Устройство для электроэрозионного диспергирования металлов

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам(76) Тарасов 8 ладимир Иванович; Коэярук ОлегИванович, Фоминский Леонид Павлович(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОГО ДИСПЕРГИРОВАНИЯ МЕТАЛЛОВ(57) Использование: в порошковой металлургии вчастности, для получения порошков и может бытьиспользовано также для производства паст, суспензий и катализаторов. Сущность изобретения; устройство состоит из диэлектрического сосуда с отверстием в его нижней части дпя подачи рабочейжидкости и из двух электродов, помещенных в со(191 тШ (и) 2002589 С 1(5 Ц 5 Н 22 Р 9 14 суд, под нижними концами которых установлено дополнительное диэлектрическое днище, удерживающее слой гранул диспергируемого металла. Согласно изобретению дополнительное днище составлено иэ параллельных друг другу прутков или призм, установленных ребром кверху, со щепевым зазором между ними, простирающимся от одного электрода к другому. При работе устройства гранулы над щелевым зазором перемешиваются в фонтанирующем псевдоожиженном слое, а гранулц прилегающие к поверхности прутков или призм, плотно прижаты друг к другу, образуя разрядные цепочки между электродами, обеспечивающие стабильность разрядов, 1 табл, 3 ип.Изобретение относится к порошковойметаллургии, в частности к устройствам дляполучения пороков, порошковых суспензийи паст электроэразианным диспергированием металлов, и может быть использованов производстве порошков, порошковых смесей, активных масс катализаторов, активных масс свинцовых аккумуляторов,суспензий для водоачистки,Известны устройства для злектроэроэионнога диспергирования металлов в насыпном слое, предназначенные для полученияпорошков металлов, карбидов, оксидов,гидроаксидов и.других продуктов при использовании в качестве сырья гранулированного или нарубленного на мелкие кускиметалла, а также стружки и других сыпучихметаллоотхадов,Так, известно устройство для полученияпродуктов крекинга жидких нефтепродуктов искровыми разрядами, состоящее издиэлектрического сосуда (ванны) с рабочей жидкостью, в, которую опущены дваплоских электрода, параллельных другдругу, с присоединенными к ним токапроводами, идущими к источнику импульсовэлектрического напряжения, В сосуд междуэлектродами засыпан слой гранул железа.При подаче на электроды импульсов напряжения между электродами происходят электрические разряды по цепочкам из гранул,контактирующих друг с другом и с электродами. В тачках контакта гранул при этомвозникают искровые разряды в жидкости,осуществляющие электраэрозионное диспергирование металла гранул и электродови пиролиз рабочей жидкости.Недостатком этого устройства являетсяутрамбовка слон гранул гидравлическимиударами ат искровых разрядов, приводящаяк уплотнению слоя гранул и слипанию их вкомки. Зто нарушает стабильность работыустройства,Для устранения этого недостатка в другам известном устройстве предложено подавать рабочую жидкость в такоеустройства снизу вверх через сетчатое днище. Восходящий поток рабочей жидкостипереводит слой гранул между электродамив состояние псевдаажиженного слоя, чтопрепятствует их утрамбовке и слипанию,Недостатком этого устройства является атсутствие перемешивания слоя гранул, чтопрепятствует выносу иэ сосуда мелких частиц металла, постепенно уменьшающихся в размерах в результате электроэрозианногаизноса и накапливающихся в сосуде. Эта приводит к росту электрического сопротивления разрядной цепи и к сбоям в работеисточника электропитания,Наиболее близким к заявляемому известным техническим решением прототипол 1)является устройство для электроэрозионного диспергирования металлов, состоящее из5 диэлектрического сосуда с соответствием вего днище для подачи в сосуд рабочей жидкости. Над этим отверстием в сосуде расположено дополнительное сетчатое днище издиэлектрического материала, В сосуд опу"О щены до упора в дополнительное сетчатоеднище два плоских электрода, расположенных под углом к вертикали расходящимисядруготдруга концами кверху, Кэтим концамэлектродов присоединены токопроводы,5 идущие к источнику импульсов электрического напряжения.В диэлектрический сосуд устройства загружают сверху через отверстие в его крышке гранулы металла, подлежащего20 электроэрозионному диспергированию, ачерез отверстие в днище сосуда подают внего поток рабочей жидкости. Затем наэлектроды подают импульсы электрического напряжения. При этом между электрода 25 ми происходят электрические разряды поцепочкам из гранул, контактирующих друг сдругом и с электродами, В точках контактагранул возникают искровые разряды в жидкости, осуществляющие экектроэрозионноеЗО диспергирование материала гранул и электродов, Продукты электроэрозии выносятсяиз сосуда устройства потоком рабочей жидкости, Этот же поток осуществляег перемешивание слоя гранул между электродами,ЗБ переводя его в состояние фонтанирующегопсевдоожиженного слоя, возникающего врасходящемся кверху пространстве междуэлектродами. Тат же поток выносит из сосуда вместе с продуктами электроэрозии и4 О наиболее мелкие частицы остатков диспергируемого материала, размеры которых постепенно уменьшаются в результатеэлектроэрозионнаго износа их. Это избавляет от вредного для работы источника алек"45 тропитания накопления мелких кусочковметалла между электродами, ведущего квозрастанию электрического сопротивления разрядной цепи,Недостатком этого устройства является50 низкая производительность диспергирования и вь 1 сокие удельные знергозатраты. Ониобусловлены тем, что при перемешиваниигранул в фонтанирующем псевдаожиженнам слое расстояние ме:кду гранулами уве 55 личивается и контакт между гранулами вразрядных цепочках часто нарушается, чтоведет кперерывам в электроэрозионномдиспергировании и сбоям в работе источника электрического тока, Недостатком является и сложность обслуживания устройства, 200258910 15 20 25 30 35 40 45 50 обусловленная тем, что отверстия в его сетчатом днище иногда забиваются мелкими кусочками диспергируемого материала, и эти отверстия приходится по одному протыкать шилом. прочищая их. Это требует длительных остановок в работе устройства.Целью изобретения является повышение производительности и стабильности диспергирования, снижение энергозатрат иупрощение обслуживания устройства,Цель достигается тем, что в известном устройстве для электроэрозионного диспергирования металлов, состоящем из диэлектрического сосуда с отверстием в его нижней части для подачи в сосуд рабочей жидкости и двух электродов, помещенных в сосуд, с присоединенными к нем токопроводами, идущими к источнику электропитания, имеющем дополнительное днище из диэлектрического материала, расположенное над отверстием в днище сосуда, дополнительное днище составлено из параллельных друг другу прутков или призм, установленных ребром кверху, со щелевым зазором между ними, простирающимся от одного электрода к другому,На фиг. 1 изображена в двух проекциях схема предлагаемого устройства. имеющего дополнительное днище, состоящее из параллельных друг другу стержней круглого сечения; на фиг, 2 - в двух проекциях схема предлагаемого устройства, имеющего дополнительное днище, состоящее из параллельных друг другу призм, установленных ребром кверху; на фиг, 3 - в одной проекции схема предлагаемого устройства, дополнительное днище которого состоит только из двух параллельных друг другу призм.Устройство, изображенное на фиг. 1 и 2, состоит из сосуда 1, выполненного из диэлектрического материала, имеющего в его нижней части отверстие со штуцером 2 для подачи рабочей жидкости. В нижней точке сосуда имеется также отверстие с крышкой 3 для выгрузки отходов, Боковые стенки диэлектрического сосуда 1 могут быть выполнены либо вертикальными (как изображено на левой стороне каждого сечения на фиг, 1), либо наклонными (как изображено на правой стороне каждого сечения), В боковых стенках сосуда 1 имеется рядотверстий, в которые вставлены и вклеены параллельные друг другу стержни из текстолита, стеклотекстолита или другого диэлектрического материала, образующие дополнительное диэлектрическое днище 4 над отверстием. Стержни представляют собой либо прутки круглого сечения (фиг. 1),либо призмы, установленные ребром кверху (фиг, 2). В сосуд 1 через прямоугольные отверстия в его крышке 5 опущены электроды 6 до упора в дополнительное днище 4, стержни которого простираются от одного электрода к другому. Электроды 6 можно размещать либо вертикально (как изображено в левой стороне сечения на фиг, 1), либо наклонно к вертикали(как изображено в правой стороне сечения на фиг, 1), расходящимися друг от друга концами кверху. К верхним концам электродов 6, выступающим из сосуда 1, присоединены токопроводы 7, ведущие к источнику импульсов электрического напряжения (не показан). При наклонном расположении электродов 6 к их верхним концам можно подвешивать грузы 8, обеспечивающие своим весом упругое прихатие электродов 6 к дополнительному днищу 4 и препятствующие выталкиванию электродов кверху потоком жидкости в сосуде 1. Радиус стержней или ширина граней призм должны быть в 3-20 раз (лучше в 5 - 10) больше среднего размера гранул, подлежащих электроэрозионному диспергированию в предлагаемом устройстве, Щелевые зазоры между стержнями, простирающиеся от одного электрода 6 к другому, должны иметь ширину, меньшую наименьшего размера гранул, подлежащих электроэрозионному диспергированию, с тем, чтобы они после загрузки в устройство не проваливалис в эти зазоры.Устройство, изображенное на фиг, 3, отличается от устройства, изображенного на фиг. 2, тем, что дополнительное днище у него состоит всего из двух диэлектрических стержней призматической формы. а между ними имеется всего адин щелевой зазор, простирающийся от одного электрода к другому.Предлагаемое устройство работает следующим образом.В сосуд 1 через люк в его крышке 5 загружают порцию гранул исходного металла, подлежащего электроэрозионному диспергированию. Объем загрузки должен составлять не более 1/2 объема сосуда 1 над дополнительным днищем 4 в нем, А минимальная высота загружаемого слоя должна быть выше верхнего края прутков дополнительного днища. Затем через штуцер 2 в сосуд 1 подают рабочую жидкость, постепенно повышая ее расход до тех пор, пока гранулы, находящиеся во впадинах между прутками дополнительного днища 4, не начнут перемешиваться в локальном фонтанирующем псевдоожиженном слое, возникающем надкаждым щелевым зазором между прутками или призмами дополнительного днища. Направление перемешивания гранул показано стрелка 7 2002589ми. После этого на электроды 6 подают импульсы электрического напряжения по токо- проводам 7. При этом в сосуде 1 происходят электрические разряды между электродами 6. проходящие по цепочкам из гранул, контактирующих друг с другом и с электродами. В тех точках контактов гранул этих цепочек, где их прижатие друг к другу не очень плотное, возникают искровые разряды вжидкости, осуществляющие электроэрозионное диспергирование материала гранул и электродов и пиролиз рабочей жидкости, Продукты электроэрозии выносятся восходящим потоком рабочей жидкости из сосуда 1, По мере электроэрозионного износаразмеры гранул постепенно уменьшаются и наиболее мелкие из них подхватываются потоком рабочей жидкости и выносятся из сосуда 1 вместе с продуктами электроэрозии, Этим предотвращается накапливаниемелких остатков гранул в сосуде 1. Часть мелких остатков гранул проваливается в щелевые зазоры между стержнями дополнительного днища 4 и накапливается на дне сосуда 1, откуда их периодически удаляют,открывая крышку 3 люка. По мере расходаматериала гранул в сосуде 1 его пополняютновыми порциями гранул, загружая из черезлюк в крышке 5 сосуда. В предлагаемом устройстве гранулы, находящиеся непосредственно над щелевым зазором между стержнями дополнительного днища. возносятся потоком рабочеи жидкости кверху, а гранулы. прилегающие к поверхности наклонных граней (цилиндрической поверхности прутков) дополнительного днища, не возносятся потоком рабочей жидкости, а скользят вниз по наклонной поверхности стержней, будучиприжатыми к ней и к соседним гранулам силой веса вышерасположенных гранул. Поскольку, стержни простираются от одного электрода б к другому по наикратчайшему расстоянию между электродами, то контактирукицие друг с другом гранулы, прилегающие к поверхности стержней, образуют наикратчайшие разрядные цепочки между электродами, по которым электрическиеразряды идут с большей вероятностью, чем по другим цепочкам в слое гранул над ними, где гранулы не всегда соприкасаются друг с другом. Таким образом, наличие наклонных поверхностей стержней обеспечивает наличие разрядных цепочек с гарантированным кон;актом между гранулами, Это обеспечивает стабильность электрических разрядов и стабильность нагрузки на источник электрического тока. А это ведет к повышению производительности устройства и уменьше 10 20 25 30 35 40 нию удельных энергозатрат на единицу получаемой продукции,Наличие в дополнительном днище щелевых зазоров, простирающихся от одногоэлектрода к другому, позволяет легко и.быстро очищать эти зазоры от забившихсяв них мелких кусочков остатков гранул спомощью лезвия ножа или пластины,вставляемой в щелевой зазор при профилактическом осмотре устройства. Этоускоряет и упрощает обслуживание устройства, а также уменьшает время обслуживания по сравнению с известнымустройством-прототипом, в котором до 5 полнительное днище сетчатое и для егоочистки необходимо каждое отверстиесетки протыкать шилом.Близкое к заявляемому техническое решение - наличие щелевых зазоров в дополнительном. диэлектрическом днище сосудаизвестно в устройстве для электроэрозионного диспергирования металлических гранул в насыпном слое, Щелевые зазорыобразованы не между диэлектрическимистержнями дополнительного днища, а мекду краями электродов и вставленной междуними диэлектрической перегооодкой. Кроме того, щелевые зазоры параллельны плоскости электрода, а в предлагаемомустройстве они простираются ат одногоэлектрода к другому(т,е. перпендикулярны),Все это обеспечивает существенность отличия предлагаемого технического решения.П р и м е р 1, Устройство, изображенноена фиг, 1. имеет размеры: межэлектродноерасстояние 150 мм, высота сосуда 1 от стержней дополнительного днища 4 до крышки5 сосуда 250 мм. Сосуд 1 выполнен из оргстекла, его боковые стенки вертикальны, аоба электрода 6 установлены под углом квертикали 10. Электроды 6 выполнены излистового свинца толщиной 5 мм, Дополнительное днище состоит из семи стеклотекстолитовых стержней диаметром 20 мм.5 Щелевые зазоры между ними имеют ширину 0,5 мм. В сосуд 1 загрукают гранулысвинца, полученные литьем капель расплава свинца в воду, имеющие диаметр 1 - 2 мм.Загрузку осуществляют до высоты уровня0 слоя на 10 мм выше верхнего края стержнядополнительного днища 4, В сосуд 1 поштуцеру 2 подают воду. На электроды 6 потокопроводам 7 подают импульсы напряжения 600 В с частотой повторения 1 кГц при5 средней во времени мощности источникатока 6 кВт, В результате электроэрозионного диспергирования с икровыми разрядамив воде получают суспенэию, состоящую извысокодисперсных ( 1 мкм) частиц свинцаи оксидов свинца в воде, Ее используют дляпроизводства активных масс электродов свинцовых аккумуляторов по технологии, описанной в заявке 14 4942245, Параметры и результаты экспериментов приведены в таблице. В таблице приведены также сравнительные данные электроэроэионного диспергирования в тех же условиях таких же гранул свинца в устройстве, отличающемся от предлагаемого только тем, что дополнительное днище у него выполнено из плоской сетки с размерами отверстий 0,5 мм (т.е, соответствует описанию известного устройства-прототипа).П р и м е р 2. Устройство, изображенное на фиг, 2, имеет такие же размеры, как и в примере 1. Но в нем дополнительное днище состоит из четыоех призм из текстолита, имеющих ширину наклонной грани 30 мм, Ширина щелеваго зазора между призмами составляет 2 мм, А электроды 6 выполнены из алюминия, В устройство загружают алюминиевые гранулы (ТУ 6-09-3742-74) с размерами 8 - 10 мм да высоты их слоя над ребрами призм не более 50 мм, Злектраэрозианное диспергирование осуществляют в воде при подаче импульсов напряжения ат того же источника, чта и в примере 1, В результате получать гель высакадисперснаго гидроаксидэ алюминия, выносимого потоком воды из сосуда 1. Параметры и результаты экспериментов приведены в таблице, в которой приведены и сравнительнь 1 е даннье диспергирования таких же алюминиевых гранул при тех же режимах в устройстве, отличающимся от предлагаемого талька тем, что дополнительное диэлектрическое днище у него выполнена иэ плоской сетки с размерами отверстий 2 мм (т,е. соответствует описанию известнага устройстваа-и ратати и а).П р и м е р 3. Устройство, изображенное на фиг. 3, имеет такие же размеры, как в примере 1, На в нем дополнительное днище 4 состоит всего из двух призм из оргстекла, имеющих ширину наклонной грани 50 мм. Ширина щелевого зазора между призмамисоставляет 4 мм. Электроды 6 выполнены изнизкоуглеродистой стали, В устройство загружают окатыши железорудные металли 5 зованные(ТУ 14-1-435-87) до высоты их слоянад верхними ребрами призм 80 мм. Электрозрозионное диспергирование осуществляют в воде при подаче импульсовнапряжения от того же источника, что и в10 примере 1. В результате получаютсуспензию,состоящую из высокодисперсных( 1 мкм) частиц частично окисленного железа в воде,используемую для очистки этой суспензиейсточных вод от ионов тяжелых металлов спа 15 сабом, описанном в заявке М 4717076. Результаты экспериментов приведены втаблице, в которой приведены также сравнительные данные по электроэроэионномудиспергираванию таких же гранул при таких20 же режимах в том же устройстве, но привыполнении диэлектрического днища иэплоской сетки, имеющей размеры отверстий 4 мм (т.е, соответствующем описаниюизвестного устройства-прототипа).25 Предлагаемое устройство обладает следующими преимуществами по сравнению сизвестным прототипам: повышается стабильность процесса злектроэрозионногодкспергиравания э результате уменьшения30 вероятности разрыва разрядной цепи; повышаетсяя производительность диспергирования металлов в результате уменьшениячисла сбоев электрических разрядов; снижаются удельные энергозатраты на едини 35 цу продукции в результате более полнойзагрузки источника тока и уменьшения сбоев электрических разрядов; упрощается обслуживание устройства и сокращаютсяпростои оборудования при обслуживании,40 (56) Заявка Японии %43 - 21282,кл. 16 В 1/22, опублик. 1968.Патент Дании М 132425, кл. В 22 Р 9/00,опублик. 1975.Авторское свидетельство СССР45 М 663515, кл. В 23 Р 1/02, опублик. 1979,формула изобретенияУСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОГО ДИСПЕРГИРОВАНИЯ МЕТАЛЛОВ, содержащее диэлектрический сосуд с отверстием в нижней части для подачи в него рабочей жидкости и дополнительное днище, расположенное над отверстием,два электрода с токопроводами и источник электропитания, отличающееся тем, что дополнительное днище выполнено из параллельных между собой призм; располо женных ребрами кверху или прутков,установленных с образованием щелевых зазоров между ними и укрепленных торцами на стенках с электродами,2002589 ректор А.Обручар дписно роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 Редактор Л.ВолкоЗаказ 3206 Составитель В,ТарасовТехред М. Моргентал Тираж По НПО "Поиск" Роспатента13035, Москва, Ж-ЗБ, Раушская наб,