Казармщиков И.Т. - Производство металлических конструкционных материалов (1092920), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Сталкиваясь друг с другом, частицы измельчаются. Измельчаемый материал загружают в бункер, откуда он поступает врабочую камеру, где размалывается. В рабочую камеру насосом также подаетсяпод давление воздух или газ, с помощью которого измельченные частицыудаляются в приемную камеру. Скорость воздушного потока регулируется с таким расчетом, чтобы из рабочей камеры удалялись частицы определенных размеров. В приемной камере крупные частицы оседают на днище и возвращаютсявновь в рабочую камеру, где подвергаются повторному измельчению. Мелкиечастицы направляются в отсадочную камеру, откуда производится выгрузка.В результате вихревого измельчения могут получаться очень тонкие и пирофорные порошки. В целях предохранения порошка от самовозгорания в рабочую камеру вводят инертный газ, к которому добавляют до 5% кислорода дляобразования на частицах защитных оксидных пленок.Распыление и грануляция жидких металлов является одним из наиболеепроизводительных методов получения порошков.
Распыление расплава являетсяотносительно простым и дешевым технологическим процессом производствапорошков металлов с температурой плавления до 1600 ºС.Сущность измельчения расплавленного металла состоит в дроблении струирасплава газом или водой при определённом давлении (распыление), либоударами лопаток вращающегося диска (центробежное распыление), либосливанием струи расплава в жидкую среду, например воду (грануляция).Принципиально процесс распыления металлической струи потоком газавозможен по нескольким схемам.
Распыление может осуществляться потокомгаза, соосно обтекающим струю расплава, обтекающим потоком газа,направленным под некоторым углом к оси струи, и газовым потоком,направленным к оси струи под прямым углом.Наиболее распространено распыление газовым потоком (рисунок 52), прикотором на свободно истекающую струю металлического расплава направлен подуглом 60º к её оси кольцевой газовый поток, создаваемый соплами, охватывающими струю металла. В месте схождения всех струй газового потока происходит разрушение струи расплава в результате отрыва от неё отдельных капель.Механизм разрушения струи металла очень сложен и полностью ещё неизучен.
На размер и форму образующихся частиц влияют мощность и температура газового потока, диаметр струи, температура, поверхностное натяжение ивязкость расплава. Кроме того, большое влияние оказывает конструкция форсуночного устройства. Например, установлено, что размер образующихся частицуменьшается с повышением скорости истечения газа – энергоносителя изфорсунки с расширяющимся соплом или при повышении давления дутья в форсуночных устройствах с сужающимся соплом.При повышении температуры дутья возрастает кинетическая энергия газового потока, что способствует дроблению струи расплава на мелкие частицы.Наиболее эффективно распыление при температуре газового потока, совпадающей с температурой расплава, так как вязкость и поверхностное натяжениепри этом не претерпевают изменений в процессе дробления струи из-за отсутствия переохлаждения расплава.
Однако создать такие условия при распылениирасплавов, имеющих высокую температуру плавления (1500 – 1700 ºС), оченьсложно из-за трудностей нагрева газового дутья и значительного усложнения иудорожания распылительных установок.На размер частиц, получаемого порошка, влияет и диаметр струи расплава.Увеличение диаметра струи приводит к снижению количества мелких частиц впорошке, что связано с возрастанием массы расплава, поступающего в зонураспыления в единицу времени. На практике, для расплавов с температуройплавления до 1000 ºС диаметр струи выбирают в пределах 5 – 6 мм, с температурой плавления до 1300 ºС – 6 – 8 мм и при более высокой температуреплавления – 8 – 9 мм.При заливке в металлоприёмник расплав должен иметь температуру на 150 –200 ºС выше температуры его плавления, что обеспечивает стабильное истечениеструи, так как понижение температуры расплава в металлоприёмнике приводит кповышению его вязкости и поверхностного натяжения, в результате чегоснижается выход мелких фракций порошка.
В современных установкахраспыления металлоприёмники выполняются с обогревом, позволяя поддерживать оптимальную температуру струи расплава.Распыление струи расплава водой широко применяют в промышленности.Этот процесс отличается от распыления расплавов газом более высокойплотностью воды, что влияет на увеличение импульса и кинетической энергиипотока воды.
Высокая плотность воды обеспечивает также сохранение высокихскоростей энергоносителя на больших расстояниях от среза сопла, чем в случаяхиспользования газовых потоков. Это позволяет в широких пределах изменятьвзаимное расположение струй расплава и воды, облегчая конструированиеустройств для распыления.Кроме того, при контакте водяной струи с расплавом неизбежен процессинтенсивного парообразования как вокруг струи расплава, так и вокруг каждойраспылённой частицы. По этой причине распыление струи расплаваосуществляется фактически не водой, а перегретым сжатым паром,образующимся в зоне контакта поверхностей воды и расплава.В установках с центробежным распылением струя металла разрушаетсяударами лопаток вращающегося диска (рисунок 53).Образующийся порошок вместе с водой, подаваемой под определеннымдавлением и по специальной кольцевой трубке, создающей из воды форму воронки, внутри которой находится струя жидкого металла, поступает в приёмник.Воронкообразное оформление водяного узла установки позволяет предохранитьструю жидкого металла от преждевременного разрушения (грануляции) водой.Величина частиц порошка зависит от числа ударов лопаток о струю,удельной подачи металла в камеру распыления и вязкости расплава.
Изменяячисло оборотов крыльчатки, которое может достигать 4000 об/мин, регулируютнабор частиц в порошке по размерам.Грануляция, как способ измельчения жидких металлов, издавна применяетсядля изготовления свинцовой дроби. При грануляции струю расплава сливают вводу, получая грубые порошки с размером частиц 0,5 – 1,0 мм и выше. Болеемелкие фракции можно получать, если применять интенсивное размельчениеструи расплава при помощи движущейся конвейерной ленты с последующимохлаждением капель металла в воде.В любом из рассмотренных вариантов распыления порошок содержитобычно кислород в виде оксидов.
Поэтому порошки, полученные распылением,подвергаются восстановительному отжигу, целью которого является не тольковосстановление оксидов, но улучшение технологических свойств порошка(прессуемость, спекаемость и т.д.).В настоящее время все шире используются методы бесконтактногораспыления с использованием мощных импульсов тока, когда через твердый (ввиде проволоки) или жидкий проводник (распыляемый материал) пропускаетсямощный импульс тока, и проводник мгновенно нагревается и распыляется, иливоздействием электромагнитных полей, когда при пропускании электрическоготока по струе расплава распыление осуществляется в виде взрыва проволок.Производство порошков обработкой металлов резанием на практикеиспользуются очень редко. Порошки получают при станочной обработке компактных металлов, подбирая такой режим резания, который обеспечивает образование частиц, а не сливной стружки.
При этом образующиеся отходы в видекрупной стружки целесообразно использовать для дальнейшего измельчения вшаровых, вихревых и других аппаратах, а мелкую стружку и опилки с величинойчастиц порошка около 1 мм можно использовать для изготовления изделий бездополнительного дробления. В некоторых случаях применение этого метода дляполучения порошка является почти единственным. Прежде всего, это относится ктем металлам, которые очень активны по отношению к кислороду, особенно всостоянии высокой дисперсности. Например, по этому способу получаютмагниевый порошок.9.2.2 Физико-химические методы получения порошковК физико-химическим методам получения порошков относят:– восстановление оксидов и солей;– электролиз;– диссоциация карбонилов;– гидрометаллургический способ.Восстановление оксидов и солей является одним из наиболее распространенных и экономичных способов, особенно когда в качестве исходного материала используют руды, отходы металлургического производства (окалина) идругие дешевые виды сырья.Восстановлением в техническом смысле этого слова, называют процессполучения металла из его химического соединения путем отнятиянеметаллической составляющей (кислород, солевой остаток) при помощивещества, называемого восстановителем.
Процесс восстановления являетсяодновременно и процессом окисления. Если исходное химическое соединение(оксид, соль) теряет неметаллическую составляющую или восстанавливается, товосстановитель вступает с ней во взаимодействие или окисляется.В общем случае реакцию восстановления можно записать в видеМеБ + Х ↔ Ме + ХБгде Ме – любой металл, порошок которого нужно получить;Б – неметаллическая составляющая (кислород, солевой остаток и др.)восстанавливаемого исходного химического соединения;Х – восстановитель;ХБ – химическое соединение восстановителя.Стрелки означают, что в ходе реакции возможно повторное образованиеисходного соединения (МеБ) в результате взаимодействия полученного металла(Ме) и соединения восстановителя (ХБ).
Для оценки возможности протеканияреакции восстановления необходимо сопоставить величины, характеризующиепрочность химических связей в соединении металла (МеБ) и образующимся соединении восстановителя (ХБ). Количественной мерой указанных величинслужит величина свободной энергии, высвобождающейся при образовании соответствующего химического соединения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
