Способ физико-химической обработки электропроводящих дисперсных материалов и устройство для его осуществления

"-,-" ;,.:=:ф РЕСПУБЛИКФ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОПНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(5 СПОСОБ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОИ ОБРАБОТКИ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЦИХ ДИСПЕРСНЫХМАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГООСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к способам физико-химической обработки псевдоожиженных слоев дисперсных материИзобретение относится к способам физико-химической обработки псевдоожиженных слоев дисперсного материала электрическим разрядом и может най ти применение в металлургии, химической промышленности и других об- . ластях техники.Известны способы и устройства для обработки дисперсных материалов в вакууме, в которых на материал, находящийся в состоянии псевдоожижения, воздействуют плазмсй тлеющего разряда.Недостатком указанных способов и устройств является их малый КПД изза использования только части энергии разряда которая выделяется толь ко на одном из электродов, и низкой эФфективности процесса из-за обработ 2Ь алов, может найти применение в металлургии и химической промышленности и позволяет повысить эффективность и улучшить качество обработки дисперс ных материалов тлеющим разрядом путем дополнительной обработки материала в области анода и межэлектродном промежутке, поддерживая в каждой из областей определенную порозность слоя, Для осуществления этого способа материал подают в герметичную камеру с системой лотков из диэлектрического материала, Материал обрабатывают разрядом ь 1 ачале в верхнем лот ке затем при пересыпании в нижний лоток. Основную обработку производят в нижнем лотке. Разряд зажиг. ют между слоями материала, содери:.;.же вся в) лотках. . с.п. ф-лы.ил., )абл,ки материала заряженным,; астицами Фффффодного зака. Качество работк:. мате- рриала низкое из-за за).рпзнения порошка продуктачи эрозии электродов.Известно устройство для обработки дисперсных металлицеских изделий(мелких шариков, порошков) в вакууме при воздействии тлеющего разрядаОбрабатываемыи чатериал загружаетсяво вращающийся вокруг вертикальнойоси конус, являющийся ка 1 одом, Мате- . ф,риал по наклонной трубке подаетсягеайвна дно конуса, Центролеж; ыв силыраспределяют материал по внутреннейповерхности конуса 1:. выбрасыва;тего после проведения обрабогки черезкрай конуса. Обработка осуществляется воздействием тлеащс .: разряда,который горит между катодом и расположенным над ним анодом, представляющим стационарно закрепленную пластину.5Однако известное устройство имеет недостаточно высокий КПЛ иэ-эа значительных потерь тепла на аноде (до 1 П) иэ-эа неиспользования энергии отрицательно заряженных частиц (обРаботка осуществляется только положительнычи ионами), что снижает эффективность обработки и вследствие малой толщины слоя обрабатываемого материала, из-за чего возможно воздействие Разряда не только на материал, но и на сам конус-катод. Пос" педний факт приводит не только к тепловым потерям, но и к интенсивному износу (эрозии) конуса и заг, рязнению материала .Известен способ обработки порошка, включающий просыпание последне го в области положительного столба тлеющего разряда, 25Недостатком указанного способа является низкая эффективность процесса, заключающаяся в том, что для обеспечения заданного качества порошка необходима рециркуляция по" вояка и многократное просыпание его в зоне разряда, либо увеличение зоны обработки эа счет увеличения высоты камеры (межэлектродного промежутка),Ближайшим решением по технической сущности и достигаемому результату является способ и устройство для обработки дисперсных материалов в вакууме, в котором материал, находящийся в состоянии псевдоожижения пу-тем наложения на него вибрационного. воздействия, движется по виброкон" вейеру тлеющего разряда, подвергается интенсивной обработке бомбардирующими положительными ионами. Устрой-, ство для осуществления указанного способа представляет собой реакционную камеру с расположенным внутри ьиброконвейером, при этом вибролента выполняет роль электрода-катода, об 50 разующего с расположенными над ней электродами-анодами, изолированными от корпуса, электродную систему.Однако известный способ и устройство имеют недостаточно высокую эффективность вследствие обработки материала только положительно заряженными ионами в зоне катодного прост-. ранства, недостаточно высокий термический КПД вследствие значительной (до 0/) потери тепла на аноде, которая полезно не используется и отводится с охлаждающей водой, а также эрозию анода, которая не только снижает срок службы устройства, но и загряаняет обрабатываемый материал продуктами эрозии, что отражается на его качестве.Цель изобретения - повышение эффек тивности физико-химической обработки электропроводящих дисперсных материалов и улучшение качества обрабатываемого материала.Указанная цель достигается тем, что согласно способу физико-химической обработки электропроводящих дисперсных материалов, включающему ввод материала, его псевдоожижение и обработку тлеющим разрядом в катодном пространстве и его вывод, материал предварительно обрабатывают в анодном пространстве и межэлектродном промежутке, причем порозность слоя материала в катодном пространстве составляет Е = (0,1-0,6), в анодном пространстве Е - в (0,1-0,6), в межэлектродном промежуткеи = = (0,8-0,9).В устройстве для физико-химической обработки. электропроводящих дисперсных материалов, включающем "корпус, лотки для обработки материала, устройство для ввода и вывода материала, устройство для его псевдоожижения, указанная цель достигается тем, что лотки из диэлектрического материала расположены друг над другом, причем внутрь одного иэ них вмонтирован электрод-катод, внутрь другого- электрод-анод.При осуществлении физико-химической обработки электропроводящих дисперсных материалов материал вводят при помощи специального устройства в зону анода, где приводят его в псевдоожиженное состояние с пороэностью .".0,1-0,6. После обработки материала отрицательно заряженными частицами в зоне анода материал подают в межэлектродный промежуток, который совпадает с положительным столбом тлеющего разряда. В положительном столбе создают слой дисперсных частиц порозностью ЕА= (0,8- 0,9). Благодаря высокой порозности слоя дисперсные частицы материалане экранируют друг друга от потоковзаряженных частиц и каждая частицаобрабатывается со всех сторон, Обработанный в межэлектродном промежутке материал собирают в зоне катода,где как и в зоне, анода приводят впсевдоожиженное состояние с Е =(0,4-0,6) и подвергают воздействиюзаряженных цастиц (положительныхионов). Обработкой материалов в эоне анода производят начальный разогрев материала и активацию его поверхности перед основной Физико-химической обработкой в зоне катода, гдепроводят либо просто нагрев, либо химическую реакцию,По условиям обработки в зонах катода и анода слой частиц материаладолжен активно перемешиваться приналичии в нем устойчивых токопроводящих цепочек из частиц порошка. Вмежэлектродном промежутке таких цепочек быть не должно, так как по нимможет произойти короткое замыканиемежду катодом и анодом. 25Под порозностью слоя понимают отношение объема пор к объему всегослоя. Причем, при пороэности слоя,близкой к 1 (0,8-0,99), токопроводящие цепочки отсутствуют (" падающий" 30слой). Оптимальной величиной пороэности в межэлектродном промежутке следует считать величину 0,8-0,9. Припороэности менее 0,8 в слое возникают достаточно длинные токопроводящиецепочки, которые вызывают короткоезамыкание между катодом и анодом.Организация в межэлектродном промежутке слоя цастиц материала с пороз ностью более 0,9 нецелесообразна из пза возрастания габаритов установки.Пороэность неподвижного слоя дисперсных частиц составляет 0,39. Припсевдоожижении величина порозностиувелицивается. Для гарантированного 45протекания электрического тока черезслой дисперсных частиц при хорошем.перемешивании порозность слоя должна находиться в пределах 0,4-0,6.При пор зност слоя меньше 0,4 перемешивание практически отсутствуети верхние слои материала перегреваются и спекаются. При пороэности слоябольше 0,6 токопроводящие цепочки вслое неустойдивы разряд горит неравномерно, периодически потухая,что приводит к прекращению обработкиматериала. Таким образом, оптимальной порозностью слоя материала в зонах катода и анода следует считать порозность в пределах 0,4-0,6,Описанные способы воздействия позволяют использовать энергию, выделяющуюся в зоне анода, на обработку порошка. В известном способе эта энергия просто отводится с охлаждающей водой, цто значительно (на 403) снижает КПД, ЭФФективность обработки возрастает благодаря дбработке материала в межэлектродном пространстве и зонах катода и анода с предлагаемым соотношением значений порозности слоя, Качество обработки порошка возрастает вследствие воздействия на порошок не только положительно заряженными частицами как в известном)/но и отрицательно заряженными частицами в зоне анода.Устройство для Физико-химической обработки электропроводящих дисперсных материалов включает корпус, лотки для обработки материала, устройства для ввода и вывода материала, устройство для его псевдоожижения. В отличие от известного устройства лотки выполнены из диэлектрического материала и расположены друг над другом, а электроды вмонтированы внутрь лотков. Изготовление лотков из диэлектрического материала приводит к повышению КПД устройства и повышению кацества обработки материала вследствие направления всей энергии разряда на обрабатываемый порошок, Лоток электрический ток не проводит и поэтому разряд на нем не загорается, не ароисходит эрозия лотка и материал не загрязняется продуктами эрозии.Лотки расположены друг над другом с целью наиболее эФФективной обработки, которая достигается совмещением зоны пересыпания порошка из верхнего лотка в нижний с положительным столбом тлеющего разряда, который горит между поверхностями слоев материала, содержащегося в лотках. Отсутствие устройств, транспортирующих порошок из лотка в лоток, не только упрощает конструкцию, но и позволяет дополнительно обработать материал в межэлектродном промежутке заряженными частицами обоих знаков, Электрод- анод вмонтирован внутоь одного лотка, а электрод-катод - внутрь друго" го с целью повышения КПР устройстваи повышения качества обработки порошка,Монтаж электрода внутри лотка приводит к покрытию его слоем материалаи превращению поверхности слоя в работающий электрод. В связи с этим раз-.ряд воздействует только на слой материала и происходит наиболее полноеусвоение энергии разряда; она не 10расходуется на разогрев электрода,не вызывает его эрозии и загрязнения;,родуктами эрозии обрабатываемогоматериала . Ион тирова ть электрод-аноди электрод-катод в одном лотке нельэя, так как это вызывает короткоезамыкание.На чертеже изображено устройстводля осуществления способа физико-химической обработки электропроводящих дисперсных материалов.Устройство состоит из корпуса 1,представляющего собой герметичную камеру, лотков 2 и 3, вь 1 полненных изнеэлектродного термостойкого материала, например керамики. Устройство 4ыи ввода порошка выполнено в видешнекового питателя, Устройство длявывода материала состоит из конусасборника 5 материала и устройства 6 , 30йдля сепарации порошка, В дно лотка 2встроен анод 7, а в дно лотка 3катод 8, Устройство для псевдоожиже;ния материала обеспечивает его перемешивание в лотках и представляет 35собой, например, вибратор.Способ физико-химической обработки электропроводящих дисперсных материалов осуществляют при помощи предлагаемого устройства следующим абра-40эом. Материал подвергают обработке и подают через устройство для ввода порошка 1 в зону анода. Роль анода вы полняет слой порошка, заключенного в лотке 2, за счет электрического контакта между порошком и анодом 7.Для обработки всей массы материала, находящегося в лотке, осуществляют тлеющий разряд, который горит толь- . ко между слоями материала, содержащегося в лотках, так как подвод потенциала к катоду и аноду выполняют тщательно изолированным проводником . За жигание разряда в любом другом месте, кроме слоев порошка в лотках, считают аварийном режимом и при работе ус,тановки не допускают. Для доСтижения поставленной цели порозность слоя материала в анодной области поддерживают Ец = (0,ч,6), в межэлектродном промежутке Г м о --(Г,ч,6).Устройство работает следующим образом.Обрабатываемый материал с помощью устройства 1 непрерывно, с определенным расходом подают в герметичный корпус 1 на верхний лоток 2. На верхнем лотке материал приводят в псевдоожиженное состояние и обрабатывают его отрицательно заряженными частицами тлеющего разряда. После обработки в лотке 2 материал пересыпают в лоток 3, В момент пересыпания порошок проходит область положительного столба тлеющего разряда, где его дополнительно обрабатывают активными частицами разряда. В лотке 3 порошок также приводят в псевдоожиженное состбяние и обрабатывают положительными ионами и радикалами тлеющего разряда. После этого материал через устройства 5 и 6 для вывода выводится наружу.П р и м е р 1. Дегазация алюминиевых гранул.Процесс дегазации проводят в камеве 1 при Р = О,1 Па, причем внутренний диаметр камеры Й Вк = 300 мм, Иатериал попадает на верхний лоток, выполненный из алунда, в дно которого вмонтирован медный электрод, причем диаметр лотка д = 150 мм. Псевдоожижение материала осуществляют механической мешалкой, вращающейся с частотой и = 0,8 с- . Иатериал в верхнем лотке нагревают до 200 С. Прио пересыпании он попадает в положительный столб тлеюще го раз ряда, зажи гаемого между слоем гранул алюминия в верхнем лотке (анод) и слоем гранул в нижнем лотке (катод). Напряжение разряда равно Б = 300 В. В положительном столбе гранулы проходят дополнительную обработку вследствие активации поверхности гранул заряженными частицами. В дно нижнего лотка, изготовленного иэ алунда, вмонтирован катод. В этом лотке гранулы проходят основную обработку разрядом в виброожйженном слое, Параметры вибрации; частота 20 Гц, виброускорение Зр. Гранулы нагревают до 400 С. Обработанный материал попадает в устройстводля вывода и выводится наружу, Производительность по гранулам 15 гран/с,Результаты испытаний приведены втабл.1 и 2,Как следует из табл,1, только в случае реализации способа при предлагаемых порозностях слоя (опыты 2- 4) КПД достигает максимальных значений при условии отсутствия спеков материала и хороших показателях остаточного газосодержания (не выше0,5 10 кг/мз), что на порядок лучше, чем в известном способе, 15Как следует из табл.2, только в случае предварительной обработки материала.в анодном пространстве, а за тем в межэлектродном промежутке при выполнении предлагаемой конструкции 2 О устройства остаточное газосодержание в порошке минимально, что свидетельствует о хорошеи качестве порошка, а КПД максимально (опыт 4).ФП р и м е р 2Восстановление про- . катной окалины.Для восстановления используют про-, сушенную прокатную окалину Фракцией 300 мкм. Процесс проводят в реакцион-ЗО ной камере, описанной в примере 1. Восстановление проводят в атмосфере водорода при давлении 13 .Па. Дпя очистки от водяных паров его пропускают через слой силикагеля, Частота вращения мешалки в верхнем лотке и = 0,5 с , температура нагрева ока" лины 250 ОС. Напряжение разряда составляет У = 400 В. Параметры виброожижения в нижнем лотке: частота 40 25 Гц, виброускорение 2,5 д. Окалину при основной обработке в нижнем лотке нагревают до б 00 ОС, Восстановление ведут в разных режимах при разном конструктивном оформлении установки. 45 Результаты исследований приведены в табл 3 и 4. Исходное содержание кислорода составляет 253, производительность установки во всех режимах 20 гран/с.50Как следует иэ табл.3, только в случае реализации способа при предлагаемых соотношениях порозностей слоя (опыты 2-4) КПД достигает макси мальных значений при условии отсутствия спеков и высокой степени восстановления (содержание кислорода в продукте меньше 0,33).Как следует из табл.4, только в случае предварительной обработки материала в анодном пространстве, а затем в межэлектродном промежутке при выполнении предлагаемой конструкции устройства содержание кислорода в порошке минимально, а КПД достигает своего максимального значения (опыт 4)Реализация предлагаемого способа физико-химической обработки электро- проводящих дисперсных материалов и устройства для его осуществления по сравнению с известным позволяет повысить эффективность процесса обработки материала, улучшить качество порошка, повысить КПД обработки мате. риала.формула изобретения1. Способ физико-химической обработки электропроводящих дисперсных материалов, включающий ввод материала, его псевдоожижение и обработку тлеющим разрядом в катоднам пространстве, и вывод материала, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности и улучшения качества обработки, материал предварительно обрабатывают в анодном прост ранстве, а затеи в межэлектродном промежутке, причем порозность слоя материала в катодном пгостранс ве составляет Е -- (0,4-06;:, е анод" ном пространстве Еп = (0, .-0,6), а в межэлектродном промежутке " ,и =(0,8-0,9) .2. Устройство для физик-.-химической обработки электропроводящих дисперсных материалов, включающее корпус, лотки для обработки материала, устройство для ввода и вывода материала, устройство для его псевдоожижения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности и улучшения качества обработки,лотки выполнены из диэлектрического материала, внутрь одного иэ которыхвмонтирован электрод-катод, а внутрьдругого - электрод-анод, при этомлотки расположены друг над другом.1699588 Таблица 1 КПД,Наличиеспеков Температура материалав облас"ти катода, С Порозность Способ обработки в межэлектродном про"межутке в зоне ка- в зонетода анода 5,0 Нет 220 Отсут,5ствует Анодтвердоетело Известный Предлагаемый Есть 50 Нет 70 80 7045 Остаточное газосодер"жение впродукте(1 .т 10кг/мф КПД,Способ монтажа эгектроде Расположение лотков Способ обре" ботки Нате Риаллотков Лоток - элект- род Один лоток(металл) Известный Предлагаемый 11,0 Внутри лотке 50 5 То ж Друг неддругом 7,0 Обработаннедостаточно Катод - изо" То желятор анодпРОВОДник То же 150 40 Катод " про" Друг над водник, анод " другом изоляторВнутри лотка Изолятор.То же ИО 80 200 60 25 0 0,1 То же В однойплоскости Вне лотка Друг наддругом Корот кое засни какие К использованянепригоден Два электрода в одном лотке То же Т е б л и ц е 3 в межзлектроднон промежуткеЯ Нелие КЛД фслекое Содержание кислородае продукте, е Температура материала в области като"деФС Способ обработки Лорозность в зонеанода в зоне катода)699588 ПроцолженнЕ та 15 п.3 КПД, Ф Наличиеспеков Содержание кисСпособ обработки Порозность,в зоне катода лорода в зонеанода в продукте,ласти катода,ф С 65 О 25.Ф 4 5 0,60 0,65 500 400 0,60 0,65 0,90 0,95 и 1 О Таблица 4 Способ монтажа электрода КПД,ФСпособ обра- ботки 400 15 25 Лотокэлектрод Проводник (неталл) Известный 100 Внутрилотка То ае 400 То ае 16 30 Внутрилотка 500 Друг наддругом То же 600 10 0,2 То ае То ае 60 и 320 20 8 однойплоскости и,25 Вне лотка и Два элект- Короткое зарода в од- мыканиеном лотке наторкалк исполь" зованионе дриго" ден Предлагаемый1 Иатериал лотков Катод - изолятор, анод .проводник Катод - проводник, анодизолв тор в межэлектродном промежутке Один лоток(виброконвейер) Друг наддругомТо ае Друг наддругомТо ае Темпе ратура материала в обТемпература материала в областио катода, С 22 719 гВМ Дедьзк Редактор И, Дербак Т атаи Коррек ГКНТ СССР роизводственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 Заказ М 2 ВНИИПИ Го Тираж Подписное дарственного комитета по изобретениям и открытия 113035, Иосква, Ж, Раушская наб.,д. 4/5