СПОСОБ СМЕШИВАНИЯ ГОРЯЧЕГО ПОРОШКА АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА С ПОРОФОРОМ Российский патент 2020 года по МПК B22F1/00 B29B7/10 

Способ относится к порошковой металлургии, в частности к смесеприготовлению горячих сыпучих материалов, подлежащих деформационной обработке в ходе производства готовых изделий из пеноалюминия, применяемых в дорожном строительстве, судостроении, авиастроении, вагоностроении и других отраслях, где требуется легкость изделия в сочетании с теплоизоляционными и звукоизоляционными средствами.

Известен принятый в качестве аналога способ смешивания сыпучих материалов, включающий подачу воздуха и компонентов смеси тангенциально в емкость и перемешивания их во взвешенном состоянии, при этом подачу воздуха и отдельных компонентов смеси осуществляют совместно посредством всасывания за счет создания разряжения в емкости с одновременным дозированием тангенциальными трубками и последующим смешиванием компанентов смеси в одной рабочей зоне. Аэродинамическое устройство содержит конический корпус, крышку с коробами выхода воздуха, центробежное вентиляторное колесо с лопатками, рабочую камеру, на боковой поверхности которой установлены несколько тангенциальных патрубков для ввода воздуха совместно с компанентами смеси. Тангенциальные патрубки имеют разные диаметры и расположены последовательно по нарастающей размера диаметра от меньшего к большему на одной горизонтальной плоскости, а высота лопаток центробежного вентиляторного колеса должна быть не меньше наибольшего диаметра всасывающего тангенциального патрубка (findpatent.ru/229/2294795.html).

Недостатком способа является недопустимость применения при смешивании горячих компонентов вследствие охлаждающего воздействия воздуха на температуру компонентов. Кроме того, создание кружильного движения только центробежной силой не обеспечивает высокого качества смешивания.

Известен способ (взятый за прототип) смешивания по меньшей мере двух различных сухих порошковых или гранулированных ингредиентов, содержащий наружный корпус, имеющий прямолинейный сквозной канал, внутренний корпус, расположенный внутри указанного наружного корпуса, имеющий прямолинейный сквозной канал, радиально разнесенные с указанным наружным корпусом с образованием кольцевого канала и имеющий впускное и выпускное отверстия, средство для закрывания концов указанного кольцевого канала для ограничения полости, предназначенной для приема воздуха, средство для введения воздуха в указанную полость и средство для введения указанных различных ингредиентов в указанное впускное отверстие, причем в указанном внутреннем корпусе выполнены отверстия для введения воздуха в указанный прямолинейный канал указанного внутреннего корпуса, отличающийся тем, что каждое отверстие выполнено во внутреннем корпусе с возможностью сообщения вихревого движения воздуху, проходящему через него, при этом указанные отверстия расположены в указанном внутреннем корпусе с возможностью задания винтовой траектории пути воздуха, проходящего из впускного отверстия указанного прямолинейного сквозного канала указанного внутреннего корпуса (findpatent.ru/222/2224585).

Недостатком данного способа является то, что при высокой объемной разнице смешиваемых ингредиентов, в частности при смешивании 98-98,5% порошка алюминиевого сплава с 1,5-2,0% порофора TiH₂, требуемого для изготовления пеноалюминия, винтовое кружение ингредиентов, создаваемое вихревым потоком, не гарантирует высококачественное распределение гранул TiH₂ в объеме порошка алюминиевого спава. Требуется многоосевое кружение.

Настоящее изобретение лишено этих недостатков, так как обеспечивает планетарное кружение ингредиентов как следствие того, что два встречных, цилиндрических, идентичных по форме, но противоположных по кружильным движениям вихревых потока инертного газа с порошками-ингредиентами, один из которых - с горячим порошком алюминиевого сплава, а второй - с ненагретым порошком порофора TiH₂, объединяются при угле встречи 90°-120° и через вертикальный цилиндрический канал с отверстием выпуска, развернутым на 45°, впускаются в цилиндрический вращающийся внутренний корпус планетарного смешивания порошков, исполненный с косонаправленной продольной перегородкой одной из половин внутренней полости, проходящей через радиус центрального поперечного сечения указанной полости с наклоном к центральному продольному сечению указанной полости через тот же радиус до 10°, и установленный в стационарном наружном корпусе, имеющем секции форсунок по 10-15 сопел у нижних участков впускной и выпускной сторон внутреннего корпуса планетарного смешивания, подающих в его полость струи горячего инертного газа при углах их наклона к поперечным сечениям внутренней полости с впускной стороны 25-35°, а с выпускной стороны - 45-75°.

Технической задачей предлагаемого изобретения является получение качественного смешивания горячего порошка алюминиевого сплава с ненагретым порошком порофора TiH₂.

Предлагаемый способ поясняется графически, где на:

Фиг. 1 показана схема реализации способа;

Фиг. 2 показана косонаправленная перегородка внутренней полости одной из половин внутреннего корпуса.

Согласно фиг. 1 реализация предлагаемого способа обеспечивается тем, что два встречных, наклоненных, идентичных по форме и техническим характеристикам, но противоположных по кружильному и линейному движениям, вихревых потока инертного газа насыщаются дозированными во времени объемами порошков, один из которых (1) - горячего алюминиевого сплава от дозатора 2, а второй (3) - ненагретого порошка порофора TiH₂ от дозатора 4, и объединяются при угле встречи 90°-120° на входе в вертикальный канал 5, который величинами диаметра и длиной внутренней полости равен 2,5 суммы диаметров указанных потоков А и В, что обеспечивает их встречу при снижении давления в потоке вследствие увеличения объема.

Кружильное же движение порошка алюминиевого сплава вокруг оси линейного движения сохраняется вследствие инерции его большой массы (98% от общего объема смеси порошков). При этом более прочные и инерционные за счет высокого удельного веса гранулы TiH₂ энергично проникают в кружильные объемы порошка алюминиевого сплава.

При 20%-ом содержании горячего алюминиевого порошка в единичном объеме вихревого потока А угол встречи вихревых потоков составляет 120°, а скорость гранул ненагретого порошка порофора TiH₂ увеличивается подключением к потоку В дополнительного приближенного к месту встречи вихревого потока инертного газа с идентичной ему амплитудой кружения.

Из указанного канала (5) объединенный и кружащийся вокруг оси движения порошок впускается во вращающийся цилиндрический внутренний корпус планетарного смешивания 6, исполненный под углом 45° к вертикальной оси указанного канала и имеющий косонаправленную продольную перегородку 7 одной из его половин внутренней полости, проходящую через радиус центрального поперечного сечения указанного корпуса с разворотом на 10° в направлении, противоположном скорости вращения указанного корпуса.

Внутренний корпус планетарного смешивания расположен в стационарном наружном корпусе 8, имеющем секции форсунок по 10-15 сопел в нижних частях впускной (9) и выпускной (10) сторон внутреннего корпуса планетарного смешивания, обеспечивающих подачу инертного газа в полость внутреннего корпуса струями, наклонными к поперечным сечениям его внутренней полости, из которых с впускной стороны струй инертного газа (11) при угле наклона 25-45°, а выпускной (12)-45-75°.

Действие указанных струй инертного газа обеспечивает кружение вокруг поперечной оси поступающих в указанный корпус объемов инертного газа с указанными порошками, имеющими кружильные движения вокруг продольной оси. При этом цилиндрическая форма внутреннего корпуса и косонаправленная перегородка одной из половин его внутренней полости в процессе вращения создают множество отраженных разнонаправленных струй инертного газа с указанными порошками, взаимодействие между которыми подобно «кипящему состоянию» процесса смешивания. Привод вращения внутреннего корпуса планетарного смешивания (13) расположен на стационарном наружном корпусе 8.

Объем внутреннего пространства внутреннего корпуса планетарного смешивания не менее чем в 8 раз превышает объем внутренней полости указанных каналов ввода в него суммарного потока (А+В), что обеспечивает снижение линейной скорости прохождения секундных объемов инертного газа с указанными порошками и повышает эффект процесса их смешивания.

Выпуск объемов смешавшихся порошков алюминиевого сплава с порофором их внутреннего корпуса планетарного смешивания производится вертикально вниз через конусную воронку 14 с сечением выходного отверстия 15, регулируемым не менее чем вдвое.

В конусной воронке 14 тонкие слои единичных объемов указанных порошков соединяются в единую массу, которая, проходя еще одно кружильное движение вокруг оси движения, выпускается через выходное устройство 16 в бункер 17. Крышка бункера 17 выполнена со множеством отдушин для выхода инертного газа.

Отвод инертного газа производится посредством вертикальной трубы длинною не менее трех метров (18), через фильтр 19 и компрессор 20, подающий через подогреватель 21 этот инертный газ для создания указанных вихревых потоков или через водяной фильтр 22.

На фиг. 2 представлена косонаправленная перегородка 7 одной из половин внутренней полости (23) внутреннего корпуса планетарного смешивания 8 (см. фиг. 1). Косонаправленная перегородка 7 проходит через радиус R центрального поперечного сечения внутренней полости 23 внутреннего корпуса планетарного смешивания 8 (см. фиг. 1) с углом наклона α к центральному продольному сечению, проходящему через радиус R, до 10°. Величина указанного угла α обусловлена процентным содержанием порошка алюминиевого сплава в единичном объеме соответствующего вихревого потока. Наибольший угол наклона выполняется при максимальном процентном содержании порошка в инертном газе.

Косонаправленная перегородка 7 при вращении внутреннего корпуса планетарного смешивания 8 (см. фиг. 1) создает центробежное движение уже имеющим кружение в двух плоскостях объемам инертного газа с указанными порошками и концентрирует их посредством центробежного усилия в узкой области, приближенной к внутреннему диаметру внутреннего корпуса планетарного смешивания.

Одновременно, усилием P₁ указанная перегородка воздействует непосредственно на кружащие объемы инертного газа с указанными порошками, при этом усилие, разлагаемое на тангенциальную (Р₂) и равнодействующую (Р₃) составляющие, отделяет указанные порошки от инертного газа за счет повышенной их инерции и передает уже их смесь вдоль стенки внутреннего корпуса планетарного смешивания в стационарную конусную вертикально направленную воронку 14 (см. фиг. 1).

Большой диаметр (до 1200 мм) внутренней полости внутреннего корпуса планетарного смешивания обеспечивает создание тонкого слоя единичных объемов указанных порошков вдоль ее внутренней поверхности и, как результат, равномерность распределения порафора TiH₂ в порошке алюминиевого сплава.

Регулирование качества смешивания в предлагаемом способе осуществляется:

- изменением концентрации указанных порошков в потоке инертного газа, чем меньше концентрация тем качественнее смешивание.

- изменением амплитуды кружения и линейной скорости подачи вихревого потока В с порошком Ti№путем подключения дополнительных вводов инертного газа по пути продвижения указанного вихревого потока.

- изменением скорости вращения цилиндрического внутреннего корпуса планетарного смешивания как средства, увеличивающего процесс смешивания подобный «кипячению» и увеличивающего силу Р₃ (см. фиг. 2).

- изменением количества и углов наклона струй инертного газа на впускной и выпускной сторонах вращающегося внутреннего корпуса планетарного смешивания.

Результат качественного и ускоренного смешивания горячего порошка алюминиевого сплава с ненагретым порошком порофора TiH₂ предлагаемым способом позволяет:

производить изготовление пеноалюминия с равномерно вспененной структурой по всему объему готового изделия;

- повысить производительность процесса смешивания горячего порошка алюминиевого сплава с ненагретым порошком порофора TiH₂;

- использовать для смешивания поступление горячего порошка алюминиевого сплава непосредственно из устройства его производства;

- производить процесс смешивания горячего порошка алюминиевого сплава с порофором непосредственно в непрерывных линиях процесса производства изделий из пеноалюминия.

Экологическая чистота способа обеспечивается герметизацией процессов подачи инертного газа и порошков горячего алюминиевого сплава и ненагретого TiH₂.

Экономическим достоинством способа является возможность совмещения процессов производства непосредственно алюминиевого порошка с поточными линиями изготовления изделий из пеноалюминия, позволяющая в качестве технологически необходимой использовать температуру выходящего при производстве алюминиевого порошка (580°).

Способ относится к порошковой металлургии, в частности к смесеприготовлению горячих сыпучих материалов. Может использоваться для изготовления подлежащих деформационной обработке изделий из пеноалюминия, применяемых в дорожном строительстве, судостроении, авиастроении, вагоностроении. Два встречных цилиндрических идентичных по форме и противоположных по кружильным движениям вихревых потока инертного газа, один из которых содержит горячий порошок алюминиевого сплава, а другой – не нагретый порошок порофора TiH₂, объединяют при угле встречи 90-120°. Через вертикальный цилиндрический канал с отверстием выпуска, развернутым на 45°, впускают в цилиндрический корпус планетарного смешивания, выполненный с косо направленной продольной перегородкой, проходящей через один из радиусов центрального поперечного сечения одной из половин внутренней полости с наклоном до 10° к центральному продольному сечению полости, проходящему через упомянутый радиус. Струи инертного газа подают от устройства подачи вихревого потока во внутреннюю полость при углах наклона к поперечным сечениям упомянутой полости со стороны впуска 25-35°, а со стороны выпуска 45-75°. Обеспечивается повышение качества и сокращение времени смешивания. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ смешивания порошка алюминиевого сплава с порофором TiH₂, включающий смешивание порошков вихревыми потоками инертного газа, отличающийся тем, что два встречных цилиндрических идентичных по форме и противоположных по кружильным движениям вихревых потока инертного газа, один из которых содержит горячий порошок алюминиевого сплава, а другой – не нагретый порошок порофора TiH₂, объединяют при угле встречи 90-120°, после чего через вертикальный цилиндрический канал с отверстием выпуска, развернутым на 45°, впускают в цилиндрический корпус планетарного смешивания, выполненный с косо направленной продольной перегородкой, проходящей через один из радиусов центрального поперечного сечения одной из половин внутренней полости с наклоном до 10° к центральному продольному сечению полости, проходящему через упомянутый радиус, при этом струи инертного газа подают от устройства подачи вихревого потока во внутреннюю полость при углах наклона к поперечным сечениям упомянутой полости со стороны впуска 25-35°, а со стороны выпуска 45-75°.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют потоки горячего инертного газа, один из которых содержит не более 20% горячего порошка алюминиевого сплава, а другой – не более 0,5% ненагретого порошка порофора.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что потоки инертного газа действуют в единой замкнутой геометрически защищенной газопоступательной системе, обеспечивающей компрессирование, фильтрацию и подогрев двигающегося нейтрального газа.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что инертный газ и порошковую смесь алюминиевого сплава с порофором выводят из внутренней полости вертикально через конусную воронку с регулируемым сечением выходного отверстия.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что скорость гранул не нагретого порошка порофора TiH₂ регулируют подключением дополнительного устройства подачи вихревого потока инертного газа, идентичного основному по форме и амплитуде кружения.