измельчение расплава

16 Фев 2008 измельчение металла

измельчение расплавленного металла.

Распыление расплава является простым и дешевым тех­нологическим процессом производства порошков А1, Fе, сталей, Сu, Zn, РЬ, Ni и других металлов и их сплавов. За рубежом около половины производственных мощно­стей получения металлических порошков составляют ус­тановки распыления.

Сущность измельчения расплавленного металла или сплава состоит в дроблении струи расплава при распы­лении энергоносителем высокого давления (газа или жидкости) либо механически или (при грануляции) в сливании струи расплава в жидкую среду, например

воду.

Основные технологические схемы получения распы­ленных порошков приведены на рис. 8.

Наиболее распространено распыление расплава газо­вым потоком  (воздухом, паровоздушной смесью, N₂, Аr и др.), для которого используют установки двух типов: с подачей расплава непосредственно   в форсуночное уст­ройство из ванны плавильной печи (в случае металлов и сплавов с температурой плавления до 700°С) или через промежуточный обогреваемый металлоприемник (в слу­чае материалов с температурой   плавления до 1600°С). Возможны три схемы такого процесса  (рис. 8). Более распространена вторая схема (рис.8 б). В месте схож­дения всех струй газового  потока, называемом фокусом распыления, происходит разрушение струи расплава   в результате отрыва от нее отдельных капель. Скорость газового потока должна быть не менее 100 м/с; обычно она составляет 200—300 м/с.   Поверхностное натяжение стремится обеспечить наименьшее отношение поверхно­сти капли к ее объему, потому довольно легко получать частицы сферической формы, так как этому условию удо­влетворяет именно шар,

Существуют три зоны разрушения струи расплава. Первая — нераспавшаяся сплошная часть струи, состо­ящая из столбика металла, сохраняющего форму и на­правление перемещения струи расплава после выхода ее из сопла; длина этой струи определяется конструкцией газовых сопел и их расположением и колеблется от 1—2 до 8—10 мм. Во второй зоне начинается собственно процесс разрушения струи расплава с ее расслаиванием и разделением на отдельные пряди, волокна и нити, ко­торые затем дробятся на отдельные частицы-капли; про­тяженность этой зоны составляет 10—20 мм. В третьей зоне завершается процесс дробления прядей, нитей и крупных капель на частицы конечных размеров. В ней наиболее интенсивно протекают теплообменные процессы между образующимися жидкими частицами-каплями и диспергирующей струей газа-энергоносителя. Газоме­таллический поток представляет собой сложную трех­фазную непрерывно пульсирующую смесь газа и метал­ла, находящегося одновременно в жидком и газообраз­ном состояниях. Скорость перемещения частиц-капель резко увеличивается, тогда как скорость газового потока, совершившего работу диспергирования и частично разбавленного окружающей газовой средой, снижается. В конечных участках третьей зоны взвешенные в газовом потоке металлические частицы-капли, отдав часть тепла газовой струе за счет излучения и конвекции, приобрета­ют конечную форму и кристаллизуются со скоростями охлаждения до 10³—10⁴°С/с. На размер и форму обра­зующихся частиц влияют мощность (энергия) и темпе­ратура газового потока, диаметр струи, температура, по­верхностное натяжение и вязкость расплава. Кроме того, очень важно, в какой среде производят распыление, а также конструктивное оформление форсуночного устрой­ства.

Многочисленными экспериментами установлено, что средний размер образующихся при распылении расплава частиц быстро уменьшается с повышением скорости ис­течения газа-энергоносителя из форсунки с расширяющимся соплом или при повышении давления дутья в фор­суночных устройствах ссужающимся соплом. Это связано с измельчением первичных капель и увеличением чис­ла мелких частиц, образующихся как из окисленных по­верхностных слоев струи, где ослаблены межатомные связи, так и из всего объема интенсивно измельчающей­ся струи, распадающейся на множество мелкодисперсных частиц.

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 при этом исключается переохлаждение расплава, а его вязкость и поверхностное натяжение не претерпевают изменений в процессе дробления струи. Однако создать такие условия при распылении расплавов с температурой более 1500 °С не представляется возможным из-за сложности нагрева газового дутья, низкой эрозионной стойкости форсуноч­ных устройств и существенного усложнения и удорожа­ния распылительных установок.

Увеличение диаметра струи расплава приводит при постоянных параметрах дутья к снижению в порошке количества мелких частиц, что связано с пропорциональ­ным возрастанием массы расплава, поступающего в зону распыления в единицу времени. Для расплавов с темпе­ратурой плавления до 1000°С минимальный диаметр струи ориентировочно составляет 5—б мм, с температу­рой плавления до 1300 °С 6—8 мм и при более высокой температуре плавления 8—9 мм. При меньших диамет­рах возможна кристаллизация расплава прямо в канале металлоприемника, из которого он вытекает. При залив­ке в металлоприемник расплав обычно имеет температу­ру на 150—200°С выше температуры его плавления, что обеспечивает стабильное истечение его струи через слив­ной канал. Происходящее в металлоприемнике охлаждение расплава сопровождается повышением его вязкости и поверхностного натяжения, в результате чего снижается выход мелких фракций порошка. Металлоприемники современных установок распыления выполняются с обо­гревом, позволяя поддерживать оптимальную темпера­туру струи расплава перед ее диспергированием.

Порошок после распыления попадает в охлаждающую среду (например, в воду), вместе с которой выносится из камеры распыления, либо остывает в среде газа-энерго­носителя.

При получении порошков Ре и некоторых цветных ме­таллов или их сплавов широко применяют   распыление расплава водой при давлении от нескольких десятых до нескольких десятков мегапаскалей.   Высокая плотность воды, которая примерно в 1000 раз выше плотности возду­ха, придает ее потоку большую кинетическую   энергию при сравнительно низких скоростях   истечения из сопла, что облегчает конструирование устройств для распыле­ния. При контакте водяной струи с расплавом происхо­дит интенсивное парообразование как вокруг потока рас­плава, так и вокруг каждой из появляющихся частиц-ка­пель. Поэтому диспергирование расплава идет фактически не водой, а образующимся перегретым   сжатым   паром. При этом значительно изменяются теплофизические ха­рактеристики процесса, так как паровая оболочка резко снижает скорость охлаждения формирующихся частиц-капель из-за    ухудшения   теплопередачи   через пар по сравнению с теплопередачей через воду.

Основные закономерности формирования частиц и возможные схемы распыления струи расплава водой аналогичны распылению газом. В современных распыли­тельных устройствах на струю расплава направляют струи воды под углом до 60—70° с двух или четырех сто­рон.

При центробежном распылении расплава исторически первым было разрушение его струи ударами лопаток быстровращающейся крыльчатки (диска). Величина частиц порошка в этом случае зависит от числа ударов лопаток о струю, удельной подачи металла в камеру рас­пыления и вязкости расплава. Варьируя частоту враще­ния крыльчатки, регулируют набор частиц в порошке по

размерам.

Популярность: 34% [?]

Теги: диспергирование, дробление, Распыление