СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОДИСПЕРСНОГО СФЕРИЧЕСКОГО АЛЮМИНИЕВОГО ПОРОШКА Российский патент 1994 года по МПК B22F9/08 

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано при производстве высокодисперсного сферического алюминиевого порошка, например для высокоэнергетических топливных композиций.

Известен способ получения высокодисперсного сферического алюминиевого порошка, включающий распыление расплава металла сжатым, нагретым до температуры, близкой к температуре плавления алюминия, и инертным по отношению к нему газом для увеличения дисперсности капель с подачей в зону распыления холодного инертного газа для увеличения скорости кристаллизации капель расплава [1].

Однако этот способ не нашел промышленного применения, так как распыливающий газ при выходе из сопла форсунки расширяется и неизбежно охлаждается. Практически для достижения температуры, близкой к температуре плавления алюминия, у газа высокого давления на выходе из сопла форсунки требуется его нагревать до 1000^оС и более, что приводит к большим энергетическим затратам и снижению надежности системы подогрева и подачи газа.

Известен способ получения высокодисперсного сферического алюминиевого порошка, включающий распыление расплава сжатым газом и подачу на распыление дополнительного потока распыливающего газа, уплотняющего окружающую среду и способствующего сфероидации частиц [2].

Недостаток известного способа заключается в охлаждении распыливающего и дополнительного газа при расширении на выходе из сопл, т.е. в невозможности компенсировать потери тепла газа, а значит и увеличить дисперсность порошка при неизменном давлении и расходе газа.

Целью изобретения является повышение качества продукции увеличением дисперсности порошка и производительности производства высокодисперсного сферического алюминиевого порошка.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения высокодисперсного сферического алюминиевого порошка, включающем распыление расплава металла сжатым газом и подачу на распыление дополнительного потока распыливающего газа, распыление проводят нагретым газом и подачу дополнительного потока газа осуществляют с нагревом внешней области его инжекции до температуры, на 100-700^оС превышающей температуру струи газа.

Техническая сущность предлагаемого технического решения заключается в следующем.

У высокодисперсной струи распыливающего газа есть внешняя область инжекции, т.е. область прилегающего к струе пространства с газом. Распыление расплава проводят нагретым газом, который неизбежно охлаждается при расширении на выходе из сопла форсунки. Во внешнюю область инжекции струи распыливающего газа (т.е. в область, прилегающую к струе) подают газ более высокого статического давления, чем в струе распыливающего газа, т.е. создают дополнительный поток газа с меньшей скоростью движения, чем струя распыливающего газа. Такая система, являющаяся по сути открытым струйным аппаратом, имеет среднее значение коэффициента инжекции, равное единице.

В практике получения высокодисперсного алюминиевого порошка обычно нагревают распыливающий газ до 500-550^оС до подачи в форсунку в специальных печах. На выходе из форсунки на участке до встречи со струей расплава температура газа снижается при его расширении до 300^оС и ниже. Тогда для достижения оптимальных условий распыления расплава, обеспечивающихся при температуре распыливающего газа, близкой к температуре расплава, 660^оС, необходимо подавать дополнительный газ с температурой на 100-700^оС, превышающей температуру струи распыливающего газа. В этом случае получаем распыливающий газ с температурой 350-650^оС.

Экспериментально установлено, что заметное увеличение дисперсности порошка проявляется при температуре струи распыливающего газа 350^оС и более и достигает максимальной степени при 660^оС при неизменном давлении и расходе распыливающего газа на входе в форсунку.

Достигается повышение дисперсности порошка без уменьшения производительности, иначе говоря увеличивается производительность процесса получения порошка повышенной дисперсности.

В промышленно освоенной технологии получения высокодисперсного алюминиевого порошка распылением расплава сжатым нагретым газом с использованием эжекционной форсунки невозможно осуществить повышение дисперсности порошка без снижения производительности. Предварительно нагретый распыливающий газ неизбежно охлаждается при расширении на выходе из форсунки. Нагрев же газа высокого давления до поступления в форсунку для компенсации потерь тепла до 1000^оС и более экономически не оправдан. Предложенный способ дополнительного нагрева распыливающего газа инжекцией горячего газа более высокого статического давления, окружающего струю распыливающего газа, осуществляется проще и эффективнее.

При нагреве внешней области инжекции струи распыливающего газа до температуры, менее чем на 100^оС превышающей температуру струи, температура распыливающего газа повышается незначительно и эффект повышения дисперсности мал. Заметное повышение дисперсности наблюдается при увеличении температуры струи распыливающего газа не менее чем на 50^оС, для чего температура дополнительного газа должна быть на 100^оС выше температуры струи.

Для нагрева внешней области инжекции струи распыливающего газа до температуры, более чем на 700^оС превышающей температуру струи, резко возрастают энергетические затраты. Кроме того, когда температура распыливающего газа близка к температуре плавления алюминия (660^оС) дисперсность стабилизируется [3].

П р и м е р. В условиях промышленного производства высокодисперсного сферического алюминиевого порошка на Иркутском алюминиевом заводе осуществили компенсацию потерь тепла и нагрев струи распыливающего газа, нагревая внешнюю область инжекции струи распыливающего газа до температуры, на 100-700^оС превышающей температуру струи. Для этого от имеющейся газовой системы с давлением азота 0,05 МПа дополнительный газ пропускали через теплообменник, расположенный в печи подогрева расплава, где нагревали до 400-1000^оС (на 100-700^оС больше, чем температура в свободной струе распыливающего газа, которая менее 300^оС).

Использовалась промышленная эжекционная форсунка. Нагретый дополнительный газ с расходом 400 нм³/ч подавали во внешнюю область инжекции струи распыливающего газа, прилегающую к форсунке вокруг струи, через специальный трубопровод и кольцо с щелью. Параметры распыления поддерживали в соответствии с действующим технологическим регламентом на производстве высокодисперсного порошка.

Давление распыливающего газа на входе в форсунку 6 МПа, температура распыливающего газа до подачи в форсунку 550^оС, на выходе из форсунки не более 300^оС. Температура расплава алюминия 750^оС. Изменяли температуру дополнительного газа от 400 до 1000^оС, расход распыливающего газа от 600 до 900 нм³/ч.

За счет инжекции горячего газа струей распыливающего газа его температура увеличивается, что приводит к увеличению дисперсности продукта распыления.

Результаты экспериментальных исследований (среднее значение величин) приведены в таблице.

Таким образом, дополнительный нагрев струи распыливающего газа нагреванием внешней области инжекции до температуры, на 100-700^оС превышающей температуру струи, позволяет увеличить удельную поверхность продукта распыления на 40-50% без потери производительности. Иначе говоря, увеличивается в 2 раза производительность процесса производства порошка с дисперсностью на 40-50% большей, чем по существующей технологии.

Сущность изобретения заключается в том, что при производстве высокодисперсного сферического алюминиевого порошка осуществляют компенсацию потерь тепла и нагрев струи распыливающего газа, нагревая внешнюю область инжекции струи распыливающего газа до температуры, на 100 - 700°С превышающей температуру струи. Для этого от имеющейся газовой системы с давлением азота 0,05 МПа вспомогательный газ пропускают через теплообменник, расположенный в печи подогрева расплава, где нагревают до 400 - 1000°С. Нагретый вспомогательный газ с расходом 400 нм³/ч подают во внешнюю область инжекции струи распыливающего газа, т.е. прилегающую к торцу форсунки вокруг струи. За счет инжекции горячего газа струей распыливающего газа температура в нем увеличивается, что приводит к увеличению дисперсности продукта распыления. 1 табл.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОДИСПЕРСНОГО СФЕРИЧЕСКОГО АЛЮМИНИЕВОГО ПОРОШКА, включающий распыление расплава металла сжатым газом и подачу на распыление дополнительного потока распыливающего газа, отличающийся тем, что распыление проводят нагретым газом и подачу дополнительного потока газа осуществляют с нагревом внешней области его инжекции до температуры, на 100 - 700^oС превышающей температуру струи газа.