СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ГРАНУЛ Российский патент 2004 года по МПК B22F9/08 

Изобретение относится к области металлургии, а конкретно к производству металлических гранул, и может быть использовано для получения гранул различных металлов и сплавов.

Известен способ получения металлических гранул, включающий разливку жидкого металла в металлоприемник, формирование струи жидкого металла, распыление струи металла жидкостным энергоносителем, подаваемым через распылитель, который перемещают относительно выходного отверстия металлоприемника вдоль оси струи в вертикальном и/или горизонтальном направлении, охлаждение полученных гранул. (Патент RU №2191661, кл. В 22 F 9/08, опубл. 27.10.2002 г.).

Распыление вертикально падающей струи металла в известном способе проводят жидкостным энергоносителем, например водой. Из-за того, что жидкостный энергоноситель подают при высоком давлении, струя металла разбивается на очень мелкие частицы, размер которых не превышает 0,4 мм, при этом фракционный состав полученных гранул неоднороден. Это влечет за собой значительную долю отсортированных гранул, не соответствующих требуемому фракционному составу. Использование в известном способе жидкостного энергоносителя ограничивает его использование при получении гранул из сплавов, в состав которых входят активные элементы потому, что в процессе гранулирования происходит окисление активных элементов, что приводит к изменению химического состава сплава, его неоднородности по содержанию активных элементов.

Кроме того, образующиеся в известном способе гранулы имеют форму, отличную от сферической, что делает их непригодными для инжекционной металлургии из-за непроходимости в транспортных системах подачи материалов на инжекционную установку ввиду низких показателей текучести.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является способ получения металлических гранул, включающий заливку расплава металла в разливочную емкость, сообщение расплаву металла вращательного движения с регламетируемой скоростью вращения, обеспечивающей формирование правильного параболоида вращения, последующее разделение расплава металла на мерные капли по боковой стенке разливочной емкости, охлаждение мерных капель в среде нейтрального газа и последующее охлаждение полученных гранул в жидкости (SU 780954, кл. В 22 F 9/08, опубл. 25.11.1980).

Истечение металла из разливочной емкости по известному способу происходит с различной скоростью ввиду того, что при вращении расплава металла толщина стенок сформированного параболоида различна - в верхней части существенно ниже, чем в нижней. Поскольку разделение расплава металла на мерные капли происходит по всей высоте параболоида, обусловленное расположением делительных отверстий по всей высоте боковой стенки емкости, это приводит к образованию капель неодинакового размера и, как следствие, к получению гранул неоднородного фракционного состава.

Охлаждение полученных гранул в жидкости, например воде, при коротком времени пребывания движущейся мерной капли в атмосфере нейтрального газа, ограничивает использование способа при производстве гранул из сплавов, в состав которых входят активные элементы потому, что при контакте гранул из таких сплавов с водой происходит окисление активных элементов, что приводит к изменению химического состава сплава, его неоднородности по содержанию активных элементов, а также неизбежен пироэффект, который приводит к нарушению пожарной безопасности.

Кроме того, охлаждение полученных гранул неодинакового размера водой способствует их слипанию до наступления момента полного охлаждения, а также образованию гранул различной формы, отличной от сферической, что приводит к значительной отбраковке гранул.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа получения металлических гранул путем оптимизации технологических параметров.

Ожидаемый технический результат - получение сферических гранул монофракционного состава путем формирования капель сферической формы и сохранения ее в процессе охлаждения за счет равномерности скорости истечения расплава металла из разливочной емкости.

Технический результат достигается тем, что в способе получения металлических гранул, включающем заливку расплава металла в разливочную емкость, сообщение расплаву металла вращательного движения с регламентируемой скоростью вращения, обеспечивающей формирование правильного параболоида вращения, последующее разделение расплава металла на мерные капли по боковой стенке разливочной емкости, охлаждение мерных капель в среде нейтрального газа и последующее охлаждение полученных гранул в жидкости, по изобретению разделение расплава металла на мерные капли по боковой стенке разливочной емкости ведут на расстоянии, равном 0,1-0,7 высоты параболоида, а охлаждение мерных капель в среде нейтрального газа ведут в процессе их движения к внутренней экранной поверхности параболоида, расположенного коаксиально сформированному параболоиду металла.

Целесообразно вращательное движение расплава металла вести со скоростью вращения, равной 2800-3200 об/мин.

Сущность способа заключается в следующем.

Во вращающуюся разливочную емкость - разбрызгиватель, которая имеет делительные отверстия в боковой стенке, заливают расплав металла, которому сообщают вращательное движение со скоростью вращения, обеспечивающей формирование им правильного параболоида вращения. При этом распределение расплава металла вдоль внутренней стенки разливочной емкости одинаково по толщине практически по всей высоте емкости. Таким приемом достигают равномерности и стабильности истечения расплава металла из разливочной емкости и последующее разделение его на мерные капли, из которых при охлаждении образуются гранулы правильной сферической формы монофракционного состава.

Охлаждение мерных капель ведут в среде нейтрального газа, который способствует сфероидизации образующихся гранул.

Для обеспечения равномерной скорости истечения расплава металла из разливочной емкости разделение расплава металла на мерные капли ведут по боковой стенке разливочной емкости на расстоянии, равном 0,1-0,7 высоты параболоида, увеличивая тем самым время пребывания движущейся капли в атмосфере нейтрального газа, что приводит к образованию твердой корочки, препятствующей разрушению формирующейся гранулы при контакте ее с внутренней экранной поверхностью параболоида, расположенного коаксиально сформированному параболоиду металла. Форма экранной поверхности выбрана из соображений обеспечения равномерности пребывания всех движущихся капель металла в атмосфере нейтрального газа, поэтому она повторяет сформированную в разливочной емкости расплавом металла форму правильного параболоида вращения.

Разделение расплава металла на мерные капли по боковой стенке разливочной емкости на расстоянии, равном 0,1-0,7 высоты параболоида, обеспечивает равномерность скорости истечения расплава металла из разливочной емкости в результате того, что толщина слоя вращающегося в разливочной емкости расплава металла практически одинакова для всей той ее внутренней поверхности, которая снабжена делительными отверстиями для истечения расплава металла. Разделение расплава металла на мерные капли по боковой стенке разливочной емкости на расстоянии менее чем 0,1 высоты параболоида не обеспечивает равномерность скорости истечения расплава металла потому, что толщина слоя расплава металла вблизи вершины параболоида вращения существенно превышает толщину слоя металла в ветвях параболоида, а это приводит к ухудшению тепловых и гидродинамических условий процесса грануляции и ухудшает качество готовых гранул. Разделение расплава металла на мерные капли по боковой стенке разливочной емкости на расстоянии более чем 0,7 высоты параболоида также нецелесообразно, поскольку истекающие из отверстий разливочной емкости формирующиеся мерные капли имеют неравномерную скорость истечения, обусловленную малой толщиной слоя расплава металла в этой части параболоида.

Пример.

Получение гранул из сплава, содержащего в своем составе, мас.%: кальций - 12,0; магний - 17,0; алюминий - остальное, проводили на лабораторной установке. Расплав металла подавали в разливочную емкость, которая имеет делительные отверстия в боковой стенке для последующего разделения расплава металла на мерные капли. Разливочной емкости сообщали вращательное движение и при достижении скорости вращения, равной 2800-3200 об/мин, в нее подавали расплав металла. Разделение расплава металла на мерные капли вели по боковой стенке разливочной емкости на расстоянии, равном 0,1-0,7 высоты параболоида, что обеспечивалось расположением делительных отверстий в боковой стенке емкости по ее образующей. Охлаждение мерных капель осуществляли в среде нейтрального газа - аргона, которым заполняли пространство установки для грануляции капель расплава, в процессе движения мерных капель, формирующихся в гранулы от разливочной емкости к внутренней экранной поверхности параболоида, расположенного коаксиально сформированному параболоиду металла. Окончательное охлаждение полученных гранул проводили в воде. Сферические гранулы диаметром около 1 мм имели монофракционный состав.

Получение гранул из сплава, содержащего в своем составе, мас.%: медь - 2,41; магний - 2,54; цинк - 8,27; церий - 0,4; алюминий - остальное, согласно известному способу - ближайшему аналогу проводили также на лабораторной установке с охлаждением гранул в воде. Разливочной емкости придавали вращательное движение и в нее подавали металлический расплав, затем проводили охлаждение мерных капель в среде аргона, а полученные гранулы охлаждали в воде.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что полученные по предлагаемому способу гранулы имеют сферическую форму, не поражены раковинами, их фракционный состав однороден, а выход годного по всем физико-химическим показателям составляет 92-93% против 54,2% в известном способе.

В таблице приведены данные технологических параметров процесса грануляции сплавов по предлагаемому (№№1-3) и известному (№4) способам.

Изобретение относится к производству гранул различных металлов и сплавов. В предложенном способе, включающем заливку расплава металла в разливочную емкость, сообщение расплаву металла вращательного движения с регламентируемой скоростью вращения, обеспечивающей формирование правильного параболоида вращения, последующее разделение расплава металла на мерные капли по боковой стенке разливочной емкости, охлаждение мерных капель в среде нейтрального газа и последующее охлаждение полученных гранул в жидкости, согласно изобретению, разделение расплава металла на мерные капли по боковой стенке разливочной емкости ведут на расстоянии, равном 0,1-0,7 высоты параболоида, а охлаждение мерных капель в среде нейтрального газа ведут в процессе их движения к внутренней экранной поверхности параболоида, расположенного коаксиально сформированному параболоиду металла. При этом вращательное движение расплава металла ведут со скоростью вращения, равной 2800-3200 об/мин. Обеспечивается получение сферических гранул монофракционного состава. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ получения металлических гранул, включающий заливку расплава металла в разливочную емкость, сообщение расплаву металла вращательного движения с регламентируемой скоростью вращения, обеспечивающей формирование правильного параболоида вращения, последующее разделение расплава металла на мерные капли по боковой стенке разливочной емкости, охлаждение мерных капель в среде нейтрального газа и последующее охлаждение полученных гранул в жидкости, отличающийся тем, что разделение расплава металла на мерные капли по боковой стенке разливочной емкости ведут на расстоянии, равном 0,1-0,7 высоты параболоида, а охлаждение мерных капель в среде нейтрального газа ведут в процессе их движения к внутренней экранной поверхности параболоида, расположенного коаксиально сформированному параболоиду металла.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вращательное движение расплава металла ведут со скоростью вращения, равной 2800 - 3200 об/мин.