УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОГО ПОРОШКА, СОДЕРЖАЩЕГО ФОСФОР
METHOD OF PRODUCING IRON POWDER THAT CONTAINS PHOSPHORUS

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к устройствам для получения железного порошка, содержащего фосфор.
Известно, что железный порошок, содержащий фосфор, получают смешением карбонильного железа с элементарным фосфором и нагреванием полученной массы во вращающейся трубке из жаропрочного материала, например из кварца (патент РФ №2211113, МПК B22F 1/00, C22C 1/04, 33/02, опубл. 27.08.2003 в бюл. №24). За счет значительной реакционной способности порошка карбонильного железа в реакционной емкости протекает экзотермическая реакция. Реакцию проводят при атмосферном давлении и с постоянной продувкой инертного газа. Далее полученный продукт охлаждают и измельчают в порошок, например, с помощью мельниц.
Таким образом, следует отметить, что осуществление известного способа получения порошка карбонильного железа, содержащего фосфор, в реакционной емкости, имеющей корпус в виде нагреваемой трубы из жаропрочного материала, будет сопровождаться значительным выделением фосфора в виде паров в атмосферу инертного газа. Унос же фосфора из реакционной емкости с инертным газом снижает выход продукта (фосфидов железа) и повышает опасность проведения реакционного процесса. Кроме того, охлаждение железного порошка в естественных условиях требует значительного времени, что увеличивает продолжительность технологического процесса.
Задачей настоящего изобретения является создание устройства для получения железного порошка, содержащего фосфор.
Поставленная задача решается следующим образом.
Устройство для получения железного порошка, содержащего фосфор, имеющее корпус в виде трубы из жаропрочного материала, выполнено таким образом, что корпус содержит крышку и днище с возможностью обогрева, на корпусе выполнены верхняя и нижняя распределительные камеры с патрубками для теплоносителя, распределительные камеры соединены теплообменными каналами, поверх теплообменных каналов выполнены электрические нагреватели, а во внутренней полости корпуса установлен стакан для реакционной смеси. В предлагаемом устройстве теплообменные каналы выполнены в сечении в виде полукруга, треугольника, квадрата или прямоугольника. Устройство содержит патрубки для подвода и отвода инертного газа.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлен общий вид устройства для получения железного порошка, содержащего фосфор, и вид А-А данного устройства.
Устройство для получения железного порошка, содержащего фосфор, имеет корпус 1 в виде трубы из жаропрочного материала. Корпус 1 содержит крышку 2 и днище 3, причем днище 3 имеет возможность обогрева с помощью электрического нагревателя 8. На корпусе 1 выполнены верхняя 5 и нижняя 6 распределительные камеры с патрубками для теплоносителя. Распределительные камеры 5 и 6 соединены теплообменными каналами 7. Теплообменные каналы 7 могут быть выполнены в сечении в виде полукруга, треугольника, квадрата или прямоугольника. Поверх теплообменных каналов 7 выполнены электрические нагреватели 8. Во внутренней полости корпуса 1 устанавливается стакан 4 для реакционной смеси. На корпусе 1 устройства выполнены патрубки 9 для подвода и отвода инертного газа.
Устройство для получения железного порошка, содержащего фосфор, работает следующим образом.
1
2
2
2
Предварительно перемешанная смесь из порошка карбонильного железа и красного фосфора загружается в стакан 4, который помещается во внутреннюю полость корпуса 1 на днище 3 устройства. Корпус 1 герметично закрывается крышкой 2. В крышке 2 и в корпусе 1 могут быть предусмотрены патрубки для замера режимных параметров (давления и температуры). Устройство предварительно продувается инертным газом, например азотом, посредством патрубков 9, затем закрывается вход и выход инертного газа и устанавливается заданное начальное избыточное давление в корпусе 1. Далее устройство нагревается до заданной температуры с помощью электрических нагревателей 8, которые выполнены поверх теплообменных элементов 7 и под днищем 3. Теплообменные каналы 7 могут быть выполнены в сечении в виде полукруга, треугольника, квадрата или прямоугольника. Такая форма каналов 7 является наиболее технологичной для намотки на них электрических нагревателей 8. Тепло от электрических нагревателей 8 во внутреннюю полость корпуса 1 передается в основном за счет теплопроводности материала стенки теплообменных элементов 7. Далее нагрев отключается и реакция образования порошка карбонильного железа, содержащего фосфор, протекает за счет выделения тепла при экзотермической реакции в стакане 4. Окончание реакции фиксируется по началу падения температуры в устройстве. Затем устройство интенсивно охлаждается до безопасной температуры путем подачи теплоносителя, например воды, в теплообменные каналы 7 через патрубок в нижней распределительной камере 6. Отвод теплоносителя из устройства осуществляется посредством патрубка в верхней распределительной камере 5. Интенсивность охлаждения продукта в предлагаемом устройстве в несколько раз выше, чем охлаждение в естественных условиях. Это легко доказывается путем анализа показателей интенсивности теплоотдачи от какой-либо поверхности в воздух (при естественных условиях) и в воду. Коэффициент теплоотдачи в воздух α=35-60 Вт/(м·гр), коэффициент теплоотдачи в воду α=1200-5800 Вт/(м·гр) (Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Л.: Химия, 1981. С.169). Таким образом, охлаждение продукта в устройстве будет происходить в 30-100 раз интенсивней.
После охлаждения устройства до безопасной температуры из него извлекается стакан 4 при открывании крышки 2. Полученный спеченный продукт удаляется из стакана 4 и далее измельчается.
При таком проведении процесса в предлагаемом устройстве мы имеем продукт, не содержащий свободного элементарного фосфора. В газовой фазе из устройства свободный элементарный фосфор также не обнаружен.
Таким образом, потери фосфора отсутствуют, и выход продукта составляет до 100%. Отсутствие выделения фосфора в газовую фазу повышает также уровень взрыво-пожаробезопасности, а интенсификация охлаждения продукта снижает продолжительность технологического процесса.
Таким образом, предлагаемое техническое решение показывает эффективность устройства для получения железного порошка, содержащего фосфор.