Повна версія

Головна arrow Товарознавство arrow Технологічні процеси в машинобудуванні

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

Отримання порошків механічними методами

До механічних методів відносять роздрібнення розмел, розпорошення, грануляцію та обробку різанням подрібнювального матеріалу.

Роздрібнення розмел. Перетворення вихідного матеріалу в порошок відбувається шляхом механічного подрібнення в твердому або рідкому стані. Подрібнення твердих матеріалів - це зменшення початкових розмірів часток шляхом руйнування їх під дією зовнішніх зусиль. Розрізняють подрібнення дробленням, помелом або стиранням. При цьому комбінують різні види впливу на матеріал: статичне - стиск, динамічне - удар, зріз - стирання. Перші два види мають місце при отриманні великих часток, другий і третій - при тонкому подрібненні.

При подрібненні твердих тіл витрачається енергія витрачається на пружну і пластичну деформацію, теплоту і утворення нових поверхонь. Під дією зовнішніх сил в найбільш слабких місцях тіла утворюються замкнуті або починаються біля поверхні тріщини. Руйнування спостерігається, якщо вони перетинають тверде тіло по всьому його перетину в одному або декількох напрямках. У момент руйнування напруги в деформується тілі перевищують деяке граничне значення (межа міцності матеріалу).

Для грубого роздрібнення використовують щокові, валкові і конусні дробарки і бігуни; при цьому отримують частинки розміром 1-10 мм, які є вихідним матеріалом для тонкого подрібнення, що забезпечує виробництво необхідних порошків.

У щокових дробарках (рис. 5.2) вихідний матеріал 1 раздавливается між нерухомою 3 і рухомий 5 плитами, званими щоками, робочі поверхні яких мають зубчасту форму; відстань між щоками зменшується в напрямку руху матеріалу.

Щокові дробарка

Рис. 5.2. Щокові дробарка:

а - зовнішній вигляд; 6 - схема дії; 1 - вихідний матеріал; 2 - зуби щік; 3 - нерухома щока; 4 - подрібнений продукт; 5 - рухома щока

До переваг можна віднести високу продуктивність, простоту конструкції, компактність, легкість обслуговування, до недоліків - періодичність впливу на матеріал (тільки при зближенні щік), неповну врівноваженість рухомих мас, що є причиною шуму, інтенсивний знос робочих органів.

У конусних дробарках (рис. 5.3) вихідний матеріал 1 піддається роздавлюванні і частково зламу між нерухомим зовнішнім конусом 2 і внутрішнім 3, що обертається в ньому ексцентрично; зазор між ними зменшується донизу по ходу матеріалу. Переваги: надійність роботи, високий ступінь подрібнення. Недоліки: складність конструкції і обслуговування.

Конусна дробарка

Рис. 5.3. Конусна дробарка:

а - загальний вигляд; б - схема роботи; 1 - вихідний матеріал; 2 - нерухомий конус; 3 - хитний конус; 4 - вал; 5 - подрібнений продукт

Валкові дробарки (рис. 5.4), що використовуються для дрібного дроблення, складаються з однієї або двох пар горизонтальних зубчастих валків 2, які, обертаючись назустріч один одному, захоплюють і розчавлюють шматки матеріалу 1; при різній швидкості їх обертання V 1 і V 2 відбувається також його стирання.

Валковая дробарка

Рис. 5.4. Валковая дробарка:

а - зовнішній вигляд: б - схема роботи; 1 - вихідний матеріал; 2 - валки; 3 - готовий порошок

Гідності валкової дробарки: простота конструкції, рівномірність дроблення матеріалу. Недоліки: мала продуктивність і непридатність для дроблення високотвердих матеріалів, нерівномірний знос валків.

Дискові млини (рис. 5.5), що використовуються для подрібнення среднетвердих, твердих і крихких матеріалів, складаються з нерухомого 2 і рухомого 3 вертикальних дисків з горизонтальною віссю обертання, воронки 6, приймального бункера 4.

Дисковий млин

Рис. 5.5. Дисковий млин:

а - схема; б - зовнішній вигляд; 1 - вихідний матеріал; 2 - нерухомий диск; 3 - рухливий диск; 4 - бункер; 5 - готовий порошок; 6 - приймальня воронка

Завантажуваний матеріал через лійку надходить у пилезахищенності камеру, де захоплюється обертовим диском. Подрібнення відбувається за рахунок тиску і сил тертя. Завдяки зубцям, поміщеним у центральній зоні подрібнюючих дисків, матеріал попередньо подрібнюється, після цього під впливом відцентрових сил він потрапляє в зовнішнє зону, де відбувається тонке подрібнення. Подрібнений матеріал 5 прокидається з щілини між дисками і збирається в приймальному бункері 4. Ширина щілини може бути відрегульована безпосередньо під час роботи.

У роторних (або молоткових) дробарках (рис. 5.6) вихідний матеріал 1 подрібнюється ударами обертових шарнірно підвішених молотків або жорстко закріплених на роторі бив, а також при ударах шматків матеріалу один про одного і про поверхню статора 3 або відбійних плит і через колосники 4 висипається . Переваги: компактність конструкції, висока продуктивність, низькі енерговитрати. Недолік - підвищений абразивний знос.

Роторна дробарка

Рис. 5.6. Роторна дробарка:

а - зовнішній вигляд; б - схема роботи; 1 - вихідний матеріал; 2 - ротор з молотками або біламі; 3 - статор; 4 - колосники; 5 - готовий порошок

Остаточний розмел отриманого матеріалу проводять в кульових, вібраційних або планетарних відцентрових, вихрових млинах.

Кульова млин (рис. 5.7) - найпростіший апарат, використовується для отримання щодо дрібних порошків з розміром частинок від декількох одиниць до десятків мікрометрів.

Барабанна кульова млин

Рис. 5.7. Барабанна кульова млин:

а - зовнішній вигляд; б - схема роботи; 1 - вихідний матеріал; 2 - футеровочні плити; 3 - корпус; 4 - готовий порошок; 5 - привід; 6 - мелють тіла

У млин завантажують розмельні тіла (рис. 5.8) - сталеві або твердосплавні кулі, циліндри та ін. - І подрібнюється матеріал. При обертанні барабана кулі піднімаються внаслідок тертя на деяку висоту, і тому можливі кілька режимів подрібнення:

  • • ковзання;
  • • перекочування;
  • • вільне падіння;
  • • рух куль при критичній швидкості обертання барабана.

Мелють тіла

Рис. 5.8. Мелють тіла:

а - всередині корпусу; б - види тел

У разі ковзання матеріал стирається між стінкою барабана і зовнішньою поверхнею маси куль, провідною себе як єдине ціле (рис. 5.9, а).

При збільшенні частоти обертання кулі піднімаються і скочуються по похилій поверхні, і подрібнення відбувається між поверхнями тертьових куль (рис. 5.9,6). Робоча поверхня стирання в цьому випадку у багато разів більше, і тому відбувається більш інтенсивне стирання матеріалу, ніж у першому випадку.

Схеми руху куль в млині при режимах

Рис. 5.9. Схеми руху куль в млині при режимах:

а - ковзання; б - перекочування; в - вільного ковзання; г - критичної швидкості

При більшій частоті обертання кулі піднімаються до найбільшої висоти і, падаючи вниз (рис. 5.9, в), виробляють дроблять дію, що доповнюється стиранням матеріалу між перекочується кулями. Це найбільш інтенсивний розмел. При подальшому збільшенні частоти обертання кулі обертаються разом з барабаном млини, а подрібнення при цьому практично припиняється (рис. 5.9, г).

Інтенсивність подрібнення визначається властивостями матеріалу, співвідношеннями робочих розмірів (діаметру і довжини барабана), маси і розмірів розмельних тіл і подрібнювального матеріалу. Співвідношення між масою розмельних тіл і подрібнювального матеріалу становить 2,5-3. Для інтенсивного подрібнення його збільшують. Діаметр розмельних куль не повинен перевищувати '/ го діаметру млина. Для збільшення інтенсивності подрібнення процес проводять в рідкому середовищі, що перешкоджає розпорошення матеріалу і злипанню частинок. Кількість рідини становить 0,4 л на 1 кг розмелюється. Тривалість подрібнення становить від декількох годин до декількох діб. У виробництві використовують кілька типів кульових млинів. Кульова барабанна млин має просту конструкцію, добре змішує матеріали (коефіцієнт неоднорідності близько 3-5%). Недоліками є невисокий об'ємний коефіцієнт завантаження (40-45%) і значний намолено апаратурного металу.

Вібраційні млини застосовують при більш високій частоті впливу зовнішніх сил на частинки матеріалу. У них вплив на матеріал полягає у створенні стискаючих і срезивающіх зусиль змінної величини, що створює втомне руйнування порошкових частинок (рис. 5.10).

Вібраційна кульова млин

Рис. 5.10. Вібраційна кульова млин:

а - загальний вигляд; б - схема дії; 1 - вихідний матеріал; 2 - корпус; 3 - дебаланси; 4 - готовий порошок; 5 - електродвигун; 6 - пружна сполучна муфта

Вібраційні млини заповнені кулями на 80-90% об'єму. Під дією обертових дебалансов 3 корпус 2, спирається па пружини, здійснює часті кругові коливання і кулям повідомляються імпульси, в результаті вони рухаються по складних траєкторіях, інтенсивно подрібнюючи і перемішуючи матеріал, що знаходиться в межшаровом просторі. Вібраційні млини дають можливість отримання високодисперсних продуктів при малій тривалості помелу. Вони компактні. Недоліки: обмежена продуктивність, високий рівень шуму.

Отримати якісні трудноразмаливаемих тонкодисперсні (нано) порошки в промислових обсягах можна на планетарних млинах.

У планетарних млинах (рис. 5.11 і 5.12) кілька барабанів 4 змонтовано на загальному воділе 5. На осі кожного барабана насаджена мала шестерня 3, яка знаходиться в зачепленні з нерухомим центральним зубчастим колесом 2. При обертанні водила 5 малі шестерні 3 обкатуються навколо колеса 2 , і барабани 4 одночасно обертаються навколо своїх осей і центрального вала 1; в результаті мелють тіла набувають складний рух при великих прискореннях, що обумовлює вельми інтенсивне стирання матеріалу.

Схема планетарної млини

Рис. 5.11. Схема планетарної млини:

1 - привід; 2 - зубчасте колесо; 3 - мала шестерня; 4 - барабан; 5 - водило

Зовнішній вигляд малогабаритної планетарної млини

Рис. 5.12. Зовнішній вигляд малогабаритної планетарної млини

У порівнянні з кульовими в планетарних відцентрових млинах розмел в сотні разів інтенсивніше і одночасно в кілька разів менш продуктивний, так як цей млин періодичного, а не безперервного (як кульова) дії з обмеженою завантаженням подрібнювального матеріалу. Спостерігається сильний розігрів продуктів внаслідок значного виділення теплоти.

Найбільш доцільно застосовувати розглянуті методи подрібнення для тендітних металів та їх сплавів, наприклад кремнію, сурми, хрому, марганцю, феросплавів, сплавів алюмінію з магнієм.

Розмел вузьких пластичних металів (мідь, алюміній і ін.) Утруднений, так як вони в основному розплющуються, а не руйнуються. Для них більш раціонально використовувати методи розпилу. У деяких випадках можуть бути застосовані вихрові млини, в яких руйнування виробляється самими частинками подрібнювального матеріалу.

Розпилення

Це процес отримання порошків з струменя розплавленого матеріалу під дією зовнішніх джерел збурень. Його сутність полягає в порушенні суцільності струменя або плівки розплаву з виникненням дисперсних частинок під дією різних джерел збурень, наприклад відцентрових сил або потоку енергоносія (газу або рідини).

Відцентрове розпилення - це один з найбільш освоєних видів розпилення (диспергування) розплаву (рис. 5.13).

Відцентрове розпилення

Рис. 5.13. Відцентрове розпилення:

а - схема; б - вид установки; 1 - охолоджувач диска; 2 - відцентровий диск; 3 - дисперговані частинки; 4 - струмінь розплаву; 5 - джерело нагріву (електродугової, електронний, лазерний, плазмовий); 6 - тигель з розплавом

Джерелом енергії 5 для отримання розплаву в тиглі 6 може бути електродугової, електронний, лазерний або плазмовий нагрів. Струмінь розплаву 4 подають на обертається зі швидкістю до 400 об / с диск 2, на увігнутій поверхні якого утворюється плівка. Під дією відцентрових сил від неї відриваються краплі 3 переважно розміром <100 мкм і кристалізуються в атмосфері інертного газу з високою швидкістю (-105 ° С / с).

Для розпилення потоком енергоносія (газу) метал попередньо розплавляють, як правило, в електропечах. Як енергоносій використовують повітря, азот, аргон. Одна з використовуваних на практиці схем розпилення порошків показана на рис. 5.14 та 5.15. Пристрій подачі газу на рис. 5.14 не показано.

Схема установки для розпилення порошків

Рис. 5.14. Схема установки для розпилення порошків:

1 - тигель з розплавом; 2 - керамічна воронка; 3 - форсунка; 4 - приймальний бункер

Розріз системи форсунки

Рис. 5.15. Розріз системи форсунки:

1 - верхня частина форсунки з отвором для подачі розплаву; 2 - введення рідкого металу; 3 - введення газу (води); 4 - вихід газу; 5 - розпорошена струмінь металу (частки порошку)

Розпилення широко використовують для отримання порошків сталей та інших сплавів на основі заліза, алюмінію, міді, свинцю, цинку, тугоплавких металів. Воно дуже ефективно при виробництві порошків багатокомпонентних сплавів і забезпечує об'ємну рівномірність хімічного складу, оптимальне будова і тонку структуру кожної утворюється частинки. Це пов'язано з перегрівом розплаву перед диспергированием, що призводить до високого ступеня його однорідності на атомарному рівні через повного руйнування спадкової структури твердого стану та інтенсивного перемішування, і кристалізацією дисперсних частинок з високими швидкостями охолодження до декількох десятків мільйонів градусів в секунду.

Грануляція розплаву

При цьому методі (рис. 5.16) порошок 4 утворюється при зливанні розплавленого металу 2 з тигля 1 в ємність з рідиною 3 (наприклад, з водою).

Схема отримання порошку грануляцією

Рис. 5. 16. Схема одержання порошку грануляцією:

1 - тигель; 2 - струмінь металу; 3 - ємність з порожнистої; 4 - порошок

Методом грануляції отримують великі порошки заліза, міді, свинцю, олова, цинку.

При механічному подрібненні вихідного матеріалу частинки не досягають розмірів, необхідних для нанотехнологій. Тому даний спосіб є для потреб порошкової металургії прийнятним, а для нанотехнологій - проміжним. Надалі, використовуючи фізико-хімічні методи, отримують ультрадисперсні або нанокристалічні порошки складних оксидів з розміром частинок 30-70 ім.

 
<<   ЗМІСТ   >>