Free Student HQ / FSHQ / "Штаб-Квартира свободного Студента"

Производство металлических порошков.
Установки для распыления жидких металлов

Вертикальные установки для распыления удобны тем, что занимают мало места и весь продукт можно собрать в один воронкообразный приемник. Однако при этом повышается опасность взрыва при получении пирофорных порошков, так как жидкий металл может попасть в

приемник с порошком. Горизонтальные установки требуют больших производственных площадей, но имеют то преимущество, что при получении порошка происходит его автоматическая классификация. Меры предосторожности, предупреждающие возникновение взрывов, могут привести к значительным изменениям конструкции установки. К таким мерам относятся, например, применение слегка или совершенно не окислительной атмосферы, увлажнение порошка сразу же после получения, а также удаление порошка и его охлаждение в циклонах.

Подробное описание установки для распыления алюминия дал Томпсон. Поскольку распыление алюминия на воздухе взрывоопасно, обеспечение безопасности является одной из основных задач при конструировании таких установок, поэтому для алюминия применяется горизонтальная установка с кольцевым соплом, что препятствует попаданию жидкого металла в готовый порошок. Взвесь порошка вдувается в циклон; тонкий порошок улавливается в сборнике. Инертный газ не применяется из-за высокой стоимости.

На фиг. 1—3 схематично показана эта установка и ее узлы. Температура жидкого металла 800°, поэтому для сопел необходимо применять жаропрочные материалы, в данном случае керамику. Интересно, что имеется оптимальное расположение сопел в форсунке. Так, максимальная скорость распыления и максимальный выход тонкого порошка достигаются при давлении воздуха 5,3 кг/см², напоре металла около 250 мм рт. ст. и температуре 775° в том случае, если сопло для металла выступает из воздушного сопла на величину l = 9,5 мм (см. фиг. 3). Графики на фиг. 4 и 5 иллюстрируют это положение, которое связано с достижением определенной степени турбулентности потока. При этом для предотвращения проникновения воздуха через сопло для металла требуется некоторый напор металла, который создается в трубопроводе, подводящем металл к соплу, или возникает за счет металла, находящегося в тигле или промежуточном резервуаре для жидкого металла. Если сопло для металла мало выступает из форсунки (воздушного сопла), то металл (или его окисел) может засорить сопло для воздуха. Необходимо также препятствовать затвердеванию металла в сопле. Томпсон указывает, что можно удовлетворительно использовать холодный воздух, если диаметр сопла для металла не менее 3 мм. При меньших диаметрах воздух следует подогревать.

Увеличение напора металла повышает скорость распыления и выход тонких фракций порошка. Увеличение давления воздуха также повышает скорость распыления. Влияние напора металла и давления воздуха на скорость распыления (производительность форсунки) показано на фиг. 6. Оптимальное давление воздуха составляет примерно 3,5 кг/см² для получения максимального выхода тонких фракций. Томпсон полагает, что увеличение давления воздуха выше оптимального несоразмерно повышает скорость всасывания металла. Увеличение площади сечения сопла для металла повышает скорость распыления, а также степень выхода тонких фракций. Повышение температуры металла неожиданно уменьшает скорость распыления. Томпсон объясняет это расширением объема металла, но такое объяснение неправильно, так как плотность жидкого алюминия уменьшается в интервале температур 700—900° всего на 2,3%, тогда как производительность установки в этом же интервале температур уменьшается на 50%. Изменение вязкости при повышении температуры должно действовать в противоположном направлении. Описание установки для получения порошков из олова, свинца и припоев приведено в работе. Это установка горизонтального типа с соплом, аналогичным рассмотренному выше. Расплавленный в железном тигле металл подается в сопло по обогреваемой трубе диаметром 15 мм, причем напор жидкого металла поддерживают равным по крайней мере 250 мм. Сжатый воздух под давлением 5,6—6,0 атм предварительно подогревается и расходуется со скоростью 0,8—1,0 м³/мин. Охлаждение происходит в трубе диаметром 0,9 и длиной 3,6 м, которая оборудована тремя разгрузочными воронками для грубых фракций порошка. Тонкий порошок отделяется в циклоне. Аналогичные установки с некоторыми усовершенствованиями сопел применяются для распыления металлов во многих странах.

При распылении металлов с более высокой температурой плавления (медь, латунь, бронза, железо и легированная сталь) необходимо решение таких вопросов как затвердевание металла в сопле, коррозионное раз рушение материала сопла, охлаждение порошка. Эти проблемы еще больше усложняются, если металлы требуют защиты от окисления.

Если затвердевание металла в сопле предупреждается подогревом воздуха или газа до температур, близких к температуре жидкого металла, то не только увеличивается время охлаждения порошка, что в свою очередь требует большого объема холодильника, но и резко усиливается коррозионное разрушение сопла. Кроме того, подогрев газа или воздуха существенно повышает стоимость установки. Фортон предлагает для ускорения охлаждения порошка вводить холодный газ во вращающийся цилиндрический сосуд, в котором собирается порошок. Другие способы — применение охлаждающей жидкости, вдувание порошка в жидкость или применение жидкости в качестве распыляющей среды. Для этой цели можно применять такие жидкости, как масло или растворы, но если требуется высокая скорость охлаждения, то наиболее эффективной является вода.

В производстве порошка железа широко применяют способ получения порошка с определенным количеством углерода и кислорода. Порошок затем подвергают отжигу для очистки от этих примесей. Процесс был изобретен Незером в 1942 г. и принят на производство концерном Маннесмана. Для распыления применяют воздух, а охлаждение порошка происходит в воде. Процесс позволяет получать порошки малого насыпного веса с полыми частицами.

Одним из способов предотвращения затвердевания металла в сопле является разделение сопел для металла и газа. В таких установках металл из сопла падает вниз и попадает в струю газа, выходящую из другого сопла. Описана установка, где жидкий металл падает вниз из промежуточного разливочного ковша в кольцевой поток жидкости. В этом случае проблемы затвердевания в сопле, коррозии сопла и охлаждения порошка решаются одновременно. Высокая эффективность установки достигается за счет того, что вся энергия жидкости (которую подает насос мощностью 100 л. с.) фокусируется в вершине конуса жидкости на струе металла диаметром менее 9,5 мм. Эту установку практически можно использовать для тонкого (менее 40 мкм) распыления металлов с высокой температурой плавления. Металл можно легко защитить от окисления применением защитной атмосферы.

Установка, в которой жидкий металл поступает в круглый распылитель инжекторного типа с 20 воздушными соплами, описана в интересном сообщении А. Ф. Силаева.

 

 

Сайт создан в 2012 г. © Все права на материалы сайта принадлежат его автору!
Копирование любых материалов сайта возможно только с разрешения автора и при указании ссылки на первоисточник.
Яндекс.Метрика