Установка махид для получения ультрадисперсных порошков

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

Э Л Пй

РЕСПУБЛИН

4(5l3 В

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

Н АВТОРСНОМУ СИРДЕТНЪСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГПФ (21) 3619060/22-02 (22) 12.07.83 (46) 07.05.85. Бюл, 9 17 (72) В.К. Иельников, Е.П. Сухович и И.A. Унгурс (71) Институт физики AH Латвийской ССР (53) 621 762.212(088.8) (56) f. Vochida Т. et al, The Synthesis 171йгаЕые Titanium Nitride

in an r.f — Plasma. — "J. of Materials Science", 1979, v. 14, р.16241630.

2. Maldie В. et al. Preparation .of Povders at High Temperatures.

"Trans. Instr. Chem. Engrs." t970, v. 48,. В 3, р. t90-193. (54) УСТАНОВКА "ИАХИЛ" ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ

УЛЬТРАДИСПЕРСНЬИ ПОРОШКОВ. (57) . Установка для получения ультрадисперсных порошков, содержащая цилиндрическую камеру с соплом, эавик нтелем и патрубком ввода

„„Я0„„1154050 . А исходного материала, установленными на одном конце камеры, приспособление для создания электрического разряда по оси камеры и уловитель неиспарившегося порошка, о т л и— ч а ю щ а я с я . тем, что, с целью уменьшения энергозатрат на единицу полезного продукта и повышения производительности, камера снабжена дополнительными соплом, завихрителем и патрубком, установленными на. ее противопложном конце, а в центральной части камеры выполнена концентричная щель шириной 0,6-1,9 диаметра камеры, при этом диаметр сопл составляет 0,8-0, 9 диаметра камеры, а угол закрутки эавихрителей равен

60-85

2. Установка по и.1, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что отношение длины камеры к ее диаметру составляет 8-20.

1154050

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к устройствам для получения ультрадисперсных порошков металлов, сплавов и химических соединений с помощью низкотемпературной плазмы.

Известна установка для получения ультрадисперсных порошков, содержащая цилиндрическую камеру, оснащенную соплом для формирования газовых 10 потоков и патрубком для ввода исходного материала, высокочастотный индуктор и водоохлаждаемый сборник порошка (1).

Недостатками данной установки являются низкое"качество полученного продукта, а также высокие энергозатраты на единицу полезного продукта.

Наиболее близкой к изобрете- . 20 нию ло технической сущности и достигаемому результату является устаН0ВКВ для получения ультрадисперсных порошков, содержащая цилиндрическую камеру с соплом, завихрителем и 25 патрубком ввода исходного материала, установленными на одном конце камеры, приспособление для создания электрического разряда по оси камеры и уловитель неиспарившегося по- gg рошка. При этом приспособление для создания электрического разряда по оси камеры выполнено в виде высокочастотного индуктора Г21..

Недостатками известной установки являются высокий уровень энергозатрат на единицу полезного продукта, обусловленный необходимостью нагрева до высоких температур всей массы инертного газа, проходящего через камеру, а также низкая производительность, обусловленная низкой интенсивностью испарения исходного материала.

Целью изобретения является уменьшение энергозатрат на единицу полез- ного продукта и повышение производительности.

Указанная цель достигается тем, что в установке для получения ультрадисперсных порошков, включающей цилиндрическую камеру с соплом, завихрителем и патрубком ввода исходного материала, установленными на одном конце камеры, приспособление для создания электрического разряда по оси камеры и уловитель неисларившегося порошка, камера снабжена дополнительными соплом, завихрителем и патрубком, установленными на ее противоположном конце, а в центральной части камеры выполнена концентричная щель шириной 0,6-1,9 диаметра камеры, при этом диаметр сопл составляет 0,8-0,9 диаметра камеры, а угол закрутки завихрителей равен

60-85

При этом отношение длины камеры к ее диаметру составляет 8-?О.

На фиг. 1 показана предлагаемая установка, общий вид (с продольным разрезом камеры и блок-схемой газового контура); на фиг. 2 — центральная часть камеры, разрез; на фиг. 3 — торцевая часть камеры, поперечный разрез.

Установка для получения ультрадисперсных порошков содержит цилиндрическую камеру 1, приспособление (источник) 2 для создания электрического разряда, два сопла с завихрителями 3 на концах камеры 1, два патрубка-электрода 4, установленных по оси на концах камеры 1, и уловитель 5 неиспарившегося порошка. B центральной части камеры 1 имеется концентричная щель 6, к которой примыкает уловитель 5 порошка, сое— диненный трубопроводом (не показан ) последовательно с фильтрами 7, компрессором 8 и газораспределителем 9.

От газораспределителя 9 трубопроводы разветвляются для раздельной и дозированной подачи газа обратно в камеру 1 через сопла с завихрителями 3, а также в дозаторы 10 исходного порошка для последующей подачи смеси в патрубки 4.

Установка в варианте с электродуговым разрядом постоянного тока работает следующим образом. В замкнутом контуре, состоящем из камеры 1, уловителя 5 порошка, фильтров 7, компрессора 8, газораспределителя 9 и дозаторов 10, создается поток чистого инертного газа. После этого в камере 1 между патрубками-электродами 4 зажигается электрическая дуга п стоянного тока мощностью 5-15 кВт. Затем из дозаторов 10 пневмотра..спортом подается исходный материал в электрическую дугу через патрубки-электроды 4 и полностью испаряется. Полу.ченные пары материала под действием силы термофореза в камере t движутся радиально к стенкам. У боковой

3 1154050 с цилпндрической поверхности — границы разряда при соприкосновении с закрученными вокруг разряда кольцевыми потоками относительно холодного газа, в условиях высокого радиально- 5

ro градиента температуры, пары конденсируются в ультрадисперсный порошок. Порошок получается узкого фракционного состава благодаря постоянству радиального температурного градиента по длине камеры. Продукт затем захватывается закрученными потоками газа и выносится иэ камеры 1 через концентричную щель 6 в уловитель. 5 порошка; Основная 15 часть порошка улавливается из потока уловителем 5, который непрерывно очищается. Оставшаяся в газе часть порошка отделяется от него в фильтрах 7, которые также непрерывно очищаются. Очищенный газ поступает из фильтров 7 в компрессор 8, где сжимается, поступает в газоряспределитель 9 и далее подается в камеру 1 на следующий цикл работы.

В описанной установке. могут быть использованы и другие способы испарения исходного материала, например испарение в высокочастотном электрическом разряде.

Диапазоны размеров и соотношений конструкционных элементов установки ойределяются следующим образом.

Близкий размер диаметра сопел и камеры, определяемый соотношением

0,8-0,9, необходим для того, чтобы кольцевые цели между соплами и стенками камеры были бы сравнитель— но узкими (в известной установке это соотношение равно 0 6). Щели должны способствовать в комбинации с определенными углами закрутки завкхрителей достижению высоких вращательных скоростей потоков газа, закрученных вокруг разряда. Большие углы 60-85 закрутки эавихрителя (ипи соотношение между вращательной и продольной скоростью. кольцевых закрученных потоков в диапазоне 2-8) необходимы для повышения эффективности закрученных потоков в процессе исцарения и конденсации. Процесс выноса: продукта из камеры осуществляется более полно при вращательных скоростях 20-80 м/с. При этом угол закрутки завихрителя менее 60 нею желателен из-за повышения удельных энергозатрат и снижения качества продукта в результате снижения эффективности закрученных потоков при получении полезного продукта. Угол.закрутки более 85 нежелателен из-за возникновения у концов разряда обратных потоков высокотемпературного газа, нарушающих работу установки.

В известной установке угол закрутки завихрителя не превышает 10-25 поэтому не проявляется эффективность закрученного вокруг разряда потока газа при получении ультрадисперсного порошка.

Нижний предел отношения ширины концентричной щели к диаметру камеры (О, 6) обусловлен тем, что при меньшей ширине снижается качество продукта из-за малого пути смешения потоков газа. При отношении более 1,9 затруднена стабилизация разряда, а также снижается качество продукта из-за значительного уменьшения скорости газа после смешения встречных потоков.

Длина цилиндрической камеры установки определяется, в основном, процессом полного испарения исходного материала. Так, при отношении длины камеры к диаметру менее 8 испарение крупнодисперсных и тугоплавких материалов неполное. Использовать отношение более 20 нерационально из-аа значительного увеличения удельных энергозатрат. Любые исходные материалы с размером частиц менее 100 мкм испаряются полностью при отношениях менее 20.

Использовать цилиндрическую каме— ру диаметром менее 20 мм нежелатель1 но из-за технических сложностей при создании закрученных потоков и разряда. Диаметр камеры свыше 50 мм нерационален потому, что в камерах да45 же диаметром 50 мм могут быть созданы электродуговые разряды мощностью в несколько мегаватт.

Установка в варианте с электродуговым испарением испытана на ряде

50 исходных материалов, таких как никель, железо, медь, алюминий, цирконий, молибден, вольфрам, трехокись иттрия, трехокись алюминия и некоторые сплавы. Во всех случаях получен

55 ультрадисперсный порошок с более низкими удельными энергозатратами при более высокой производительности и лучшего качества, чем в известных устройствах.

3 11540

Например. при использовании порошка никеля дисперсностью 5-20 мкм в качестве исходного материала на установке при мощности дуги 7,1 кВт в среде аргона получают ультрадисперс- 5 ный порошок никеля с удельными энергоэатратами 0,25 кДж/мг производительностью 28 мг/с. По данным анализа продукта на электронном микроскопе средний размер частиц никеля

0,014 мкм. Полуширина функции распределения частиц по размерам равна

0,01.б мкм. Размер самых крупных частиц в продукте не превышает 0,05 мкм.

Следовательно, в установке происхо- 15 дит полное испарение исходного порошка. Но данньи рентгенодифракционного анализа продукта в нем отсутствуют примеси кислорода в виде окисла. На стенках цилиндрической ка- М меры практически не обнаружено выседание продукта (время непрерывной работы 4 ч) .

В случае использования трехокиси иттрия дисперсностью 1-10 мкм при 25 мощности дуги 5 кВт получают ультрадисперсиый порошок трехокиси иттрия с удельными энергозатратами

0,32 кДж/мг и производительностью

15,3 мг/с. Средний размер частиц щ порошка 0,008 мкм, полуширина функции распределения частиц по размерам 0,01 мкм. Наиболее крупные частицы по размеру не превышают

0,03 мкм. Выседание продукта на стенках камеры не обнаружено (время непрерывной работы 2,5 ч).

В известном устройстве порошок двуокиси кремния (кремнезема) нолучают с удельными энергозатратами

З,б-4,0 кДж/мг при производительности 0,61 мг/с. Для полученного ультрадисперсного порошка фун. ция распределения частиц по размерам охватывает диапазон 0,015-0,15 мкм.

Выявление среднего размера частиц двуокиси кремния затруднено наличием в порошке пространственйых агло1мератов.

Таким образом, на предлагаемой установке можно получить ультрадисперсные порошки со средним размером

0,005-0,02 мкм с более низкими удельными энергозатратами при более высокой производительности, чем на известной установке.

Цилиндрическая камера предлагаемой установки оснащена с обоих концов соплами определенных размеров и завихрителями определенного угла закрутки. Такие .сопла с завихрителями позволяют более экономично и эффективно испарить исходный материал и более эффективно сконденсироваТь пары в продукт более высокого качества. В процессе получения продукте используется вся длина разряда, т.е. исходный материал вводится но патрубкам с обоих концов раэрядв рабочий газ обращается по замкнутому контуру.

Высокое качество продукта сохраняется, так как ои непрерывно вывопится из камеры в уловитель через кочцентричиую щель заданных размеров встречными закрученными потоками с высокой вращательной скоростью.

Г

Фиг. /

К ри ыирам©иг. Я вниипи 3аказ 2582/10

Тираж 747 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Ужгород, ул.Проектная, 4