УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПОРОШКА ИЗ РАСПЛАВА

Полезная модель относится к области порошковой металлургии, в частности, к устройствам для получения металлических порошков из расплавленного металла.
Необходимо отметить, что в настоящее время порошковые материалы используются практически в любой области техники, и объем их применения непрерывно расширяется. Это связано как с возрастающей ролью, которую выполняют материалы вообще, так и со специфическими особенностями, присущими только порошковым материалам. Так, например, развитие электронной техники было бы невозможно без развития производства полупроводников, то же можно сказать в отношении космической техники, ядерной энергетики и многих других отраслей человеческой деятельности.
Существует множество различных методов для получения металлических порошков из расплава металла. Одним из таких перспективных методов получения металлических порошков является метод ударно-центробежного распыления расплава металла. Однако до настоящего времени этот метод не получил должного распространения в промышленности для крупнотоннажного производства металлических порошков, в связи с трудностью обеспечения высокого выхода металлического порошка заданного размера. Оборудование, направленное на реализацию данного метода, зачастую отличается достаточно сложной конструкцией и при этом не всегда высокой надежностью, большими габаритами, а также требует больших производственных площадей. В основном использование существующего оборудования влечет за собой сравнительно высокий расход электроэнергии. Таким образом, существует тенденция разработки оборудования для реализации метода ударно-центробежного распыления расплава металла, использование которого помогло бы преодолеть описанные выше недостатки.
Из патента Российской Федерации №2009028 известен способ получения порошков, который реализуется с помощью устройства, содержащего тигель с расплавом металла, разбрызгиватель, который расположен в герметичной камере. Разбрызгиватель имеет лопатку и в центре его установлен дозатор легкокипящей жидкости, поступающей под действием центробежной силы на лопатку в виде пленки. В герметичной камере выполнены отверстия для подачи расплава и для удаления смеси легкокипящей жидкости и порошка.
Недостатками описанного технического решения является сравнительная сложность конструкции устройства, обусловленная необходимостью дозирования легкокипящей жидкости, а также использованием во время процесса инертного газа. Также к недостаткам в данном случае можно отнести то, что получают порошок с частицами, имеющими правильную сферическую форму, что в свою очередь не позволяет обеспечить получения порошка с низкой насыпной плотностью.
Наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели является устройство для получения металлического порошка из расплава, описанное в патенте Российской Федерации №2020044 и содержащее принимающую емкость для расплава, имеющую выходное отверстие для подачи струи расплава, разбрызгиватель, приводимый в движение приводом, емкость для сбора металлического порошка, заполненную охлаждающей жидкостью, а также систему обеспечения циркуляции охлаждающей жидкости. При этом разбрызгиватель выполнен в виде круглого блока из огнеупорного материала и соединен с приводом, выполненным в виде гидроцилиндра, посредством вертикального стержня, что обеспечивает возвратно-поступательное перемещение разбрызгивателя в вертикальном направлении.
Недостатком описанного технического решения является сложность конструкции описанного устройства, а также снижение долговечности и надежности устройства, что обусловлено возможностью размывания расплавленным металлом разбрызгивателя.
В основу полезной модели поставлена задача разработать устройство для получения металлических порошков из расплава, которое за счет простоты и надежности своей конструкции позволит обеспечить высокий выход металлических порошков заданных фракций, обеспечить снижение расхода электроэнергии и повышение экономической эффективности внедрения данного устройства.
Поставленная задача решается тем, что разработано устройство для получения металлического порошка из расплава, содержащее принимающую емкость для расплава, имеющую выходное отверстие для подачи струи расплава, разбрызгиватель, приводимый в движение приводом, емкость для сбора металлического порошка, заполненную охлаждающей жидкостью, а также систему обеспечения циркуляции охлаждающей жидкости, при этом система обеспечения циркуляции охлаждающей жидкости содержит устройство для подачи охлаждающей жидкости на поверхность разбрызгивателя, который выполнен в виде диска с ударными лопатками.
Такая реализация устройства позволяет обеспечить надежность осуществления процесса получения металлического порошка из расплава за счет подачи охлаждающей жидкости на поверхность разбрызгивателя, что не позволяет расплавленному металлу взаимодействовать с ударными лопатками и значительно повышает их стойкость. Кроме того, выполнение разбрызгивателя в виде диска с ударными лопатками позволяет обеспечивать ударно-центробежное распыление расплава металла. При этом принимающая емкость размещена относительно разбрызгивателя таким образом, что струя расплава ударяется о поверхность разбрызгивателя с одного его края, что в совокупности с конструкцией диска с ударными лопатками позволяет обеспечить оптимальное распыление на мелкие частицы металлического порошка, при этом практически все образующиеся частицы попадают в емкость для сбора металлического порошка, заполненную охлаждающей жидкостью, где твердеют, охлаждаются и накапливаются на дне. Таким образом, применение данного устройства позволяет обеспечить достаточно высокий процент выхода годного к
дальнейшему применению порошка - 90-92%, что обуславливает высокую экономическую эффективность внедрения данного устройства.
Получаемый при помощи данного устройства металлический порошок имеет неправильную геометрическую форму, что способствует снижению его насыпной плотности. Также получаемый металлический порошок обладает достаточно хорошей прессуемостью.
Целесообразным является такая реализация устройства, при которой система обеспечения циркуляции охлаждающей жидкости содержит бак-отстойник для хранения избыточной охлаждающей жидкости, сопряженный с емкостью для сбора металлического порошка. Когда указанная емкость для сбора металлического порошка наполняется охлаждающей жидкостью выше определенного уровня, осуществляется ее перелив в бак-отстойник по специально предусмотренному трубопроводу. В баке-отстойнике вода отстаивается, после чего снова подается на поверхность разбрызгивателя с помощью центробежного насоса. Описанные характеристики устройства обеспечивают простоту его конструкции. Кроме того, не требуется больших затрат на изготовление и обслуживание составных частей устройства, что повышает экономическую эффективность его внедрения.
Целесообразно принимающую емкость выполнять подогреваемой, что позволяет сохранять необходимые свойства жидкого расплава металла после его подачи из плавильного агрегата вплоть до его подачи на поверхность разбрызгивателя.
В качестве привода в устройстве установлен электродвигатель, с помощью которого регулируется скорость вращения диска с ударными лопатками, а соответственно и гранулометрический состав порошка. Это позволяет расширить спектр применения устройства для различных металлов и сплавов, а также для материалов с различными физическими свойствами. Устройство позволяет обеспечить сравнительно низкий расход электроэнергии на 1 кг, который составляет 4-8 Вт.
Предпочтительным является использование данного устройства для получения порошков меди и медных сплавов, в этом случае в качестве расплава используется расплав меди и медных сплавов. Однако данным примером заявляемая полезная модель не ограничивается и может быть использована для получения порошков других металлов и сплавов.
Следует отметить, что благодаря тому, что использование данного устройства обеспечивает высокий процент выхода металлического порошка высокого качества и заданного размера, обеспечивается возможность использования устройства в промышленности для крупнотоннажного производства металлических порошков, что существенно повышает экономическую целесообразность внедрения данного устройства. Кроме того, заявляемое устройство имеет сравнительно маленькие габариты, потому не требует больших производственных площадей.
Перечень графических материалов
Фиг.1 - схематическое изображение устройства для получения металлического порошка из расплава.
На фиг.1 представлено схематическое изображение устройства для получения металлического порошка из расплава, которое содержит принимающую емкость 1 для расплава, имеющую выходное отверстие 2 для подачи струи 3 расплава, разбрызгиватель 4, приводимый в движение приводом 5, емкость 6 для сбора металлического порошка 7, заполненную охлаждающей жидкостью 8, систему обеспечения циркуляции охлаждающей жидкости, которая содержит бак-отстойник 9 для хранения избыточной охлаждающей жидкости 8 и устройство для подачи охлаждающей жидкости 8 на поверхность разбрызгивателя 4, которое представляет собой центробежный насос 10. Кроме того, на фигуре представлена индукционная тигельная печь 11 для приготовления расплава металла.
Работа устройства для приготовления металлического порошка из расплава осуществляется следующим образом.
В индукционной тигельной печи 11 готовят расплав металла, например, расплав меди и медных сплавов. Приготовляемый расплав перегревают до температуры 100-150°С выше температуры плавления. Приготовленный расплав из печи 11 сливают в подогреваемую принимающую емкость 1 для расплава, из которой через выходное отверстие 2 струя 3 расплава ударяется о поверхность разбрызгивателя 4, который выполнен в виде диска с ударными лопатками, с помощью которых струя разбивается на мелкие частицы металлического порошка 7. Гранулометрический состав порошка регулируют изменением скорости вращения диска, которую, в свою очередь регулируют с помощью привода 5. Образовавшиеся частицы металлического порошка 7 попадают в охлаждающую жидкость 8, находящуюся в емкости 6, где охлаждается и оседает на дно. Охлаждающая жидкость по мере наполнения емкости 6 перетекает в бак-отстойник 9, где отстаивается, после чего ее с помощью центробежного насоса 10 под давлением снова подают для охлаждения разбрызгивателя 4. После окончания процесса охлаждающую жидкость сливают из емкости 6 и выгружают полученный металлический порошок 7 на металлические поддоны, после чего его передают на участок сушки. Поддоны с порошком устанавливают на стол электрического или газового сушила и производится его сушка в течение 20-30 минут. Просушенный порошок просевают в вибросите на необходимую фракцию и засыпают в тару и упаковывают. В качестве охлаждающей жидкости используют воду.
Таким образом, заявляемая полезная модель представляет собой устройство для получения металлических порошков из расплава, которое за счет простоты и надежности своей конструкции позволяет обеспечить высокий выход металлических порошков заданных фракций, обеспечить снижение расхода электроэнергии и повышение экономической эффективности внедрения данного устройства.