УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ГРАНУЛ

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности, для получения металлических гранул и порошков, используемых преимущественно для изготовления металлорежущего инструмента.
Уровень техники в отношении заявляемого устройства характеризуется следующими аналогами.
Известна установка для получения металлических гранул по авт. свид. СССР №419308, В22Д 23/08, опубл. 15.03.1974, содержащая сообщенную с атмосферой камеру для распыления жидкого металла, выполненную в виде усеченного конуса, сужающегося в сторону основания, стакан-распылитель металла с отверстиями, установленный по центру камеры с возможностью вращения, средство подачи охлаждающей жидкости в виде кольцевой трубки σ-образного сечения со щелью, выполненной по длине образующей и обращенной в сторону обечайки. При подаче охлаждающей жидкости в трубку под напором обеспечивается завихрение и подъем жидкости вдоль стенок емкости в форме воронки. Гранулы вместе с охлаждающей жидкостью удаляются из камеры самотеком через сливной патрубок, который смонтирован на внешней стороне обечайки камеры и через отверстие, выполненное в основании камеры. На данной установке можно получать металлические порошки с частицами сферической формы. Основным недостатком устройства является низкая производительность.
Известно устройство центробежного распыления металла по патенту РФ №2171160, B22F 9/10, опубл. 27.07.2001, содержащее герметичную цилиндрическую камеру распыления, расположенные по ее центру последовательно сверху вниз плазменную горелку для расплавления
прутка-заготовки, подогреваемый дозатор-тигель со стопором для накапливания жидкого металла, диск-распылитель с приводом вращения, охлаждаемый экран, расположенный на внутренней поверхности камеры в одной плоскости с диском-распылителем и систему охлаждения гранул, установленную в гранулосборнике и основанную на прохождении гранул через газово-жидкостную среду из защитного газа. К основным недостаткам данного устройства следует отнести сложность конструкции, высокую себестоимость получаемых гранул из-за использования в качестве охлаждающей среды сжиженного газа (аргона).
Известно устройство для получения металлических порошков по патенту РФ №2141392, B22F 9/10, опубл. 20.11.1999, содержащее камеру, плавильную печь, обогреваемый металлоприемник, охлаждаемый кристаллизатор в виде полого барабана с горизонтальной осью вращения, выполняющий функцию распылителя металла. Изобретение предназначено для получения металлических пленок и гранул чешуйчатой формы. Подача металла на охлаждаемый барабан осуществляют через ряд калиброванных отверстий в днище металлоприемника. Процесс проводят при отрицательном давлении в камере. Рассматриваемое устройство имеет сложную конструкцию и низкую производительность. Кроме того в данном устройстве отсутствует возможность получения частиц порошка другой геометрической формы, кроме чешуйчатой.
Наиболее близким аналогом является устройство для получения металлических гранул по авторскому свидетельству СССР №863190, B22F 9/10, опубл. 15.09.1981, включающее герметичную камеру, заливочную воронку, стакан распылитель, емкость для охлаждающей жидкости и сбора гранул, выполненную в виде двух соосных цилиндров разной высоты, соединенных общим основанием, приводы вращения стакана-распылителя и емкости, причем емкость имеет съемную крышку с центральным отверстием. Прототипу присущи недостатки указанных выше аналогов, кроме того в устройстве отсутствует возможность удаления охлаждающей
жидкости в процессе распыления металла, что приводит к ее перегреву, а также к снижению эффективности охлаждения гранул и производительности.
Задачей заявляемой полезной модели является расширение номенклатуры получаемых гранул по геометрическим параметрам и фракционному составу, повышение эффективности охлаждения гранул и производительности.
Поставленная задача достигается за счет реализации совокупности существенных признаков независимого пункта формулы полезной модели, включающей герметичную камеру, заливочную воронку, стакан-распылитель, емкость для охлаждающей жидкости и сбора гранул, приводы вращения стакана-распылителя и емкости, причем емкость имеет крышку с центральным отверстием, по меньшей мере два патрубка с соплами для подачи охлаждающей жидкости в емкость, которая смонтирована на столе, соединенном механически с одним из приводов, при этом в столе выполнены отверстия, расположенные по окружности, диаметр которой меньше диаметра внутреннего цилиндра емкости, патрубки соединены с напорным трубопроводом, а сопла введены в зону распыления металла через центральное отверстие в крышке, которая выполнена съемной.
Отличие от прототипа заключается в следующем: наличие в установке патрубков с соплами, причем патрубки соединены с напорным трубопроводом для подачи охлаждающей жидкости; емкость установлена на столе, смонтированном с возможностью вращения; в столе выполнены отверстия, расположенные по окружности, диаметр которой меньше диаметра внутреннего цилиндра емкости; сопла введены в зону распыления металла через центральное отверстие съемной крышки.
В частных случаях заявляемая установка отличается тем, что:
- на внутренней стороне съемной крышки смонтирован отражатель в виде усеченного конуса, большее основание которого расположено в
полости емкости, а образующая конуса наклонена к оси вращения стакана-распылителя под углом, равным 70-80 градусов, причем отражатель выполнен из материала с высокой теплопроводностью, например, из меди, а на образующей конуса выполнены отверстия, расположенные в плоскости, перпендикулярной его оси;
- приводы стакана-распылителя и стола с емкостью смонтированы вне герметичной камеры и имеют регулируемые скорость и направление вращения;
- суммарная площадь отверстий, выполненных в столе, больше суммарной площади отверстий сопел на величину, обеспечивающую свободное удаление охлаждающей жидкости из емкости;
- дно камеры расположено под углом к ее оси, а в нижней части камеры выполнено отверстие для слива охлаждающей жидкости.
Наклон образующей конусного отражателя к оси вращения стакана-распылителя на угол 70-80 градусов, что соответствует углам встречи жидких капель металла с поверхностью отражателя в пределах 20-10 градусов, обеспечивает получение гранул чешуйчатой формы с отношением диаметра чешуйки к ее толщине равным 8-12. Данные размеры чешуек являются наиболее предпочтительными при последующем их механическом измельчении с точки зрения наименьших энергозатрат.
Регулирование скорости и направления вращения стакана-распылителя и емкости расширяет технологические возможности получения частиц в широком гранулометрическом диапазоне от 50 мкм до 100 мкм.
Заявляемая установка изображена на чертеже, где на фиг.1 показан продольный разрез, а на фиг.2 - вид А: фрагмент рабочей зоны камеры с охлаждающей жидкостью, находящейся под действием центробежных сил.
Установка содержит герметичную камеру 1, в которой размещен стакан-распылитель 2 с возможностью вращения от привода 3, емкость для
охлаждающей жидкости и сбора гранул 4, установленная на столе 5, механически связанном с приводом вращения 6. В столе 5 выполнены отверстия 7, а емкость 4 сверху закрыта съемной крышкой 8, на которой закреплен отражатель 9 в виде усеченного конуса с отверстиями 10, предназначенными для устранения воздушной пробки между крышкой и отражателем. Сверху камера закрыта крышкой 11, выполненной в виде коллектора, сообщенного с напорным трубопроводом 12. В крышке 11 установлены патрубки 13 с соплами 14, введенными в зону распыления металла через отверстие в крышке 8. На крышке-коллекторе 11 установлено заливочное устройство 15 с воронкой 16. В нижней части камеры 1 выполнено отверстие для слива охлаждающей жидкости через трубу 17. Камера снабжена патрубком 18 для создания в ее полости отрицательного давления и трубопроводом с вентилем 19 для подачи защитного газа.
Установка работает следующим образом.
Камера 1 герметизируется, через патрубок 18 в ней создается разряжение, затем производится подогрев заливочной воронки 16 с помощью электронагревателя (на чертеже не показан). После создания заданного разряжения камера заполняется защитным газом через трубопровод с вентилем 19, затем включается привод 6 вращения емкости 4, в которую через напорный трубопровод 12, крышку-коллектор 11, патрубок 13 и сопла 14 подается охлаждающая жидкость, например, вода. За счет центробежных сил внутренняя поверхность столба жидкости может принимать форму мениска Б (фиг.2).
Непосредственно перед заливкой металла включается привод 3 вращения стакана-распылителя 2. Жидкий металл заливают в воронку 16 и, после расплавления легкоплавкой герметизирующей прокладки, струя металла поступает в стакан-распылитель. Под действием центробежных сил жидкий металл поднимается по стенкам стакана-распылителя и
срывается с его торца в виде капель, которые попадают в слой охлаждающей жидкости, где интенсивно охлаждаются и кристаллизуются. Полученные гранулы оседают под силой тяжести на дно емкости 4, а избыток охлаждающей жидкости сливается через отверстия 7 в столе 5 на дно камеры и далее через трубу 17.
В случае наличия в емкости 4 отражателя 9 жидкость может также удаляться через отверстия 10, которые одновременно предотвращают образование воздушной пробки между крышкой 8 и отражателем 9. Жидкий металл, попадая на отражатель растекается по его поверхности с образованием частиц чешуйчатой формы, которые смываются струей охлаждающей жидкости, поступающей в емкость, исключая налипание металла на отражатель. После завершения процесса распыления, выключают приводы вращения стакана-распылителя и емкости, прекращают подачу охлаждающей жидкости, снимают крышку-коллектор 11 и съемную крышку 8, затем из камеры извлекают емкость 4 с гранулами.
Интенсивное поступление охлаждающей жидкости из сопел в камеру способствует более эффективному охлаждению гранул, а за счет регулирования скоростей и направления вращения стакана-распылителя и емкости обеспечивается получение более широкой номенклатуры металлических частиц по гранулометрическим параметрам с улучшенной мелкодисперсной структурой.
При наличии в емкости дополнительного конусного отражателя возможно получение гранул чешуйчатой формы.
Реализация полезной модели в объеме существенных признаков независимого пункта формулы, с учетом отличительных признаков зависимых пунктов, по сравнению с прототипом, позволит расширить номенклатуру получаемых гранул по гранулометрическим параметрам, повысить эффективность охлаждения гранул и увеличить производительность.