Способ термообработки дисперсных материалов и аппарат для его осуществления

ОЮЗ СОВЕТСКИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИК А зи Е 26 В 3)З 113 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ЫМА А ВТОРСКОМУ С ТЕЛЬСТ 4 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(71) Ордена Трудового Красного Знамени институт тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова(54) СПОСОБ ТЕРЧООБРАБОТКИ ДИС - ПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ И АППАРАТ Д,1 Я ЕГО ОСУ 1 ЦЕСТВЛЕНИЯ.(57) 1. Способ термообработки дисперсных материалов путем их контакта со слоем ферромагнитных частиц, на которые на клады ва ют импульсное ма гнитное поле, итлицаюгггайся тем, что, с целью интенсификации процесса термообработки, импульсное магнитное поле создают с помощью однополупериодного тока, получаемого при выпрямлении переменного тока промышленной частоты с числом полуволн до 20 в секунд. причем одновременно с импульсным манитным полем на слой) накладывапот переменное мапштнос поле напряжкенность, равной по меньшей мере коэрцитивной силе материала ферромагнитных частиц.11(1) 5) 4 2. Аппарат для термообработки дисперс. ных материалов, содержащий вертикальный корпус с провальными решетками, образукэщими секции, частично заполненные ферромагнитными частицами, и магнитную систему, расположенную снаружи корпуса, отл(- чаюи(ийся тем, что, с целью повышения качества обработки, каждая секция дополнительно разделена посредством горизонталь. ных провальных и вертикальных концентрпИзобретение относится к технике сушки дисперсных материалов с помощью электромагнитного поля и может найти применеНе в металлообрабатывающей, металлургической, химической и других отраслях промышленности.Известен способ сушки дисперсных мат( - риалов путем создания в секциях аппарата, заполненных ферромагнитными частицами, вращающегося электромагнитного поля 1.Недостатком этого способа является низкая интенсивность процесса сушки.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ термообработки дисперсных материалов путем их контакта со слоем ферромагнитных частиц, на которые накладывают импульс,ое магнитное поле 2.Недостатком известного спосооа являе;- ся низкая интенсивность процесса сушки вследствие неравномерности термообработки.Известен смеситель, состоящий из вертикального корпуса, секционированного провальными решетками, причем в каждой секции размещены ферромагнитные частицы, а корпус охвачен электромагнитным устройством, создающим вращающееся магнитное поле 3.Недостаток этого смесителя заклкэчается в неравномерном распределении ферромагнитных частиц в рабочем объеме аппарата и неравномерности обработки.Наиболее близким к предлагаемому является аппарат для термообработки дисперсных материалов, содержащий вертикальный корпус с провальными решетками, образуощими секции, частично заполненные ферромагнитными частицами, и магнитнук, систему, расположенную снаружи корпуса 1.Недостатком известного аппарата является низкое качество обработки материала вследствие неравномерности.Целью изобретения является интенсификация процесса термообработки и повыцение качества обработки.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу термообработки диспер- ных материалов путем их контакта со слоем(С К Н Х П Е 1) ( Г . П Г) ДО К 1111 5 С Н К 11, П П ИС М В Е :р Оро.(ки чьнОлнены в ниде короткозамк)ты; ток проводящих колец, а ферромаги Г" ыс ат 11111,1 разменсны в указанных 5 ЧЕПК 3 лппатат н) и, 2, отличаюцийс Гем, го к( рпус снабжен электронагревателями, размеценными снаружи в зонах расположения фе р ром а)итпь;х 1;1 тп и.(РСРРО)ЯНИ НЫХ ЧаТИ 1, Па КОТОРЫ( ННКЛа - д,в(ю имгхл),снов ма;1 т;Ое поле, послс- ;1 НСС. Соэла О ПОТО(1 ЬЮ О, НОЛ ОЛХ ПСРИОДНО- го тока, иолуасмоО при выпрямлении пере м(.нпОГО тока промышл(.иной Частоты с чис,сд Н)луволн до 2 в секу):г(у, прие.; Одновременно с импульсным ма нитны.", Нолем на слой пакладываОт перемени)е магнитное попс пагряженносгью, равной чо меньшей 10мере коэрпигивной силе материала феоромагНнтНЫх ЧаСГИЦ.Ьроме ТОГО., в аппарате длн те 1)моооработки дисперсных матералов. содержацем нер Нкальный корпус с провальными решетками, образуюними скн: частично 15 заполенныс ферромагнит и:,.: астицами,и хагнитнук) систему, ра(оложенну(О снаружи корпуса, каждая секция до олгительпо разделе:а посре нствоморГзонпгальных провальных 1: вер;. Нкальных конценгрическнх перегородок на ячейки, причем все переГородки выНлиепы в виде коро)козамкнут;.,х токопроводяцих колена феррома.нитные частицы размещены в указанных ячейкахх.11 ри этом аппарат може.г быть снабженэлектронагревателями,размещенными снаружи в зонах расположения ферромагнитных частиц.На фиг. 1 показан аппарат, общий вид;на фиг. 2 -- разрез АА на фиг. 1; на фиг. 3 электрическая схема работь: аппара та; на фиг. 4 - зависимость амплитуды колеОаНИЙ фРРРОХ 1 аГНИТНЫХ ЧаСТИ 1, ОТ ЧаСТОТЫ ихГгльсов магнитного поля. Аппарат содержит корпус 1, охваченный электромагнитными катушками 2 и секционированный провальными решетками 3, на которых расположен слой ферромагнитных частиц (шаров 1 4, разделенный короткозамкнутыми кольцевыми перегородками 5, например, выполненными из меди,:окрытой никелем. Этг перегородки делят слой на три концентрических слоя. Внутри колец 5 установлены нема. нитные направляюцие с поперечными усиками, ограничивак)щие амплитуду вибрации колец в импуьснох) маг109564 5 10 15 30 35 40 45 50 55 нитном поле. Над нижним основанием элект ромагнитной катушки 2 размегцены перфорированные магнитопроводы 6 и 7, в ячейках которых расположены короткозамкнутые токопроводящие кольца 8 и 9, ограничивающие в вертикальном направлении амплитуду колебания слоя шаров 4, сквозь кото.- рый во время его колебания проходит оорабатываемый материал 10. Снаружи электромагнитной катушки 2 расположен внешний магнитопровод 11, а снаружи корпус 1 охвачен электронагревателем 12.Аппарат работает следующим образом.В корпус 1 загружают сырой обрабатываемый материл 1 О, который в отсутствие магнитного поля не проходит через слой шаров 4. При подключении электромагнитных катушек 2 к источнику импульсного тока шары 4, вибрируя, периодически совершают возвратно-поступательное движение, при этом вибрация передается обрабатываемому материалу 1 О и он дозированно проходит между шарами, которые дробят комки мокрого материала. Одновременно материал подвергается нагреву вибрирующими токопроводящими перегородками 5, а также электронагревателем 12. Токопроводящие перегородки, образованные токопроводящими кольцами 5, 8 и 9, препятствуют шарам 4 неравномерно перераспределяться в объеме, охваченном электромагнитными катушками 4, таким образом, чтобы они образовывали бы полый магнитный экран, экранирующий магнитное поле. Такое ограничение перемещения ферромагнитной насадки обеспечивает направление пондеромоторной силы Е=РоЖУ Н ргали Н вверх и исключает попадание этой насадки в зону торможения, лежащую выше центра электромагнитной катушки 2, где эта сила направлена вниз. Поэтому в этой зоне для того, чтобы уменьшить рассеивание магнитного потока, размешены перфорированные магнитопроводы. Здесь,йа - магнитная постоянная,у. - магнитная восприимчивость, Ч - объем шара, Н - напряженность и ргали Н - градиент напряженности магнитного поля. В короткозамкнутых токопроводящих кольцах возникает ток под действием электро- движущей силыЕ. с 6 ьгде Ф - магнитный поток; Г - время.Дополнительное прерывание с частотой 1=1-10 Гц пульсирующего магнитного поля частотой= 50 Гц при длительности импульсов Ти = 0,01 с обеспечивает интенсивную вибрацию насадки частотой 50 Гц и высокую амплитуду ее колебаний, свойственную низкочастотной вибрации Г= 1-10 Гц. Такое сочетание обеспечивает более интенсивную передачу вибрации от шаров к обрабатываемому материалу с одновременным увеличением его количества в рабочем объеме, благодаря чему возрастает производительность аппарата. Прп этом преодолевается затхание вибрации по высоте слоя обрабатываемо о материала, свойственное высоко частотным колебаниям, при малых пх ачплптудах, уменьшаюгцихся с ростом пх частоты.Для предотвращения забивания провальных решеток мокрым материалом размеры их ячеек возрастают снизу вверх одновремено с размерами шаров. Например, решетка первой сверху вниз секции имеет размер 1 О мм при диаметре шаров 15 мм.Грпведенная на фиг. 8 электросхеча сушильного аппарата работает следующим образохьТиристор Т вклюцен в течение времени разрядки конденсатора С, причем время включения его зависит от величины емкости конденсатора С. Частота зарядки и разрядки емкости С и включения-выключения тиристора Т зависит от частоты срабатывания реле Л, которая регулируется емкостьк С . Параллельно тиристору Т включен дроссель, обеспечивающий непрерывное питание электромагнитной катушкипеременным током, при напряженности магнитного поля Н = вНс, где вН - коэрцитивная сила по индукции материала шаров. Зависимость амплитуды колебания шаров от цастоты прерывания пульсирующего магнитного поля частотой 50 Гц, приведенная на фиг. 4, показывает, что максимальная амплитуда колебания, свыше 2 мм, достигается в диапазоне частот 1 - 10 Гц при 1- 20 импульсах в секунду. При числе импульсов п = 10 за период между последовательными прерываниями пульсирующего магнитного поля 1=50 Гц максимальная амплитуда колебания достигается при частотах прерывания 1=1 - 2 Гц, но такая же амплитуда имеет место и при п=З. Значит в течение времени последовательного наложения с интервалом в 0,01 с остальных 5-7 импульсов шары не перемещаются, а прижаты к верхней ограничительной токопроводящей перегородке и не совершают механической работы, но зато интенсивно нагреваются токопроводящие перегородки. С другой стороны, при 20 импульсах в секунду и частоте дополнительного прерывания 1= 4-10 Гц пульсирующего магнитного поля цастотой 50 Гц уменьшается амплитуда колебания шаров соответственно от 5 до 1 мм. Прп 1=8 Гц максимальная амплитуда (А=5 мм) достигнута при восьми импульсах в секунду. При 1=1-2 Гц максимальная амплитуда А=29 мм при 2-20 импульсах в секх иду. Естественно, что в последнем случае при 20 импульсах в секунду имеет место сцепление шаров чежду собой под действием силы Е, = В Я,2,1 цо,где В - индукция; 5 - площадь контакта. В то же время, при 1 - 2 импульсах за один период, 1 = 1 - -10 Гц и наложении переменного магнитного поля прнН =,Н, сцепление шаров полностью прекращается и они непрерывно совершакт 130 звратно-поступательное движение, равномер цо распределяясь по рабочему простр)3 нств, вследствие наличия в нем токопроводяцих перегородок. Обрабатываемый материал равномерно проваливается через слой паров ц решетки, его комки при этом дробятся. С,цдует отметить, что чем больше число имуль. сов в секунду, тем больше количество обрабатываемого материала, которое можно привести в вибрационцое движение, тем больше нагрев токопроводящих перегородок. 1-10 при этом провал обрабатываемого материала имеет место лишь во время возвратш- поступательного движеия шаров и отсутствует, когда они практически неподвижны, т. е. когда амплитуда их колебания е ревышает 2 мм.Интенсивность провала обрабатываемого материала регулируется двумя способами, изменяя ток в электромагнитной катушке или изменяя частоту прерывания пульсирующего магнитного поля и число импульсов В секунду, С уменьшением тока в электрома- нитной катушке амплитуда вибрации насадки уменьшается вследствие уменьшения действуощей на нее пондеромоторной силы. С уменьшением частоты импульсов, например ниже 2 - 3 Гц, влажный материал проваливается отдельными порциями в виде рыхлых хлопьев, так как комки его дробятся пара. ми. При частотах импульсов= - 510 Гц провал материала идет непрерывно. Интенсивность провала уменьшается при частоте 1 = 12 - 16 Гц вследствие умень)ения зм - плитуды колебания насадки и прижзтия ее к верхней токопроводящей перегородке. 11 ри частотах свыше 20 Гц провал обрабатываемого материала практически прекращается. Мощность, вводимая в слой ферромагнитной насадки Р - А, где А - амплитуда колебания;- частота колебания.Пример. Сушке подвергаются отходы и:- струментального производств после мокрой заточки металлорежущего инструмента, содержащего 50/о порошка быстрорежущей стали и 500/о абразива. Предварителыо часть влаги из материала удаляется в отстойник. Первая ступень сушильноп аппарата содержит крупные стальные;пары диаметром 20 мм, размещенные на решетке с размерами ячеек 10 мм, Мокрый материал подается в зону сушки шнековым питателем в строго определенном количестве, опредсляемом из условия, что сколько материала поступает в рабочее пространстьо супилки, столько его из него и проваливается через слой вибрирующих шаров. Частота импхльсов магнитного поля в этой ступени рана 3 Гц, число импульсов в секунду равно шести. Через слой этих шаров, рзз.(ецте 33 ых в корпусе диаметром 150 мм, проходит 50 мл,с обрабатываемого материала. Из нека материал поступает в корпус в виде крупных(со, ко 3. с)с0)121 иГыс и 3 ры э и ЕОчки ц)005 Г, И Обряос ГЬВЗСХ 1 ЫИ Х(ЗТСОИЗ т ВЬХОДИТ (З С 051 В В:,1( ХГОПЬЕ 13 Рс 3 ЗМСРЗМИ 3,.:, рс,п 31ис,ьн) ягрсвяясь от 20 до 1) (Пары ь О)Ои и Гр(.тьси стх 1(еи имекп .измстр . м)1, техпераг,ря тс)копроводяшп., с рс Ородок равна 150 С. Репеткя име;-:тики 2 мм. Частсга магнитного 1 оля= 10 и. Число импульсов в секун-у 20.Диаметр паров четвертой, пятои, цесс 1(н и седьмой ступесй составлял 3 мм, темП(.РсГ) РЗ ТОКОПРОВОД 511 ИХ ЕРСОРОДОК2:)О" (, частоа м згит 010 10)Я 1 =Гц,:пссО имп тьсо 3 В сск) нд 10. ВысОтз слоя брябатывзсмоо;зтсрияла 60 - 80 мм, Вь сот (;105 ц с рО В 40 м х. Итес Вость 1 с;1:) 131 яс) Мят( РИЯЛЗ ЧЕРСЗ РОВЗЛЬНЫЕ РЕЦ:,Етс 1 РСГУЛИРСТС 51 В(.ИЧИОП :сР 5 жЕ)НОСТИ ХЗНИГСИ 0 10 кс, сс)ТОР 251 ССТЗЗВГИВЗСТСЯ СА Ром.112 нос,елих Грех сГус)ях с;и.иски зсрнистый материал приобретает 1 еос)ходимую сы 1,чссть, свойствснну 10 сгхозу зернистому слвз 0. и проис чьит предварительная се;ара;:3 я фсрро)ягнитной компоненты с опереженем Огвоч;1 1 смз Ниной ком:101 еггы, О- слс е: о обрзба Гывасмый материал (ерелу к)с(и)5 с 3:орс(иями ферромагнитных и немагнитных част.ц ,остузст в ухой элект.ромаитцый сепаратор. Где оксичяте тьно разделяется на ферромзгить с ч емягнитныс компоненты с 0)Во;03 их 13 с( (Г зетствую 1 не ппием ники продуктов рз,с ни я. ОдЗОНеме ННОе С ссиКОИ дро(сеИС Ком КОВ 12.си 3;1 з (.особ(."ГВ, с Г В дальей 1 е Всокой эффективное ги ссара ии ферро)згнитш)й копоС:;ты до 99,5",(. Отсутствие сцепления элех(еГГО 3 асадки между сооой достиЗется за с ст наложения однсвремео 3.с и.,1 пульсных мзГнитны)1 олс( и(рсхс 0.10 )с 31 НИ ГНО О,:0 5 Няг 053 ЖСОС 1 ЫО Н - ВН .= О кА,м.В огсутс-Вие токопрово ящих персгороДС)к ВССЬ СЛОЙ ШЗРОВ ВТЯИВастСЯ В СОЛЕ:10- 40 ид, алиная нз стенки корпусы, уже приястоте= 12 1 и и 12 их(ульсах в секунду дгительность каждоо импульса 0,01 с).Быполнсие магнитной системы В видесоленоида э)ектро)15)г 3 итой катушки), охзт ВсОшей веРтикальный коРпУс, обе(.печизет 3 озб),кдение продольных колсбаний С)10 Я ЗРОВ И ООРЯОЗТЫВЗКОГО ХЗТС)ИваЛя.Полключснис соленоила 0;иоЗре(с 0 иС ГОНИКЗЫ 10 СТ 05 Н 3010 и 11 ЕРСМЕННОГО МЗГ- нит 1,х полей обсе:ечивае при наряженос:) )т 1 перемеш 3 сн о .згитно 0 нля, рязои по крзйсй мерс к(: рцитивной силе материала 1 ЗРОВ, ОГСУТСТ 3:Е С:ЕП)1 СН)51 МСЖД, З)сМИ :3 СЛС,1 СВ:1(. ИХ ОС ГЯ) ОЧ 0 О МЯ НЕТИЗя, сТО В свок очсрс;ь :риводит к более интесив 1021( их дБиж(ик) Отно(.итс.ы 0 др)Г; руГз,способ("1 Вук) цсму интесификзпии Геплооб3 СПЗ ПЗЭО 3 С ОбРс 102 ТЫ 3 ЗЕ 1 Ы 1 .ЗТСРЗЛОМ, и э(ректи Вох(; ере)1 зл 1, Вян и 0 30." Ов В Я жОГО ООРябс)ТЫ)ас)е)0 0 ) с 1 ГОР 1 сь 2, 1109564Размещение ферромагнитных частиц (шаров) между концентрическими короткозамкнутыми токопроводящими перегородками в виде колец, змеевиков, ограниченными в верхней части провальной решеткой, выполненной в виде короткозамкнутой токопроводящей спирали, обеспечивает равномерное распределение ферромагнитных частиц в рабочем объеме при постоянном направлении пондеромоторной силы вверх, противоположно силе тяжести.Создание импульсного магнитного поля путем дополнительного прерывания с частотой 1 - 10 Гц пульсирующего магнитного поля тока однополупериодного выпрямления переменного тока частотой 1 = 50 Гц при 1 20 импульсах в секунду обеспечивает сочетание высокой амплитуды колебания 5ферромагнитнь х частиц, свойственной низкочастотным колебаниям, с высокой частотой их вибрации, что улучшает интенсивность вибрации обрабатываемого материала и повышает производительность аппарата. кроме того, обеспечивает регулируемый 1 О провал материала через провальные решетки и слои шаров. размеры которых уменьшаются по мере перемещения обрабатываемого материала сверху вниз.1109 д 64 А,мФиг 9Составитель А. Железнов Редактор Н. Лазаренко 1 ехред Р 1. Всрес Корректор О. Луговая За каз 5638/25 Тираж 667 11 одписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий13035, Москва, Ж - 35, Рау 1 нская наб., д. 4/5Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4