Устройство для получения волокнистых материалов из расплава

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН ЗС 5 Р В 22 Р 9/1 О)гИ САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ 1 ифли Р ь мгфсо ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Московский авиационный технологический институт им. К. Э. Циолковского иВсесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологическийинститут источников тока(56) 1. Патент США3863700,кл. 164.87, опублик. 1975.2. Патент США4170257, кл. 164.87.опублик. 1979.3. К.Е. Маг 1 пдег апд С. Е. МоЫеу; Адчапсез(п Ме 11 Ех 1 гас 1 1 оп, Ва те 1 1 е, Соцгпв 1 а1.авога 1 ог(ез, Соцвв 1 а, Оп 1 о, 11 ЯА, 1978,р, 49-56. 54) (57) УСТРОЛСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ,801090502 А ИЗ РАСПЛАВА, содержащее теплсютводящий диск-кристаллизатор с приводом вращения, тигель, расположенный внутри индуктора, выполненного в виде катушки, соединенной с системой питания, средство подачи материала для расплавления и контакта с диском-кристаллизатором, отличающееся тем, что, с целью увеличения скорости охлаждения волокнистого материала и повышения его чистоты, оно снабжено системой поддержания контакта, выполненной в виде встречно-включенной относительно индуктора дополнительной катушки, расположенной между индуктором и диском-кристаллизатором в зоне плавления материала, двумя датчиками положения поверхности расплава и дифференциаль- д ным усилителем, при этом один датчик расЯ расположен под кристаллизатором в облас- фр 1 ти контакта, другой - над дополнительной Ю Ф катушкой, датчики входами соединены с С источником тока, а выходами - с входами дифференциального усилителя и включены в цепь питания индуктора.Изобретение относится к порошковойметаллургии, в частности к устройствам дляполучения волокнистых материалов из расплавов.Известны устройства для получения волокнистых материалов, содержащие ванну, кристалл изатор с приводом, системунагрева, как правило, индукционную, систему для создания контакта расплавкристаллизатор, выполненную в виде различных конусообразователей: поддув газа,погруженное в расплав вращающееся инородное тело, вытеснитель в виде рамки1 и 2,Недостатками известных устройств являются нестабильность контакта расплав -кристаллизатор, его большая площадь ивозможность взаимодействия расплава сматериалом тигля в процессе плавления.Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство,содержащее кристаллизатор с приводом,цилиндрический тигель, расположенныйвнутри индуктора, соединенный с системойпитания, и средство непрерывной подачиметаллического стержня 13,Недостатком данного устройства является относительно низкая скорость охлаждения материала за счет большой площадиконтакта расплава с кристаллизатором идлительного времени формирования слоя,вследствие чего получить волокнистые материалы малых сечений с высокой скоростьюохлаждения и уменьшить размер кристаллического зерна не удается. Недостаткомтакже является возможность взаимодействия расплава с материалом тигля, чтовызывает загрязнение расплава, а такженестабильность контакта из-за неравномерности поддува газа.Цель изобретения - увеличение скорости охлаждения волокнистого материалаи повышение его чистоты,Поставленная цель достигается тем, чтоустройство для получения волокнистых материалов из расплава, содержащее теплоотводящий диск-кристалли затор с приводом вращения, тигель, расположенный внутри индуктора, выполненного в виде катушки, соединенной с системой питания,средство подачи материала для расплавления и контакта с диском-кристаллизатором,снабжено системой поддержания контакта,выполненной в виде встречно-включеннойотносительно индуктора дополнительнойкатушки, расположенной между индуктором и диском-кристаллизатором в зоне плавления материала, двумя датчиками положения поверхности расплава и дифференциальным усилителем, при этом один датчик расположен под кристаллизатором в областиконтакта, а другой - над дополнительнойкатушкой, датчики входами соединены систочником тока, а выходами - с входами дифференциального усилителя и включены в цепь питания индуктора.Дополнительная встречно-включеннаякатушка посредством магнитного поля умень шает площадь контакта конуса расплава скристаллизатором и устраняет возможность взаимодействия материала расплава с материалом тигля. Малая площадь контакта ведет к формированию более тонкого слоя затвердевшего материала, охлаждающегося с большой скоростью.Отсутствие взаимодействия расплавас тиглем ведет к сохранению химического состава исходного материала, что позволяет получать технический чистый продукт. Си стемы датчиков и дифференциального усилителя, включенные в цепь питания индуктора, позволяет регулировать площадь контакта, а следовательно, толщину получаемого волокна и скорость его охлаждения, позволяет поддерживать режим работы непрерывным, а контакт постоянным.На чертеже схематически представленоустройство.Устройство для получения волокнистыхматериалов содержит индуктор 1, тигель 2, 25 кристаллизатор 3, привод(на чертеже условно не показан), металлический стержень 4, встречно-включенную катушку 5, причем для образования острого конуса достаточно иметь соотношение витков катушки 5 и индуктора 1 в соотношении 1:5; систему пита- ЗО ния 6, два емкостных датчика положенияконуса расплава 7, верхний датчик 8, расположенный под кристаллизатором 3, и нижний датчик 9, расположенный под встречно- включенной катушкой 5 у основания конуса 35расплава 7. Датчики 8 и 9 своими входами соединены с источником постоянного тока 10, а выходами - с дифференциальным усилителем 11, который усиливает сигнал ошибки и подает в цепь питания индуктора .40 Устройстчо работает следующим образом.Металлический стержень подается приводом (на чертеже не показан) в тигель и расплавляется подключенным к системе питания индуктором посредством электромагнитного поля.Дополнительная встречно-включеннаякатушка 5 магнитным полем формирует конус расплава и с помощью вращающегося кристаллизатора, находящегося в постоянном контакте с вершиной конуса 7, вытягивается тонкий слой материала.Форма конуса расплава 7 поддерживается постоянным магнитным полем от дополнительной встречно-включенной катушки, подключенной к системе питания, а также 55 двумя емкостными датчиками 8 и 9.Слой намерзшего на кромке кристаллизатора материала удерживается за счет сил адгезии, затем полностью остывает и1090502 Составитель А. Храмиков Редактор М. Дылын Техред И. Верес Ксрректор Л. Пилипенко Заказ 2989/12 Тираж 775 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д, 4/5 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4под действием термической усадки и центробежной силы отслаивается от кристаллизатора и отбрасывается в сторону. Скорость охлаждения 10 зК/с, что на два порядка превышает скорость охлаждения по сравнению с прототипом.Форма конуса расплава 7 поддерживается с помошью встречно-включенной катушки 5 и двумя датчиками 8 и 9, Для усиления эффекта стабилизации датчики 8 и 9 своими входами соединены с источником постоянного тока 10 для получения опорного напряжения на входе дифференциального усилителя 11. В случае стабильной работы всей системы питания сформированный конус расплава 7 имеет постоянную форму, что обеспечивает точечный контакт расплава с кристаллизатором 3. Если в системе индуктор 1 - катушка 5 увеличивается ток питания, то увеличивается и магнитная индукция, приводяшая к сужению основания расплава конуса 7. Нижний датчик 9 фиксирует уменьшение количества расплава, так как его емкость резко изменяется, а верхний датчик не реагирует на увеличение тока индуктора 1, так как количество расплава в области верхнего датчика 8 не изменяется. При уменьшении тока питания происходит уменьшение магнитного поля индуктора 1 и катушки 5, конус расплава 7 утолщается, В этом случае под действием силы тяжести резко увеличивается количество расплава у верхнего датчика 8, а у нижне го датчика 9 за счет оседания конуса количество расплава не изменяется, т. е. на дифференциальный усилитель поступает сигнал, и ток в цепи питания индуктора 1 и катушки 5 повышается до номинального.Таким образом, корректируя баланс то ков на индукторе и катушке, можно обеспечить постоянство формы конуса расплава.Пример, Получают волокна цинка. Химический анализ волокон, полученных предлагаемым устройством, указывает на то, 15 что химический состав материала, полученного из стержня марки Цн-О, не изменяется. В то же время материал, полученный посредством известного устройства, содержит примеси меди в количестве 0,3/е вес., что крайне неблагоприятно при произ водстве химических источников тока.Снижение содержания примесей в материалах электродов и увеличение поверхности раздела электрод-электролит за счет уменьшения размера волокна позволяет 25увеличить ем кость источника, например никель-цинкового аккумулятора (НЦ), с 95 до 142 А ч, что при годовом выпуске аккумуляторов 1 О млн. шт, позволит получить экономический эффект 200 тыс. руб.