ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПО ПРОИЗВОДСТВУ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ ЧЕШУЙЧАТОЙ ФОРМЫ Российский патент 2020 года по МПК B22F9/04 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности, к способам получения порошковых материалов, а именно - к медному порошку чешуйчатой формы, используемому при химической очистке хлорида титана от примесей, а также для производства красок.

Наиболее прогрессивной технологией является получение медного или медьсодержащего чешуйчатого порошка из медной шихты с частицами сферической или полиэдрической формы, включающее нанесение на частицы шихты гидрофобизирующей смазки, расплющивание и размол частиц в шаровой мельнице до образования смеси в виде чешуек из исходного порошка с расположенной по границам чешуек гидрофобизирующей смазкой с последующим извлечением из образующейся смеси продукта требуемых параметров. Реализация указанной технологии осуществляется посредством использования образующего технологический комплекс основного оборудования, обеспечивающего выполнение перечисленных операций, и вспомогательного оборудования, выполняющего сопутствующие операции.

Известна конструкция технологического комплекса [1], представляющего стальной барабан, вращающийся на валках шаровой мельницы и при комнатной температуре со скоростью 100 об/мин до 20 ч., куда загружается порошок измельчаемого металла, растворитель (этанол, ацетон) в соотношении 1:1, стальные шары диаметром 1-8 мм в соотношении 6:1 к весу порошка, соль двучетвертичного аммониевого основания в количестве 0,02-0,14 к весу порошка металла. Обработанный в барабане порошок вручную или с использованием средств малой механизации выгружается на металлическое сито, отделяется от шаров и промывается органическим растворителем до полного удаления соли. Такое техническое решение позволяет снизить содержание окислов на частицах порошка и увеличить степень дисперсности получаемого порошка чешуйчатой формы, которая характеризуется увеличением удельной поверхности в несколько раз по сравнению с удельной поверхностью исходных порошков, взятых в качестве шихты. Это позволяет получать высокодисперсный порошок металла чешуйчатой формы с низким содержанием окислов и увеличенным сроком хранения.

Недостатками данной конструкции оборудования технологического комплекса являются низкая производительность вследствие дискретности технологических операций выгрузки, отделения от мелющих шаров и промывки растворителем, большое количество ручного труда и связанная с этим обстоятельством сравнительно высокая стоимость порошка.

Наиболее близкой по технической сущности изобретения является конструкция технологического комплекса [2], содержащая питатель исходного сырья, питатель смазки, расположенную на горизонтальном валу центробежную шаровую мельницу с мелющими шарами, устройство для классификации измельченного порошка, узел подачи инертного газа в полости установки и систему сообщающих трубопроводов, ударно-центробежную мельницу на горизонтальном валу, расположенная между шаровой мельницей и устройством для классификации измельченного порошка, выполненным в виде линейно-инерционного сепаратора и центробежного сепаратора, полости которых сообщены между собой и с полостью питателя исходного порошка, и циклоном, при этом патрубок выхода газа из циклона сообщен с полостью ударно-центробежной мельницы, ее разгрузочное отверстие сообщено с патрубком ввода чешуйчатой смеси в линейно-инерционный сепаратор, а патрубок вывода высокодисперсной фракции чешуйчатой смеси из центробежного сепаратора сообщен с патрубком ее ввода в циклон. В рассматриваемом технологическом комплексе перенос получаемого порошка от одного агрегата к другому обеспечивается циркулирующим внутри него воздухом.

Недостатками данной конструкции являются:

1) сложность состава оборудования комплекса, наличие двух мелющих устройств, у последнего из которых предполагается интенсивный износ вращающихся частей вследствие взаимодействия со смесью воздуха и производимого порошка, наличие двух разных по устройству типов сепараторов для выделения продукта требуемой фракции;

2) низкая производительность по объему продукта вследствие двух причин:

а) наличия замкнутой системы трубопроводов, при которой циркуляция воздуха, обеспечиваемая центробежным вентилятором, затруднена. Для нее характерны малые скорости течения воздуха из-за больших внутренних объемов соединенных в единое аэродинамическое кольцо узлов комплекса, а также высоких аэродинамических сопротивлений его отдельных элементов, снижающих перепад давления воздуха между соседними участками аэродинамического кольца. Это затрудняет перенос образующихся в мельнице чешуйчатых частиц порошка, снижая КПД технологического комплекса и его производительность;

б) невозможность изменения скорости вращения барабана мельницы, что делает оптимальным использование оборудования комплекса только для переработки сырья определенной марки. Переход на сырье с другими параметрами также приведет к снижению производительности оборудования;

3) невозможность изменять количество вырабатываемого размолом чешуйчатого порошка с учетом возможностей его переноса внутри комплекса циркулирующим там воздухом, что приводит в процессе работы комплекса к дополнительному измельчению частиц порошка, нежелательному с точки зрения потребительских свойств получаемого продукта.

Технической задачей является сокращение количества и номенклатуры сборочных единиц в составе комплекса, увеличение доли готового продукта, повышение производительности технологического комплекса, получение чешуйчатого порошка с частицами, имеющими большее отношение их площади боковой поверхности к объему.

Поставленная задача решается тем, что технологический комплекс по производству металлических порошков чешуйчатой формы, включая механоактивированные, имеющий в своём составе питатель для загрузки гранул, питатель для загрузки защитной смазки гранул, мельницу с мелющими шарами, вращающейся посредством электропривода с постоянной нерегулируемой частотой вокруг своей горизонтальной оси, узел подачи воздуха во внутреннюю полость мельницы, узел аспирации, узел выгрузки порошка, систему трубопроводов связывающих перечисленные узлы в единое аэродинамическое кольцо, по которому циркулирует воздух и осуществляется перенос производимого продукта, состоящее из работающих параллельно основного и вспомогательного контура, отличающийся тем, что трубопровод, соединяющий всасывающую часть узла подачи воздуха в мельницу и узел аспирации на выходе имеет возможность регулируемой подачи в него наружного воздуха (регулируемого подсоса наружного воздуха), а трубопровод, соединяющий нагнетающую часть узла подачи воздуха и мельницу, оснащен заслонкой, количество подаваемого во внутреннюю полость мельницы воздуха; привод мельницы для регулирования частоты ее вращения снабжен устройством позволяющей изменять бесступенчатого регулирования скорости электродвигателя.

Схема технологического комплекса по производству металлических порошков чешуйчатой формы, включая механоактивированные, показана на Фиг. 1.

Технологический комплекс состоит из мельницы барабанного типа с горизонтальной осью 1, снабженной снаружи зубчатым венцом и имеющей возможность вращаться посредством электропривода, включающего электродвигатель с возможностью бесступенчатого регулирования частоты вращения 2, редуктора 3 и находящейся в зацеплении с зубчатым венцом мельницы ведущей шестерни 4, соединенных в единую кинематическую цепь. В мельницу 1 предварительно загружены мелющие шары, количество и размеры которых определяются особенностями шихты и требованиями к готовому порошку. Расположенный выше мельницы вентилятор 5 соединяется с ее внутренней полостью трубопроводом 6, проходящим со стороны зубчатого венца через неподвижный относительно указанного трубопровода торец 7, снабженный уплотнительным устройством, взаимодействующим с вращающимся барабаном мельницы 1. Питатель 8 с шихтой, представляет собой бункер, снабженный вибратором для предотвращения слипания в нем шихты, и дозатор, располагающийся в нижней части бункера, для обеспечения требуемой величины подачи шихты в мельницу по трубопроводу 9. Шихта в виде гранул может загружаться непосредственно в бункер питателя 8, а может загружаться туда из питателя 10, расположенного рядом с питателем 8 на площадке обслуживания 11 и связанного с последним трубопроводом 12. Питатель 10 предназначен для возможного смешивания исходных гранул и стеарина в определяемых технологией производства пропорциях и имеют в своем составе вращающийся бункер-смеситель и дозатор. Трубопровод 9 для лучшего распределения в мельнице подаваемого порошка при входе в барабан мельницы проходит внутри нагнетающего воздух от вентилятора в мельницу трубопровода 6, имеющего больший диаметр. Проходящий со стороны, противоположной зубчатому венцу через неподвижный относительно трубопроводов торец 13, снабженный уплотнительным устройством и взаимодействующий с вращающимся барабаном мельницы 1, трубопровод 14 соединен с узлом аспирации 15. Узел аспирации 15, включающий соединенные друг с другом трубопроводом сепаратор и циклон, располагается на отдельной площадке или иной несущей металлоконструкции выше верхней части барабана мельницы. Трубопровод 6 соединен с трубопроводом 14 трубопроводом меньшего сечения 16, на входе и выходе из которого имеются регулируемые задвижки для обеспечения возможности изменять количество воздуха, движущегося через барабан мельницы. Патрубок очищенного воздуха, выходящего из циклона узла аспирации 15, соединяется со всасывающей частью вентилятора узла подачи воздуха в мельницу трубопроводом 17, в боковой поверхности которого имеется патрубок, к торцу которого крепится регулируемая заслонка 18 для изменения соотношения количества подаваемого в вентилятор 5 воздуха из узла аспирации 15 и подмешиваемого наружного воздуха (для изменения регулируемого подсоса наружного воздуха). И сепаратор, и циклон узла аспирации 15 своими нижними частями сообщаются с приемными бункерами для сбора производимого порошка, образующих узел разгрузки 19. Каждый приемный бункер оснащен затвором, перекрывающим подачу порошка в подготовленную тару по ее наполнению.

Устройство работает следующим образом. Перед запуском комплекса на основании накопленного опыта и имеющихся рекомендаций устанавливается для каждого вида шихты частота вращения барабана мельницы 1 при помощи его электропривода, включающего электродвигатель с возможностью бесступенчатого регулирования частоты вращения 2, редуктора 3 и находящейся в зацеплении с зубчатым венцом мельницы ведущей шестерни 4, соединенных в единую кинематическую цепь. При запуске мельницы барабан, с находящимися в нем мелющими шарами начинает вращаться с заданной частотой, а шары перекатываться внутри барабана, что обеспечивает последующий размол шихты.

1. Загрузка мельницы 1 шихтой осуществляется с площадки обслуживания 11, располагающейся выше верхней части барабана мельницы 1 через питатель 8, представляющий собой бункер, куда загружается подготовленная шихта, снабженный вибратором для предотвращения слипания шихты в бункере, и дозатором, располагающемся в нижней части бункера, обеспечивающим требуемую величину подачи шихты в мельницу 1 по трубопроводу 9. Трубопровод 9 для лучшего распределения в мельнице подаваемого порошка при входе в барабан мельницы проходит внутри нагнетающего воздух от вентилятора в мельницу трубопровода 6, имеющего больший диаметр, что обеспечивает более равномерное распределение шихты внутри барабана мельницы. Для подготовки шихты может применяться предварительное смешивание исходного порошка и стеарина в определяемых технологией производства пропорциях, осуществляемое во вращающемся бункере питателя 10, куда в этом случае загружается порошок, имеющем в своем составе, кроме этого, дозатор. Питатель 10, расположенный выше питателя 8 на одной и той же площадке обслуживания 11 обеспечивает в последний подачу шихты со стеарином по трубопроводу 12. Подача подготовленной шихты от питателя 6 в мельницу 1 осуществляется через неподвижный снабженный уплотнительным устройством со стороны зубчатого венца торец 9, взаимодействующий с вращающимся барабаном мельницы 1. Загружаемая во вращающуюся шаровую мельницу 1 шихта размалывается мелющими шарами при постоянно движущемся внутри барабана с потоке воздуха. При этом, величина воздушного напора обеспечивается при помощи регулирования положения задвижек трубопровода 16, работающего параллельно с трубопроводом 6, полостью мельницы и трубопроводом 14.

2. По достижении определенного размера размолотых частиц чешуйчатой формы они захватываются потоком, генерируемым центробежным вентилятором 5, воздуха, проходящим через барабан мельницы 1, интенсивность которого регулируется таким образом, как это было показано выше, по трубопроводу 14 попадают в сепаратор узла аспирации 15, где происходит отделение из смеси частиц требуемой фракции. Трубопровод 14 проходит через неподвижный торец 13, находящийся со стороны, противоположной зубчатому венцу мельницы 1, снабжен уплотнительным устройством, взаимодействующим с ее вращающимся барабаном.

3. Далее воздушный поток по соединительному трубопроводу попадает в циклон узла аспирации 15, где из него удаляется пыль. Очищенный воздух двигаясь далее по воздуховоду, которым является трубопровод 17, направляется центробежным вентилятором на повторный цикл размола, при этом, вентилятором забирается дополнительный объем воздуха из окружающей среды через регулируемое по сечению задвижкой 18 отверстие во впускном, соединяющем циклон с вентилятором, трубопроводе 17.

4. Выделенная из сепаратора узла аспирации 15 крупная фракция порошка попадает в разгрузочный бункер, снабженный затвором, узла разгрузки, откуда по мере накопления пересыпается персоналом в готовую тару.

Техническим результатом является сокращение количества и номенклатуры сборочных единиц в составе комплекса, увеличение доли готового продукта, повышение производительности технологического комплекса, получение чешуйчатого порошка с частицами, имеющими большее отношение их площади боковой поверхности к объему.

Для расширения технологических возможностей комплекса он может снабжаться системой подачи внутрь мельницы инертного газа, что обеспечит снижение окисления частиц производимого порошка.

Для работы комплекса в благоприятном с точки зрения получения его наивысшей производительности температурном диапазоне (от +5 до +30 градусов Цельсия) и отвода лишнего тепла, образующегося при размоле шихты, желательно снабдить комплекс автономной системой охлаждения наружной поверхности вращающегося барабана мельницы.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Ю.И. Химченко, Л.С. Радкевич, А.В. Лещенко, З.В. Литвишко, Л.Н. Дегтярева, Н.А. Лихачева и Е.А. Хайнакова. Способ получения металлического порошка чешуйчатой формы. Авторское свидетельство СССР SU 1395427 А1. 15.05.88. Бюл. 11 18 (71).

2. Будаков О.В., Варгасов Д.Д., Козицин А.А., Плеханов К.А. Способ получения медного или медьсодержащего чешуйчатого порошка из медного или медьсодержащего порошка с частицами сферической формы и установка для его осуществления. Патент РФ №2051009. От 20.03.1993. Опубл. 27.12.1997.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения порошковых материалов, и может быть использовано, в частности для получения медного порошка чешуйчатой формы, используемого при химической очистке хлорида титана от примесей, а также для производства красок. Технологический комплекс по производству металлических порошков чешуйчатой формы содержит питатель для загрузки гранул, питатель для загрузки защитной смазки, мельницу с мелющими шарами, выполненную с возможностью вращения посредством электропривода с постоянной частотой вокруг своей горизонтальной оси, узел подачи воздуха во внутреннюю полость мельницы, узел аспирации, узел выгрузки порошка, систему трубопроводов, связывающих перечисленные узлы в единое аэродинамическое кольцо, состоящее из работающих параллельно основного и вспомогательного контура для циркуляции воздуха и осуществления переноса производимого продукта, при этом трубопровод, соединяющий всасывающую часть узла подачи воздуха в мельницу и узел аспирации на выходе, выполнен с возможностью регулирования подсоса наружного воздуха, а трубопровод, соединяющий нагнетающую часть узла подачи воздуха и мельницу, оснащен заслонкой для изменения количества подаваемого во внутреннюю полость мельницы воздуха, при этом привод мельницы для регулирования частоты ее вращения снабжен устройством бесступенчатого регулирования скорости электродвигателя. Изобретение направлено на сокращение количества и номенклатуры сборочных единиц в составе комплекса, увеличение доли готового продукта, повышение производительности технологического комплекса, получение чешуйчатого порошка с частицами, имеющими большее отношение их площади боковой поверхности к объему. 1 ил.

Технологический комплекс по производству металлических порошков чешуйчатой формы, содержащий питатель для загрузки гранул, питатель для загрузки защитной смазки, мельницу с мелющими шарами, выполненную с возможностью вращения посредством электропривода с постоянной частотой вокруг своей горизонтальной оси, узел подачи воздуха во внутреннюю полость мельницы, узел аспирации, узел выгрузки порошка, систему трубопроводов, связывающих перечисленные узлы в единое аэродинамическое кольцо, состоящее из работающих параллельно основного и вспомогательного контуров для циркуляции воздуха и осуществления переноса производимого продукта, отличающийся тем, что трубопровод, соединяющий всасывающую часть узла подачи воздуха в мельницу и узел аспирации на выходе, выполнен с возможностью регулирования подсоса наружного воздуха, а трубопровод, соединяющий нагнетающую часть узла подачи воздуха и мельницу, оснащен заслонкой для изменения количества подаваемого во внутреннюю полость мельницы воздуха, при этом привод мельницы для регулирования частоты ее вращения снабжен устройством бесступенчатого регулирования скорости электродвигателя.