Во многих случаях использование особенностей вихревого слоя в процессах порошковой металлургии может в значительной степени упростить такие технологические процессы, как подготовка, измельчение порошков и их дальнейшую переработку.
Основной технологической особенностью порошковой металлургии является использование в качестве исходного сырья различных порошкообразных материалов: металлов и их сплавов, металлоидов, соединений металлов с неметаллами и других веществ. Переработка их (смешение, диспергирование) сопряжена с большими энергетическими и материальными затратами.
Наиболее типичными процессами в этом плане являются технологические процессы в производстве тугоплавких соединений. Замечательные свойства тугоплавких соединений обеспечивают им широкое применение в современной технике в качестве основы для твердых сплавов, жаропрочных, электротехнических, коррозионностойких и других материалов. Эти соединения получают в основном путем восстановления окислов переходных металлов элементами-восстановителями. Образование соответствующих металлоподобных фаз происходит путем реактивной диффузии. Это накладывает жесткие требования к подготовке шихты.
Например, при получении карбидов окислы металлов и сажа должны быть тонкодисперсны (размер частиц менее 0,04 мм) и тщательно перемешаны. Используемые для этих целей различные типы измельчителей и смесителей не удовлетворяют возросшим требованиям производства. Поэтому с целью получения порошков необходимой зернистости применяют рассев на виброситах различных конструкций. Смешение же компонентов шихты осуществляют в течение длительного времени, гак как свойства готовых изделий во многом зависят от того, насколько равномерно распределены компоненты.
Способы измельчения порошков
Проведенные опытно-промышленные испытания аппарата АВС-100 на процессах смешения и диспергирования порошков и сравнение результатов их работы с известными установками (табл. 1) свидетельствуют о преимуществах аппаратов с вихревым слоем.
Таблица 1
Результаты работы различного оборудования на процессе измельчения порошков
|
Оборудование |
Потребляемая мощность, кВт |
Производительность, кг/ч |
Выход фракций – 3 мкм, % |
|
Аппарат Вихревого Слоя |
1,5 |
≥ 2 |
50 |
|
Молотковая мельница |
2,0 |
≥ 80 |
5 |
|
Центробежная мельница |
0,6 |
До 10 |
5 |
|
Шаровая мельница (сухое измельчение) |
0,5 |
≥ 2 |
1-3 |
|
Шаровая мельница (мокрое измельчение) |
0,5 |
≥ 1 |
7-15 |
В табл. 2. приведены результаты размола различных материалов в аппарате АВС-100.
Использование в аппарате АВС-100 рабочих емкостей с охлаждением и без охлаждения расширяет его возможности. Однако существенным недостатком этого аппарата для промышленного использования является малый объем рабочей емкости, что не позволяет обрабатывать большие партии материалов и вносит свои особенности в технологический процесс. Эго особенно существенно для процессов приготовления шихты при получении тугоплавких материалов (для процессов смешения). Так, при изготовлении шихты в производстве боридов и карбидов титана величина загрузки в рабочую емкость аппарата АВС-100 составляет 1 кг. Вместе с тем оперативность при осуществлении перемешивания в АВС и, главное, увеличение выхода тугоплавких соединений после восстановления (синтеза) составляют основную особенность АВС в рассматриваемых производствах.
Таблица 2
Результаты размола различных материалов в аппарате АВС-100
|
Измельчаемый материал |
Загрузка материалов в рабочую емкость, кг |
Продолжительность обработки в аппарате, мин |
Выход фракций – 56 мкм, % |
|
Карбид вольфрама |
2,0 |
3 |
95 |
|
Карбид циркония |
1,5 |
3 |
96 |
|
Борид титана |
1,1 |
2 |
90 |
|
Силицид молибдена |
2,0 |
11 |
52 |
|
Карбид титана |
0,8 |
2 |
98,5 |
|
Борид молибдена |
1,1 |
2 |
97,5 |
В табл. 3 приведены сравнительные результаты по режимам смешения компонентов шихты и выходу готового продукта в производстве тугоплавких соединений.
Таблица 3
Выход тугоплавких соединений после восстановления шихты, полученной в АВС и шаровой мельнице
|
Технологический процесс |
АВС-100 |
Шаровая мельница |
||
|
Продолжительность обработки, мин |
Выход продукта, % |
Продолжительность обработки, мин |
Выход продукта, % |
|
| Приготовление шихты для получения карбида циркония |
480 |
57,3 |
3 |
63,0 |
| Приготовление шихты для получения карбида титана |
360 |
49,0 |
3 |
51,7 |
| Приготовление шихты для получения борида циркония |
360 |
56,0 |
3 |
61,5 |
| Приготовление шихты для получения силицида молибдена |
480 |
90,5 |
5 |
96,6 |
| Приготовление шихты для получения борида титана |
480 |
51,0 |
3 |
56,0 |
Мельницы для измельчения и дробления порошков
Эти результаты показывают, что вихревой слой может найти широкое применение в производстве тугоплавких соединений, но для большинства процессов необходима разработка специальных аппаратов, использующих принцип вихревого слоя. Кроме рассмотренных процессов, АВС могут найти применение для смешения порошков металлов непосредственно перед спеканием.
Применение АВС в порошковой металлургии позволит не только интенсифицировать ряд технологических процессов, но и резко повысить культуру производства, исключить из технологических процессов шаровые и вибрационные мельницы, являющиеся источником повышенного шума и пыления.
