УСТАНОВКА ДЛЯ РАСПЫЛЕНИЯ ЖИДКИХ МЕТАЛЛОВ

Установка относится к области металлургии, а именно технике и технологии получения металлических порошков из их расплавов.
Известно устройство по получению порошка (СССР N 1704925, 1992), в котором трубка для подачи расплава снабжена обогревателем в виде спирали и упором, фиксирующим его в корпусе. Трубка подачи расплава выполнена кварцевой. Известное устройство не обеспечивает достаточного качества получаемого порошка, имеет невысокую производительность.
Известно устройство по получению металлических порошков (RU, патент N 2017589, 1994), включающее камеру распыления, размещенную над ней вакуумную камеру с индукционной плавильной печью, шиберный затвор, установленный на камере распыления, порошкосборник, закрепленный на шибере, держатель с внутренней цилиндрической расточкой, керамический металлопровод, диспергирующий узел, выполненный в виде составной форсунки с кольцевой дюзой. К недостаткам известного устройства можно отнести сложность и большие габариты.
Известно устройство по получению металлических порошков (RU, патент N 92012945/02, 1996), включающее плавильный агрегат, промежуточную емкость, форсуночный узел, камеру распыления с постоянным уровнем воды, накопительную камеру, сборник порошка. К недостаткам известного устройства можно отнести большие габариты, а также необходимость сушки получаемого порошка.
Известно устройство для распыления расплавов алюминия и его сплавов (RU, патент N4907312/02, прототип), включающее плавильный агрегат и вертикальный канал подачи расплава, меняющий вертикальное направление на горизонтальное, канал имеет прямоугольное сечение. К недостаткам устройства можно отнести сложность внутреннего сечения канала и необходимость помимо источника газа использовать для подачи металла дополнительное оборудование. Кроме того, данное устройство позволяет получать порошки только из легкоплавких материалов.
В основу полезной модели положена техническая задача создания установки, которая обеспечит получение из расплавов черных и цветных металлов ультрадисперсных порошков размером частиц менее 80 мкм, улучшит условия труда и экологию производства.
Поставленная задача решается тем, что в установке для получения металлических порошков из их расплавов, содержащей плавильную печь, бункер, рукавный фильтр, вытяжной вентилятор, источник сжатого газа, распылительную форсунку с каналом ввода газа и горизонтальным каналом подачи металлического расплава, согласно предложению, плавильная печь снабжена герметичной рабочей полостью, имеющей каналы подвода и отвода сжатого газа и вертикальный канал подачи указанного расплава в распылительную форсунку, при этом установка снабжена накопительной емкостью, соединенной каналом подачи газа герметичной рабочей полости через управляющий клапан, для осуществления наддува рабочей герметичной полости для подачи расплава в распылительную форсунку.
Наличие герметичной полости рабочего пространства печи обеспечивает расплавление и поддержание требуемой температуры металла без воздействия на него окружающей среды в процессе распыления. Верхнее расположение канала подачи расплавленного металла обеспечивает возможность управления скоростью процесса распыления и остановкой подачи металла в любой момент времени. Использование в качестве рабочего тела форсунки сжатого газа позволяет распылять практически любые расплавленные материалы.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена схема заявляемой установки.
Установка содержит плавильную печь 1, бункер 6, рукавный фильтр 7, вытяжной вентилятор 8, источник сжатого газа (на фигуре не показан). Плавильная печь 1 снабжена герметичной рабочей полостью 2, имеющей каналы подвода 14 и отвода 15 сжатого газа и вертикальный канал 3 подачи расплава. Распылительная форсунка 4 имеет тангенциальный подвод газа, кольцевые каналы выхода газа 5 и центральное сквозное отверстие 16, в котором расположен горизонтальный канал подачи жидкого металла, являющийся продолжением вертикального канала 3 подачи металла, выходящего из герметичной полости печи.
Особенностью данной установки является наличие герметичной рабочей полости плавильной печи 1, образованной тиглем.(на фигуре не показан) и верхней герметизирующей крышкой 13 с каналами подвода 14 и отвода 15 сжатого газа и вертикальным каналом 3 подачи жидкого металла, представляющим собой трубку из тугоплавкого материала инертного по отношению к расплаву жидкого металла, обладающий температурой плавления выше температуры расплава, а также накопительной емкости 12. К каналу подвода газа 14 герметичной полости присоединена накопительная емкость 12 со сжатым газом через управляющий клапан 11, к каналу отвода 15 присоединен эжектор 9 отбора газа из герметичной полости через управляющий клапан 10.
Установка работает следующим образом.
В плавильной печи 1 осуществляют выплавку металла с перегревом на 200-250°С выше температуры плавления и с помощью накопительной емкости 12 и клапана большого проходного сечения 11 осуществляют последующий ударный наддув герметичной рабочей полости печи 2 сжатым, который вытесняет расплав по каналу 3 подачи расплавленного металла в распылительную форсунку 4. В распылительную форсунку 4 подают сжатый газ с регулируемой температурой и давлением на входе. При истечении газа из форсунки 4 через кольцевой канал 5 формируется кольцевая сходящаяся газодинамическая струя с дозвуковой или сверхзвуковой скоростью, которая взаимодействует с расплавом, подаваемым в центральную часть струи. В результате динамического контакта с газовым потоком происходит распыление расплава на капли размером менее 80 мкм, которые при этом резко охлаждаются и ускоряются газодинамической струей.
Двухфазный поток частиц и газа движется в бункере 6 с подсосом балластного газа, обеспечивающего дополнительное охлаждение частиц. Очистка газовой среды осуществляется в рукавном фильтре 7. Для компенсации гидравлических потерь и подсоса балластного газа используется втяжной вентилятор 8.
В качестве рабочего газа использовался сжатый воздух от компрессоров, в качестве распыляемых металлов - чугун и медь. Результаты распыления:
1. Порошок чугуна, содержащий 1,05 (мас.%) марганца, 1,1 (мас.%) кремния. Массовая доля различных фракций порошка составила: менее 20 мкм - 5%;
от 20 до 40 мкм - 21%;
от 40 до 60 мкм - 41%;
от 60 до 80 мкм - 24%;
более 80 мкм - 9%.
2. Порошок меди, содержащий меди 99,99% (мас.%). Массовая доля различных фракций порошка составила:
менее 20 мкм - 7%;
от 20 до 40 мкм - 22%;
от 40 до 60 мкм - 42%;
от 60 до 80 мкм - 24%;
более 80 мкм - 5%.