Способ гранулирования струи металлических расплавов

 

натентно те ни есча, .оная библиатена Ы Б 4

О П И С А Н И Е (о728282

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соеетских

Социалистических

Республик

" ф

Й ° ф

/=-: (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 09.11.78 (12) 2681753/22-02 (51) M.Êë.3 В 22 D 23/08 с присоединением заявки—

1осударстееннык комитет

СССР по лелем изобретений и открытий (23) Приоритет—

"(43) Опубликовано 30;03.82. Бюллетень № 12 (53) УДК 62,1.762,224 (088.8) :-."(45) Дата опубликования описания 30.03.82 (72) Авторы изобретения — К, Б. Абрамова, В. К. Александров, Б. С. Люханов, Б. П. Перегуд, В. В. Тетюхин, А. Н. Романов, П. С. Альтман и Ю. М. Прилуцких г (71) Заявитель Ордена Ленина физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе

J (54) СПОСОБ ГРАНУЛИРОВАНИЯ

МЕТАЛЛИЧЕСКИХ РАСПЛАВОВ

1/г S/2

a Do

1=225

Изобретение относится к технике получения порошкообразных металлов и спла,вов, в частности тугоплавких например mтана, сплава железа, никеля, кобальта.

Известен физико-химический способ получения порошков металлов, заключающийся в том, что металл:восстанавливают из химических соединений jl).

Недостатком описанного способа яв- 10 ляется иевозможность получения гранул сплава, так как химический состав,конечного продукта строго задан процессом.

Известен также механический способ получения порошков металлов, заключающийся в том, что сврую жидкого металла .распыляют газом, водой,или лопатками вращающейся,крыльчатки и охлаждают затем водой или другой жидкостью (2)..

Недостатко м описанного способа - является невозможность гранулирования тугоплавких металлов и широкий гранулометричесжий состав, конечного продукта.

Известен также способ получения ме- 25 таллических гранул, включающий распыление струи ж1идкого металла путем прюпускания через иее электрического тока, и последующего охлаждения полученных ка- пель (3). 30

Недостатком дакного способа является низкое качество гранул, люлучаемых из тугоплавких металлов и сплавов.

Целью изобретения является повыжение качесвва гранул тугоплавких металлов и сплавов заданного, размера.

Цель достигается тем, что атроцесс ведут в инартной атмосфере, а величину тока определяют из соотношения где 1 — ток через струю в А а — кюэфф ициент нюверхностного натяжения жидкого. металла, дин/см

Do — диаметр струи, см

d — диаметр .каптель, см.

Протекание электрического тока по струе, независимо от свойств образующей ее электропроводной жидкости, приводит к потере устойчивости, если плотность тока в струе достаточна для того, чтобы сила магнитного давления на поверхности металла превышала силу поверхностного,натяжения. При этом струя, как показаню теоретически и экспериментально ipaapyшается вследствие возникновения и развития в ней магнитопидродннамической неустойчивости нулевой моды, превращаясь

728282

Я р

1- 74

Таблица I

Ток, A для получения гранул диаметром, см

30 циаметр струи титана *, см

0,4

0,2

0,1

70 . 1P3

18 - 10

0,4

280 - 10

75 10

30 . 10

0,2

120 . 10

0,1

3 . 10

12 . 10з

50 10

Таблица 2

Температура плавления, К

Удельный вес, г/см

Высота камеры, см

Скрытая теплота, кал/г

Металл

218000

63700

7660

3240

1320

233

26

11,35

2,7

10,5

8,9

7„9

4,54

10,2

19,34

5,5

92

51

64

79

48

933

1233

1356

1808

2073

2873

3653

Свинец

Алюминий

Серебро

Медь

Железо

Титан

Молибден

Вольфрам в,набор капель. Одновременно могут начать развиваться неустойчивости с разными длинами волн, но всегда существует длина волны неустойчивости, инкремент нарастания которой, а следовательно и скорость;разв ипия превышает инцремент и скорость развития неустойчивостей с другами длина ми волн. Это означает„что существует предпочтительный диаметр образующихся капель. Величина предпочтительно го диаметра, капли зависят от тока через струю, начального диаметра струи, коэффициента поверхностного натяжения жидкого металла и может бьгть определена из прлведенного выше выражения. Отсюда следует, что меняя величину тока через струю, можно менять диаметр образуюшрыся капель.

Капли расплавленного металла, как вся,кое:напретое тело излучают запасенную энергию пропорционально температуре в четвертой степени. Время, необходимое для го, чтобы они только за счет излучения оч дали стюлько энергии, чтобы могли кристаллизироваться, равно где t — в.ремя, с;

Q — скрытая теплота ллавления капли, кал/г (яерецрев капли относительно температуры плавления заметной роли,не иврает); р —,вес капли, 1г

5 — площадь поверхности капли, см2;

Т вЂ” температура капли в градусах

Кельвина;

G — постоянная Стефана-Больцмана (a=1,3548. 10 2кал/ом град4 с).

На высоте падения ка|пли равной нл,и большей

h)gt2 где h — высота камеры, см;

g — QcK+pBHие свободного падения (g =980 см/са) отпадает необходимость в специальной ох- — лаждающей среде, При распылении струги и охлаждения .капель в,инертной атмосфе,,ре .не происходят изменений,в ях химическом составе.

На чертеже приведен эскиз установки для реализации, предложенного способа.

Установка состоит из камеры 1, атмосфера в которой ине1ртна для распыляемого металла, ванны 2 с жидким металлом, электрода 3 и источника 4 тока.

Струя 5 жидкого,металла, замыкая цепь источника тюка 4, включает электрическийток. При этом в струе, развивается матнитогидродинамическая неустойчивость нулевой моды, которая ее .разрушает, превращая в набор разлетающихся капель. Падая вниз и излучая, капли остывают и кристаллизуются в полете. На дне камеры накапливается порошкообразный металл.

В табл. 1 приведены значения тока через струю титана диаметром 0,4; 0,2 и 0,1, см для получения гранул диаметром 0,4; 0,2 и 0,1 см. Видно, что даже для струи диаметром 0,4 см величина необходимого тока для получения пранул диаметром 0,1 см не превьппает 280 кА.

" Коэффициент поверхностного натяжения титана а=1588 дин/см-.

45 В табл. 2 приведена высота,камеры„необходимая для того, чтобы капли разных металлов диаметром 0,2 ом за пвердевали за счет излучения, падая пюд действием силы тяжести.

728282

Видно, что металлы, температура плав.ления и затвердевания которых высоки, иристаллизуются относительно быстро. Вы сота, камеры, например, для титана состав.ляет 2,5 м, в то:время,как для алюминия превышает 600 .м. Следовательно, использовать затвердеванне капель за счет излучения в свободном падении целесообразно

-только при гранулировании металлов, темлература плавлекия которых превышает

1000 К. Для затвердевания капель металлов, имеющих низкую температуру плавле. ния и .затвердевааия, следует испольэовать спещиалыные охлажданмцие жидкости; Использование предлагаемого способа гранулирования металла обеспечивает по сравеению с существующими снособами следующие преимущества . возможность получения гранул тугоплавких металлов; возможность получения гранул преимущественно,заданного размера; возможность управления .размерами гранул в широких пределах; идентичность химического состава гранул химическому составу расплава; возможность затвердевания капель туголлавких металлов без специальной среды.

Формула изобретения

Способ граяулирования металлических расплавов, включающий ра|спылеяие струи жидкого металла путем пропускан ия через нее электрвческюго тока и последующего охлаждения полученных капель, о т л ич а ю щи и с я тем, что, с целью повышения ,качества гранул тугоплавких металлов и сплавов заданного размера, процесс ведут в инвртной атмосфере, величину тока mupeделяют из соотношения:

6 spaz

Ра =го где 1 — ток через струю, А; а — коэффициент поверхностного натяжения, д|ин/см ;

Do — диаметр струи, см;

d — диаметр гранул, см.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Кипарисов С. С. и Либенсон Г. А.

Порошковая металлургия. Металлургия, М., 25 1972, с. 45, 60, 100.

2. Т,ам же, с, 39, 42.

3. Авторское свидетельство СССР № 305915, кл. В 22 F 9/00, 1968.

728282

Составитель Г. Кибовский

Техред И. Пенчко Корректор И. ОсиновскаиРедактор Л. Письман

Тип. Харьк. фчл. пред. «Патент»

Заказ 255/165 Изд. № 121 Тираж 853 Подписное

НПО «Поиск» Государственното комитета СССР по делам изобретений и открытий

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