RU2278000C2 - Process for producing metallic fibers - Google Patents
Process for producing metallic fibers Download PDFInfo
- Publication number
- RU2278000C2 RU2278000C2 RU2004118702/02A RU2004118702A RU2278000C2 RU 2278000 C2 RU2278000 C2 RU 2278000C2 RU 2004118702/02 A RU2004118702/02 A RU 2004118702/02A RU 2004118702 A RU2004118702 A RU 2004118702A RU 2278000 C2 RU2278000 C2 RU 2278000C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- metal
- gas
- particles
- rotating disk
- discrete
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, а конкретно к способам промышленного производства металлического, преимущественно стального, волокна (фибры, металлической шерсти).The invention relates to the field of metallurgy, and specifically to methods for industrial production of metal, mainly steel, fiber (fiber, metal wool).
Известен способ [1] получения быстро закаленного металлического волокна (фибры) из расплава, в котором вращающийся в вертикальной плоскости цилиндрический кристаллизатор с регулируемой температурой рабочей поверхности вводится рабочей кромкой в соприкосновение с расплавом, формируемым в термически изолированной ванне, снабженной ограничительным элементом.A known method [1] for producing a rapidly hardened metal fiber (fiber) from a melt, in which a cylindrical mold rotating in a vertical plane with a controlled temperature of the working surface is introduced by the working edge into contact with the melt formed in a thermally insulated bath equipped with a limiting element.
Недостатком известного способа-аналога является то, что его реализация требует использования значительной по размеру термически изолированной ванны для размещения в ней расплава металла и поддержания в этом расплаве металла заданной температуры перегрева. Из-за наличия соответствующей открытой площади контакта зеркала расплава металла с атмосферой происходит химическое взаимодействие (поверхностное окисление) расплава металла и существенное ухудшение качества производимого металлического волокна (фибры). Это ухудшение обусловлено тем, что продукты окисления при попадании в зону взаимодействия расплава металла и рабочей поверхности цилиндрического кристаллизатора разрушают мениск между поверхностью расплава металла и уже отвержденной фиброй на рабочей поверхности кристаллизатора. Соответственно этому происходит быстрое образование на рабочей поверхности цилиндрического кристаллизатора гарнисажа, приводящего к выбросам капель расплава из теплоизолированной ванны. Кроме этого, вращающийся в поверхностном слое расплава металла цилиндрический кристаллизатор вызывает возникновение в нем волнообразования, приводящего к неконтролируемой флуктуации глубины погружения кристаллизатора, что увеличивает разброс геометрических параметров (в первую очередь разброс по толщине) производимого металлического волокна (фибры).A disadvantage of the known analogue method is that its implementation requires the use of a thermally insulated bath of considerable size to place a molten metal in it and maintain a given superheat temperature in this molten metal. Due to the presence of the corresponding open contact area of the mirror of the metal melt with the atmosphere, a chemical interaction (surface oxidation) of the metal melt and a significant deterioration in the quality of the metal fiber (fiber) produced occur. This deterioration is due to the fact that oxidation products, when they enter the interaction zone of a metal melt and the working surface of a cylindrical mold, destroy the meniscus between the surface of the metal melt and the already cured fiber on the working surface of the mold. Accordingly, there is a rapid formation on the working surface of the cylindrical mold of the skull, leading to the emission of droplets of the melt from the insulated bath. In addition, a cylindrical mold rotating in the surface layer of a metal melt causes wave formation in it, leading to uncontrolled fluctuations in the depth of immersion of the mold, which increases the spread of geometric parameters (primarily the spread in thickness) of the produced metal fiber (fiber).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления металлического волокна из расплава [2], принятый в качестве ближайшего аналога. В соответствии со способом-прототипом на профилированную поверхность вращающегося в горизонтальной плоскости первого дискового кристаллизатора, установленного соосно второму дисковому кристаллизатору, рабочая поверхность которого охватывает первый из них в той же плоскости, из сопла питателя, снабженного средствами подогрева находящегося в нем расплава металла, равномерно наносят слой расплава металла, перегретый на 4-18% относительно температуры его отверждения. При этом полем механических сил вращающегося первого дискового кристаллизатора из нанесенного слоя расплава металла формируют дискретные жидкие структуры металлического волокна, причем сообщают им скорость перемещения на второй дисковый кристаллизатор в интервале от 0,5 до 148 м/с. При ударном контакте с рабочей поверхностью второго дискового кристаллизатора дискретные жидкие структуры металлического волокна отверждаются с темпом охлаждения от 3,3 до 25,7 на его оребренной в интервале значений от 1,06 до 482 поверхности. Процесс диспергации и отверждения металлического волокна производят в окружении динамического слоя инертного газа, в качестве которого применяют аргон, или гелий, либо их смесь. Для увеличения коррозионной стойкости произведенного металлического волокна за счет пассивации его поверхности до отверждения в динамический слой инертного газа вводят аэрозоль от 4 до 60% об. из частиц цинка (с размерами, находящимися в интервале значений от 0,05 до 1,2 мкм), при этом частицы цинка в аэрозоли содержатся в количестве от 16 до 48% об.The closest in technical essence and the achieved result is a method of manufacturing a metal fiber from a melt [2], adopted as the closest analogue. In accordance with the prototype method, on a profiled surface of a first horizontal mold rotating in a horizontal plane, mounted coaxially with the second disk mold, the working surface of which covers the first of them in the same plane, from the nozzle of the feeder equipped with means for heating the molten metal located in it, uniformly applied a layer of molten metal overheated by 4-18% relative to the temperature of its cure. In this case, discrete liquid structures of the metal fiber are formed from the deposited layer of the metal melt by the field of mechanical forces of the rotating first disk crystallizer, and they are informed of the speed of movement to the second disk crystallizer in the range from 0.5 to 148 m / s. Upon impact contact with the working surface of the second disk crystallizer, the discrete liquid structures of the metal fiber cure at a cooling rate of 3.3 to 25.7 on its surface finned in the range from 1.06 to 482. The process of dispersion and curing of the metal fiber is carried out surrounded by a dynamic layer of inert gas, which is used as argon, or helium, or a mixture thereof. To increase the corrosion resistance of the produced metal fiber due to the passivation of its surface prior to curing, an aerosol from 4 to 60% vol. Is introduced into the dynamic layer of inert gas. from zinc particles (with sizes in the range from 0.05 to 1.2 μm), while the zinc particles in aerosols are contained in an amount of from 16 to 48% vol.
Недостатком способа-прототипа является то, что между рабочей охлаждаемой поверхностью вращающегося дискового диспергатора и областью налитого на него из сопла питателя расплава металла неконтролируемо формируется прослойка гарнисажа. Это обстоятельство вносит сильное возмущающее воздействие на образование дискретных жидких структур металлического волокна, которые, по-существу, формируются за счет отрыва капель расплава металла в поле механических сил вращающегося дискового диспергатора от налитого слоя расплава металла. Помимо образования динамических температурных градиентов в вертикальной плоскости, отрицательно сказывающихся на однородности вязкости расплава металла (и, соответственно, изменяющих усилия капельного отрыва), сплошная динамически неоднородная пленка гарнисажа существенно изменяет адгезионные свойства поверхности, контактирующей с расплавом металла, и формируемыми из него дискретными жидкими структурами металлического волокна.The disadvantage of the prototype method is that between the working cooled surface of the rotating disk dispersant and the region of the skull layer uncontrollably formed from the nozzle of the metal melt feeder. This circumstance introduces a strong perturbing effect on the formation of discrete liquid structures of the metal fiber, which, in essence, are formed due to the separation of droplets of the molten metal in the field of mechanical forces of the rotating disk dispersant from the poured layer of the molten metal. In addition to the formation of dynamic temperature gradients in the vertical plane, which adversely affect the uniformity of the viscosity of the molten metal (and, accordingly, change the drop separation forces), a continuous dynamically inhomogeneous skull film significantly changes the adhesive properties of the surface in contact with the molten metal and discrete liquid structures formed from it metal fiber.
Результат этого проявляется в невоспроизводимости основных параметров дискретных жидких структур металлического волокна, равно как и в разбросе характеристик изготовленного металлического волокна в целом, особенно в интервале длин металлического волокна от 30 мкм до 50 мм.The result of this is manifested in the irreproducibility of the basic parameters of the discrete liquid structures of the metal fiber, as well as in the scatter of the characteristics of the fabricated metal fiber as a whole, especially in the range of metal fiber lengths from 30 μm to 50 mm.
В основу изобретения положена задача повышения уровня воспроизводимости гранулометрических параметров (веса, габаритов, морфологического и фазового состава) изготовляемого металлического волокна, т.е. стабилизация процесса его производства.The basis of the invention is to increase the reproducibility of particle size parameters (weight, dimensions, morphological and phase composition) of the manufactured metal fiber, i.e. stabilization of its production process.
Техническим результатом настоящего изобретения является обеспечение условий автокалибровки дискретных жидких структур металлического волокна на поверхности вращающегося дискового диспергатора до их перемещения на рабочую поверхность кристаллизатора.The technical result of the present invention is the provision of conditions for auto-calibration of discrete liquid structures of a metal fiber on the surface of a rotating disk dispersant before moving them to the working surface of the mold.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе производства металлического волокна, включающем подачу металла в зону диспергирования, формирование из него в окружении динамического слоя газа дискретных частиц расплава металла, преобразование дискретных частиц расплава металла в жидкие структуры металлического волокна посредством воздействия на них полем механических сил вращающегося дискового диспергатора, охлаждение жидких структур металлического волокна до отвержденного состояния на поверхности соосно вращающегося дискового кристаллизатора, снабженного средством регулирования температуры его рабочей поверхности, и последующее удаление отвержденного металлического волокна с этой рабочей поверхности, причем одновременно с формированием дискретных частиц расплава металла динамический слой газа преобразуют в парогазовую смесь, а собственно формирование дискретных частиц расплава металла производят в два этапа, на первом из которых электродуговым способом разрушают, по крайней мере, один из электродов, формируя таким образом поток дискретных частицы расплава металла в широком интервале размеров, и производят их дробление путем соударения на скорости от 500 до 1100 м/с с поверхностью вращающегося дискового диспергатора под углом от 4 до 90 градусов относительно плоскости вращения, а на втором этапе агломерируют полученные дискретные микрочастицы расплава металла до схожих размеров на поверхности вращающегося дискового диспергатора за счет одновременного воздействия на них парогазовой смесью и полем механических сил вращающегося дискового диспергатора. Имеет значение металл в зону диспергирования подавать в твердом агрегатном состоянии.The indicated technical result is achieved in that in a method for producing metal fiber, comprising supplying metal to a dispersion zone, forming from it surrounded by a dynamic gas layer discrete particles of metal melt, converting discrete particles of metal melt into liquid structures of metal fiber by applying mechanical forces to them a rotating disk dispersant, cooling the liquid structures of a metal fiber to a solidified state on the surface coaxially rotating of the disk crystallizer, equipped with a means of controlling the temperature of its working surface, and the subsequent removal of the cured metal fiber from this working surface, and simultaneously with the formation of discrete particles of the metal melt, the dynamic gas layer is converted into a vapor-gas mixture, and the actual formation of discrete particles of the metal melt is carried out in two stages , on the first of which at least one of the electrodes is destroyed by an electric arc method, thereby forming a discrete stream particles of the metal melt in a wide range of sizes, and they are crushed by impact at a speed of 500 to 1100 m / s with the surface of a rotating disk dispersant at an angle of 4 to 90 degrees relative to the plane of rotation, and in the second stage, the obtained discrete microparticles of metal melt agglomerate to similar dimensions on the surface of the rotating disk dispersant due to the simultaneous exposure to them with a gas-vapor mixture and the field of mechanical forces of the rotating disk dispersant. It matters metal to be fed into the dispersion zone in a solid state of aggregation.
Желательно также динамический слой газа преобразовывать в парогазовую смесь с содержанием от 0,1 до 30% об. диспергируемого металла.It is also desirable to convert the dynamic gas layer into a vapor-gas mixture with a content of from 0.1 to 30% vol. dispersible metal.
Предпочтительно также газ парогазовой смеси выбирать из ряда: инертный газ и/или восстановительный газ.It is also preferable that the gas of the vapor-gas mixture be selected from the range: inert gas and / or reducing gas.
Целесообразно восстановительный газ выбирать из ряда: водород, пропан, бутан, метан.It is advisable to choose a reducing gas from the range: hydrogen, propane, butane, methane.
Желательно инертный газ выбирать из ряда: аргон, гелий.It is advisable to choose an inert gas from the range: argon, helium.
Известен способ использования эффекта оплавления концов сближаемых электродов (с образованием электрической дуги) для формирования потока брызг металлического расплава и последующего осаждения их на поверхность (авт.свид. СССР №438648, кл. 49/3, 21.11.1950 г.).There is a method of using the fusion effect of the ends of adjacent electrodes (with the formation of an electric arc) to form a spray stream of a metal melt and then deposit them on the surface (ed. Certificate of the USSR No. 438648, class 49/3, 11/21/1950).
Однако данный способ предназначен для металлизации поверхности и в нем не раскрывается (т.е. из изложенной в охранном документе информации не следует) возможность использования металлизируемой поверхности для последующей автокалибровки взаимодействующего с поверхностью потока дискретных жидких структур металлического расплава.However, this method is intended for metallization of the surface and it does not disclose (i.e., it does not follow from the information contained in the security document) the possibility of using a metallized surface for subsequent autocalibration of the discrete liquid metal melt interacting with the surface of the stream.
Поэтому есть основания утверждать то, что выявленный экспериментально факт автокалибровки жидких металлических структур является новым и неизвестным, а заявленный в связи с его техническим воплощением способ как объект изобретения соответствует критериям "новизна" и "изобретательский уровень".Therefore, there is reason to assert that the fact of autocalibration of liquid metal structures revealed experimentally is new and unknown, and the method as an object of the invention declared in connection with its technical embodiment meets the criteria of “novelty” and “inventive step”.
Заявленное новое техническое решение иллюстрируется следующими чертежами:The claimed new technical solution is illustrated by the following drawings:
на фиг.1 представлены сравнительные графики разброса габаритных размеров (ширины) металлического волокна, произведенного в соответствии со способом-прототипом и в соответствии с предложенным способом;figure 1 presents comparative graphs of the dispersion of the overall dimensions (width) of a metal fiber produced in accordance with the prototype method and in accordance with the proposed method;
на фиг.2 представлены сравнительные графики разброса габаритных размеров (длины) металлического волокна, произведенного в соответствии со способом-прототипом и в соответствии с предложенным способом;figure 2 presents comparative graphs of the dispersion of the overall dimensions (length) of a metal fiber produced in accordance with the prototype method and in accordance with the proposed method;
на фиг.3 схематично изображена установка для производства металлического волокна.figure 3 schematically shows a plant for the production of metal fiber.
Перечень позицийList of items
1. Распределение размеров металлического волокна, произведенного предложенным прототипом.1. The size distribution of the metal fiber produced by the proposed prototype.
2. Распределение размеров металлического волокна, произведенного способом-прототипом.2. The size distribution of the metal fiber produced by the prototype method.
3. Трайб-аппарат.3. Tribal apparatus.
4. Расходуемый электрод.4. Consumable electrode.
5. Зона формирования электрической дуги.5. The zone of formation of the electric arc.
6. Источник электрического питания дуги.6. The source of electrical power of the arc.
7. Дисковый диспергатор.7. Disk dispersant.
8. Дисковый кристаллизатор.8. Disc crystallizer.
9. Газовая рампа.9. The gas train.
10. Газовый трубопровод.10. The gas pipeline.
11. Распылитель газа.11. Gas atomizer.
12. Форсунки газового распылителя.12. Injector nozzles.
13. Рабочая поверхность кристаллизатора.13. The working surface of the mold.
14. Узел регулирования температуры.14. Temperature control unit.
15. Шланги подачи хладагента.15. Refrigerant hoses.
16. Канал жидкостного охлаждения.16. The channel of liquid cooling.
17. Хладагент.17. Refrigerant.
18. Цепь питания электродов.18. The power circuit of the electrodes.
19. Приводы вращения.19. Drives of rotation.
20. Нерасходуемый электрод.20. Non-consumable electrode.
21. Канал откачки парогазовой смеси.21. The pumping channel of the gas mixture.
ПРИМЕР 1. Для подачи металла в зону диспергации в твердом агрегатном состоянии в приданный установке трайб-аппарат 3 (фиг.3) заряжают стальную проволоку (расходуемый электрод 4 (фиг.3)) диаметром 2 мм, предварительно устанавливают скорость ее подачи в зону формирования электрической дуги 5 (фиг.3), равной 0,1 м/с, и задают напряжение холостого хода источника электрического питания дуги 6 (фиг.3), равное 60 В. В этом случае на дуговом промежутке будет поддерживаться напряжение в пределах 25-30 В и ток дуги не превысит 480-500 А.EXAMPLE 1. To feed the metal into the dispersion zone in a solid state of aggregation in the attached device, the tribamer 3 (Fig. 3) charges a steel wire (consumable electrode 4 (Fig. 3)) with a diameter of 2 mm, pre-sets its feed rate to the formation zone of the electric arc 5 (Fig. 3), equal to 0.1 m / s, and set the open circuit voltage of the electric power source of the arc 6 (Fig. 3), equal to 60 V. In this case, a voltage of 25- 30 V and the arc current does not exceed 480-500 A.
Устанавливают частоту вращения (по часовой стрелке) дискового диспергатора 7 (фиг.3), выполненного из высокотемпературной керамики (диаметром 80 мм), равной 1420 об/мин, что примерно соответствует линейной скорости его рабочей кромки около 8,1 м/с.Set the rotation frequency (clockwise) of the disk dispersant 7 (Fig. 3), made of high-temperature ceramic (
Для отверждения металлического волокна используют соосно установленный дисковому диспергатору 7 (фиг.3) с внешней его стороны, но вращающийся против часовой стрелки дисковый кристаллизатор 8 (фиг.3), выполненный с углом раскрытия конуса при вершине конической поверхности, равным 120 градусов. Устанавливают скорость вращения дискового кристаллизатора 8 (фиг.3), равной 3000 об/мин.To cure the metal fiber using coaxially mounted disk dispersant 7 (Fig.3) from the outside, but counterclockwise rotating disk crystallizer 8 (Fig.3), made with an opening angle of the cone at the apex of the conical surface equal to 120 degrees. Set the rotation speed of the disk crystallizer 8 (figure 3), equal to 3000 rpm
Над рабочими поверхностями обоих дисков 7 (фиг.3) и 8 (фиг.3) формируют с применением газовой рампы 9 (фиг.3), примыкающего к нему трубопровода 10 (фиг.3), газовых распылителя 11 (фиг.3). и форсунок 12 (фиг.3) динамический слой аргона толщиной около 180-210 мм, задавая расход аргона не менее 12 л/мин. В этом случае рабочая поверхность 13 (фиг.3) дискового кристаллизатора 8 (фиг.3) выполнена из электротехнической меди M1 с шероховатостью поверхности не более 0,5.Above the working surfaces of both disks 7 (Fig. 3) and 8 (Fig. 3), they are formed using a gas train 9 (Fig. 3), an adjacent pipe 10 (Fig. 3), and a gas atomizer 11 (Fig. 3). and nozzles 12 (Fig. 3) a dynamic argon layer with a thickness of about 180-210 mm, setting the argon flow rate to be at least 12 l / min. In this case, the working surface 13 (figure 3) of the disk mold 8 (figure 3) is made of electrotechnical copper M1 with a surface roughness of not more than 0.5.
Затем приводят в действие узел регулирования температуры 14 (фиг.3) рабочей поверхности обоих дисков 7 (фиг.3) и 8 (фиг.3), осуществляя подачу по шлангам 15 (фиг.3) в выполненные каналы 16 (фиг.3) жидкостного охлаждения выбранного хладагента 17 (фиг.3). Расход хладагента (в данном случае была выбрана техническая с водоподготовкой воды) устанавливают не менее 5 л/с.Then, the temperature control unit 14 (Fig. 3) of the working surface of both disks 7 (Fig. 3) and 8 (Fig. 3) is driven by feeding through the hoses 15 (Fig. 3) into the channels 16 (Fig. 3) liquid cooling of the selected refrigerant 17 (figure 3). The flow rate of the refrigerant (in this case, technical water treatment was chosen) is set at least 5 l / s.
Замыкают цепь питания электродов 18 (фиг.3) и одновременно запускают в работу трайб-аппарат 3 (фиг.3). Непрерывно разрушаемый электрической дугой подающийся валками-приводами трайб-аппарата 3 (фиг.3) расходуемый электрод 4 (фиг.3), являющийся источником расплава металла (нерасходуемый электрод 20 выполнен из вольфрама и в силу этого не подвергается оплавлению), в процессе интенсивного оплавления создает поток дискретных частиц расплава и наряду с этим добавляет в динамический слой аргона пары металла. Со скоростью 1100 м/с поток дискретных частиц расплава металла бомбардирует поверхность вращающегося дискового диспергатора 7 (фиг.3) под углом 78-90 градусов относительно плоскости его вращения с расстояния 35 мм. При столкновении с указанной поверхностью происходит дробление дискретных частиц расплава металла на микрокапли (составляющие примерно величину 0,2-0,5 мкм) и их захват адсорбировавшимся слоем металла, сформировавшимся из образовавшейся парогазовой смеси состава "аргон-пары металла", в которой присутствует 30% об. металлического пара. Вследствие динамического ударного взаимодействия потока дискретных частиц расплава металла с поверхностью вращающегося дискового диспергатора 7 (фиг.3) удается избежать образования на его рабочей поверхности сплошного слоя гарнисажа. Следует отметить, что действие поля механических сил вращающегося дискового диспергатора 7 (фиг.3) существенно слабее действия адгезионных сил, сил трения с поверхностью и газовой средой на захваченные рабочей поверхностью микрокапли жидкого металла, но по мере их агломерации с другими аналогичными образованиями и под воздействием парогазовой смеси, когда жидкий агломерат расплава металла достигает критического значения, поле сил вращающегося дискового диспергатора 7 (фиг.3) сбрасывает "закритический" агломерат расплава металла, по сути дела представляющий собой автокалиброванную жидкую структуру металлического волокна, на рабочую поверхность 13 (фиг.3) вращающегося дискового кристаллизатора 8 (фиг.3), а отработанная парогазовая смесь откачивается по каналу откачки 21 (фиг.3). После отверждения готовое металлическое волокно (фибра) удаляется с рабочей поверхности 13 (фиг.3) полем сил вращающегося дискового кристаллизатора 8 (фиг.3) в сборник готовой продукции.Close the power supply circuit of the electrodes 18 (figure 3) and at the same time start up the tribamer 3 (figure 3). Continuously destroyed by an electric arc, a consumable electrode 4 (Fig. 3), which is a source of metal melt (a
На фиг.1 представлены результаты замера ширины металлического волокна, произведенного двумя способами, подтверждающие явление автокалибровки жидких структур металлического волокна на поверхности вращающегося дискового диспергатора 7 (фиг.3) в отсутствие стационарного сплошного слоя гарнисажа.Figure 1 presents the results of measuring the width of the metal fiber produced in two ways, confirming the phenomenon of auto-calibration of the liquid structures of the metal fiber on the surface of the rotating disk dispersant 7 (figure 3) in the absence of a stationary continuous layer of the skull.
ПРИМЕР 2. Как и в предыдущем примере 1, в трайб-аппарат 3 (фиг.3) заряжают проволоку - это расходуемый электрод 4 (фиг.3), диаметр которого составляет 3 мм. В качестве материала проволоки выбирают латунь. Предварительно устанавливают скорость подачи латунной проволоки в зону формирования электрической дуги 5 (фиг.3), равной 0,15 м/с, и задают напряжение холостого хода источника электрического питания дуги 6 (фиг.3), равного 65 В. В этом случае на электрическом дуговом промежутке будет поддерживаться напряжение в пределах 29-31 В и ток дуги не превысит 500-520 А.EXAMPLE 2. As in the previous example 1, the wire is charged into the tribamer 3 (FIG. 3) - this is a consumable electrode 4 (FIG. 3), the diameter of which is 3 mm. The material of the wire is brass. Pre-set the feed speed of the brass wire in the zone of formation of the electric arc 5 (Fig.3), equal to 0.15 m / s, and set the open circuit voltage of the electric power source of the arc 6 (Fig.3), equal to 65 V. In this case, The electric arc gap will maintain a voltage within 29-31 V and the arc current will not exceed 500-520 A.
Устанавливают частоту вращения (по часовой стрелке) дискового диспергатора 7 (фиг.3), из высокотемпературной керамики диаметром 68 мм, равной 800 об/мин, что примерно соответствует линейной скорости на его рабочей кромке около 5,6 м/с.Set the rotational speed (clockwise) of the disk dispersant 7 (Fig. 3), of high-temperature ceramic with a diameter of 68 mm, equal to 800 rpm, which approximately corresponds to a linear velocity on its working edge of about 5.6 m / s.
Для отверждения металлического волокна используют установленный соосно диспергатору извне и вращающийся в том же направлении дисковый кристаллизатор 8 (фиг.3) с углом раскрытия конуса при вершине конической поверхности, равном 100 градусов. С использованием блока управления работой приводов вращения 19 (фиг.3) устанавливают скорость вращения дискового кристаллизатора 8 (фиг.3), равной 4500 об/мин.For curing the metal fiber, a disk crystallizer 8 (Fig. 3), mounted coaxially to the dispersant from the outside and rotating in the same direction, is used with an opening angle of the cone at the apex of the conical surface equal to 100 degrees. Using the control unit of the operation of the rotation drives 19 (Fig.3) set the rotation speed of the disk mold 8 (Fig.3) equal to 4500 rpm
Над рабочими поверхностями обоих дисков 7 (фиг.3) и 8 (фиг.3) посредством подачи газа из газовой рампы 9 (фиг.3) по газовому трубопроводу 10 (фиг.3) через газовый распылитель 11 (фиг.3), снабженный форсунками 12 (фиг.3), формируют динамический слой бутана толщиной не менее 150 мм, задавая расход бутана примерно 2,0 л/мин. В этом примере в качестве материала рабочей поверхности дискового кристаллизатора 13 (фиг.3) использована углеродистая конструкционная сталь марки Ст.1.Above the working surfaces of both disks 7 (Fig. 3) and 8 (Fig. 3) by supplying gas from a gas train 9 (Fig. 3) through a gas pipeline 10 (Fig. 3) through a gas atomizer 11 (Fig. 3) provided nozzles 12 (figure 3), form a dynamic butane layer with a thickness of at least 150 mm, setting the flow rate of butane to about 2.0 l / min. In this example, carbon steel structural steel grade St.1 was used as the material of the working surface of the disk crystallizer 13 (Fig. 3).
Затем приводят в действие узел регулирования температуры 14 (фиг.3) рабочей поверхности обоих дисков включением подачи по соответствующим шлангам 15 (фиг.3) в выполненные в них каналы жидкостного охлаждения 16 (фиг.3) хладагента 17 (фиг.3). Расход хладагента (в данном случае использован фреон) устанавливают не менее 12 л/с.Then the temperature control unit 14 (Fig. 3) of the working surface of both disks is activated by turning on the supply through the respective hoses 15 (Fig. 3) to the liquid cooling channels 16 (Fig. 3) of refrigerant 17 (Fig. 3) made therein. The refrigerant flow rate (in this case freon is used) is set at least 12 l / s.
Замыкают цепь питания электродов 18 (фиг.3) и одновременно запускают приводы трайб-аппарата 3 (фиг.3). Непрерывно разрушаемый электрической дугой подающийся валками-приводами трайб-аппарата 3 (фиг.3) расходуемый электрод 4 (фиг.3), являющийся источником расплава металла, в процессе интенсивного оплавления создает поток дискретных частиц расплава и наряду с этим добавляет в динамический слой бутана пары металла. Нерасходуемый электрод 20 (фиг.3) выполнен из вольфрама (пруток диаметром 25 мм) и поэтому не вносит свой вклад в изменение состава динамического газового слоя. Со скоростью 500 м/с поток дискретных частиц расплава металла бомбардирует рабочую поверхность вращающегося дискового диспергатора 7 (фиг.3) под углом от 20 до 90 градусов относительно плоскости его вращения с расстояния 40 мм. При столкновении с указанной поверхностью происходит дополнительное дробление дискретных частиц расплава металла на микрокапли (составляющие примерно величину 0,08-0,12 мкм) и их захват адсорбировавшимся слоем металла, сконденсированном из ранее образовавшейся парогазовой смеси состава "бутан-пары металла", в которой присутствует 17% об. металлического пара. Вследствие динамического ударного взаимодействия потока дискретных частиц расплава металла с рабочей поверхностью вращающегося дискового диспергатора 7 (фиг.3) исключается образование на этой поверхности сплошного слоя гарнисажа. Однако действие поля механических сил вращающегося дискового диспергатора и в этом существенно слабее действия адгезионных сил, сил трения с поверхностью и газовой средой на захваченные поверхностью диспергатора 7 (фиг.3) микрокапли жидкого металла, но по мере их агломерации с другими аналогичными образованиями и под воздействием парогазовой смеси, когда жидкий агломерат расплава металла достигает критического значения, поле сил вращающегося дискового диспергатора сбрасывает "закритический" агломерат расплава металла, по сути дела представляющий собой автокалиброванную жидкую структуру металлического волокна, на рабочую поверхность 13 (фиг.3) вращающегося дискового кристаллизатора 8 (фиг.3).Close the power supply circuit of the electrodes 18 (figure 3) and simultaneously start the drives of the tribal apparatus 3 (figure 3). Continuously destroyed by an electric arc, the consumable electrode 4 (Fig. 3), which is a source of metal melt, is fed by the roll drives of the tribamer 3 (Fig. 3), which is a source of molten metal, creates a stream of discrete particles of the melt during intensive melting and, at the same time, adds pairs to the dynamic butane layer metal. The non-consumable electrode 20 (Fig. 3) is made of tungsten (a rod with a diameter of 25 mm) and therefore does not contribute to a change in the composition of the dynamic gas layer. At a speed of 500 m / s, a stream of discrete particles of the molten metal bombards the working surface of the rotating disk dispersant 7 (Fig. 3) at an angle of 20 to 90 degrees relative to the plane of its rotation from a distance of 40 mm. In a collision with this surface, an additional crushing of discrete particles of the metal melt into microdrops (approximately 0.08-0.12 microns) and their capture by an adsorbed metal layer condensed from a previously formed vapor-gas mixture of the composition “metal butane-vapor”, in which present 17% vol. metal steam. Due to the dynamic shock interaction of the flow of discrete particles of the molten metal with the working surface of the rotating disk dispersant 7 (Fig.3), the formation of a continuous layer of a skull on this surface is excluded. However, the action of the field of mechanical forces of the rotating disk dispersant is also significantly weaker than the action of adhesive forces, friction forces with the surface and gas medium on the microdroplets of liquid metal captured by the surface of the dispersant 7 (Fig. 3), but as they agglomerate with other similar formations and under the influence gas-vapor mixture, when the liquid agglomerate of the molten metal reaches a critical value, the field of forces of the rotating disk dispersant discharges the “supercritical” agglomerate of the molten metal, in fact, dstavlyayuschy avtokalibrovannuyu a liquid metal fiber structure, the working surface 13 (Figure 3) rotating the mold disc 8 (Figure 3).
После отверждения готовое металлическое (латунное) волокно удаляется с рабочей поверхности полем сил вращающегося дискового кристаллизатора 8 (фиг.3) в сборник готовой продукции. Отработанная парогазовая смесь откачивается по каналу 21 (фиг.3) для регенерации или утилизации.After curing, the finished metal (brass) fiber is removed from the working surface by the field of forces of the rotating disk crystallizer 8 (Fig. 3) into the collection of finished products. The spent vapor-gas mixture is pumped out through channel 21 (Fig. 3) for regeneration or disposal.
На фиг.2 представлены результаты замера длины металлического волокна, произведенного двумя способами (способом-прототипом и предлагаемым способом), служащие подтверждением наличия автокалибровки жидких структур металлического (бронзового) волокна на поверхности вращающегося дискового диспергатора 7 (фиг.3) в отсутствие стационарного сплошного слоя гарнисажа.Figure 2 presents the results of measuring the length of the metal fiber produced in two ways (the prototype method and the proposed method), which serve as confirmation of the presence of auto-calibration of the liquid structures of the metal (bronze) fiber on the surface of the rotating disk dispersant 7 (figure 3) in the absence of a stationary continuous layer a skull.
ПРИМЕР 3. Аналогично двум другим предыдущим примерам трайб-аппарат 3 (фиг.3) заряжают алюминиевой проволокой (представляющей собой расходуемый электрод 4 (фиг.3), диаметр которой выбирают 6 мм, затем предварительно устанавливают скорость подачи расходуемого электрода 4 (фиг.3) в зону формирования электрической дуги 5 (фиг.3), равной 0,3 м/с, и задают напряжение холостого хода источника электрического питания дуги 6 (фиг.3), равное 52 В. В этом случае на дуговом промежутке будет поддерживаться напряжение в пределах 20-22 В и ток дуги не превысит 400 А.EXAMPLE 3. Similarly to the other two previous examples, the tribamer 3 (Fig. 3) is charged with an aluminum wire (representing a consumable electrode 4 (Fig. 3), the diameter of which is selected 6 mm, then the feedrate of the consumable electrode 4 is pre-set (Fig. 3) ) into the zone of formation of the electric arc 5 (Fig. 3), equal to 0.3 m / s, and set the open circuit voltage of the electric power source of the arc 6 (Fig. 3), equal to 52 V. In this case, the voltage will be maintained on the arc gap within 20-22 V and the arc current does not exceed 400 A.
Устанавливают частоту вращения (по часовой стрелке) дискового диспергатора 7 (фиг.3), изготовленного из высокотемпературной керамики диаметром 40 мм, равной 1200 об/мин.Set the rotation frequency (clockwise) of the disk dispersant 7 (Fig.3), made of high-temperature ceramic with a diameter of 40 mm, equal to 1200 rpm
Для отверждения металлического волокна используют смонтированный соосно дисковому диспергатору 7 (фиг.3), но вращающийся против часовой стрелки, дисковый кристаллизатор 8 (фиг.3), который снабжен углом раскрытия конуса при вершине конической поверхности, равным 60 градусов. Устанавливают скорость вращения дискового кристаллизатора 8 (фиг.3) около 6000 об/мин.For curing the metal fiber, a disk crystallizer 8 (Fig. 3) mounted coaxially with the disk dispersant but rotated counterclockwise is used, which is equipped with a cone opening angle at the apex of the conical surface of 60 degrees. Set the rotation speed of the disk mold 8 (Fig.3) about 6000 rpm
Над рабочими поверхностями обоих дисков 7 (фиг.3) и 8 (фиг.3) из газовой рампы 9 (фиг.3) по газовому трубопроводу 10 (фиг.3) с использованием распылителя 11 (фиг.3), снабженного газовыми форсунками 12 (фиг.3), формируют динамический слой газовой смеси "гелий-водород" толщиной не менее 20 мм, задавая расход смеси примерно 1,5 л/мин. В этом частном случае рабочая поверхность дискового кристаллизатора 13 (фиг.3) выполнена из молибдена с шероховатостью поверхности не более 0,7.Above the working surfaces of both disks 7 (Fig. 3) and 8 (Fig. 3) from a gas train 9 (Fig. 3) through a gas pipeline 10 (Fig. 3) using a spray gun 11 (Fig. 3) equipped with gas nozzles 12 (Fig.3), form a dynamic layer of a helium-hydrogen gas mixture with a thickness of at least 20 mm, setting the flow rate of the mixture to about 1.5 l / min. In this particular case, the working surface of the disk mold 13 (figure 3) is made of molybdenum with a surface roughness of not more than 0.7.
Затем приводят в действие узел регулирования температуры 14 (фиг.3) рабочей поверхности обоих дисков 7 (фиг.3) и 8 (фиг.3) посредством включения подачи по шлангам 15 (фиг.3) в выполненные в них каналы жидкостного охлаждения 16 (фиг.3) используемого хладагента 17 (фиг.3). Расход хладагента (в дранном случае СОЖ) устанавливают не менее 3 л/с.Then, the temperature control unit 14 (Fig. 3) of the working surface of both disks 7 (Fig. 3) and 8 (Fig. 3) is driven by turning on the supply through the hoses 15 (Fig. 3) into the liquid cooling channels 16 ( figure 3) used refrigerant 17 (figure 3). The flow rate of the refrigerant (in the case of coolant) is set at least 3 l / s.
Замыкают цепь питания электродов 18 (фиг.3) и одновременно с этим включают приводы вращения 19 (фиг.3) трайб-аппарата 3 (фиг.3). Происходящее вследствие этого непрерывное разрушение электрической дугой подаваемого валками-приводами трайб-аппарата 3 (фиг.3) расходуемого электрода 4 (фиг.3) является источником расплава металла, в процессе интенсивного оплавления создает поток дискретных частиц расплава и наряду с этим происходит добавление в динамический слой газовой смеси "гелий-водород" пара металла. Со скоростью 650 м/с поток дискретных частиц расплава металла бомбардирует рабочую поверхность вращающегося дискового диспергатора 7 (фиг.3) под углом 4-15 градусов относительно плоскости его вращения с расстояния 150 мм. При столкновении с указанной поверхностью происходит дробление дискретных частиц расплава металла на микрокапли (составляющие величину 3-9,5 мкм) и их захват адсорбировавшимся слоем металла, сконденсированном из образовавшейся парогазовой смеси состава "гелий-водрод-пары металла", в которой присутствует 0,1% об. металлического пара. Вследствие динамического (и точечного) ударного взаимодействия потока дискретных частиц расплава металла с поверхностью вращающегося дискового диспергатора 7 (фиг.3) удается избежать образования на его поверхности сплошного слоя гарнисажа. Следует отметить, что действие поля механических сил вращающегося дискового диспергатора 7 (фиг.3) существенно слабее действия адгезионных сил, сил трения с поверхностью и газовой средой на захваченные рабочей поверхностью диспергатора 7 (фиг.3) микрокапли жидкого металла, но по мере их агломерации с другими аналогичными образованиями и под воздействием парогазовой смеси, когда жидкий агломерат расплава металла достигает критического значения, поле сил вращающегося дискового диспергатора 7 (фиг.3) сбрасывает "закритический" агломерат расплава металла, по сути дела представляющий собой автокалиброванную жидкую структуру металлического волокна, на рабочую поверхность 13 (фиг.3) вращающегося дискового кристаллизатора 8 (фиг.3).Close the power supply circuit of the electrodes 18 (Fig.3) and at the same time turn on the rotation drives 19 (Fig.3) of the tribamer 3 (Fig.3). The resulting continuous destruction of the consumable electrode 4 (Fig. 3) of the consumable electrode 4 (Fig. 3) supplied by the roller drives of the tribal drives 3 (Fig. 3) is the source of the molten metal, during the intensive melting process creates a stream of discrete particles of the melt and at the same time it is added to the dynamic a layer of a gas mixture of helium-hydrogen metal vapor. At a speed of 650 m / s, a stream of discrete particles of the molten metal bombards the working surface of the rotating disk dispersant 7 (Fig. 3) at an angle of 4-15 degrees relative to the plane of its rotation from a distance of 150 mm. In a collision with the indicated surface, the discrete particles of the molten metal are crushed into microdrops (constituting 3–9.5 μm in size) and they are captured by an adsorbed metal layer condensed from the resulting vapor – gas mixture of the helium – hydrogen – metal – vapor mixture, in which there is 0, 1% vol. metal steam. Due to the dynamic (and point) impact interaction of the stream of discrete particles of the molten metal with the surface of the rotating disk dispersant 7 (Fig.3), it is possible to avoid the formation of a continuous layer of a skull on its surface. It should be noted that the action of the field of mechanical forces of the rotating disk dispersant 7 (Fig. 3) is significantly weaker than the action of adhesive forces, friction forces with the surface and the gas medium on the microdroplets of liquid metal captured by the working surface of the dispersant 7 (Fig. 3), but as they agglomerate with other similar formations and under the influence of a vapor-gas mixture, when the molten metal melt agglomerate reaches a critical value, the force field of the rotating disk dispersant 7 (Fig. 3) discards the “supercritical” agglomerate metal lava, which in fact is an auto-calibrated liquid structure of a metal fiber, onto the working surface 13 (Fig. 3) of a rotating disk crystallizer 8 (Fig. 3).
После отверждения готовое металлическое волокно (фибра, металлическая шерсть) удаляется с рабочей поверхности кристаллизатора 13 (фиг.3) полем сил вращающегося диска кристаллизатора 8 (фиг.3) в сборник готовой продукции.After curing, the finished metal fiber (fiber, metal wool) is removed from the working surface of the mold 13 (Fig.3) by the field of forces of the rotating disk of the mold 8 (Fig.3) in the collection of finished products.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES
1. Патент США №4262732, МКИ B 22 D 11/06, 1981 г.1. US patent No. 4262732, MKI B 22
2. Патент РФ №2171160, МКИ7 B 22 F 9/10, "Способ центробежного распыления металла и устройство для его осуществления", 1999 г., авт. Полетаев А.В. и др.2. RF patent No. 2171160, MKI 7 B 22 F 9/10, "Method of centrifugal metal spraying and device for its implementation", 1999, ed. Poletaev A.V. and etc.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004118702/02A RU2278000C2 (en) | 2004-08-18 | 2004-08-18 | Process for producing metallic fibers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004118702/02A RU2278000C2 (en) | 2004-08-18 | 2004-08-18 | Process for producing metallic fibers |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004118702A RU2004118702A (en) | 2006-01-27 |
| RU2278000C2 true RU2278000C2 (en) | 2006-06-20 |
Family
ID=36047127
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004118702/02A RU2278000C2 (en) | 2004-08-18 | 2004-08-18 | Process for producing metallic fibers |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2278000C2 (en) |
-
2004
- 2004-08-18 RU RU2004118702/02A patent/RU2278000C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004118702A (en) | 2006-01-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11638958B2 (en) | Process and apparatus for producing powder particles by atomization of a feed material in the form of an elongated member | |
| US4762975A (en) | Method and apparatus for making submicrom powders | |
| US4474604A (en) | Method of producing high-grade metal or alloy powder | |
| JP2015221942A (en) | Apparatus and method for production of clean alloy solidified quickly | |
| CN108311707B (en) | Preparation device and preparation method of superfine powder | |
| US20220410264A1 (en) | Method and device for breaking up an electrically conductive liquid | |
| US10279365B2 (en) | Thermal spray method integrating selected removal of particulates | |
| RU2278000C2 (en) | Process for producing metallic fibers | |
| CA2967578C (en) | Thermal spray method integrating selected removal of particulates | |
| RU2274516C2 (en) | Metal dispersing apparatus | |
| US20240066593A1 (en) | Metallic powders and methods therefor | |
| EP0134808A1 (en) | Method for making ultrafine metal powder. | |
| RU2806647C2 (en) | Method of electric arc dispersion of refractory material | |
| RU2746197C1 (en) | Method of producing fine-dispersed powder of refractory material | |
| Chandra | Coating Deposition by Thermal Spray Processes | |
| RU2250154C2 (en) | Method for producing metallic fibers of melt | |
| RU2058221C1 (en) | Solid material powder production method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070819 |