УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПОРОШКА ИЗ РАСПЛАВА Российский патент 1997 года по МПК B22F9/08 

Изобретение относится к области порошковой металлургии, более конкретно, к устройствам для производства порошков распылением расплавов и, в частности, может найти широкое применение при производстве порошков цинка, свинца, алюминия и других металлов.

Известно устройство для получения металлического порошка из расплава, содержащее корпус с цилиндрической полостью, разделенной на внешнюю и внутреннюю кольцевые части, каждая из которых сообщена с источником сжатого воздуха, установленную в корпусе трубку для подачи расплава, сообщенную с источником расплава, с размещенным у выходного конца трубки форсуночным узлом в корпусе в виде конических деталей с острым углом наклона к оси трубки и сообщенного внутренней полостью завихрителя воздушного потока в виде цилиндрической насадки, на поверхности которых под острым углом к оси трубки выполнены равномерно расположенные пазы для прохождения воздуха.

В известном устройстве, трубка для подачи расплава снабжена обогревателем в виде спирали и упором, которым он фиксируется в корпусе. Трубка для подачи расплава выполнена кварцевой (авт. св. СССР N 1704925, кл. В 22 Г 9/08, опубл. 15.01.92).

Известное устройство не обеспечивает достаточного качества получаемого порошка, имеет не высокую производительность, сложно в обслуживании и потребляет большое количество электроэнергии.

Невысокое качество получаемого порошка обусловлено его низкой дисперсностью, поскольку выход мелких фракций (менее 0,50 мм) составляет немногим более 80%
Низкая производительность устройства обусловлена невысокой степенью вакуума в месте истечения расплава из трубки, и, как следствие этого, низкой скоростью его движения в трубке.

Низкая скорость движения расплава по трубке создает необходимость его дополнительного обогрева, что вызвано опасностью охлаждения расплава в трубке.

Наличие обогревателя и упора для его фиксации в корпусе усложняет обслуживание устройства, поскольку при замене трубки необходима полная разборка форсуночного узла и, кроме того, устройство требует постоянного значительного потребления электроэнергии.

Использование в качестве материала для подачи расплава кварцевого стекла не позволяет расширить ассортимент получаемых в известном устройстве порошков, в частности использовать его для получения порошков из тяжелых металлов (свинец и др.).

Задачами изобретения являются создание устройства простого в обслуживании, не требующего потребления электроэнергии, обеспечивающего высокие производительность, качество и ассортимент получаемых порошков без увеличения давления и расхода воздуха.

Указанные задачи достигаются тем, что в устройстве для получения металлического порошка из расплава металла, содержащем корпус с цилиндрической полостью, разделенной на внешнюю и внутреннюю кольцевые части, каждая из которых сообщена с источником сжатого воздуха, установленную в корпусе трубку для подачи расплава с размещением у выходного конца трубки форсуночным узлом в корпусе в виде конических деталей с острым углом наклона к оси трубки и сообщенного внутренней полостью завихрителя воздушного потока в виде цилиндрической насадки; на поверхности которых под острым углом к оси трубки выполнены равномерно расположенные пазы для прохождения воздуха, согласно изобретению, оно снабжено двумя дополнительными завихрителями, первый из которых выполнен в виде диска, закрепленного на разделительном элементе и размещен во внешней полости, второй выполнен в виде цилиндрической насадки, установленной в разделительном элементе и размещен во внутренней полости и дополнительным узлом, выполненным в виде камеры с соплом и конфузором, закрепленном на противоположном от выходного конце трубки для подачи расплава и размещенном вне корпуса устройства, дополнительные завихрители имеют равномерно расположенные пазы для прохождения воздуха, выполненные под тем же углом наклона к оси трубки, что и конические детали, камера дополнительного узла сообщена входным отверстием сопла с источником сжатого воздуха, а входным отверстием конфузора с источником подачи расплава, дополнительные завихрители и узел установлены перед форсуночным узлом, разделительный элемент выполнен цилиндрическим, источник подвода сжатого воздуха выполнен в виде тангенциально установленного патрубка, а трубка для подачи расплава выполнена из металла.

Предлагаемая конструкция устройства для получения металлического порошка из расплава, содержащего два дополнительных завихрителя, первый из которых выполнен в виде диска, закрепленного на разделительном элементе и размещен во внешней полости, другой выполнен в виде цилиндрической насадки, установленной в разделительном элементе и размещен во внутренней полости, и дополнительный узел, выполненный в виде камеры с соплом и конфузором, закрепленный на противоположном от выходного конца трубки для подачи расплава и размещенный вне корпуса устройства, при этом дополнительные завихрители имеют равномерно расположенные пазы для прохождения сжатого воздуха, выполненные под тем же углом наклона к оси трубки, что и конические детали, камера дополнительного узла сообщена входным отверстием сопла с источником сжатого воздуха, а входным отверстием конфузора с источником подачи расплава, дополнительные завихрители и узел установлены перед форсуночным узлом, разделительный элемент выполнен цилиндрическим, источник подвода сжатого воздуха выполнен в виде тангенциально установленного патрубка, что позволяет повысить качество получаемого порошка путем более интенсивного дробления частиц расплава, благодаря чему полностью исключается получение порошка крупностью более 0,030 мм. Этот результат достигается созданием в месте истечения расплава из металлической трубки вакуума максимально высокой степени за счет максимально интенсивного закручивания потока сжатого воздуха благодаря выполнению разделительного элемента цилиндрической формы, присутствию в устройстве двух дополнительных завихрителей и дополнительного узла, тангенциальному расположению отверстия корпуса для подвода сжатого воздуха, благодаря чему струя металла, истекающая из трубки становится более тонкой и более интенсивно разрывается под действием центробежной силы максимально закрученного потока сжатого воздуха на мельчайшие частицы в виде тумана, которые при охлаждении образуют пыль крупностью менее 0,030 мм (100% ) (в основном 0,010 0,015 мм).

Максимально эффективное завихрение потока сжатого воздуха достигается за счет его предварительного закручивания в кольцевом зазоре между корпусом и разделительным элементом при тангенциальном поступлении сжатого воздуха в отверстие для его подвода, которое затем усиливается за счет его прохождения через два дополнительных завихрителя, еще более усиливается при завихрении этого потока в свободном промежутке между дополнительными завихрителями, установленными внутри корпуса и форсуночным узлом и наконец, достигает максимума на выходе из пазов конических деталей и цилиндрической насадки форсуночного узла.

Создание вакуума высокой степени позволяет повысить скорость протекания расплава по трубке, благодаря чему значительно повышается производительность устройства без увеличения давления и расхода воздуха.

Повышение скорости протекания расплава по трубке позволяет исключить необходимость его обогрева, поскольку он не успевает остыть за время своего протекания, благодаря чему значительно снижается энергоемкость устройства.

Отсутствие узла обогрева расплава в трубке значительно упрощает обслуживание устройства, поскольку замена вышедшей из строя трубки осуществляется без разборки всего форсуночного узла.

Выполнение трубки для подачи расплава из металла позволяет в данном устройстве получать порошки из тяжелых металлов, в частности свинца, что позволяет существенно расширить ассортимент получаемых порошков.

Наличие в устройстве дополнительного узла, выполненного в виде камеры с соплом и конфузором, закрепленном на противоположном от выхода конце трубки для подачи расплава и размещенном вне корпуса устройства, причем камера дополнительного узла сообщена входным отверстием сопла с источником сжатого воздуха, а входным отверстием конфузора с источником подачи расплава позволяет еще более увеличить скорость протекания расплава по трубке, благодаря чему еще более повышается производительность устройства, причем также без увеличения давления и расхода воздуха, и еще более улучшить качество получаемого порошка. Этот результат достигается за счет того, что патрубок подвода расплава установлен по отношению к оси трубки под острым углом, благодаря чему в зоне выхода расплава в камеру между соплом и конфузором создается вакуум, который еще более увеличивает скорость протекания по трубке. Экспериментально установлено, что создаваемый в этой зоне вакуум способствует повышению скорости протекания расплава в 2,5 3 раза. При этом струя металла попадает в камере в струю сжатого воздуха и передвигается далее в трубку, где происходит его максимальное смешивание со сжатым воздухом. Таким образом к выходному отверстию с максимально большой скоростью подходит поток смеси расплава металла с воздухом, где на него действуют три максимально закрученных потока сжатого воздуха.

Совокупность признаков технического решения устройства имеет отличия от прототипа и не следует явным образом из изученного уровня техники, поэтому авторы считают, что устройство является новым и имеет изобретательский уровень.

Данное устройство может найти широкое применение в порошковой металлургии, т.е. оно является промышленно применимым.

На фиг. 1 изображен главный вид устройства; на фиг. 2 разрез Б-Б фиг, 1; на фиг. 3 разрез А-А фиг. 1.

Устройство для получения металлического порошка из расплава состоит из корпуса 1 с цилиндрической полостью, разделенной на внешнюю 2а и внутреннюю 3 кольцевые части, каждая из которых при помощи отверстий 4 и 5 сообщена с источником сжатого воздуха (не показан), установленную в корпусе 1 трубку 6 для подачи расплава, выходной конец которой 7 снабжен форсуночным узлом в виде двух, связанных с внешней полостью 2 смещенных относительно друг друга усеченных конических деталей 8 и 9 с углом наклона к оси трубки 6 30^o и связанных с внутренней полостью 3 завихрителя 10 воздушного потока в виде цилиндрической насадки, на поверхности которых по углом 30^o к оси трубки выполнены равномерно расположенные пазы 11, 12 и 13 для прохождения воздуха.

Устройство снабжено цилиндрическим разделительным элементом 14 и двумя завихрителями 15 и 16 с равномерно расположенными под углом 30^o к оси трубки 6 пазами 17 и 18, при этом завихрителя 15 и 16 установлены перед форсуночным узлом (по ходу движения сжатого воздуха) и один из них 15 выполнен в виде диска, закрепленного на разделительном элементе 14 и расположен во внешней полости 2, а второй 16 выполнен в виде цилиндрической насадки большего размера, чем цилиндрическая насадка завихрителя 10 форсуночного узла, установлена в разделительном элементе 14 и размещена во внутренней полости 3. Отверстие 5 корпуса 1 для подвода сжатого воздуха, расположено тангенциально.

Дополнительный узел устройства содержит корпус с соплом 19 и конфузором 20, причем входное отверстие 21 сопла 19 сопряжено с отверстием 22 подвода сжатого воздуха, а входное отверстие 23 конфузора 20 с входным отверстием 24 патрубка 25 подвода расплава металла.

Устройство работает следующим образом.

Струя металла, например цинка или свинца, выходя из трубки 6, вступает во взаимодействие с тремя максимально закрученными потоками сжатого воздуха, выходящими из отверстий 11, 12 и 13 конических деталей 8 и 9 завихрителя 10 воздушного потока, в которые он подается изо источника сжатого воздуха (не показан) через тангенциально расположенное в боковой поверхности цилиндрического корпуса отверстие 5.

Поток воздуха, поступив во внешнюю полость 2 через это отверстие 5 делится на потоки, один из которых, двигаясь по касательной к наружной поверхности цилиндрического разделительного элемента 14, не теряя скорости, закручивается вокруг него в равномерно расположенном кольцевом зазоре между цилиндрическим корпусом и цилиндрическим разделительным элементом 14 поступает к отверстию 17 завихрителя 15.

Другой поток, изменяя свое первоначальное направление, закручиваясь при этом, также поступает к равномерно расположенным под углом 30^o к оси трубки отверстиям 17 завихрителя 15. Дважды закрученный таким образом поток, прошедший через отверстие 17 завихрителя 15 поступает к отверстиям 12 и 13 конических деталей 8 и 9, проходя через которые достигает наибольшей интенсивности.

Следующий поток из внешней полости 2 трижды изменяя свое направление через равномерно расположенные пазы 4 в цилиндрическом разделительном элементе 14 и равномерно расположенные под углом 30^o к оси корпуса отверстия 18 завихрителя 16, интенсивно закручиваясь при этом поступает во внутреннюю полость 3, после чего закручиваясь в свободном пространстве этой полости, он направляется к отверстиям 11 завихрителя 10, проходя через которые достигает наибольшего завихрителя.

Кроме того, поток сжатого воздуха из внешней полости 2 через патрубок 26 подвода сжатого воздуха в камеру дополнительного узла через сопло 19 попадает в трубку 6, в которой смешивается с расплавом металла, подаваемого в трубку 6 через патрубок 25 подачи расплава. При этом в зоне между выходным отверстием 20 сопла 19 и патрубка подвода 25 расплава металла и входным отверстием 23 конфузора 20 создается вакуум, который максимально увеличивает (в 2,5 3 раза) скорость передвижения расплава в трубке 6. Кроме того, в трубке 6, происходит смешивание расплава металла и сжатого воздуха.

Таким образом три потока сжатого воздуха, достигших на выходах максимальной степени завихрения, за счет трех ступеней предварительного закручивания, диспергируют смесь расплава металла с воздухом, образуя при этом мелкодисперсную пыль, которая охлаждаясь, превращается в металлический порошок.

Использование изобретения позволяет добиться получения не менее 100% мелких фракций металлического порошка (≥0,030 мм, в основном 0,010 - 0,015 мм) и в 2,5 3 раза повысить производительность процесса.

Использование: в области порошковой металлургии для производства порошков распылением расплавов, и, в частности, может найти применение при производстве порошков цинка, свинца, алюминия и других металлов. Сущность изобретения: устройство для получения металлического порошка из расплава состоит из корпуса 1 с цилиндрической полостью, разделенной на внешнюю 2 и внутреннюю 3 кольцевые части, каждая из которых при помощи отверстий 4 и 5 сообщена с источником сжатого воздуха не показан, установленную в корпусе 1 трубку 6 для подачи расплава, выходной конец трубы которой 7 снабжен форсуночным узлом в виде двух, связанных с внешней полостью 2 смещенных относительно друг друга усеченных конических деталей 8 и 9 с углом наклона к оси трубки 6 - 30^o и связанных с внутренней полостью 3 завихрителя 10 воздушного потока в виде цилиндрической насадки, на поверхности которых под углом 30^o к оси трубки выполнены равномерно расположенные пазы 11, 12 и 13 для прохождения воздуха. Устройство снабжено цилиндрическим разделительными элементом 14 и двумя завихрителями 15 и 16 с равномерно расположенным под углом 30^o к оси трубки 6 пазами 17 и 18, при этом завихрители 16 и 15 установлены перед форсуночным узлом и один из них 15 выполнен в виде диска, закрепленного на разделительном элементе 14 и расположен во внешней полости 2, а второй 16 выполнен в виде цилиндрической насадки большего размера, чем цилиндрическая насадка завихрителя 10 форсуночного узла, установлена в разделительном элементе 14 и размещена во внутренней полости 3. Отверстие 5 корпуса 1 для подвода сжатого воздуха, расположен тангенциально. Дополнительный узел содержит корпус с соплом 10 и конфузором 20, причем входное отверстие 21 сопла 19 сопряжено с отверстием 22 подвода сжатого воздуха, а входное отверстие 23 конузора 20 с входным отверстием 24 патрубка 25 подвода расплава металла. 3 ил.

Устройство для получения металлического порошка из расплава, содержащее цилиндрический корпус, сообщенный с источником сжатого воздуха, установленные в корпусе трубку для подачи расплава, форсуночный узел, размещенный у выходного конца трубки и выполненный в виде двух конических деталей с острым углом наклона к оси трубки, и установленный в зазоре между трубкой и форсуночным узлом завихритель воздушного потока в виде цилиндрической насадки с равномерно расположенными пазами для прохождения воздуха, выполненными на поверхности под острым углом к оси трубки, отличающееся тем, что оно снабжено цилиндрическим разделительным элементом, разделяющим полость корпуса на внешнюю и внутреннюю кольцевые полости, двумя дополнительными завихрителями в виде диска, закрепленного на разделительном элементе во внешней кольцевой полости, и в виде цилиндрической насадки, установленной в разделительном элементе и размещенной во внутренней кольцевой полости, и дополнительным узлом, выполненным в виде камеры с соплом и конфузором, закрепленным на противоположном от выходного конца конце трубки для подачи расплава и размещенным вне корпуса, при этом дополнительные завихрители имеют равномерно расположенные пазы для прохождения сжатого воздуха, выполненные под тем же углом наклона к оси трубки, что и конические детали форсуночного узла, камера дополнительного узла сообщена входным отверстием сопла с источником сжатого воздуха, а входным отверстием конфузора с патрубком подачи расплава, причем разделительный элемент выполнен с отверстиями для подвода сжатого воздуха во внутреннюю полость, источник подвода сжатого воздуха выполнен в виде тангенциально установленного патрубка, а трубка для подачи расплава выполнена из металла.