УСТАНОВКА ЦЕНТРОБЕЖНО-ГАЗОВОГО РАСПЫЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО РАСПЛАВА

Полезная модель относится к порошковой металлургии, преимущественно для получения особо дисперсных металлических порошков сферической формы и порошков-чешуек с микрокристаллической и наноразмерной структурой и может быть использована в металлургии и машиностроении.
Известно устройство для получения металлических гранул, 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. В рассматриваемом устройстве отсутствует возможность удаления охлаждающей жидкости в процессе распыления металла, что приводит к ее перегреву и снижению эффективности охлаждения гранул. [А.С. №863190]
Известно устройство для получения металлических гранул [RU патент №2125923]. Устройство содержит разливочную емкость с отверстиями в боковых стенках, расположенную в баке с охлаждающей средой. С наружной стороны разливочной емкости, соосно с ней, установлен стакан с отверстиями. Отверстия в стакане и емкости выполнены соосно. Диаметр отверстий стакана больше диаметра отверстий разливочной емкости. Емкость и стакан соединены между собой неподвижно. В устройстве не требуется закручивание охлаждающей среды, что исключает взрывоопасность устройства. Обеспечивается также увеличение скорости затвердения гранул. Недостатками устройства являются непригодность стакана-распылителя с отверстиями для получения гранул из металлов и сплавов с высокой (более 700°C) температурой плавления, а также крупный размер гранул.
За прототип принята установка для получения металлических гранул [RU патент №79817]. Установка включает герметичную камеру, заливочную воронку, стакан-распылитель, емкость для охлаждающей жидкости и сбора гранул, приводы вращения стакана распылителя и емкости, устройство для подачи охлаждающей жидкости, сливную трубу. Для получения порошков чешуйчатой формы установка оборудована отражателем в виде усеченного конуса, смонтированного на внутренней стороне крышки камеры установки. Отражатель выполнен из материала с высокой теплопроводностью. Приводы вращения стакана-распылителя и емкости с охлаждающей жидкостью имеют регулируемые скорость и направление вращения. Камера установки имеет съемную крышку, а дно камеры расположено к ее оси под заданным углом, обеспечивающим самослив из камеры охлаждающей жидкости с гранулами. Основным недостатком прототипа является техническая сложность системы охлаждения и сбора гранул, что снижает надежность безотказной работы установки в целом. Кроме того, недостатком является и сравнительно крупный средний размер сферических гранул.
Задачей является упрощение конструкции установки и повышение дисперсности сферических частиц.
Для решения задачи предложена установка центробежно-газового распыления металлического расплава. Установка включает герметичную камеру со съемной крышкой, заливочную воронку, стакан-распылитель с приводом вращения, установленными внутри камеры. В верхней части камеры под крышкой установлены отражатель, эжектор и газовая форсунка. Отражатель выполнен из теплопроводного материала в виде усеченного конуса, закреплен на стенке камеры на одной высоте со стаканом-распылителем. Эжектор с тангенциальным подводом охлаждающей жидкости к поверхности отражателя прикреплен к стенке камеры. На крышке камеры в заливочной воронке смонтирована калибрующая трубка с нагревателем.
Нагреватель может быть выполнен в форме втулки с нихромовой спиралью.
Изменение направления движения распыленных центробежным способом сферических частиц происходит за счет установки газовой форсунки. Капли расплава под воздействием газовых потоков изменяют траекторию движения и направляются непосредственно в нижнюю часть камеры, заполненную охлаждающей жидкостью
Повышение дисперсности порошка сферической формы обеспечено за счет применения газовой форсунки с возможностью регулировать расход и скорость газа. С повышением кинетической энергии газового потока, которая определяется расходом и скоростью газа, капли распыляемого расплава становятся мельче. Кроме того, калибрующая трубка с нагревателем позволяет регулировать объем металлического расплава, поступающего в стакан-распылитель в единицу времени (расход расплава) и поддерживать на требуемом уровне температуру перегрева расплава. Чем меньше расход расплава и выше температура перегрева, тем мельче капли распыляемого расплава. В результате изменения перечисленных факторов, влияющих на размер капель расплава, возникает возможность регулирования дисперсности порошка путем оптимальной комбинации технологических факторов: расхода и скорости газового потока; расхода расплава и температуры его перегрева.
При образовании порошков чешуек процесс распыления осуществляется только под воздействием центробежных сил без участия распыливающего газа. При этом капли расплава попадают на поверхность отражателя, растекаются, приобретая форму чешуек, и смываются с поверхности отражателя струей охлаждающей жидкости, поступающей из эжектора. Далее, вместе с охлаждающей жидкостью порошки-чешуйки поступают в сборник порошка, а затем направляются на сушку.
Установка содержит герметичную камеру 1 со съемной крышкой 2. В камере размещен стакан-распылитель 3 с возможностью вращения с регулируемой скоростью от привода 4. Стакан-распылитель с приводом смонтированы на опорах, крепящихся к стенкам нижней части камеры. В верхней части камеры под крышкой установлены отражатель 5, эжектор для ввода охлаждающей жидкости 6 и газовая форсунка 7. Отражатель, выполненный из теплопроводного материала в форме усеченного конуса закреплен на внутренней поверхности камеры, на одинаковой высоте со стаканом распылителем с таким расчетом, чтобы при распылении капли расплава попадали на поверхность отражателя. Эжектор, например, в форме кольцевой трубки с соплами, через которые обеспечивается тангенциальный подвод жидкости, прикреплен к стенке камеры и размещен таким образом, чтобы потоки жидкости были направлены на поверхность отражателя. Газовая форсунка, например бесконтактного типа с регулируемым числом сопел и давлением газа, закреплена на стенке камеры над плоскостью распыления, причем ее сопла направлены параллельно оси вращения стакана-распылителя. На крышке камеры смонтирована заливочная воронка 8 с герметизирующей прокладкой 9 и калибрующей, например, кварцевой трубкой 10 с нагревателем 11.
Камера установки герметизируется, с помощью вакуумной системы. После создания разряжения до остаточного давления ≤1 мм.рт.ст. камеру заполняют защитным газом, например азотом или аргоном через газовую форсунку. Затем включают нагреватель калибрующей трубки и в камеру через эжектор заливают охлаждающую жидкость до уровня, соответствующего примерно 1/3 высоты камеры. После нагрева калибрующей трубки до температуры приблизительно 0,8 от температуры расплава, включают привод вращения стакана-распылителя. Этим завершается подготовка установки к работе. Далее, при изготовлении сферических порошков, в газовую форсунку под давлением 1-3 МПа подают распыливающий газ, после чего металлический расплав из ковша сливают в заливочную воронку. Легкоплавкая герметизирующая прокладка расплавляется и струя расплава поступает из воронки в стакан-распылитель. Под действием центробежных сил расплав поднимается по стенкам стакана-распылителя и срывается с его торца в виде пленки и капель, которые попадают под газовые струи форсунки, дополнительно диспергируются и отбрасываются в нижнюю часть камеры, заполненную охлаждающей жидкостью. Полученные порошки вместе с охлаждающей жидкостью самосливом поступают в сборник, из которого охлаждающая жидкость сливается через фильтр, а порошок направляется в сушильную камеру. При образовании порошков-чешуек подача газа через форсунку прекращается, капли расплава попадают непосредственно на поверхность отражателя, растекаются и мгновенно затвердевают в форме чешуек. Чешуйки смываются струями охлаждающей жидкости, поступающей из эжектора и вместе с жидкостью поступают в сборник порошка, а затем в сушильную камеру.
Упрощение конструкции в предлагаемой установке достигается тем, что установлены эжектор и газовая форсунка, что позволяет убрать из камеры установки прототипа вращающийся сборник порошка с приводом и сложную систему вывода из сборника охлаждающей жидкости с порошком. Повышение дисперсности сферических частиц позволяет получить особо дисперсные сферические порошки для аддитивных (3D) технологий, а также порошки-чешуйки с микрокристаллической и наноразмерной структурой для порошковых металлических изделий с особо высокими физико-механическими и функциональными свойствами.