Устройство для получения волокнистых материалов из расплава Советский патент 1984 года по МПК B22F9/10 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к устройствам для получения волокнистых материалов из расплавов.

Известны устройства для получения волокнистых материалов, содержащие ванну, кристаллизатор с приводом, систему нагрева, как правило, индукционную, систему для создания контакта расплав - кристаллизатор, выполненную в виде различных конусообразователей: поддув газа, погруженное в расплав вращающееся инородное тело, вытеснитель в виде рамки 1 и 2.

Недостатками известных устройств являются нестабильность контакта расплав - кристаллизатор, его большая площадь и возможность взаимодействия расплава с материалом тигля в процессе плавления.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство, содержащее кристаллизатор с приводом, цилиндрический тигель, расположенный внутри индуктора, соединенный с системой питания, и средство непрерывной подачи металлического стержня 3.

Недостатком данного устройства является относительно низкая скорость охлаждения материала за счет большой площади контакта расплава с кристаллизатором и длительного времени формирования слоя, вследствие чего получить волокнистые материалы малых сечений с высокой скоростью охлаждения и уменьшить размер кристаллического зерна не удается. Недостатком также является возможность взаимодействия расплава с материалом тигля, что вызывает загрязнение расплава, а также нестабильность контакта из-за неравномерности поддува газа.

Цель изобретения - увеличение скорости охлаждения волокнистого материала и повышение его чистоты.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для получения волокнистых материалов из расплава, содержащее теплоотводящий диск-кристаллизатор с приводом вращения, тигель, расположенный внутри индуктора, выполненного в виде катущки, соединенной с системой питания, средство подачи материала для расплавления и контакта с диском-кристаллизатором, снабжено системой поддержания контакта, выполненной в виде встречно-включенной относительно индуктора дополнительной катушки, расположенной между индуктором и диском-кристаллизатором в зоне плавления материала, двумя датчиками положения поверхности расплава и дифференциальным усилителем, при этом один датчик расположен под кристаллизатором в области контакта, а другой - над дополнительной катушкой, датчики входами соединены с источником тока, а выходами - с входами дифференциального усилителя и включены в цепь питания индуктора.

Дополнительная встречно-включенная катущка посредством магнитного поля уменьшает площадь контакта конуса расплава с кристаллизатором и устраняет возможность взаимодействия материала расплава с материалом тигля. Малая площадь контакта ведет к формированию более тонкого слоя

Q затвердевшего материала, охлаждающегося с большой скоростью.

Отсутствие взаимодействия расплава с тиглем ведет к сохранению химического состава исходного материала, что позволяет получать технический чистый продукт. Си5 стемы датчиков и дифференциального усилителя, включенные в цепь питания индуктора, позволяет регулировать площадь контакта, а следовательно, толщину получаемого волокна и скорость его охлаждения, позволяет поддерживать режим работы непрерывным, а контакт постоянным.

На чертеже схематически представлено устройство.

Устройство для получения волокнистых материалов содержит индуктор 1, тигель 2,

5 кристаллизатор 3, привод(на чертеже условно не показан), металлический стержень 4, встречно-включенную катушку 5, причем для образования острого конуса достаточно иметь соотношение витков катущки 5 и индуктора 1 в соотношении 1:5; систему пита0 ния 6, два емкостных датчика положения конуса расплава 7, верхний датчик 8, расположенный под кристаллизатором 3, и нижний датчик 9, расположенный под встречновключенной катущкой 5 у основания конуса расплава 7. Датчики 8 и 9 своими входами соединены с источником постоянного тока 10, а выходами - с дифференциальным усилителем 11, который усиливает сигнал ошибки и подает в цепь питания индуктора 1.

Устройство работает следующим образом.

Металлический стержень подается приводом (на чертеже не показан) в тигель и расплавляется подключенным к системе питания индуктором посредством электромагнитного поля.

Дополнительная встречно-включенная катушка 5 магнитным полем формирует конус расплава и с помощью вращающегося кристаллизатора, находящегося в постоян0 ном контакте с верщиной конуса 7, вытягивается тонкий слой материала.

Форма конуса расплава 7 поддерживается постоянным магнитным полем от дополнительной встречно-включенной катушки, подключенной к системе питания, а также

5 двумя емкостными датчиками 8 и 9.

Слой намерзшего на кромке кристаллизатора материала удерживается за счет сил адгезии, затем полностью остывает и

под действием термической усадки и центробежной силы отслаивается от кристаллизатора и отбрасывается в сторону. Скорость охлаждения 10 -10К/с, что на два порядка превышает скорость охлаждения по сравнению с прототипом.

Форма конуса расплава 7 поддерживается с помощью встречно-включенной катушки 5 и двумя датчиками 8 и 9. Для усиления эффекта стабилизации датчики 8 и 9 своими входами соединены с источником постоянного тока 10 для получения опорного напряжения на входе дифференциального усилителя 11. В случае стабильной работы всей системы питания сформированный конус расплава 7 имеет постоянную форму, что обеспечивает точечный контакт расплава с кристаллизатором 3. Если в системе индуктор 1 - катушка 5 увбличивается ток питания, то увеличивается и магнитная индукция, приводящая к сужению основания расплава конуса 7. Нижний датчик 9 фиксирует уменьшение количества расплава, так как его емкость резко изменяется а верхний датчик не реагирует на увеличение тока индуктора 1, так как количество расплава в области верхнего датчика 8 не изменяется.

При уменьшении тока питания происходит уменьшение магнитного поля индуктора 1 и катушки 5, конус расплава 7 «утолщается. В этом случае под действием силы тяжести резко увеличивается количество расплава у верхнего датчика 8, а у нижнес го датчика 9 за счет оседания конуса количество расплава не изменяется, т. е. на дифференциальный усилитель поступает сигнал, и ток в цепи питания индуктора 1 и катушки 5 повышается до номинального. Таким образом, корректируя баланс то ков на индукторе и катушке, можно обеспечить постоянство формы конуса расплава. Пример. Получают волокна цинка. Химический анализ волокон, полученных предлагаемым устройством, указывает на то,

j что химический состав материала, полученного из стержня марки Цн-О, не изменяется. В то же время материал, полученный посредством известного устройства, содержит примеси меди в количестве 0,3% вес., что крайне неблагоприятно при производстве химических источников тока.

Снижение содержания примесей в материалах электродов и увеличение поверхности раздела электрод-электролит за счет уменьшения размера волокна позволяет увеличить емкость источника, например никель-цинкового аккумулятора (НЦ), с 95 до 142 А-ч, что при годовом выпуске аккумуляторов 10 млн. шт. позволит получить экономический эффект 200 тыс. руб.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ РАСПЛАВА, содержащее теплоотводящий диск-кристаллизатор с приводом вращения, тигель, расположенный внутри индуктора, выполненного в виде катушки, соединенной с системой питания, средство подачи материала для расплавления и контакта с диском-кристаллизатором, отличающееся тем, что, с целью увеличения скорости охлаждения волокнистого материала и повышения его чистоты, оно снабжено системой поддержания контакта, выполненной в виде встречно-включенной относительно индуктора дополнительной катушки, расположенной между индуктором и диском-кристаллизатором в зоне плавления материала, двумя датчиками положения поверхности расплава и дифференциальI ным усилителем, при этом один датчик расрасположен под кристаллизатором в облас(Л ти контакта, другой - над дополнительной катущкой, датчики входами соединены с источником тока, а выходами - с входами дифференциального усилителя и включены в цепь питания индуктора.