Установка махид для получения ультрадисперсных порошков

СОЮЗ СОВЕТСНИХсанЛФПйепепРЕСПУБЛИН Р 9/ ИЗОБ ОПИСАН АВТОРСКОМУ и ийской ССР е Яупгг 1 ое Масер. 1624 гасогев. 1970 ОЛУЧЕГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТН(71) Институт Физики АН Лат(56) 1, 7 осЬЫа Т. е а 1, ТЬ1 Ьездз 011 гаГдпе Т 1 гап 1 цш Мтп ап г.г - Р 1 авша. - " 7. оГг 1 а 1 з Зс 1 епсе", 1979, ч. 141630.2. ЫаИ 1 е В. еВ а 1. Ргер(54) УСТАНОВКА "МАХИД" ДЛЯУЛЬТРАДИСПЕРСНЬИ ПОРОШКОВ. ЯО, 1154050 исходного материала, установленнымна одном конце камеры, приспособление для создания электрического разряда по оси камеры и уловитель неиспарившегося порошка, о т л и -ч а ю щ а я с я . тем, что, с цельюуменьшения энергозатрат на единицуполезного продукта и повышения производительности, камера снабжена дополнительными соплом, завихрителеми патрубком, установленными на. еепротивопложном конце, а в центральной части камеры выполнена концентричная щель шириной 0,6-1,9 диаметра камеры, при этом диаметр соплсоставляет 0,8-0, 9 диаметра камеры,а угол закрутки эавихрителей равен60-85 становка по и.1, о т л и -а я с я тем, что отношение амеры к ее диаметру составля- шюаИзобретение относится к порошковой металлургии, в частности к устройствам для получения ультрадисперсных порошков металлов, сплавов и химических соединений с помощью низкотемпературной плазмы.Известна установка для получения ультрадисперсных порошков, содержащая цилиндрическую камеру, оснащенную соплом для формирования газовых 1 О потоков и патрубком для ввода исходного материала, высокочастотный индуктор и водоохлаждаемый сборник порошка 11.Недостатками данной установки являются низкоекачество полученногопродукта, а также высокие энергозатраты на единицу полезного продукта,Наиболее близкой к изобрете- . 20нию ло технической сущности и достигаемому результату является установка для получения ультрадисперсных порошков, содержащая цилиндрическую камеру с соплом, завихрителем и 25патрубком ввода исходного материала, установленными на одном концекамеры, приспособление для созданияэлектрического разряда по оси камеры и уловитель неиспарившегося по ррошка. При этом приспособление длясоздания электрического разряда пооси камеры выполнено в виде высокочастотного индуктора Г 23.Недостатками известной установкиявляются высокий уровень энергозатрат на единицу полезного продукта,обусловленный необходимостью нагрева до высоких температур всей массыинертного газа, проходящего черезкамеру, а также низкая производительность, обусловленная низкой интенсивностью испарения исходного материала.Целью изобретения является уменьшение энергозатрат на единицу полез-ного продукта и повышение производительности.Указанная цель достигается тем, что в установке для получения ультра- дисперсных порошков, включающей цилиндрическую камеру с соплом, завихрителем и патрубком ввода исходного материала, установленными на одном конце камеры, приспособление для создания электрического разряда 55 по оси камеры и уловитель неисларившегося порошка, камера снабжена дополнительными соплом, завихрителем и патрубком, установленными на еепротивоположном конце, а в центральной часи камеры выполнена концентричная щель шириной 0,6-1,9 диаметра камеры, при этом диаметр соплсоставляет 0,8-0,9 диаметра камеры,а угол закрутки завихрителей равен60-85При этом отношение длины камерык ее диаметру составляет 8-20.На Фиг. 1 показана предлагаемаяустановка, общий вид (с продольнымразрезом камеры и блок-схемой газового контура); на фиг. 2 - центральная часть камеры, разрез; нафиг. 3 - торцевая часть камеры, поперечный разрез.Установка для получения ультрадисперсных порошков содержит цилиндрическую камеру 1, приспособление(источник) 2 для создания электрического разряда, два сопла с завихрителями 3 на концах камеры 1, двапатрубка-электрода 4, установленныхпо оси на концах камеры 1, и уловитель 5 неиспарившегося порошка. Вцентральной части камеры 1 имеетсяконцентричная щель 6, к которойпримыкает уловитель 5 порошка, соединенный трубопроводом (не показан )последовательно с фильтрами 7, компрессором 8 и газораспределителем 9.От газораспределителя 9 трубопроводы разветвляются для раздельной идозированной подачи газа обратнов камеру 1 через сопла с завихрителями 3, а также вдозаторы 10 исходного порошка для последующей подачи смеси в патрубки 4,Установка в варианте с электродуго"вым разрядом постоянного тока работает следующим образом. В замкнутом контуре, состоящем из камеры 1, уловителя 5 порошка, фильтров 7, компрессора 8, газораспределителя 9 и дозаторов 10, создается поток чистого инертного газа. После этого в камере 1 между патрубками-электродами 4 зажигается электрическая дуга постоянного тока мощностью 5-15 кВт. Затем из дозаторов 10 пневмотраспортом подается исходный материал в электрическую дугу через патрубки-электроды 4 и полностью испаряется. Полу.ченные пары материала под действием силы термофореза в камере 1 движутся радиально к стенкам. У боковой3 1154050сцилпндрической поверхности - границы разряда при соприкосновении с закрученньмл вокруг разряда кольцевыми потоками относительно холодногогаза, в условиях высокого радиального градиента температуры, пары конденсируются в ультрадисперсныйпорошок. Порошок получается узкогофракционного состава благодаря постоянству радиального температурного градиента по длине камеры. Продукт затем захватывается закрученными потоками газа и выносится иэкамеры 1 через концентричную щель 6в уловитель. 5 порошка; Основная 5часть порошка улавливается из потока уловителем 5, который непрерывно очищается. Оставшаяся в газечасть порошка отделяется от него вфильтрах 7, которые также непрерывно очищаются. Очищенный газ поступает из фильтров 7 в компрессор 8,где сжимается, поступает в газоряспределитель 9 и далее подается в камеру 1 на следующий цикл работы,В описанной установке. могут бытьиспользованы и другие способы испарения исходного материала, напримериспарение в высокочастотном электрическом разряде.Диапазоны размеров и соотношенийконструкционных элементов установкиойределяются следующим образом. 25 30 35 40 Близкий размер диаметра сопел и камеры, определяемый соотношением 0,8-0,9, необходим для того, чтобы кольцевые цели между соплами и стенками камеры были бы сравнительно узкими (в известной установке это соотношение равно 0.6). Щели должны способствовать в комбинации с определенными углами закрутки завкхрителей достижению высоких вращательных скоростей потоков газа, закрученных вокруг разряда. Большие угли 60-85 ф закрутки эавихрителя (ипи соотношение между вращательной и продольной скоростью. кольцевых закрученных потоков в диапазоне 2-8) необходимы для повышения эффективности закрученных потоков в процессе испарения и конденсации. Процесс выноса: продукта из камеры осуществляется более полно при вращательных скоростях 20-80 м/с. При этом угол закрутки завихрителя менее 60 нео желателен из-за повышения удельных эиергоэатрат и снижения качества продукта в результате снижения эффективности закрученных потоков при получении полезного продукта. Угол.закрутки более 85 нежелателен из-за возникновения у концов разряда обратных потоков высокотемпературного газа, нарушающих работу установки. В известной установке угол закрутки завихрителя не превышает 10-25, поэтому не проявляется эффективность закрученного вокруг разряда потока газа при получении ультрадисперсного порошка.Нижний предел отношения ширины концентричной щели к диаметру камеры (О, 6) обусловлен тем, что при меньшей ширине снижается качество продукта из-за малого пути смешения потоков газа. При отношении более 1,9 затруднена стабилизация разряда, а также снижается качество продукта из-за значительного уменьшения скорости газа после смешения встречных потоков.Длина цилиндрической камеры установки определяется, в основном, процессом полного испарения исходного материала. Так, при отношении длины камеры к диаметру менее 8 испарение крупнодисперсных и тугоплавких материалов неполное. Использовать отношение более 20 нерационально из-за значительного увеличения удельных энергозатрат. Любые исходные материалы с размером частиц менее 100 мкм испаряются полностью при отношениях менее 20.Использовать цилиндрическую камеру диаметром менее 20 мм нежелательно из-за технических сложностей при создании закрученных потоков и разряда. Диаметр камеры свыше 50 мм нерационален потому, что в камерах даже диаметром 50 мм могут быть созданы электродуговые разряды мощностью в несколько мегаватт.Установка в варианте с электродуговым испарением испытана на ряде 50исходных материалов, таких как никель, железо, медь, алюминий, цирконий, молибден, вольфрам, трехокисьиттрия, трехокись алюминия и некоторые сплавы. Во всех случаях получен 5ультрадисперсный порошок с более низкими удельными энергозатратами приболее высокой производительности илучшего качества, чем в известныхустройствах.5011540Например, при использовании порошка никеля дисперсностью 5-20 мкм в качестве исходного материала на установке при мощности дуги 7,1 кВт в среде аргона получают ультрадисперс ный порошок никеля с удельныии энергоэатратами 0,25 кДж/мг производительностью 28 мг/с. По данным анализа продукта на электронном микроскопе средний размер частиц никеля 10 0,014 ики. Полуширина функции распределения частиц по размерам равна 0,01.б ики. Размер самых крупных частиц в продукте не превышает 0,05 мкм. Следовательно, в установке происхо дит полное испарение исходного порошка. Но данньи рентгенодифракционного анализа продукта в нем отсутствуют примеси кислорода в виде окисла. На стенках цилиндрической ка" М меры практически не обнаружено выседание продукта (время непрерывной работы 4 ч).В случае использования трехокиси иттрия дисперсностью 1-10 икм при 25 мощности дуги 5 кВт получают ультрадисперсиый порошок трехокиси иттрия с удельными энергозатратаии 0,32 кДж/мг и производительностью 15,3 иг/с. Средний размер частиц щ порошка 0,008 мки, полуширина функции распределения частиц по размераи 0,01 икм. Наиболее крупные частицы по размеру не превышают 0,03 мки. Выседание продукта на стенкахкамеры не обнаружено (время непрерывной работы 2,5 ч).В известном устройстве порошок двуокиси кремния (кремнезема) олучают с удельными энергозатратами Э,б,0 кДж/мг при производительности 0,61 мг/с, Для полученного ультрадисперсного порошка фун. ция распределения частиц по размерам охватывает диапазон 0,015-0,15 мкм. Выявление среднего размера частиц двуокиси кремния затруднено наличием в порошке пространственйьи агло 1 мератов.Таким образом, на предлагаеиой установке можно получить ультрадисперсные порошки со среднни размерои 0,005-0,02 мкм с более низкими удельными энергозатратаии при более высокой производительности, чем на известной установке. Цилиндрическая камера предлагаемой установки оснащена с обоих концов соплами определенных размеров и завихрителяии определенного угля закрутки. Такие.сопла с завихрителяии позволяют более экономично и эффективно испарить исходный материал и более эффективно сконденсироваТь пары в продукт более высокого качества. В процессе получения продукте используется вся длина разряда, т.е, исходный материал вводится до патрубкам с обоих концов раэрядв рабочий газ обращается по замкнутому контуру. Высокое качество продукта сохраняется, так как ои непрерывно выводится из камеры в уловитель через кочцентричиую щель заданных размеров встречными закрученными потоками с высокой вращательной скоростью.НИИПИ ираж Заказ 2582/ 1Подписное