СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКА КАЛЬЦИЯ Российский патент 2003 года по МПК B22F9/04 

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к получению кальция, и может быть использовано для получения грубых порошков металлов, в том числе пластичных и химически активных.

Существующие методы получения порошков подразделяют на механические и физико-химические (Технология металлов и материаловедение. Под редакцией Л. Ф. Усовой. М. : Металлургия, 1987). Из физико-химических методов для получения порошков кальция наиболее пригоден электролиз расплавленных солей. Однако отделение полученных частиц металла от электролита, например, с помощью отмывки водой или растворами солей для кальция не пригодно из-за его химической активности.

Из механических методов в настоящее время применяются такие, как распыление струи расплавленного металла (патент РФ 2199734, бюл. 15, 27.05.2000) и обработка металла резанием с получением частиц, а не сливной стружки.

Недостатком метода распыления расплава являются большой расход электроэнергии на нагрев и плавление металла, а также необходимость создания защитной атмосферы для расплава кальция.

Для получения порошков используют также различные способы измельчения металлов обработкой резанием, осуществляемые с помощью мельниц и дробилок (Gert Schubert "Aufbereitung metallischer Sekundarrohstoffe", VEB Deutscher Verlag fur Grundstoffindustrie, Leipzig, 1984). Известна, например, ножевая стружкодробилка (Патент РФ 2143323, бюл. 36, 27.12.1999), в которой получение порошка пластичных и химически активных металлов включает измельчение кальциевой стружки на вращающемся роторе, удаление порошка из зоны дробления через отверстия охватывающего ротор сита. С целью повышения производительности дробилки используется охлаждение рабочей зоны циркулирующей по контуру жидкостью, например керосином.

Недостатком данного способа, выбранного в качестве ближайшего аналога, являются высокая пожаровзрывоопасность и низкая производительность процесса получения порошков металлов.

Указанные недостатки обусловлены тем, что при последовательном резании элементов стружки образующийся порошок обладает значительной полидисперсностью. Из рабочей зоны удаляется небольшая часть частиц с линейными размерами, задаваемыми диаметром отверстий сита. Основной же объем металла, с размерами частиц больше диаметра отверстий сита, находится в зазоре между валом ротора и неподвижными ножами. При этом образующийся порошок находится в условиях интенсивного трения. При истирании материала образуется пылевоздушная смесь и происходит нагрев рабочей зоны, что повышает пожаровзрывоопасность процесса, особенно при получении порошков легковоспламеняющихся на воздухе металлов.

В результате нагрева выше 300^oС кальций начинает взаимодействовать с кислородом и азотом воздуха (Доронин Н.А. Металлургия кальция. М.: Атомиздат, 1958). Данные реакции имеют экзотермический эффект, из-за чего рабочая зона дробилки получает дополнительное количество тепла.

Предусмотренное охлаждение рабочей зоны органическими жидкостями, например керосином, малоэффективно как из-за значительного удаления хладагента от рабочей зоны, так и из-за низких теплотехнических свойств керосина. Кроме того, температура в рабочей зоне, как правило, превышает температуру вспышки керосина, что дополнительно повышает пожароопасность процесса, особенно в случае возможной разгерметизации системы охлаждения.

Следует отметить также, что в области резания металл проходит все стадии деформации и разрушается. В таких условиях кальций претерпевает полиморфные превращения (М.Е. Дриц. Сплавы щелочных и щелочноземельных металлов. Cправочник, М.: Металлургия, 1989). При этом резко повышается пластичность и снижается прочность металла (А.В. Бобылев. Механические и технологические свойства металлов. Cправочник. М.: Металлургия, 1987). На практике это приводит к интенсивному налипанию металла на режущую кромку инструмента и, соответственно, к резкому повышению усилий резания и снижению производительности, а также к дополнительному нагреву рабочей зоны.

Технический результат заключается в повышении производительности процесса получения порошка кальция крупностью менее 10 мм и снижении пожаровзрывоопасности операции.

В предложенном способе, включающем измельчение кальциевой стружки на вращающемся роторе, удаление порошка из зоны дробления через отверстия охватывающего ротор сита, согласно изобретению, используют кальциевую стружку шириной не более среднего размера частиц основной фракции получаемого порошка и толщиной, меньшей минимального размера частиц основной фракции получаемого порошка, измельчение осуществляют закрепленными на вращающемся роторе плоскими молотками с ножевидно заточенньми рабочими кромками, а удаление порошка производят через отверстия сита, диаметры которых в 1,5-3,0 раза превышают средний размер частиц основной фракции получаемого порошка, полученный порошок классифицируют на фракции.

В качестве исходного материала для измельчения можно использовать стружку, полученную, например, фрезерованием кальциевых слитков. При этом ширину стружки в поперечном сечении задают шириной режущей кромки резцов в соответствии со средним размером частиц основной фракции получаемого порошка. Толщина стружки, задаваемая скоростью подачи инструмента или слитка, должна быть меньше минимального размера частиц основной фракции. Таким образом, можно задавать линейные размеры получаемого порошка.

Использование плоских молотков с ножевидно заточенными рабочими кромками, обращенными к обрабатываемому материалу и имеющими продольно-радиальную ориентацию, позволяет создавать на элементах стружки ударные усилия среза. Это снижает истирание частиц материала и исключает образование пожаровзрывоопасной пылевоздушной смеси.

Удаление полученного порошка из рабочей зоны происходит через отверстия сита, диаметры которых в 1,5-3,0 раза превышают средний размер частиц основной фракции порошка. При этом порошок большинства получаемых фракций легко проходит через отверстия сита, а некондиционные элементы стружки захватываются и дополнительно подвергаются доизмельчению ножевидно заточенными молотками. Это способствует повышению выхода годного продукта.

Размеры ячеек сит были подобраны экспериментально. Уменьшение диаметра отверстий менее 1,5 от средней крупности основной фракции требует существенного снижения скорости загрузки исходного материала для исключения излишнего заполнения рабочей зоны элементами стружки, что приводит к увеличению истирающего воздействия и нагреву стружки. При увеличении диаметра ячеек сита более чем в 3,0 раза от средней крупности частиц основной фракции порошка сквозь сито проходит значительное количество недоизмельченных фрагментов стружки, которые приходится направлять на повторное измельчение. Это приводит к снижению производительности процесса.

Измельчение осуществляется по однокаскадной схеме, т.е. на одной дробилке и за один проход, с получением готового продукта, который затем рассеивают на грохоте с разным набором сеток. На практике после измельчения и классификации объем крупной фракции порошка, возвращаемого на повторное измельчение, не превышает 10%, что обеспечивает высокую производительность способа.

В проанализированных источниках патентной и научно-технической информации совокупность существенных признаков заявляемого изобретения не выявлена.

Вместе с тем, оно способствует повышению пожаробезопасности процесса и выхода годного порошка. С учетом того, что на предприятии-заявителе производство стружки из слитков кальция налажено давно, заявляемый способ является экономически выгодным.

Качественное измельчение исходного материала происходит в результате того, что элементы стружки подвергаются многократному механическому воздействию (удару со срезом) ножевидно заточенных кромок молотков:
- в момент загрузки стружки из бункера в камеру дробления;
- после отскока элементов стружки в результате удара о деку;
- в зазоре между режущими кромками молотков и ситом;
- при автоматическом доизмельчении некондиционной фракции, захваченной молотками с поверхности сита.

В результате высокой скорости вращения ротора процесс носит интенсивный характер. Это существенно снижает продолжительность процесса локального трения, исключает налипание кальция на молотках, сите и деке, снижает пожароопасность процесса, повышает производительность.

Пример осуществления способа
Измельчение кальциевой стружки в порошок с крупностью от 1,25 до 4,5 мм проводили на молотковой дробилке типа ДМ ("Справочник по оборудованию зерноперерабатывающих предприятий", издание 2-е, М., "Колос", 1980, стр. 108-111) с электроприводом мощностью 22 кВт, с частотой вращения ротора 2970 об/мин.

В качестве исходного материала использовалась стружка кальция, полученная фрезерованием слитков кальция диаметром до 350 мм, массой до 80 кг. Элементы стружки длиной 20-80 мм имели в поперечном сечении ширину ~3,0 мм и толщину ~1,0 мм.

Измельчение исходной стружки осуществляли шарнирно подвешенными между дисками ротора плоскими прямоугольными молотками толщиной 3 мм, длиной 138 мм и шириной 50 мм. Одна длинная и одна короткая кромки каждого молотка предварительно были заострены с двух сторон под углом заточки 10^o.

Измельчение производилось в рабочем пространстве камеры, в основном между ротором и декой (в верхней части камеры) и ситом с выполненными в нем цилиндрическими отверстиями диаметром 8 мм.

Скорость подачи стружки в камеру измельчения составляла ~100 кг/час. Контроль над количеством подаваемого в дробилку исходного материала осуществлялся по показаниям амперметра на пульте управления оператора. При этом токовая нагрузка на двигателе изменялась в пределах 100-130 А в зависимости от скорости загрузки.

В первое время регулярно замерялась температура в рабочей зоне дробилки. Она при указанной скорости загрузки автоматически поддерживалась в интервале 270-290 ^oС. При этой температуре пластичность кальция практически не менялась и налипание его на режущие кромки молотков, деку и сито не наблюдалось.

Полученный порошок кальция классифицировали на фракции с помощью рассева на грохоте. Порошок имел следующий фракционный состав:
- размер частиц 1,25-1,6 мм - 10,3%;
- размер частиц 1,6-2,0 мм - 14,8%;
- размер частиц 2,0-4,5 мм (основная фракция) составил от общего количества ~67,7%.

Остальная фракция порошка имела размер частиц 0,6-1,25 мм и входила в состав кондиционного порошка как примесь.

Процесс измельчения осуществлялся непрерывно в течение всего рабочего времени (смены). Способ внедрен в конце 1998 г.

Кроме приведенного в примере заявляемым способом получали порошки крупностью от 4,5 до 10,0 мм.

Предлагаемый способ показан на примере получения кальциевого порошка. Однако это не ограничивает область его применения. Способ может применяться для получения порошков пластичных и химически активных металлов, таких как магний, алюминий и других, а также для их сплавов.

Изобретение относится к порошковой металлургии, к получению пластичных и химически активных металлов, в частности кальция. В способе, включающем измельчение кальциевой стружки на вращающемся роторе, удаление порошка из зоны дробления через отверстия охватывающего ротор сита, согласно изобретению, используют кальциевую стружку шириной не более среднего размера частиц основной фракции получаемого порошка и толщиной, меньшей минимального размера частиц основной фракции получаемого порошка. Измельчение осуществляют закрепленными на вращающемся роторе плоскими молотками с ножевидно заточенными рабочими кромками, а удаление порошка производят через отверстия сита, диаметры которых в 1,5-3,0 раза превышают средний размер частиц основной фракции получаемого порошка. Полученный порошок классифицируют на фракции. Обеспечиваются повышение производительности процесса и снижение пожаровзрывоопасности.

Способ получения порошка кальция, включающий измельчение кальцевой стружки на вращающемся роторе, удаления порошка из зоны дробления через отверстия охватывающего ротор сита, отличающийся тем, что используют кальциевую стружку с шириной не более среднего размера частиц основной фракции получаемого порошка и толщиной, меньшей минимального размера частиц основной фракции получаемого порошка, измельчение осуществляют закрепленными на вращающемся роторе плоскими молотками с ножевидно заточенными рабочими кромками, а удаление порошка производят через отверстия сита, диаметры которых в 1,5 - 3,0 раза превышают средний размер частиц основной фракции получаемого порошка, полученный порошок классифицируется на фракции.