Устройство для получения гранул Советский патент 1979 года по МПК B22D23/08 

Герметичная камера 1 имеет водоохлаждаемые стенки и отделена от загрузочного отсека 2 водоохлаждаемой диафрагмой 20 с отверстием 21 для прохода заготовки 22. Диаметр отверстия 21 составляет 1,02- 1,08 диаметра заготовки, и при обработке заготовок разных диаметров необходимо иметь набор сменных диафрагм 20 с отверстиями 21, диаметр которых соответствует номенклатуре обрабатываемых заготовок. В передней стенке 23 камеры 1 имеется люк 24, закрытый съемной крышкой 25. Люк 24 необходим для чистки внутренней части камеры 1 и смены диафрагмы 20. На крышке 25 установлен нагреватель 26 в виде цилиндрического дугового нлазмотрона косвенного действия, введенный внутрь камеры 1 через уплотнение 27. Нагреватель 26 установлен горизонтально и соединен с механизмом 28, закрепленным на крышке 25 и перемеш,ающим плазмотрон вдоль оси камеры 1. На передней стенке 23 камеры 1 установлен паправляюший шток 29, шарпирно соединенный с петлями 30, закрепленными иа камере 1. Шток 29 соединен с крышкой 25 двумя петлями 31 и 32 и при этом образует с петлей 31 шарнирную пару, а с петлей 32 - винтовую пару. Таким образом, при вращении штока 29 крышка 25 способна перемешаться вдоль оси штока 29. Одновременно шток 29 является осью, вокруг которой поворачивается крышка 25 при открытии люка 24. Контргайка 33 фиксирует перемещение крышки 25 относительно штока 29, а следовательно, и относительно оси камеры 1. Крышка 25 камеры 1 водоохлаждаемая и оснащена смотровыми окнами 34. Уплотнение 35 и прижим 36 обеспечивают герметичное закрытие люка 24 съемной крышкой 25. Размер крышки 25 в нанравлепии, параллельном штоку 29, должен превышать поперечный размер люка 24 на величину хода крышки 25 вдоль штока 29. В верхней части камеры 1 выполнено отверстие 37 для удаления избыточного газа, в нижней части - отверстие 38, соединенное со съемным сосудом 39 для сбора гранул. Устройство оснащено, кроме того, источниками электропитания, вакуумными насосами, системой подачи, очистки и рециркуляции инертного газа, элементами автоматического управления и другими средствами, необходимыми для функционирования устройства (не показаны на чертеже). Устройство для пол чения гранул работает следующим образом. Переплавляемые цилиндрические заготовки 22 загружают через люк 19 в магазин 3, одну из заготовок кладут непосредственно на валки 5, прижимая ее сверху роликом 8 и поджимая сзади толкателем 12. Камеру I герметизируют, вакуумируют по вакуумпроводу 16, затем, закрыв вентиль 17, заполняют через отверстие 18 инертным газом. Включив привод 7 вращения, привод 13 перемещения, вводят заготовку 22 через отверстие 21 внутрь камеры 1 так, чтобы расплавляемый конец 40 находился на удалении от стенки диафрагмы 20, равном 0,5-1,5 диаметра заготовки. Включают нагреватель 26 - дуговой плазмотрон косвенного действия-и направляют его плазменную струю 41 на торцовую поверхность конца 40 заготовки, нагревая ее до температуры плавления материала. Окружная скорость вращающейся заготовки составляет 10-35 м/с. Чем больше скорость вращения заготовки, тем меньше диаметр получаемых гранул. Расплавленный слой материала центробежными силами, возникающими при вращении заготовки 22 вокруг ее продольной оси, срывается с конца 40 заготовки и распыляется равномерно и радиально в пространстве внутри камеры 1. В камере 1 поддерживают давление инертного газа, достаточное для охлаждения и полного затвердевания расплавленных частиц 42 при полете их от конца 40 заготовки до боковой стенки камеры 1. Проще всего поддерживать в камере избыточное давление, которое гарантирует непопадание воздуха внутрь устройства через неплотности и подвижные соединения. При этом газ, непрерывно поступающий в камеру 1 вместе с плазменной струей 41, выпускается через отверстие 37. Рационально выпускаемый газ направлять из отверстия 37 в специальный компрессор и вновь подавать в нагреватель 26. Скорость узла 9 осевого перемещения выбирают такой, чтобы расплавляемый конец 40 заготовки находился в одинаковых условиях нагрева, т. е. на постоянном расстоянии от нагревателя 26. Затвердевшие частицы 42 материала падают в нижнюю часть камеры 1 и через отверстие 38 попадают в сосуд 39 для сбора гранул. Остаток заготовки 22, который невозможно расплавить, удаляют посредством выталкивания через отверстие 21 толкателем 15 внутрь камеры 1. При этом нагреватель 26, если он мешает выталкиванию заготовки, отводят назад механизмом 28. Затем поднимают прижимной ролик 8, отводят толкатель 12 в заднее положение, сбрасывают на валки 5 очередную заготовку 22 из магазина 3, и цикл расплавления заготовки и получения из нее гранул повторяется. На время смены заготовки 22 нагреватель 26 отключают, чтобы не нагревать механизмы внутри отсека 2 плазменной струей 41 через открытое отверстие 21. Особенностью работы устройства является перемещение нагревателя 26 вместе с крышкой 25 относительно врашающейся заготовки 22 под углом 70-110° к ее оси. Это

металлов и сплавов, а также неметаллических материалов, например карбида вольфрама.

Формула изобретения

Устройство для получения гранул распылением прутковой заготовки, содержащее рабочую камеру с крышкой, несущей нагреватель, и загрузочный отсек с магазином для заготовок и механизмом вращения и

осевого перемещения заготовки, отличающееся тем, что, с целью повыщения производительности, крышка установлена под углом ±20° ее оси к оси вращения заготовки с возможностью возвратно-поступательного перемещения в собственной плоскости.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе I. Патент США № 3752610, кл. 425-6. опубл. 1973.

ipuiJ

вызывает смещение зоны нагрева от оси заготовки 22 и более равномерное распределение теплового потока плазменной струи 41 по торцовой поверхности расплавляемого конца 40 заготовки.

Когда тепловой поток нагревателя 26, например плазменную струю 41, направляют в центр конца 40 заготовки, то происходит выплавление сердцевины и разрушение на крупные куски наружного нерасплавленного слоя заготовки. Когда тепловой поток плазменной струи 41 направляют ближе к краю торца вращающейся заготовки, конец 40 ее приобретает заостренную форму; окружная скорость расплавленного слоя металла уменьшается с уменьшением радиуса заготовки, что приводит к образованию гранул разного диаметра, вплоть до падения крупных капель с конца заостренной заготовки. Когда же тепловой поток нагревателя 26 относительно равномерно рассредоточен, то конец 40 заготовки приобретает плоскую или слабо вогнутую форму. Тогда расплавленный металл на конце заготовки разгоняется центробежными силами до скорости, соответствующей наибольшему радиусу заготовки, и образование гранул происходит в

одинаковых условиях, что приводит к ВЫСОКОМУ выходу продукции с одинаковым размером частиц (до 95-98%).

В случае, если диаметр расплавляемой зяготочки превышает диаметр зоны нагрева ч 2-5 раз, достаточно предварительно сместить ЗОНУ нагрева от оси заготовки на величину, составляющую 1/3-3/8 диаметра заготовки, а в пропеосе распы,1ения сохранять нагреватель 26 неподвижным. В с,пучае, если диаметр заготовки значительно (более, чем в 4-5 раз) превышает диаметр зоны нагрева, целесообразно перемещепие пагревателя осуществлять в процессе расплавления конца заготовки непрерывно.

Обычно надо перрл/гещать нагреватель 26 вместе с крышкой 5 вдоль штока 29 лишь до няча,па работы. Это необходимо при изменении диаметра заготовки или ее химического состава, что требует разной степени рассредоточения теплового потока по ТОРЦУ конна iO заготовки. Такое исполнение устройства значительно упрощает его обслуживание при обработке больших партий одинаковых заготовок.

В качестве электрического источника нагрева в устройстве используют генератор низкотемпературной плазмы, КОТОРЫЙ Аопмирует СТРУЮ газа практически любого химического состава, нагретую до практически любых необходимых температур. Это позволяет не только сохранять исходный химический состав материала, но и в некоторых случаях воздействовать на него: сочетать плавление материала заготовки с рафинированием, восстановлением, легированием и другими химико-металлургическими операциями. Генератор низкотемпературной плазмы пригоден для плавления любых материалов, независимо от их элек тропроводности. Кроме того, он способен работать при высоких давлениях (1 - 50 ата), а повышенное давление внутри рабочей камеры способствует высоким скоростям кристаллизации, что улучшает ка10чество гранул и позволяет сократить поперечные размеры рабочей камеры. Из генераторов низкотемпературной плазмы предпочтительно использовать дуговые плазмотроны косвенного действия, как наиболее 15 простые и доступные. Однако в некоторых случаях рационально использовать и другие типы генераторов низкотемпературной плазмы, например высокочастотные плазмотроны, способные работать в окислительной среде и создающие плазменную струю большого поперечного сечения.

Закрепление направляюшего штока 29 и крыщки 25 под углом, отличным от прямого в пределах ±20 к камере 1 (см. фиг. 3

5 и 4), может быть во многих случаях оправдано лучшим обзором из смотрового окна 34 на расплавляемый конец 40 заготовки, а также дополнительным рассредоточением теплового потока плазменной струи 41.

0 При расположении плазменной струи под углом к заготовке 22 возникает вертикальная составляющая скорости струи, способствующая теплопереносу от зоны нагрева в радиальном направлении по оплавляемой

5 поверхности конца 40 заготовки.

Устройство может действовать также в полунепрерывном цикле получения гранул. Для этого устройство должно быть оснашено шлюзовыми камерами на люке 19 для

0 загрузки заготовок и на отверстии 38 для выгрузки гранул. Магазин 3 в данном случае целесообразно выполнять в виде сменных кассет с заранее загруженными заготовками.

5 Испытания показали пригодность предложенного устройства для обработки заготовок диаметром 55-100 мм, что в два- три раза превышает возможности установок известного типа, в которых нагреватель

0 установлен неподвижно и соосно с вращающейся заготовкой. При наличии загрузочного магазина это приводит к повышению производительности в несколько раз. Одновременно повышается однородность

5 гранул по их форме и размерам, что приводит к повышению выхода годной продукции, который составляет 95-98% от всей массы расплавленного материала. Использование плазмотрона в качестве источника нагрева приводит к повышению чистоты гранул, что не может быть достигнуто в установках в электродуговым нагревом, продукция которых загрязняется примесями вольфрама и графита, Устройство позволяет получать чистые порощки

ге

2S