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

Производство металлических порошков.
Центробежное распыление

Хотя в принципе распыление жидких металлов газом является экономичным методом, практически производство порошков распылением испытывает осложнения экономического характера в связи с широким разбросом готового продукта по величине частиц. Если, например, технические условия требуют изготовления порошков с крупностью частиц 50—70 мкм, на практике получают порошок с частицами всевозможных размеров, от 10 до 250 мкм. В промышленной практике такой разброс связан с отсеиванием частиц некондиционных размеров и с выбрасыванием или переплавкой этих отходов.

Поэтому любое средство, позволяющее производить порошки с размерами частиц в пределах узкого интервала, могло существенно удешевить этот метод производства. К сожалению, реальные успехи в этом направлении не достигнуты ни для одного из методов распыления металлов газом. Теоретически можно предупредить образование частиц с диаметром, большим диаметра струи; на практике, однако, очень трудно получить струю жидкого металла из сопла диаметром менее 3 мм.

Однако с помощью центробежных устройств удается получить значительно более тонкие потоки. Если, например, жидкость подавать в центр вращающейся чаши, то она за счет центробежных сил будет подниматься по стенкам чаши, достигнет края и оторвется от него в виде пленки. При достаточно высоких скоростях вращения чаши полученная пленка жидкого металла может быть весьма тонкой. Исследования этого метода показали, что центробежное распыление характеризуется большой однородностью частиц порошка по размерам. Диаметр образующейся таким путем капли жидкого металла определяется соотношением

где d — диаметр капли; w — угловая скорость; D — диаметр диска; ρ — плотность и σ — поверхностное натяжение жидкого металла.

Для ртути, например, при D = 8 см, w = 2850 об/мин и d — 210 мкм получим К = 303. Считая К неизменяемой константой, можно рассчитать, что для получения порошка меди с частицами 50 мкм диск должен вращаться с w = 24 000 об/мин. Понятно, что получение таких высоких скоростей вращения диска, соприкасающегося с жидким металлом, очень сложно. Кроме того, производительность при вышеуказанных условиях составляет около нескольких килограммов в 1 час. Тем не менее метод центробежного расыпления может оказаться полезным, если требуется получить порошок, однородный по размерам частиц.

Агрикола еще в 1556 г. упоминал об использовании горизонтального вращающегося диска для грануляции металлов и получения латунных «сплесков» для использования их в качестве исходного материала в производстве чешуйчатого порошка. Первый патент на применение вращающейся аппаратуры получил Кросс в 1883 г. для изготовления тонкого порошка, а Мадден описал вращающийся тигель для получения настолько тонкого порошка свинца, что он образовывал взвесь в воздухе, как дым.

Совсем недавно такие установки широко использовались в Германии. Так, в 1944 г. этим путем на установках ДПГ получено 2000 т железного порошка, причем было предусмотрено увеличение производства до 24 000 т в год. Схема конструкции представлена на фиг. 1. Расплавленный металл вытекает из керамического сопла в промежуточном резервуаре для металла и попадает на вращающийся диск с резцами; скорость вращения диска обычно составляет 1500—3500 об/мин. Для охлаждения капель металла и резцов струя металла окружается кольцевым конусом воды под высоким давлением (4—8 кг/см²), причем частичная грануляция металла происходит, вероятно, под действием потока воды. Размер частиц порошка зависит от ряда факторов: температуры металла, высоты падения металла, давления воды, скорости вращения диска, а также формы и расположения резцов на диске.

Хотя эта установка имеет некоторые преимущества по сравнению с предшествующими, ее использование затруднено рядом недостатков. Имеют место не только трудности, связанные с вращением диска в контакте с расплавленным металлом, но и склонность металла к застыванию на резцах, что особенно резко проявляется при работе с медью, а также высокая окисляемость металла и получение грубого порошка. Поэтому в конце войны в Германии были запланированы (но не осуществлены) установки с более высокой скоростью вращения диска и с защитной атмосферой внутри рабочей камеры.

В 1944 г. в США Комсток построил установку для распыления жидких металлов, несколько отличающуюся от аппаратуры ДПГ. В era установке вращающиеся резцы (на которые уалипает металл) были заменены вращающимися струями воды, выполняющими роль

резцов. На первый взгляд может показаться, что эффективность такой установки должна быть низкой, так как энергия воды расходуется на соударение со струей металла только на малой части площади вращения. Однако в действительности к.п.д. установки несколько выше, так как а течение времени, необходимого для затвердевания, частицы металла неоднократно подвергаются удару водой из нескольких сопел.

Другая установка этого типа (фиг. 2) применяется для получения порошков из легированной стали. Металл расплавляется в индукционной печи (емкость тигля 450 кг) и поступает в промежуточный резервуар, футерованный силикатом циркония. Из резервуара струя металла вытекает через сопло диаметром 4,8—5,6 мм, изготовленное из ZrO2, и попадает в рабочую камеру установки, где вращается полый ротор со скоростью 6000 об/мин. В ротор подается вода под низким давлением, которая выбрасывается на струю жидкого металла через 16 отверстий, расположенных на периферии ротора. В установке циркулирует около 700 л воды в 1 мин. Смесь воды и порошка, содержащая 10—15% воды, обрабатывают затем на вращающемся фильтре до влажности 3—5%. После сушки порошок может быть отожжен или восстановлен.

 

 

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