Способ получения сферических гранул из металлического расплава

/06, 1988. ключается в том, жащего гранулиель. Затем произ- и герметизацию дит кристаллизаии инертным гагаза используют саба за а, подл ют в тигтигля происх лажде ертног кожуха, в которомция гранул при охзом. В качестве ин ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЪТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СФЕРИЧЕСКИХ ГРАНУЛ ИЗ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО РАСПЛАВА(57) Сущность спочто слитки металл ерованию, помещаводят заполнение Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности, к способу производства монодисперсных сферических гранул металла путем вынужденного капиллярного распада струи расплава.Основным недостатком известного способа является ограничение, которое накладывается на диапазон диаметров производимых гранул. Ограничение связано с тем, что диаметр получаемых капель О при возбуждении струи сигналом с длиной волны А =и/ГО (где О - диаметр струи) определяется диаметром струи (О = 1,90), . который в свою очередь зависит от диаметра канала истечения и средней скорости струи, Минимальный предельный диаметр технический азот. Над расплавом в тигле устанавливают давление азота такое, чтобы скорость истечения через фильеру соответствовала значению числа Рейнольдса йе = 2300. Двумя сигналами возбуждениярегулируемых возмущений с частотными характеристиками Ро и 1 о = и Ро производят диспергирование струи расплава, истекающегоиз тигля на капли основного размера и капли - спутники меньшего размера. Температуру газовой среды поддерживают в диапазоне, оптимальном для получения капель основного диаметра, Способ обладает возможностями получения сферических гранул двух фракций, причем уровень выхо- Я да порошка мелкой фракции порошка повышается. 3 ил., 1 табл,струи ограничивается трудностями изготов- р ления каналов малого диаметра и фильтрации жидкости и не может быть сделан как угодно малым. Минимальный диаметр про- + изводимых в настоящее время каналов истечения составляет порядка 30 мкм, Поэтому минимальный диаметр гранул, производимых по способу (1, имеет предел (О =60 мкм).Целью изобретения является расширение функциональных возможностей способа за счет одновременного формирования гранул двух фракций и расширения диапазона диаметров производимых гранул,Указанная цель достигается тем, что в способе получения монодисперсных сферических гранул из металлического расплава 1 струю возбуждают комплексным сигналом, состоящим из двух частотных компонент - сигнала основной частоты Ео; определяемой минимальным временем вынужденного капиллярного распада Ео - , где: О - диаметр струи; Ч - средЧкжОняя скорость истечения струи; к - безразмерное волновое число, равное для маловязких жидкостей, включая расплавы металлов 0,7, и гармонической составляющей основного сигнала 1 о = и Ео, где и =( - )Оз б - целое число, определяющее отношение, диаметровосновной капли О и капли-спутника б, температуру инертной среды поддерживают в диапазоне, оптимальном для основных капель (капель большего диаметра), капли в момент отделения от струи электрически заряжают, что приводит к их автоматической сепарации в электрическом поле из-за разного отношения величины заряда к массе у основных капель и капель- спутников.Распад струи расплава металла в предлагаемом изобретении происходит под действием комплексного возбуждения, содержащего частоты Ео и Ь = пЕо Это позволяет получать наряду с основными монодисперсными каплями дополнительные капли-спутники, диаметр которых может быть меньше основных на порядок и более, Во избежании слияния основных капель с каплями-спутниками разного размера из-за сильной разницы в их аэродинамическом сопротивлении, предусмотрено их разделение в электрическом поле. Капли подвергают электрической зарядке, а затем под действием электрического поля капли-спутники, как менее инерционные, т.е. приобретающие большее отношение заряда на капле к ее массе при одинаковом зарядном потенциале, отклоняются в сторону.Для решения вопроса о применении в данном случае полученных в 1) рекомендаций для расчета рабочего диапазона температуры инертной среды сс следует рассмотреть зависимость характерных времен процесса от диаметра гранул. Рабочий диапазонв 1 определялся из соотношенияс (Гс ( Тк (1)О 2где г = -- время сфероидизации;20 уОрСР т, - т,го 6 1 и - время охлаждетк тсния капель,7, = /д Ч 1 - время коагуляции капель. Поскольку коэффициент теплоотдачисвязан с диаметром капли соотношениема О(2), то зависимость времени охлаж,4дения капель от диаметра будет иметь сле 5 дующий вид то О . Тогда отношение1,4времени сфероидизации и охлаждения будет: хсо-О. Отсюда следует, что выполО,бнение левой части условия (1) для основныхкапель всегда будет с запасом соответство 10 вать выполнению его для капель-спутников.То же самое относится и к правой частиусловия (1), поскольку время охлаждения основных капель существенно больше, чем укапель-спутников, а времена их коагуляции15 практически равны, Таким образом, рабочий диапазон инертной среды при гранулировании с комплексным возбуждениемструи следует определять, используя рекомендацию из 1) для основных капель,20 Способ можно осуществить в устройствах, рассмотренных в 11 с добавлением кним системы отклонения капель-спутников.Пример одного из таких устройств показанна фиг.1. Схема устройства содержит следу 25 ющие основные элементы: тигель 1, расплав2, нагреватель 3, пьезоэлектрический преобразователь 4 и насадок 5, образующие всовокупности генератор капель, Кроме того,устройство содержит: зарядные 6 и отклоня 30 ющие 7 электроды, кожух 8, заполненныйинертной средой и регулятор температуры9, Приемник гранул выполнен в виде корпуса 10, разделительной жидкости 11 и затвора 12.35 Гранулирование производилось следующим образом,Слитки металла, подлежащего гранулированию помещаются в тигель. Затем производится заполнение тигля и герметичного40 кожуха, в котором происходит кристаллизация гранул при охлаждении, инертным газом, В качестве инертного газаиспользуется технический азот (содержание кислорода не более 0,5 О). Нагрев и под 45 держание необходимой температурырасплава металла в тигле осуществляетсяпри помощи нихромового нагревателя, питание к которому подводится от системыавтоматического регулирования температу 50 ры типа ВРТ.Для измерения температуры используются хромель-алюмелевые термопары диаметром 0,5 мм. При помощи газовогоредуктора системы поддавливания устанав 55 ливается давление азота над расплавом втигле так, чтобы скорость истечения черезфильеру соответствовала значению числаРейнольдса Ве = 2300. При этом используются предварительно полученные расходные характеристики применяемой фильеры. При помощи пьезоэлемента, подключенного к генератору, осуществляется возбукдение струи.Комплексным сигналом, включающим две частотные компоненты Ео и то = пРО, где и - целое, приводят к разбиению струи металлического расплава на основные капли и капли-спутники меньшего диаметра. Затем определяется диапазон температуры инертного газа, охлаждающего капли путем расчета для основных капель по математическому выражению, полученному в 11, Регулятор температуры инертного газа, подаваемого в кожух для охлаждения капель настраивается на значениетемпературы, соответствующее середине рассчитанного диапазона,С целью автоматической сепарации основных капель и капель-спутников в месте разбиения струи на каплиустанавливается зарядный электрод 6 в виде кольца (цилиндра или пластины с отверстием), к которому прикладывается постоянное напряжение 0 величиной в несколько сот вольт, Под его действием капли приобретают индукционные заряды, пропорциональные 0 и емкости капли, которая, в свою очередь, пропорциональна диаметру капли, В электростатическом поле отклоняющих электродов 7, расположенных ниже зарядного электрода, происходит разделение потоков основных капель и капель-спутников, причем отклонение потока капель-спутников всегда больше, поскольку у них больше отношение заряда на капле к ее массе. Действительно, как было показано выше, заряд, приобретаемый каплей при индукционной зарядке пропорционален ее емкости, т,е. диаметру О (или б - для капли-спутника) их же объем пропорционален О (бз). Следовательно, отношение заряда капель к массе ц/щ пропорционально 1/О и 1/0 соответгственно. Выполнение этих условий позволяет получать наряду с порошком из монодисперсных сферических основных гранул с диаметром О = 1,9 О 1 высококачественный порошок из гранул, диаметр которых может быть меньше, чем у основных на порядок и более,Данные по технологии получения гранул из свинца диаметром 150 мм и 35 мкм сведены в таблицу. В таблице приводятся: диаметр фильеры - Оф, температура металла в тигле - тм, температура охлаждающего гранулы инертного газа (азота) - тс, избыточное давление газа в тигле Рт, средняя скорость капель - Ч 1, максимальное значение нестабильности скоростей капель - к= д Ч;/Ч, где д Ч - пульсации скоростей капель, частота возбуждения струи на основной гармонике - Го, частота дополнительной гармоники - 1 о, средний диаметросновных гранул - О, средний диамето гра 5 нул мелкой фракции - б, дисперсия подиаметрам основных гранул - Й 1, дисперсияпо диаметрам малых гранул - йг, параметрформы ссновных гранул - Р 1 = (О - О,)/Огде О - максимальный диаметр гранулы; Оэ10 - диаметр эквивалентной сферы, параметрформы мелких гранул - Рг, напряжение назарядном электроде - 01, напряжение наотклоняющих электродах 0 г.Предлагаемый способ поясняется таб 15 лицей,Как показали исследования, применение предлагаемого способа позволяет получать наряду с высококачественнымигранулами основной фракции, гранулы мел 20 кой фракции подобного качества. Иллюстрацией этого является фиг.2 и 3, на которыхпоказана фотография порошка из двухфракций диаметром 150 и 35 мкм и распределение по размерам гранул каждой из25 фракций. Из данных фиг.З видно, что наблюдается высокий уровень монодисперсностикак у гранул мелкой фракции (кривая 2), таки у гранул основной фракции (кривая 1). Получить другими способами монодисперснь 1 е30 сферические гранулы малого диаметра (порядка 60 мкм и меньше) в настоящее времяне возможно,Ф о р мул а и зоб рете н ияСпособ получения сферических гранул35 из металлического расплава, включающийдиспергирование струи расплава в инертной среде под воздействием вынужденныхрегулярных возмущений на струю, о т л и ча ю щ и й с я тем, что, с целью расширения40 технологических возможностей за счет одновременного формирования гранул двухфракций с дисперсностью наиболее мелкойфракции гранул 60 мкм и ниже, воздействиевынужденными регулярными возмущения 45 ми проводят двумя сигналами возбужденияс частотой одного из сигналов, устанавливаемой из соотношенияЧ;со50 где О 1 - диаметр струи;Ч; - средняя скорость истечения струи;к - безразмерное волновое число, равное для маловязких жидкостей, включаярасплавы металлов, 07,55 и с частотой дртого сигнала, устанавливаемой из соотношения: 1 О = п Ро, где и = ( - )б- целое число, определяющее отношениедиаметров основной капли О и капли-спут1764824 Ьф, мкм со К фс,К Рк К, Чк мlс Ро КГЦ 1 о. КГЦ О, мкм Ь, мкм Й 1.Й 2 о Р 1,Р 2, то О 1. В Ок, 0 МПа 80 550 250 0,3 0,5 4,9 14 1100 150 Эб 1,5 2,5 0,5 0 5 500 1000 ника б, причем воздействие вынужденнымирегулярными возмущениями осуществляютпри температуре инертной среды,оптимальной для формирования гранулбольшего диаметра, а при диспергированииструи образующиеся капли электрически заряжают и подвергают сепарации.1764824 го оо .8 едэк Производственно-издательски аказ 3335 ВНИИП ю г 4 ЮФАЗ Составитель В.АнкудиновТехред М.Моргентал Корректор М.Шулла Тираж Подписноеосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГК113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 бинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101