Устройство для диспергирования волокон и порошкообразных частиц из расплава химически активных металлов

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 В 22 F 9/10

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

4 (21) 5009318/02 (22) 02.10.91 (46) 23,01.93. Бюл. ¹ 3 (76) А.Ю.Губин, А.С,Кобылин, Н.Н..Куртушина, П.П.Романчев, B,Ï,Øàáàíoâ. А.В.Переверзин, О,И,Бестолков и A.Ã,Êîâðèãèí (56) Под редакцией Д.Х.Фрауса и Д.Смугерески. Порошковая металлургия титановых сплавов. М., Металлургия, 1985, с.49 — 50. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСПЕРГИРОВАНИЯ ВОЛОКОН И ПОРОШКООБРАЗНЫХ

ЧАСТИЦ ИЗ РАСПЛАВА ХИМИЧЕСКИ AKTN B Hbl X МЕТАЛЛОВ (57) Сущность изобретения; устройство содержит вакуумную камеру, расходуемые

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано при производстве волокон и частиц путем экстракции расплава с использованием высоких скоростей охлаждения.

Известны устройства для получения металлических нитей волокон вытягиванием из расплава, содержащие теплоотводящий диск и ванну с расплавом (1, 2) (А.С. №

1332662, кл. В 22 F 9/10, БИ N 31, 87 непубл.

А,С. № 1134296, кл, B 22 F 9/10, БИ N. 2 — 85).

Недостатком известных устройств является невоЗможность получения волокон из химически активных металлов, таких как титан, цирконий, и др„т.к. при контакте материала тигля с расплавом происходит загрязнение последнего. Кроме того, величина зоны контакта расплава с диском-кристэллизатором при экстракции металла из ванны (тиг„„ Ы„„1790474 А3 прутки с узлом подачи их в зону нагрева с обоймой. В устройстве имеется источник нагрева электронно-лучевая пушка и блок сканирования электронного луча, вмонтированный в пульт управления электроннолучевой системы. Кроме того, устройство имеет датчики температуры капель, в количестве, равном одновременно оплавляемым прутками, и закрепленными на рабочей камере устайовки. Блоки обработки сигнала, обратной связи и блок оперативной связи обеспечивают нагрев и получение расплава в виде капли с заданной температурой и геометрией сразу на нескольких одновременно расходуемых прутках, 1 ил, с,( ля) больше, чем при экстракции расплава из подвешенной капли, что обуславливает получение толстых волокон при меньшей скоро- Фь сти охлаждения. 4

Наиболее близким к предлагаемому по Ъ технической сущности к достигаемому ревупвтату. выбранное в качестве прототипа, является устройство, содержащее водоохлаждаемый экстрагирующий диск, экстрагируемый пруток, индуктор для расплавления конца прутка для получения капли, щетку для очистки диска (3) (нПорошковая металлургия титановых сплавов" под ред.

Д.Х, Ф рауса и Дж. Смугерески. Москва. Металлургия, 1985, с. 49-50).

Недостатком известной конструкции является низкая производительность устройства вследствие оплавления одного прутка, большая инерционность в регулиро1790474

3 вании температуры капли и поддержании ее стабильных размеров. Кроме того расположение индуктора вблизи поверхности диска-кристаллизатора приводит к дополнительному разогреву последнего, а следо- 5 вательно и дополнительному расходу, охлаждающей дйск жидкости и энергии расходуеМой на ее циркуляцию, Помимо этого на установке .невозможно получать одновременно войокна и частицы различных металлов и сплавов. одновременно, т,е. в одно и то же время, что существенно сужает ее технологические возможности.

В устройстве для диспергирования волокон и частиц из расплава химически активных металлов имеется источник нагрева

- электронно-лучевая пушка и блок сканирования электронного луча, вмонтированный в пульт управления электронно-лучевой системы, датчики температур капель, в коли- 20 честве равном одновременно оплавляемым пруткам и закрепленные на рабочей камере установки, блок обработки сигналов обратной связи и блок оперативной связи располо>кенные в пульте управления установкой.

Наличие вышеперечисленных блоков ,обеспечивает нагрев и получение распйава в виде капли одновременно Hà нескольких расходуемых прутках, причем как из одного и того же сплава так и различных материа- 30 лов, как одного типа размера так и различной геометрической формы. Малая инерционность в регулировании мощности электронного луча, достаточно высокая концентрация энергии позволяет в отличии от 35 индукционного нагрева, создавая каплю на конце прутка, легко и точно поддерживать заданную температуру без дополнительного разогрева диска-кристаллизатора, стабилизировать и оптимизировать ее геометриче- 40

Ские размеры и гомогенизировать сплав за счет конвективных потоков расплава в кап.:ле. вызванных локальным воздействием концентрированного источника нагрева, Кроме того использование в установке вы- 45 шеперечисленных блоков и систем позволяет s одном агрегате получать волокна или частицы как одного сплава так и различных, материалов причем в любом процентом соотношении, 50

На фиг. 1 представлена схема устройст-: ва.

Устройство содержи камеру (1), вращающийся охлаждаемый диск-кристаллизатор (2), из меди или другого материала с кольце- 55 выми канавками на его внешней поверхности, расположенный по прутками (3) экстрагируемого материала. Узел подачи прутков (4) с вакуумным уплотнением, обеспечивающий как синхронную подачу прутков вертикально сверху вниз с одновременным вращением их вокруг своей оси, так и автономную подачу каждого прутка.

Электронно-лучевую пушку (5) в качестве источника нагрева прутков и формирования на их концах капель расплава (6), закрепленную на боковой стенке вакуумной камеры. Датчики температур капель (7), регистрирующих температуру каждой капли, закрепленные на боковой стенке камеры.

Пульт управления электронно-лучевой пушкой с вмонтированным в нем блоком сканирования электронного луча (8) в плоскости, проходящей через концы прутков, на угол й, ограничивающий количество одновременно оплавляемых прутков. Блок обработки сигналов и обратной связи с датчиков температур капель электронно-лучевой пушки и блока сканирования, а также блок оперативной связи, обеспечивающего контроль и оперативное вмешательство в режим управления электронно-лучевой системой нагрева, и вмонтированных в пульт управления установкой.

Устройство работает следующим образом.

В вакуумной камере (1) создается необходимое разре>кение. Несколько экстрагируемых прутков (3), например три, диспергируемого материала посредством узла подачи (4) синхронно вращаясь вокруг своей оси подаются вертикально сверху вниз в зону плавления. Скорость подачи каждого прутка определяется и задается оператором в зависимости от материала и

его геометрических размеров. При помощи блока сканирования, применяемого обычно в электронно-лучевых системах для отклонения луча в том или ином направлении, вмонтированного в пульт управления электронно-лучевой пушкой электронный луч (8) сканирует в плоскости, проходящей через концы оплавляемых прутков (3), находящихся над рабочими кромками диска-кристаллизатора(2), Сканирующий наугола электронный луч (8) оплавляет концы прутков (3) образуя гомогенный расплав в виде капель определенных размеров и заданных температур, .регистрируемых датчиками температуры. сигналы с которых обрабатываются блоком обработки сигналов и обратной связи расположенными в пульте управления установкой. Блок оперативной связи, находящийся в пульте управления установкой позволяет оператору оперативно вмешиваться в работу электронно-лучевой системы нагрева, обеспечивая тем самым выбор оптимальных параметров работы пушки и остальных блоков управления ее. Образо1790474

45 ванные на концах оплавляемых прутков капли вводятся в соприкосновение с рабочими кромками, снабженными выступами, вращающегося, охлаждаемого диска-кристаллизатора. Касаясь капли, рабочие кромки. диска-кристаллизатора вытягивают из расплава волокна, а в случае нанесения на кромки надрезов, нарушающих непрерывность поверхности-порошкообраз н ые частицы игольчатой формы. Количество одновременно экстрагируемых прутков (3) легко возрастает за счет увеличения количества рабочих кромок на поверхности дискакристаллизатора (3) и увеличения угла сканирования а электронного луча (8), что приводит к повышению производительности процесса. в сравнении с базовым объектом.

Повышение стабильности процесса, экстракции определяется степенью устойчивости расплава в виде подвешенной капли, "слизываемой" рабочей кромкой диска-кристаллизатора, к механическому воздействию последней, Чем меньше частота и амплитуда колебаний капли, тем стабильнее процесс, тем выше качество конечного продукта и меньше вероятность отрыва капли от экстрагируемого прутка, который может привести к нанесению дефектов на поверхность диска-кристаллизатора и преждевременному прекращению технологического цикла. Кроме того, использование электроннолучевого нагрева (или лазерного) в отличие от применения индукционного, позволяет избежать получения достаточно большой, неустойчивой капли расплава.

Малая инерционность используемого источника нагрева (электронно-лучевой пушки или лазера) позволяет. оперативно вмешиваться в процесс нагрева конца прутка при получении и поддержании капли требуемых размеров и температуры. ГоФормула изобретения

Устройство для диспергирования воло кон и порошкообразных частиц из расплава химически активных металлов,"содержащее вакуумную камеру с зоной нагрева, расходуемые прутки с установленной под этими прутками. охлаждаемый диск-кристаллизатор с рабочими кромками, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что.оно снабжено узлом подачи с обоймой расходуемых прутков. электро н нолучевой системой нагрева с пультом управмогенизации расплава в объеме капли за счет конвективных потоков, возникающих при воздействии концентрированного источника нагрева с вращающимися вокруг

5 своей оси прутками, благоприятно сказывается на стабилизации процесса экстракции за счет выравнивания химического состава по объему капли И увеличении надежности поддержания контакта расплав10 диск-кристаллизатор без эффекта "налипания" кристаллизирующегося расплава на рабочую кромку диска, приводящего к нару-. шению стабильности процесса экстракции из-за невозможности удержания расплава в

15 виде капель на конце прутка при механическом воздействии на нее закристаллиэовавшегося на кромке диска металла, Кроме того применение в устройстве

20 датчиков температуры с блоками обработки сигналов и обратной связи, блоком сканирования и блоком оперативной связи позволяет расширить технологические возможности установки за счет регламентации

25 теплового режима при обработке образцов как с одинаковой теплопровадимостью так и с различной и получения в одном агрегате в любом процентном соотношении самых различных волокон и частиц. Таким

30 образом, описываемое устройство позволяет стабилизировать процесс получения волокон и частиц, увеличить его производительность и расширить технологические возможности эа счет применения в качестве

35 источника нагрева экстрагируемых прутков электронного луча датчиков температуры, блоков сканирования, обработки сигналов, обратной связи и оперативной связи, позволяющих одновременно оплавлять несколь40. ко прутков как различных материалов так и одинаковых сплавов. ления, блоком сканирования электронного луча, вмонтированного в пульт управления электронно-лучевой системой, расположенными на боковой стенке камеры датчиками температуры, пультом управления установ - кой и вмонтированными в пульт блоком обработки сигнала и обратной связи с блоком оперативной связи, обеспечивающих на "грев и получение расплава в виде капель с заданной температурой и геометрией одновременна на нескольких расходуемых прутках из одного или нескольких материалов.

1790474

Составитель А. Губин

Редактор Г, Бельская Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Т, Вашкович

Заказ 360 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