Спосіб отримання гранул металу завданого гранулометричного розподілу

Реферат: UA 89623 U UA 89623 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до порошкової металургії, зокрема до способів здобуття металевих порошків, гранул, у тому числі з металів, які створюють окисну плівку, і може бути використаний в металургії, машинобудуванні (при використанні способу для здобуття кульок для шарикопідшипників та ін. Відомий спосіб виготовлення гранул металу (Рудой А.П., Петров С.В. Спосіб електродугового розпилу металів. Патент України №1180, МПК (2006) B22F 9/14 (2007.01) В05В 7/16), який полягає в електродуговому розпилу металів, і включає подачу одного з електродів, що витрачається, співвісно, а другою - під гострим кутом до осі потоку, збудженні електричної дуги, при цьому регулювання параметрів електричної дуги проводять в два етапи, на першому встановлюють співвідношення швидкостей бічного і осьового електродів, рівне одиниці, а на другому - збільшують дане співвідношення до моменту мінімізації амплітуди коливань напруги дуги, при цьому співвідношення приростів швидкостей подачі електродів і амплітуди коливань напруги вибирають в межах 3-15. Недоліком є неконтрольований відрив крапель металу, що призводить до значного розкиду отримуваних гранул по розмірах. Відомий спосіб отримання гранул з розплаву метала і пристрій для його здійснення (Procede d'obtention de granules a partir du metal fondu et dispositif pour sa mise en oeuvre, Патент Франції FR2505672(Al). МПК: B01J 2/02; B22F 9/14). Спосіб полягає в тому, що на вільний струмінь розплавленого металу діють магнітним полем і електричним струмом таким чином, що створювані електромагнітні сили діють на розплавлений метал з такою частотою, яка забезпечує створення однорідних по формі і розмірам гранули. Основний недолік способу в тому, що він може бути реалізований тільки в інертній атмосфері (аргон, азот, гелій і ін.), тому на повітрі метал миттєво покривається оксидною плівкою, яка легко пригнічує малоамплітудні коливання поверхні струменів і робить їх розпад на краплі неможливим. Тому реалізація даного способу вимагає створення герметичної камери, відкачування з неї повітря, заповнення інертним газом і проведення постійного контролю за станом інертної атмосфери, яку після кожної технологічної операції необхідно коригувати. При цьому виникають певні складнощі з охолодженням інертного газу і видаленням отриманих гранул з герметичної камери. Таким чином, необхідність створення герметичної камери знижує ефективність даного способу. Як прототип вибраний спосіб отримання гранул з розплаву метала (Семенов К.I. Спосіб диспергування струменя рідкого металу. Патент України № 80680. МПК (2006) B22F 9/02). Спосіб полягає в тому, що по невеликій ділянці струменю рідкого металу пропускають електричний струм, при цьому магнітний тиск струму (пінч-ефект) призводить до відділення від струменя частини завданого розміру, яка утворює частинки розміром 10500 мкм. Недоліками способу є необхідність підпалу електричної дуги перед кожним пропусканням струму, через наявність газового проміжку між електродами і струменем, що потребує наявності високовольтного джерела і додаткових витрат електроенергії. Задачею, на вирішення якої спрямована корисна модель, що заявляється, є, по-перше, підвищення коефіцієнта корисної дії диспергування струменя металу, а по-друге, уникнення необхідності застосування високовольтного джерела. Поставлена задача вирішується способом виготовлення гранул металу завданого гранулометричного розподілу дією на невелику ділянку струменя рідкого металу або сплаву електричного струму, магнітне поле якого викликає розпад струменя, і, згідно з корисною моделлю, імпульсне пропущення електричного струму через невелику ділянку струменя, яка знаходиться у діелектричній трубці, здійснюють за допомогою двох контактів на кінцях грубки, внаслідок чого тиском пінч-ефекту з трубки виштовхується необхідний об'єм рідкого металу, котрий після остигання утворює гранулу заданого розміру. Здійснюється спосіб наступним чином. На кресленні відображена схема здійснення способу. Трубка (довжина трубки приблизно рівна її діаметру) 1 з одного кіпця під'єднана до джерела рідкого металу 2 (на кресленні джерело не показано), а до другого кінця прикріплено електрод з отвором 3. До другої сторони електрода 3 прикріплена діелектрична трубка 4, до якої з другого кінця прикріплено електрод з отвором 5. Між контактами 3 і 5 підключають джерело струму 6 і електронний ключ 7. Пропускаючи імпульсний електричний струм по електричному ланцюгу 3-67-5, рідкій метал усередині 4 викликає появу сил пінч-ефекту на ділянціструменя між електродами 3 і 5, що призводить до виштовхування необхідного об'єму рідкого металу 8, який при осипанні утворює гранулу 9. Електронним ключем 7 може бути транзистор. Транзистор перемикають імпульсним генератором, наприклад Г5-56. Джерелом струму 6 може служити, 1/3 зокрема, блок живлення типу ВС-24. Діаметр отримуваних гранул D = (6V/ π) . Об'єм гранули металу V визначають з формули V=SUT, 1 UA 89623 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 де: S - площа перерізу струменя; U - швидкість струменя; Т - тривалість часу між імпульсами струму. Час перетиснення струменя t поверхневим тиском оцінюють, спираючись на джерело інформації (Монодиспергирование вещества: принципы и применение / Ε.В. Аметистов, В.В. Блаженков, А.К. Городов и др.; Под ред. В.А. Григорьева. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 336 с.). t ~ (ρd3/σ) / 2, де ρ щільність рідини струменя; d - внутрішній діаметр трубки 1; σ - коефіцієнт поверхневого натягу. Оскільки тиск в струмені, який викликається пінч-ефектом, розраховують по формулі 2 Ре = Β /8π, де: індукція поля В = 2μμ0Ι/d, μ - магнітна проникність навколишнього струменя середовища -7 (для газу μ  1), μ0 - магнітна постійна (4π 10 Гн/м); Ι - величина струму, а з аналогії з тиском, що викликається поверхневим натягом, σe, можна визначити тиском електромагнітним Ре = 2σe/d, то t~[ρd3/(Ped/2)]/2. Наведені формули дозволяють визначити необхідну для отримання гранул завданого розміру силу і тривалість електричного струму. Економічну привабливість способу у порівнянні з прототипом показує наступний приклад. Промисловий зразок пристрою для підпалу електричної дуги "Осциллятор ОП-240" (http://www.avantcom.ru/detail/591) має потужність 10 Вт і вартість біля 2000 гривень. Він працює на частоті 100 Гц. Пристрої на більшу частоту будуть мати пропорційно більшу потужність і вартість. Виходячи з цих даних, при добовому отриманні гранул металу по запропонованому способу з частотою 1 КГц витрати електроенергії (1000 кВт год. у рік) зіставлять 20 тис. грн., ціна пристрою підпалу біля 30 тис. грн., плюс експлуатаційні витрати. Таким чином, при відзначених умовах, економія ресурсів зіставить більш ніж 50 тис. грн. Можливість здійснення корисної моделі, що заявляється, показано наступними прикладами. Приклад 1 Як рідкий метал, що диспергувався, було використано олово. Олово розплавлялося в металевій посудині з отвором у нижній частині, через який продавлювалося олово. Діаметр отвору становив 300 мкм. Швидкість струменя була 1 м/с. До посудини прикріплювався з'єднувальний дріт від джерела електричного струму. Інший полюс джерела з'єднувався з електронним ключем, котрий поєднувався іншим контактом зі сталевою пластиною. У сталевій пластині було просвердлено наскрізний отвір діаметром 300 мкм. Сталева пластина була розміщена навпроти посудини з оловом таким чином, що отвори в посудині і пластині знаходилися на одній осі на відстані 100 мкм один від одного. При проходженні імпульсів струму через ділянку струменя між посудиною і сталевою пластиною виникало диспергування. Величина струму була 10 А, час дії - 5 мкс, частота варіювалась від 500 Гц до 1000 Гц. Як джерело струму використовувався блок живлення постійного струму, як електронний ключ MOSFET транзистор FGB140N03L (в режимі відсічки), який відкривався і імпульсам і напруги з імпульсного генератора Г5-56. У результаті отримали (після остигання крапель олова у повітрі) гранули олова діаметром від 1 мм до 0,81 мм, відповідно. Приклад 2 Як рідкий метал, що диспергувався, було використано свинець. Для диспергування було задіяне теж обладнання, що в попередньому прикладі. Діаметр отворів, через який продавлювалося свинець, становив 300 мкм. Швидкість струменя була 1 м/с. При подачі імпульсів струму на ділянку струменя (довжина ділянки - 100 мкм) виникало диспергування. Величина струму була 10 А, час дії - 5 мкс, частота варіювалась від 500 Гц до 1000 Гц. У результаті отримали (після остигання крапель свинцю у повітрі) гранули діаметром 1 мм і 0,81 мм, відповідно. З наведених прикладів видно, що пропонована корисна модель дозволяє отримувати гранули з струменя рідкого металу або сплаву з окисною плівкою, а крім того частоту диспергування можна варіювати, що дає можливість отримувати завданий гранулометричний розподіл гранул по розмірам. Спосіб дозволяє диспергувати струмінь металу без застосування джерела високої напруги, що призводить до економії витрат на покупку обладнання і його обслуговування та економії електроенергії. 55 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 60 Спосіб отримання гранул металу завданого гранулометричного розподілу дією на невелику ділянку струменя рідкого металу або сплаву електричного струму, магнітне поле якого викликає розпад струменя, який відрізняється тим, що імпульсне пропущення електричного струму 2 UA 89623 U через невелику ділянку струменя, яка знаходиться у діелектричній трубці, здійснюють за допомогою двох контактів на кінцях трубки, внаслідок чого тиском пінч-ефекту з трубки виштовхується необхідний об'єм рідкого металу, котрий після остигання утворює гранулу заданого розміру. Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3