Устройство для получения керамических изделий

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к оборудованию для сверхбыстрой закалки расплава керамических, преимущественно оксидных, материалов, и может применяться для получения гранул или пластинок неметаллических материалов в аморфном состоянии в виде неравновесных кристаллических фаз, а также гранул и плавленнолитых блоков кристаллических материалов. Целью изобретения является повышение качества изделий за счет повышения температуры истекающего расплава. Изобретение содержит индуктор 1, охваченный им тигель 2 и состоящий из охлаждаемых металлических трубок 3, которые укреплены на дне тигля 4, одновременно служащем распределителем охлаждающей жидкости. Тигель имеет выпускной носок 5, размещенный в выработанной зоне 6 тигля, отделенный от плавильной зоны 7 перепускной перегородкой 8. Под сливным носком 5 расположено устройство для обработки струи расплава 9. В плавильную зону 7 из бункера вводят шихту и формируют ванну расплава 10, зеркало которой поднимается до уровня сливного носка 5. Зеркало ванны расплава 10 достигает перепускной перегородки 8 и плавильное пространство тигля разделяется на плавильную 7 и выработочные 6 зоны, после чего шихта 11 не попадает в выработочную зону 6. Стенки тигля и перепускной перегородки отделены от ванны расплава гарнисажем 12. Когда зеркало расплава поднимается несколько выше уровня сливного носка, расплав вытекает из выработочной зоны и струя расплава 13 поступает в устройство обработки струи 9, на выходе из которого получают изделие 14. 4 ил.

. COIO3 СОВЕТСНИХ

CON

РЕСПУБЛИК (gg)g С 04 В 35/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbfTHRM

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4211316/23-33 (22) 17 ° 03,87 (46) 30.06.90. Бюп. К- 24 (71) Ленинградский электротехничес- кий институт им. В.И.Ульянова (Ленина) (72) А.В.Шкульков, А.А.Яковлев и А.П,Луньков (53) 666.3.022(088.8) (56) Исследование и разработка процесса остекловывания кальцинированных отходов в индукционных плавителях с холодным тиглем. Отчет НИР, инв. Р 02.85.0071511, Л., 1985, с. 69-84. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к оборудованию для сверхбыстрой закалки расплава керамических, преимущественно оксиднык, материалов, и может применяться для получения гранул или пластинок неметаллических материалов в аморфном состоянии в виде неравновесных кристаллических,фаз, а также гранул и плавленнолитых блоков кристаллических материалов. Целью изобретения являет- ся повышение качества изделий за счет повышения температуры истекаюИзобретение относится к металлургии, в частности к оборудованию для сверхбыстрой закалки расплава кера мических,.преимущественно оксидных материалов, и может применяться для получения гранул или пластинок неметаллических материалов в аморфном состо„.Я0„„1574575 А1

2 щего расплава. Изобретение содержит индуктор 1, охваченный им тигель 2, состоящий из охлаждаемых металлических трубок 3, которые укреплены на дне тигля 4, одновременно служащем распределителем охлаждающей жидкости. Тигель имеет выпускной йосок

5, размещенный в выработанной зоне 6 тигля, отделенный от плавильной зоны 7 перепускной перегородкой 8, Под сливным носком 5 расположено устройство для обработки струи расплава 9.

В плавильную зону 7 иэ бункера вводят шихту и формируют ванну расплава 10, зеркало которой поднимается до уровня сливного носка 5. Зеркало ванны расплава 10 достигает перепускной пе- Ж регородки 8 и плавильное пространст- уф во тигля разделяется на плавильную 7 и выработочные 6 зоны, после чего шихта 11 не попадает в выработочную зону 6 ° Стенки тигля и перепускной перегородки отделены от ванны расплава гарнисажем 12. Когда зеркало рас- р плава поднимается несколько выше уровня сливного носка, расплав вытекает из выработочной зоны и струя расплава 13 поступает в устройство © обработки струи 9, на выходе из ко- 3 торого получают изделие 14, 4 ил.. СЛ янии, в виде неравновесных кристаллических фаз, а также гранул и плавленолитых блоков кристаллических материалов.

Целью изобретения является повышение качества изделий за счет перегре.ва истекающего расплава.

1574575

На фиг, 1 изображено устройство для получения керамических изделий, продольный разрез; на фиг. 2 — то же, вид сверху; на фиг. 3 — то же, расплав максимально перегревается перед выпуском в устройство дробления струи на гранулы;на фиг. 4 — то же, для получения плавленолитых изделий при перегреве расплава путем выполнения вогнутой стенки тигля противоположной к выпускному носку, Устройство содержит индуктор 1, подключенный к источнику ВЧ энергииламповому генератору (не показан), тигель 2, охваченный индуктором 1 и состоящий из охлаждаемых металлических трубок 3, которые укреплены на дне тигля 4, одновременно служащем распределителем охлаждающей жидкости (воды). Тигель 2 имеет выпускной носок 5, размещенный в выработочной зоне 6 тигля 2, отделенной от плавильной зоны 7 перепускной перегородкой 8. Под сливным носком 5 расположено устройство 9 для обработки струи расплава. Выпускной носок 5 размещен на стороне тигля 2, расположенной вдоль большого размера поперечного сечения плавильного пространства.

I

Устройство работает следующим образ ом е

В плавильное пространство тигля 2 загружают исходную шихту для плавки и вводят электропроводный материал для осуществления стартового плавления, так как обычно керамические и оксидные материалы неэлектропроводны при комнатной температуре и не нагреваются индукционно. Для начала плавки их нужно нагревать или расплавлять, например с помощью металла, оксид которого входит в сос- 50 тав пихты. Включают источник ВЧ энергии. Электропроводный материал нагревается в электромагнитном поле индуктора 1, расплавляет окружающую шихту, образовавшийся расплав, нагре- 55 ваясь индукционно, увеличивается в объеме и заполняет плавильное пространство тигля 2. При этом в плавильную зону 7 из бункера (не показан) вводят шихту и формируют ванну расплава 10, зеркало которой поднимается до уровня сливного носка 5. Зеркало ванны расплава 10 достигает перепускной перегородки 8 и плавильное пространство тигля разделяется на плавильную зону

7 и выработочную зону 6, после чего шихта 11 не попадает в выработочную зону 6. Стенки тигля и перепускной перегородки отделены от ванны расплава 10 гарнисажем 12, что предохраняет их от коррозии. Когда зеркало расплава поднимается несколько выше уровня сливного носка 5, расплав вытекает из выработочной зоны 6 и струя расплава 13 поступает в устройство обработки струи 9, на выходе из которого получают иэделие 14.

Получаемый в плавильной зоне 7 расплав при плавлении шихты 11 проходит под перепускной перегородкой 8 и поступает в выработочную зону 6 к выпускному носку 5. В области сужения плавильного пространства тигля повышается плотность тока по сечению ванны расплава и расплав, поступая через область сужения и выработочную зону 6, дополнительно перегревается. Наибольшая плотность тока в ванне расплава достигается в наиболее узкой области плавильного пространства тигля напротив сливного носка 5 и расплав достигает наивысшей температуры перед самим выпуском и при такой температуре в виде струи 13 поступает в устройство 9 обработки струи. Перегретый до требуемой температуры расплав позволяет получить высокое качество изделия.

Пример 1 ° Необходимо получить гранулы оксида алюминия при температуре струи расплава 2300 С. Источник

ВЧ энергии — ламповый генератор имеет мощность 60 кВт и рабочую частоту -ока 5,28 ИГц. Оптимальные условия для плавки оксида алюминия в охпаждаемом тигле обеспечиваются при температуре расплава около 2200 С, а Л при этой температуре составляет 0,022 м.

Ширину тигля 2 найдем из условия получения устойчивой ванны расплава при этой температуре, что обеспечивается при отношении ширины тигля к с3 равном 4-5. Для определенности выберем отношение равным 4,5, откуда ширина тигля 2 равна О, 1 м.Чтобы не

I переохлаждать расплав перед выпуском, 74575 6

5 15 выпускной носок 5 необходимо размес тить на стороне тигля не ближе чем

3 d < от боковых сторон тигля, т. е. поперечный размер тигля, вдоль сторо ны, на которой размещен выпускной носок 5, должен быть не менее О, 132 м.

Следовательно, в поперечном сечении плавильное пространство тигля 2 будет неравноосным. Расчет теплового баланса плавки йри использовании всей . мощности лампового генератора 60 кВт показывает, что можно увеличить размер стороны тигля до 0,28.м и тем самым увеличить производительность установки. Для уменьшения напряженности электрического поля в углах тигля

2 выполняют их в форме многогранников (см. фиг. 2). Для получения перегрева расплава стенку тигля, на которой расположен выпускной носок 5 выполняют вогнутой внутрь плавильного пространства в области расположения выработочной зоны. При этом минимальную ширину плавильного пространства располагают по оси сливного носка и выполняют равной 0,06 м, что составляет 3,2 при температуре расплава в этой области ванны, Расплав, поступая к выпускному носку через сужающуюся область плавильного пространства, перегревается до температуры 2300-2320 С и поступает в устройство 9 обработки струи расплава, выполненное в виде водоохлаждаемых металлических валков, вращающихся с большой угловой скоростью. Струя расплава 13, попадая между валками 9, сплющивается и охлаждается с высокой скоростью, определяемой степенью сплющивания струи перед ее охлаждением. Высокий перегрев расплава обеспечивает его высокую энтальтию и, в свою очередь, позволяет достаточно долго поддерживать расплав жидкотекучим и обеспечивать малую толщину сплющивания струи расплава в валках

- и высокую скорость охпаждения. В результате получают неравновесные кристиллические фазы или стеклообразное состояние керамического материала в виде пластинок 14.

Пример 2. Для получения максимального перегрева расплава в струе !3 минимальную ширину тигля 2 в области расположения выработанной зоны 6 необходимо выполнить равной от д до 25 . Такое сужение плавильного пространства тигля 2 обеспечива5

50 ется выполнением вогнутыми двух противоположных сторон тигля (фиг. 3).

Минимальную ширину тигля образуют по оси расположения сливного носка 5.

При этом вогнутости стенки тигля, противоположной сливному носку 5, добиваются размещением съемной водоохлаждаемой металлической секции 15 в плавильном пространстве тигля 2.

Это дает возможность эксперименталь-. но оптимизировать размер. минималь1ной ширины тигля по температуре струи расплава, изменением размера и конфигурации съемной секции 15 без переделки всего тигля. Работа установки такой конструкции не отличается от работы установки описанной вышее.

Пример 3. На фиг. 4 показана установка для получения отливок из оксидного расплава путем выпуска расплава с выпускного носка 5 в устройство обработки струи расплава, представляющего собой графитовую изложницу.

Сужение плавильного пространства тигля 2 в области расположения выработочной эоны 6 достигают выполнением вогнутой во внутрь противоположной от выпускного носка 5 стенки тигля. Чтобы увеличить электромагнитную связь между индуктором 1 и ванной расплава в тигле 2, индуктор 1 повторяет форму тигля в области сужения плавильного пространства. Работа установки не отличается от работы установок, описанных выше.

По сравнению с прототипом в установке предлагаемой конструкции возможно получить заданную температуру выпускаемого расплава. локальным перегревом его перед выпуском в устройство обработки струи расплава. Степень перегрева расплава можно изменять в широком диапазоне путем изменения ширины плавильного пространства тигля в области его сужения без изменения других параметров установки.

Например, при получении иэделий из. оксида алюминия была достигнута темО пература струи расплава 2320-2350 С, в то время как средняя температура расплава в плавильной зоне составляет 2260 С. Таким образом, температура выпускаемого расплава была вышее, чем температура расплава в плавильной зоне, что не достигалось в установкепрототипе. Достижение заданной температуры струи расплава обеспечивает

1574575

К

УСТОЧнику

3×.

fftP ии

Фиг. 2 повышение качества получаемых изделий из керамических материалов, в первую очередь из высокотемпературных материалов.

Формула и з обретения

Устройство для получения керами ческих изделий в виде гранул, содержащее индуктор, тигель, выполненный иэ охлаждаемых металлических трубок с выпускным носком и перепускной перегородкой, разделяющей тигель на выработочную и плавильную эоны, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества изделий за счет перегрева истекающего расплава, выпускной носок и перепускная перегородка расположены по большой стороне тигля, который выполнен сужающимся на участке выработочной зоны, причем выпускной носок расположен по оси выработочной зоны и по линии наименьшей ширины тигля.

У усточнику

B9 яьеаеии

Рж4

Составитель С,Акиньшин

Редактор Т.Лазоренко Техред М.Ходанич Корректор О.Ципле

Заказ 1755 Тираж 570 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101