферросплавов повысило выход годной продукции в среднем на 15%.