ИСПАРИТЕЛЬ ДЛЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ Российский патент 2002 года по МПК C23C14/24 

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для получения газофазным методом высокодисперсных и ультрадисперсных порошков металлов, преимущественно легколетучих элементов, предназначенных для получения коррозионно-стойких красок, металлических покрытий, композиционных составов для снижения износа трущихся пар различных механизмов и др.

Известны конструкции испарителей с повышенной скоростью напыления за счет увеличения поверхности испарения [1].

Для целей повышения коэффициента использования испаряемого металла испаритель снабжен дополнительным экраном [2].

Известные испарители имеют существенный недостаток - короткий временной цикл работы, ограниченные возможности регулирования параметров технологического цикла, а следовательно, и качества продукции.

Наиболее близким по технической сущности и решаемой задаче к предлагаемому является испаритель для металлов и сплавов [3], содержащий цилиндрический экран-нагреватель, контейнер для расплава, расположенный соосно внутри цилиндрического нагревателя. Емкость контейнера выполнена в виде отдельных соединенных соосно между собой цилиндрических ячеек, соединенных между собой по принципу сообщающихся сосудов. Жидкий расплав поверхностью испарения в каждой ячейке контактирует с прокладкой, выполненной из тонкого пористого углеродистого материала. Ячейки контейнера соединены между собой на осевых элементах, внутренний канал которых и радиальные отверстия образуют единую систему сифонной подачи расплава в контейнер из автономного источника. Известный испаритель обеспечивает ведение технологического процесса в непрерывном режиме длительное время и получение высококачественной продукции.

Вместе с этим лимитирующим звеном, определяющим длительность непрерывности процесса испарения расплава в известном испарителе, являются прокладки из тонкого пористого углеродистого материала, ограничивающие ячейки с боковых сторон. Постоянный контакт с жидким расплавом под давлением приводит к локальному прогару прокладок и прорыву капель жидкого металла через перфорированные отверстия крышек в атмосферу паров расплава.

Локальный прорыв расплава вынуждает останавливать процесс испарения и для замены вышедшего из строя элемента конструкции осуществлять демонтаж установки. Другим недостатком известного испарителя является относительно низкий КПД.

В настоящей заявке поставлена задача при сохранении всех преимуществ технологического процесса испарения и качественных характеристик готовой продукции, получаемой при использовании известного испарителя, повысить надежность работы и коэффициент полезного действия нагревателя-испарителя в условиях интенсивной длительной эксплуатации при массовом производстве металлических порошков.

Сущность предлагаемого изобретения и поставленная задача решаются тем, что в известном испарителе для металлов и сплавов, содержащем цилиндрический экран, нагреватель, контейнер для расплава расположен с внешней стороны цилиндрического экрана и помещенного в нем нагревателя, а образующие емкость контейнера цилиндрические ячейки выполнены в корпусе контейнера ступенчато с объемом полостей, уменьшающихся к его основанию, а каждая ячейка в радиальном направлении ограничена с одной стороны стенкой контейнера, с другой - патрубком торцевого диска ячейки, установленного с кольцевым зазором до торцевого диска вышерасположенной ячейки и до стенки цилиндрического экрана, которые образуют канал для отвода пара, цилиндрический экран сочленен с корпусом контейнера посредством резьбового соединения на патрубке верхнего диска, а диски между собой соединены установочными фиксаторами жесткости, которые в каждой последующей ячейке, начиная со второй, смещены в плоскости диска относительно друг друга и выполнены с внутренним каналом, соединяющим полости ячеек, причем уровень верхнего края фиксатора находится ниже уровня верхнего края патрубка торцевого диска, а на верхней торцевой части контейнера перед каналом подачи расплава из плавильного агрегата установлен запорный клапан.

Предложенная конструкция испарителя, компановка его элементов обеспечивают достижение поставленной задачи, существенно упрощая его конструктивное исполнение, профилактическое обслуживание и эксплуатацию.

Размещение нагревательного элемента внутри цилиндрического экрана и размещение вокруг последнего емкости контейнера для расплава обеспечивают рациональное и более полное использование тепловой энергии нагревательного элемента.

Регулирование теплового режима, ступенчатое расположение цилиндрических ячеек внутри корпуса с объемом полостей, уменьшающихся к его основанию, и системы каналов для отвода паров расплава и подачи жидкого расплава, образуемых взаимосвязанным расположением конструктивных элементов, создают термодинамические и кинетические условия равномерного истечения паров расплава из ячеек различного объема, при этом по сравнению с известным решением значительно увеличивается съем пара с единицы поверхности расплава, а следовательно, и производительность установки.

Анализируя вышеизложенное, можно сделать вывод, что предлагаемая конструкция испарителя содержит совокупность новых существенных признаков, характеризующих устройство, а именно формой выполнения контейнера, формой выполнения и связей ячеек контейнера, взаимным расположением контейнера, цилиндрического экрана и нагревателя. То есть по сравнению с известным испарителем признаки, характеризующие заявленную конструкцию испарителя, являются новыми и существенными, что соответствует критерию "новизна".

Из научно-технической и патентной информации не выявлено использование совокупности взаимодействия и конструктивного выполнения новых существенных признаков предлагаемого испарителя по их функциональному назначению и достигаемому результату, что соответствует критерию "изобретательский уровень".

На чертеже изображен общий вид испарителя для металлов и сплавов в продольном разрезе.

Испаритель состоит из цилиндрического экрана 1, в котором помещен нагревательный элемент 2. В корпусе контейнера 3 на ступенчатых выточках образованы цилиндрические ячейки 4, которые в радиальном направлении ограничены с одной стороны стенкой контейнера 3, а с другой патрубком торцевого диска 5. Торцевые диски с патрубком 5 ячеек 4 между собою и стенкой цилиндрического экрана 1 образуют канал 6 для отвода пара. Корпус контейнера 3 соединен с цилиндрическим экраном 1 резьбовым соединением на патрубке верхнего торцевого диска 5 первой большой ячейки 4. Торцевые диски с патрубком 5 соединены друг с другом установочными фиксаторами 7, которые в каждой последующей ячейке, начиная со второй, смещены в плоскости диска относительно друг друга по крайней мере на диаметр крепежного элемента 8 установочного фиксатора 7. Установочные фиксаторы 7 во внутренних полостях ячеек 4 имеют перепускные каналы 9 для наполнения емкости контейнера жидким расплавом 10. Установочные фиксаторы 7 устанавливаются внутри цилиндрических ячеек 4 ниже уровня патрубков торцевых дисков 5. В верхней торцевой части корпуса контейнера 3 перед каналом подачи жидкого расплава из плавильного агрегата (не показан) установлен запорный клапан 11. Все элементы конструкции испарителя изготовлены из электродного графита.

Испаритель работает следующим образом. Испаритель помещается в герметичную камеру (не показана), удаляют из нее воздух, заполняют инертным газом до давления 1,33•10³÷10⁵ Па. Подключают нагревательный элемент к источнику питания и прогревают испаритель до заданной температуры. Подачу жидкого расплава 10 в прогретый испаритель осуществляют через запорный клапан 11, далее через канал 12, каналы 8 в фиксаторах 7 последовательно наполняются все полости цилиндрических ячеек 4. Наполнение жидким расплавом полостей цилиндрических ячеек 4 происходит до верхнего уровня установочных фиксаторов 7. При заданной рабочей температуре в испарителе с поверхности жидкого расплава в ячейках 4 проходит образование пара, который за счет избыточного давления в полостях ячеек 4 поступает в канал 6 и далее в герметичную камеру, где смешивается с нейтральным газом и конденсируется с образованием высокодисперсного качественного порошка или плотной поверхности напыления на изделии.

Пример выполнения.

Из электродного графитового материала изготовлены детали испарителя заявленной конструкции. Технология изготовления деталей испарителя и его сборка затруднений не вызывает.

Испаритель новой конструкции был испытан при получении порошка цинка с частицами размером 0,5-8 мкм. Технологический процесс получения порошков цинка стабильный и по производительности и по длительности непрерывной работы, а также не лимитируется конструктивными элементами, достигается высокий КПД использования тепла нагревателя, значительно упрощена конструкция и технологический процесс в целом.

Источники информации
1. Авт. св. СССР 1257114.

2. Авт. св. СССР 1605575.

3. Патент РФ 2118398.

Изобретение относится к устройствам для получения газофазным методом высоко- и ультрадисперсных порошков металлов и сплавов, а также для нанесения металлических покрытий в вакууме на металлические и неметаллические изделия. Испаритель характеризуется простотой исполнения и надежностью эксплуатации при длительном непрерывном цикле работы. Достигается это тем, что контейнер для расплава расположен с внешней стороны цилиндрического экрана и помещенного в нем нагревателя, а образующие емкость контейнера цилиндрические ячейки выполнены в корпусе контейнера ступенчато с объемом полостей, уменьшающихся к основанию контейнера. Выход металлического пара и уровень жидкого расплава металла в цилиндрических ячейках поддерживается в автономном режиме за счет системы каналов выхода пара и системы поступления расплава в полость каждой ячейки. 1 ил.

Испаритель для металлов и сплавов, содержащий цилиндрический экран, нагреватель, контейнер для расплава, отличающийся тем, что контейнер расположен с внешней стороны цилиндрического экрана и помещенного в нем нагревателя, а образующие емкость контейнера цилиндрические ячейки выполнены в корпусе контейнера ступенчато с объемом полостей, уменьшающихся к его основанию, а каждая ячейка в радиальном направлении ограничена с одной стороны стенкой контейнера, с другой - патрубком торцевого диска ячейки, установленного с кольцевыми зазорами до торцевого диска вышерасположенной ячейки и до стенки цилиндрического экрана, которые образуют канал для отвода пара, цилиндрический экран сочленен с корпусом контейнера посредством резьбового соединения на патрубке верхнего диска, а диски между собой соединены установочными фиксаторами, которые в каждой последующей ячейке, начиная со второй, смещены в плоскости диска относительно друг друга и выполнены с внутренним каналом, соединяющим полости ячеек, причем уровень верхнего края фиксатора находится ниже уровня верхнего края патрубка торцевого диска, а на верхней торцевой части контейнера перед каналом подачи расплава из плавильного агрегата установлен запорный клапан.