Способ получения дисперсных частиц

 

Сущность изобретения: вращают расплав алюминия до образования цилиндрической поверхности вращения с расчетным радиусом 0,65 м. Внутри поверхности расположен диск-теплоприемник диаметром 0,2 м, ось которого параллельна оси вращения расплава , а рабочие кромки касаются поверхности расплава. Диск вращают с частотой 40 . Затвердевшие частицы, отрываясь от теплоприемника, ударяются в отражатель и попадают в сборник продукции, 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s В 22 F 9/10

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (г., E

1 ,00 (Я

ЬЭ (Я

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4908266/02 (22) 06,02,91 (46) 07.01.93. Бюл, N 1 (71) Московский авиационный технологический институт им. К,Э.Циолковского (72) Б,С,Митин, М.М,Серов, B.Ä,Ôðîëoâ и

В.А,Халезов (56) Патент США

N 3812901, кл. 164 — 87, 1974, Манохин А.И., Митин Б,С., Васильев

B À., Ревякин А.В, Аморфные сплавы, — M.:

Металлургия, 1984, с,54, Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к получению порошков и волокон путем затвердевания расплава на кромках вращающегося диска-теплоприемника, и может быть использовано для получения частиц металлов с повышенными физикомеханическими свойствами за счет высоких скоростей охлаждения.

Известен способ получения микрокристаллических и аморфных волокон экстракцией расплава на вращающемся кристаллизаторе.

Недостатком известного способа является низкая производительность процесса вследствие возмущения поверхности расплава движущимся диском-кристаллизатором.

Известен также способ получения дисперсных частиц, при котором расплав движется относительно оси вращения диска-кристаллизатора вследствие вращения.диска, погруженного в расплав. При этом удается ослабить волнообразование, .. Ж 1785825 А1 (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИСПЕРСНЫХ

ЧАСТИЦ (57) Сущность изобретения: вращают расплав алюминия до образования цилиндрической поверхности вращения с расчетным радиусом

0,65 м. Внутри поверхности расположен диск-теплоприемник диаметром 0,2 м, ось которого параллельна оси вращения расплава, а рабочие кромки касаются поверхности расплава. Диск вращают с частотой 40 с 1, Затвердевшие частицы, отрываясь от теплоприемника, ударяются в отражатель и попадают 8 сборник продукции, 1 табл. возникающее вследствие различия скоростей движения диска-кристаллизатора и расплава, но остается возмущение поверхности расплава вследствие вращения диска, погруженного в расплав. Этот способ является наиболее близким техническим решением к изобретению и принят за прототип.

Цель изобретения — повышение производительности процесса и однородности получаемых частиц, вследствие подавления волнообраэования в ванне с расплавом, Указанная цель достигается тем, что в процессе диспергироюния расплав вращают до образования поверхности с заданным радиусом кривизны в точке касания с диском-теплоприемником, По имеющимся у авторов сведениям ни одно техническое решение не содержит совокупности признаков, предложенных в изобретении и поэтому соответствует критерию "существенные отличия".

Извлечение материала из расплава на вращающемся кристаллизаторесопряженосвозник1785825 новением в расплаве колебаний, генерируемых вращением кристаллизатора, Благодаря действию центростремительной силы эти колебания удается значительно погасить,а при равенстве линейных скоростей движения расплава и рабочей кромки диска-теплоприемника волнообразование удается погасить полностью,при этом значительно повышается производительность процесса.

Гашение волнообразсвания в расплаве позволяет качественно улучшить процесс не только с точки зрения производительности, но и стабильности процесса диспергирования (увеличение однородности получаемого продукта). Физически это объясняется следующим, При образовании волн на поверхности расплава вращающийся диск вынужден "слизывать" расплав с верхушек волн: в ином случае резко возрастает неоднородность получаемых дисперсных частичек. Процесс волнообразования может быть охарактеризован непериодической функцией, т.к, есть гребни большей и меньшей вьгсоты, расположенные весьма хаотично. При стремлении добиться относительной равномерности размера частиц диск будет контактировать только с максимальными гребнями волн, Это естественно приводит к резкому снижению производительности, Причем, чем больше непериодичность и хаос при волнообразовании, тем меньше производительность и наоборот, Если выразить это через соотношение полезного времени работы диска-теплоприемника к общему времени работы, то получается выражение

= — <1, и го где т — время полезной работы диска; г — общее время работы;

ft — функция волнообразования.

Понятно, что при идеальном случае это соотношение будет равно 1 и производительность процесса достигает теоретического значения (при этом ft не имеет физического смысла, т.к. волны отсутствуют).

Математическое моделирование этого процесса связано со сложной взаимозависимостью таких факторов процесса, как скорость вращения диска-теплоприемника, плотность и вязкость среды, B которой происходит экстракция, вязкость самого расплава (которая зависит в том числе и от температуры расплава) скорость вращения расплава, адгезионные и когезионные сВАзи во всей системе, глубина погружения диска-теплоприемника в расплав и др.

Экспериментально установлено, что существенное снижение волнообразования и, как следствие, повышение производительности процесса наблюдается при величине

Vp= (0,7 — 1,4) Vò (1) где VT — скорость движения рабочих кромок диска-теплоприемника;

Чр — скорость движения расплава в точке касания с диском-теплоприемником.

На скорость движения расплава также накладываются ограничения. Для образования устойчивости поверхности вращения должно соблюдаться соотношение è 9. где ац — центростремительное ускорение;

g — ускорение свободного падения, сле"5 довательно, г

\/ в

R — радиус кривизны поверхности вращения расплава в точке касания с дискомтеплообменником.

С другой стороны при ац>100 усложняется конструкция установки, в расплаве может наблюдаться ликвация, вызванная сегрегацией элементов с различной атомной массой, что ведет к изменению химического состава дисперсных затвердевших частиц, Отсюда Vq = (1 — 100) g R (2)

30 с учетом (1) и т.к. и = — . В окончательном

Л виде:

R—

g (3)

Изобретение иллюстрируется таблицей.

Пример 1. Вращающийся расплав алюминия образует цилиндрическую поверхность, внутри которой расположен диск40 теплоприемник диаметром 200 мм, причем ось его вращения параллельна оси вращения расплава, а рабочие кромки касаются поверхности расплава. Затвердевшие частицы, отрываясь от теплоприемника, ударя45 ются в отражатель и попадают в сборник продукции. Частота вращения диска теплоприемника 40 с, Из (3) радиус кривизны поверхности вращения расплава

R О," 40 0,2 0,65 м, 50 98 что обеспечивает производительность установки 112 кг/ч.

Пример 2, Вращающийся расплав цинка образует параболическую поверх55 ность, ось вращения которой направлена вертикально, Плоскость вращения дискатеплоприемника перпендикулярна образующей параболе в точке касания. Диаметр диска теплоприемника 200 мм, частота вра1785825 щения 10 с, Радиус окружности расплава в точке касания с диском-теплоприемником что обеспечивает производительность установки 9 кг/ч.

2 .10 02

9 8 — 0,816 м, I что обеспечивает производительность установки 60 кг/ч.

Пример 3. Вращающийся расплав латуни образует цилиндрическую поверхность, внутри которой расположен дисктеплоприемник диаметром 80 мм, причем ось его вращения параллельна оси вращения расплава, Частота вращения диска-теплоприемника 8 с ". Радиус окружности образуемой расплавом в точке касания с диском

15 8 0,08 — 063

Формула изобретения

5 Способ получения дисперсных частиц, включающий экстракцию расплава вращающимся диском-теплоприемником, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения производительности процесса и однород10 ности частиц, расплав вращают до образования поверхности с радиусом кривизны в точке касания с диском-теплоприемником определяемым из соотношения

0,05 — 19,3

15 g гдето — частота вращения диска — теплоприемника, с ;

D — диаметр диска теплоприемника, м, Радиус кривизны поверхности расплава, м

Дисперги руемый материал

Диаметр дискатеплоприемника, м

g R т 0

Производительность, кг/ч

Вариант

Частота вращения дискатеплоприемника, с-1

Al (прототип) А! предл.способ

Zn (прототип) Zn предл.способ

Sn (прототип)

Sn предл,способ

Составитель Б,Митин

Техред М,Моргентал Корректор С.Шекмар

Редактор С.Кулакова

Заказ 215 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

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

2

4

6

8

12

13

14

16

5,8

2,56

2,9

4,4

3,5

1,4

8

39,7

8,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,08

0,08

0,08

0,08

0,08

0,13

0,65

1,1

0,404

0,873

1,210

0,816

0,468

0,573

0,2

1,210-3

0,98

0,63

0,873

0,02

0,1

25

0,03

5,8

11,4

0,03

0,95

19,8

0,32

112

16

8

0,66

27

21

8,6

0,07