Устройство для получения гранул

ОПИСАНИЕИЗОВРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИЯЕТЕЛЬСТВУ Сотоз Совет сникСоциапистичеснииРеспублик05 В 3/О 22 Р 9/О присоединением заявки М23) Приоритет еударстеаиный кемитет СССР о делам нзебретений и отирытнХ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАН 10 Изобретение относится к порошковой металлургии, конкретнее к устройствам для получения сферических порошков или гранул из плавящихся материалов, как металлических, так и неметаллических.Известно устройство для получения гранул металлов и сплавов посредством расплавления конца быстровращающейся цилиндрической заготовки электрическим источником нагрева, например электронным лучом, Под действием центробежных сил расплавленный металл распыляется внутри герметичной камеры и затвердевает в виде сферических частиц, размер которых определяется плотностью металла, диаметром вращающейся заготовки и скоростью ее вращения 11.Известна также установка для получения металлических гранул содержащая цанговый зажим для закрепления расплавляемой цилиндрической заготовки, механизмы вращения и продольного перемещения цанговогозажима, плавильную камеру заполненную инертным газом, неплавающийся электрод внутри плавильной каме. ры и электрические токоподводы к цанговому зажиму и неплавящемуся электроду от источника питания, Между неплавящимся электродом и концом вращающейся заготовки зажигают электрическую дугу. Образующийся на оплавляемом дугой конце заготовки расплавленный металл дробится и распыляется под действием центробежных сил, а образующиеся частицы расплавленного металла затвердева" ют в атмосфере инертного газа внутри плавильной камеры2.Описанные установки для получения гранул имеют ограниченную производительность вследствие технической сложности замены заготовки после ее расплавления без разгерметизации плавильной камеры. Кроме того, ограничен диаметр расплавляемой эаготов"933122 ки, так как он определяется относительно небольшим диаметром эонынагрева электрической дуги. Еслиплощадь поперечного сечения заготовки в несколько раз превышает площадьзоны нагрева, то наблюдается неравномерный нагрев конца заготовки,что приводит к низкому выходу годной продукции: выплавляется и распыляется лищь сердцевина заготовки,апериферийная часть доводится до1пластического состояния и разрывается центробежными силами на крупныебесформенные куски,Наиболее близким к изобретению потехнической сущности и достигаемомуэффекту является устройство для получения гранул, включающее герметичную камеру, выполненную с крышкой ис отверстием для ввода заготовки,соосным с камерой, механизмы вращения и перемещения заготовки и источник нагрева, установленный на крышкекамеры 3.В таком устройстве источник нагрева выполнен в виде нерасходуемоговольфрамового электрода, также соосного с камерой,а механизм для вращейия заготовки выполнен в виде двухгоризонтальных синхронно вращающихсявалков, оси которых параллельны осикамеры. Кроме того, имеется загрузочный магазин в виде лотка и револьверного барабана, щеточный токоподвод к вращающейся заготовке, источникпитания для возбуждения электрической дуги между вращающейся заготовкой и нерасходуемым электродом идругие системы.В магазин загружают партию заготовок, камеру вакуумируют, а затемзаполняют инертным газом. Заготовкипоочередно подают внутрь плавильногоотсека камеры и расплавляют их электрической дугой, горящей между неплавящимся электродом и вращающейсязаготовкой, Образующиеся под действием центробежных сил частицыметалла кристаллизуются при полетеот заготовки к боковой стенке камеры.Полученные гранулы собираются в нижней части камеры, туда же сбрасывают нерасплавивщуюся часть заготови оустройство позволяет достигнутьболее высокой экономичности за счетнепрерывной обработки (без разгерметизации устройства) партии заготовок, которые вмещает магазин. фОднако недостатками его являютсянебольшая производительность, атакже низкий выход годной продукциииз-за ограничений в выборе диаметразаготовки.Кроме того, вследствие соосногорасположения нерасходуемого электрода и вращающейся заготовки, затруднено обслуживание устройства. Так, 16 для выталкивания нерасплавившейсячасти заготовки через круглое отверстие внутрь камеры необходимо предварительно отводить в сторону специальным механизмом источник нагре ва. Наблюдение эа процессом распыления затруднено, так как смотровыестекла установлены под углом к осивращающейся заготовки.Целью изобретения является увеличение производительности и улучшениеусловий обслуживания устройства.Поставленная цель достигаетсятем, что источник нагрева установлен под углом 20-70" к оси отверстиядля ввода заготовки с возможностьюсмещения от этой оси на величину до.1/3 диаметра отверстия.На фиг. 1 изображено устройстводля получения гранул, продольноевертикальное сечение; на фиг, 2 разрез А-А на фиг.1, выявляющий взаимное расположение источника нагрева и отверстия для. ввода заготовки.Предлагаемое устройство содержитгерметичную цилиндрическую камеру 1, иось которой расположена горизонтально. Камера 1 имеет загрузочный отсек 2, в котором установлен магазин 3, выполненный, например, в виде кассеты, для размещения в нем 40запаса заготовок и для поочереднойподачи их на обработку. Под магазином 3 расположен механизм вращениязаготовки, состоящий из двух вагковч, установленных в опорах 5 гориФзонтально и параллельно один другому с зазором между ними по велицине меньшим, чем диаметр заготовки,Валки М соединены с приводом 6, вращающим оба валка 1 с одинаковойФскоростью и в одинаковом направлении. В вертикальной плоскости, про. ходящей посредине между валками 1 (в плоскости чертежа фиг.1), установлены ролик 7 для прижима заготовки к валкам ч и механизм продольного перемещения заготовки, состоящий из ходового винта 8, расположенного параллельно валкам5 93подшипников 9, толкателя 10 и привода 11, В этой же плоскости на оси12, расположенной перпендикулярновалкам 4 и ниже их, установлен толкатель 13 для удаления нерасплавленногоостатка заготовки, Кроме того,загрузочный отсек 2 имеет вакуумпровод14 с запорным вентилем 15 для откачки воздуха иэ камеры 1, отверстие16 для напуска газа в объем камеры1 люк 17 для зарядки заготовок вмагазин и другие вспомогательныесистемы (не показаны), необходимыедля Функционирования механизмов внут"ри камеры 1.Плавильный отсек 18 герметичнойкамеры 1 имеет водоохлаждаемые стенки и отделен от загрузочного отсека2 водоохлаждаемой диафрагмой 19с отверстием 20 для ввода заготовки.Диаметр отверстия 20 обычно составляет 1,02-1,08 диаметра заготовки.В передней стенке 21 плавильногоотсека 18 имеется люк 22, закрытыйотъемной крышкой 23. Люк 22 необходимдля чистки внутренней части камеры 1и сиены диафрагмы 19. На крышке 23установлен источник 24 нагрева ввиде цилиндрического дугового плазмотрона косвенного действия, введенный внутрь камеры 1 через уплотнение25. Источник 24 нагрева соединен смеханизмом 26 продоль,ного перемеще- .ния,В верхней части плавильного отсека18 выполнено отверстие 27 для удаления избыточного газа, в нижнейчасти - отверстие 28, соединенное сотъемным сосудом 29 для сбора гранул,В конической стенке 30 крышки 23источник 24 нагрева установлен подуглом от 20 до 70 О к оси отверстия20 для ввода заготовки, 8 сужающейся части коницеской стенки 30 соосно с отверстием 20 выполнено смот"ровое окно 31. Передняя стенка 21отсека выполнена в виде вогнутойконической поверхности для уменьшения объема герметичной камеры 1.Источник 24 нагрева (плазмотрон)смещен от оси отверстия 20 на величину до 1/3 диаметра этого отверстия.Наиболее рационально в качествеисточника 24 нагрева использоватьдуговой плазмотрон - устройство,создающее управляемый тепловой поток высокотемпературной и высокоскоростной газовой струи. Особенно цен"ны в данном слуыае способности плаз"3122 6 Слой материала, расплавленный центробежными силами, возникающими при вращении заготовки вокруг ее продольной оси, срывается с торца заготовки и распыляется равномерно в пространстве внутри плавильного отсека 18. В камере 1 поддерживают давление инертного газа, достаточное для охлаждения и полного эатвердевания расплавленных частиц при полете их от торца заготовки до цилиндрической стенки камеры 1.При этом газ, непрерывно поступающий в камеру 1 вместе с плазменной стру" ей, выпускается через отверстие 27. Скорость механизма перемещения наз 5 1 О 15 20 25 30 35 4 О мотрона работать при повышенном давлении (более 1 атм), создаватьинертную атмосферу в зоне плавленийи не нуждаться в специальном токоподводе к нагреваемой заготовке.Предлагаемое устройство оснащено,кроме того, источниками электропитания, вакуумными насосами, системой подачи, очистки и рециркуляцииинертного газа, элементами автомати"ческого управления и другими средствами, необходимыми для функциони"рования устройства, но не показаннымина чертежах.Устройство для получения гранулработает следующим образом,Переплавляемые цилиндрические заготовки загружают через люк 17 в магазин 3, одну из заготовок кладутнепосредственно на валки 4, прижимаяее сверху роликом 7 и поджимая сзадитолкателем 10, Связь толкателя 1 Ос переплавляемой заготовкой осуществляется за счет соскальзывания заготовки на соосно с ней расположенныйтолкатель 10 под действием собственного веса по валкам 4, слегка отклоненным от горизонтали на небольшойугол (0,5-2 ) в сторону толкателя.Камеру 1 герметиэируют, вакуумируютпо вакуумпроводу 14, затем, закрыввентиль 15, заполняют через отверстие16.инертным газом. Включив приводы6 вращения и 11 перемещения, вводятзаготовку через отверстие 20 внутрьплавильного отсека 18, Включают источник 24 нагрева (дуговой плазмотрон косвенного действия) и направляют его плазменную струю на торцевую поверхность заготовки, нагреваяее до температуры плавления материала, 933122начают.такой, чтобы расплавляемыйторец заготовки находился в одинаковых условиях нагрева, то есть напостоянном расстоянии от источника24 нагрева. Затвердевшие частицы материала падают вниз отсека 18 и через отверстие 28 попадают в сосуд29 для сбора гранул. Остаток заготовки, который невозможно расплавить,удаляют посредством выталкивания че Ореэ отверстие 20 толкателем 13 внутрьОтсека 18. Затем поднимают прижимной ролик 7, отводят толкатель 10в заднее положение, сбрасывают на валки 4 очередную заготовку из магазина 153, и цикл расплавления заготовки иполучения из нее гранул повторяется.Особенностью работы предлагаемогоустройства является более равномерное распределение теплового потока щот источника 24 нагрева по торцевойповерхности расплавляемой заготовки,что вызвано направлением плазменнойструи под углом 20-70 к поверхностии смещением ее от оси вращающейся 25заготовки. Это позволяет значительноувеличить диаметр переплавляемых заготовок и, следовательно, повыситьпроизводительность устройства. Крометого, целесообразно вращать заготовку в направлении, противоположномпотоку газа в плазменной струе, какэто показано на фиг.2. При этом на отделяющиеся от торца частицы действуютне только центробежные силы, но и35скоростной напор плазменной струи.Это позволяет получить более мелкиегранулы или снизить скорость вращения заготовки. В свою очередь этопозволит упростить высокооборотныймеханизм вращения, Так, в существующих установках заготовку диаметром50 мм вращают со,скоростью 1200018000 об/мин при получении гранулдиаметром 100-200 мкм. Реализацияпредлагаемого устройства позволяетснизить скорость вращения заготовкипо крайней мере вдвое при получениигранул такого же размера.Другой особенностью работы предла 50гаемого устройства является возможность удаления нерасплавленной частизаготовки из отсека 2 в отсек 18 без перемещения источника 24 нагрева, а также хороший обзор из смотрового55 окна 31 на оплавляемый торец заготовки, Это созд;.ет удобства в обслужи,зании усгройстн;1 и позволяет лучше контролируя,ть н.которые технслогицеские параметры: измерять пирометром температуру оплавляемой поверхности, регулировать размеры, форму и место расположения эоны нагрева от плазменной струи и дрНаиболее целесообразно устанавливать источник 24 нагрева под углом к оси отверстия 20 в пределах от 20 до 70. При расположении источникао нагрева под углом менее 20 к оси отверстия 20 вышеописанный положительный эффект предлагаемого устройства (удобство в обслуживании и повышение производительности) из-за рассредоточения теплового потока не проявляется, При расположении источника 24 нагрева под углом к оси отверстия 20 для ввода заготовки более 70 расплавленные частицы попадают на источник 24 нагрева, цто препятствует работе устройства.Возможное смещение источника нагрева от оси отверстия для ввода заготовки не должно превышать 1/3 величины диаметра этого отверстия,в противном случае невозможно рассре- . доточить тепло по торцевой поверхности заготовки.Кроме того, при плавлении и распылении заготовок очень больших диаметров (200-400 мм и более) целесообразно устанавливать несколько источников нагрева. Иожно, напри-. мер, испольэовать три дуговых плазмотрона прямого действия, подключенных к сети переменного трехфазного тока, так чтобы заготовка была общей нулевой точкой трех плазменных дуг, включенных в звезду.При этом следует установить для каждого из плазмотронов разную величину смещения от оси отверстия для ввода заготовки, Кроме того, учитывая боль. шую массу заготовки, может быть оправданным отказ от загрузочного магазина и поодиночная обработка заготовок. В подобном случае рационально выполнить механизм вращения заготовки в виде вертикально расположенного шпинделя с патроном для зажима заготовки. Использование предлагаемого изобретения позволяет увеличить допустимый диаметр обрабатываемых заготовок в 3-4 раза, что приводит к повышению производительности в 2-3 раза, Кроме того, обслуживание устройства существенно упрощается, возможности кон9331троля технологических параметроврасширяются.Формула изобретения ЭУстройство для получения гранул,включающее герметичную камеру, выполненную с крышкой и с отверстиемдля ввода заготовки, соосным с каме- врой, механизмы вращения и перемещейия заготовки и источник нагрева,установленный на крышке камеры,о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью увеличения производи 22 10тельности и улучшения условий обслуживания устройства, источникнагрева установлен под углом .20-70к оси отверстия для ввода заготовкис воэможностью смещения от этой осина величину до 1/3 диаметра отверстия.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент.ФРГ У 1291842,кл. 21 11 16/60, опублик. 1966.2, Патент СЮА Ю 3099041,кл. 425-8, опублик, 1963,3 Патент СВА М 3752610,кл, 425-6, опублик. 1973 (прототип) .