образующихся при обработке металлов (стружка, обрезка и др.).

При измельчении комбинируются различные виды воздействия на материал

статическое – сжатие и динамическое – удар, срез – истирание, первые два

вида имеют место при получении крупных частиц, второй и третий – при тонком

измельчении. При дроблении твердых тел затрачиваемая энергия выполняет

работу упругого и пластического деформирования и разрушения, нагрева

материалов, участвующих я процессе размельчения.

Для грубого размельчения используют щековые, валковые и конусные

дробилки и бегуны; при этом получают частицы размером 1-10 мм, которые

являются исходным материалом для тонкого измельчения, обеспечивающего

производство требуемых металлических порошков. Исходным материалом для

тонкого измельчения может быть и стружка.

Окончательный размол полученного материала проводится в шаровых

вращающихся, вибрационных или планетарных центробежных, вихревых и

молотковых мельницах.

Шаровая мельница (рис. 1) - простейший аппарат, используется для

получения относительно мелких порошков с размером частиц от нескольких

единиц до десятков микрометров.

[pic]

Рис 1 .Схемы движения шаров в мельнице: а – режим скольжения, б –

режим перекатывания, в – режим свободного скольжения, г – режим критической

скорости.

[pic]

Рис 2. Схема вибрационной мельницы:1-корпус-барабан,2-вибратор

вращения,3-спиральные пружины,4-электродвигатель,5-упругая соединительная

муфта.

В мельницу загружают размольные тела (стальные или твердосплавные

шары) и измельчаемый материал. При вращении барабана шары поднимаются

вследствие трения на некоторую высоту и поэтому возможно несколько режимов

измельчения:

1) скольжения,

2) перекатывания,

3) свободного падения,

4) движения шаров при критической скорости вращения барабана.

В случае скольжения шаров по внутренней поверхности вращающегося

барабана материал истирается между стенкой барабана и внешней поверхностью

массы шаров, ведущей себя как единое целое. При увеличении частоты вращения

шары поднимаются и скатываются по наклонной поверхности и измельчение

происходит между поверхностями трущихся шаров. Рабочая поверхность

истирания в этом случае во много раз больше и поэтому происходит более

интенсивное истирание материала, чем в первом случае. При большей частоте

вращения шары поднимаются до наибольшей высоты и, падая вниз (рис. 1,а),

производят дробящее действие, дополняемое истиранием материала между

перекатывающимися шарами. Это наиболее интенсивный размол. При дальнейшем

увеличении частоты вращения шары вращаются вместе с барабаном мельницы, а

измельчение при этом практически прекращается.

Интенсивность измельчения определяется свойствами материала,

соотношением рабочих размеров - диаметра и длины барабана, соотношением

между массой и размерами размольных тел и измельчаемого материала Масса

размольных тел считается оптимальной при 1,7-2 кг размольных тел на 1 л

объема барабана. Соотношение между массой размольных тел и измельчаемого

материала составляет 2,5-3. Для интенсивного измельчения это соотношение

увеличивают. Диаметр размольных шаров не должен превышать 1/20 диаметра

мельницы. Для увеличения интенсивности измельчения процесс проводят в

жидкой среде, препятствующей распылению материала и слипанию частичек.

Количество жидкости составляет 0,4 л на 1кг размалываемого материала.

Длительность измельчения: от нескольких часов до нескольких суток. В

производстве используют несколько типов шаровых мельниц.

При более высокой частоте воздействия внешних сил на частицы материала

применяют вибрационные мельницы (рис. 2). В таких мельницах воздействие на

материал заключается на создании сжимающих и срезывающих усилий переменной

величины, что создает усталостное разрушение порошковых частиц. В

показанной на рис. 2 мельнице вибратор 2, вращающийся с частотой 1000-

3000об/мин при амплитуде 2-4 мм вызывает круговые движения корпуса 1

мельницы с размольными телами и измельчаемым материалом. В этом случае

измельчение протекает интенсивнее, чем в шаровых мельницах.

Тонкое измельчение трудноразмалываемых материалов часто выполняют на

планетарных центробежных мельницах с шарами, используемыми для размола. По

сравнению с шаровыми мельницами в планетарных центробежных мельницах,

размол в сотни раз интенсивнее и одновременно в несколько раз менее

производителен, так эта мельница периодического, но не непрерывного (как

шаровая) действия с ограниченной загрузкой измельчаемого материала.

Для размола пластичных материалов используют процесс измельчения, в

котором разрушающие удары наносят сами частицы измельчаемого материала. Для

этого используют вихревые мельницы.

Распыление и грануляция жидких металлов является наиболее простым и

дешевым способом изготовления порошков металлов с температурой плавления до

1600 С: алюминия, железа, сталей, меди, цинка, свинца, никеля и других

металлов и сплавов.

Сущность измельчения расплава состоит в дроблении струи расплава либо

высокоэнергонасыщенным газом или жидкостью, либо механическим распылением,

либо сливанием струи расплава жидкую среду (например воду). Основной частью

технологического узла является форсунка.

Для распыления металл плавят в электропечах. В зависимости от свойств

расплава и требований к качеству порошке распыление осуществляют воздухом,

азотом, аргоном, гелием, а для защиты от окисления - инертным газом.

Распыление воздухом - самый экономичный способ изготовления порошков.

Основные параметры процесса распыления: давление и температура газового

потока, температура расплава. Охлаждающей средой для распыленной струи

может быть вода, газ, органическая жидкость.

При различных условиях распыления получают частички порошка

каплеобразной, шарообразной и других форм. Размеры частиц получают от 1 мм

до сотых долей миллиметра.

Далее рассмотрю химико-металлургический метод - восстановление

металлов из окислов и солей. Простейшая реакция восстановления может быть

представлена так:

МеА+Х=Ме+ХА+-Q

где Ме - любой металл, А – неметаллическая составляющая (кислород,

хлор, фтор, солевой остаток и др.) восстанавливаемого химического

соединения металла, Х - восстановитель, Q - тепловой эффект реакции

Стрелки показывают возможное одновременное существование соединений

восстанавливаемого металла в восстановителя и возможное повторное

образование исходного соединения МеА. Восстановителем может быть то

вещество, которое при выбранной температуре процесса имеет большее

ритмическое сродство к неметаллической составляющей восстанавливаемого

соединения, чем получаемый. В качестве восстановителей используют -

водород, окись углерода, диссоциированный аммиак, конвертированный

природный газ, эндотермический и природные газы, кокс, термоштыб и

древесный уголь, металлы (кальций, магний , алюминий, натрий, кадмий и

др.). Прочность химической связи соединения МеА и образующегося соединения

восстановителя ХА позволяет оценить возможность протекания реакции

восстановления. Количественной мерой (“мерой химического сродства”)

является величина свободной энергии, высвобождающейся при образовании

соответствующего химического соединения. Чем больше выделяется энергии, тем

прочнее химическое соединение.

В реакции восстановления всегда должна выделяться тепловая энергия.

Технологическая практика производства порошков восстановлением.

Железные порошки получают восстановлением окисленной руды или прокатной

окалины. Железо в указанных материалах находится а виде окислов: Fe2 O3,Fe3

O4,FeO - окиси, закись - окиси и закиси железа. Существующие методы

восстановления окислов железа разнообразны.

Классификационная схема методов восстановления железа представлена на

рис.4.

[pic][pic]

Восстановление окислов железа

|Твердым углеродом |Газом |Комбинированным |

| | |способом |

|Сыпучая шихта |Брикетированная шихта |

|Взвешенное состояние |Кипящий слой |Стационарный слой |

|Специальны|Туннельная|Муфельная |Шахтная |Печь с |Вращающая |Кольцевая |

|е агрегаты|печь |проходная |печь |шагающим |печь |печь |

| | |печь | |подом | | |

|При умеренном давлении |При повышенном давлении |При нормальном давлении |

|восстановительного газа, |восстановительного газа, |восстановительного газа |

|р=4 - 6 ат |р=20-40 ат | |

|При повышенных |При умеренных температурах|При высоких температурах C|

|температурах, t=800-850 C |t=500-600 C |t>1000 C |

Рис.4 Классификация существующих методов восстановления окислов железа.

Медные, никелевые и кобальтовые порошки легко получают восстановлением

окислов этих металлов, так как они обладают низким сродством к кислороду.

Сырьем для производства порошков этих металлов служат либо окись меди

Cu2O,CuO,закись никеля NiO, окись - закись кобальта Co2O3,Co3O4, либо

окалина от прокaта проволоки, листов и т.д. Восстановление проводят в

муфельных или в трубчатых печах водородом, диссоциированным аммиаком или

конвертированным природным газом. Температура восстановления сравнительно

низка: меди – 400...500~С, никеля – 700”...750 С, кобальта - 520..570 С.

Длительность процесса восстановления 1...3 ч при толщине слоя окисла20..25

мм. После восстановления получают губку, которая легко растирается в

порошок

Порошок вольфрама получают из вольфрамового ангидрида, являющегося

продуктом разложения вольфрамовой кислоты Н2WO4 (прокаливание при 700...800

С) или паравольфрамата аммония 5(Na4)2O*12WO3*11H2O(разложение при 300 С и

более). Восстановление проводят либо водородом при температуре 850..900 С,

либо углеродом при температуре 1350..1550С в электропечах.

Этим методом (восстановления) получают порошки молибдена титана,

циркония, тантала, ниобия, легированных сталей и сплавов

Электролиз

Этот способ наиболее экономичен при производстве химически чистых

порошков меди. Физическая сущность электролиза (рис.5) состоит в том, что

при прохождении электрического тока водный раствор или расплав соли

металла, выполняя роль электролита, разлагается, металл осаждается на

катоде, где его ионы разряжаются Ме+ne=Me Сам процесс электрохимического

превращения происходит на границе электрод (анод или катод) - раствор.

Источником ионов выделяемого металла служат как правило, анод, состоящий из

этого металла, и электролит, содержащий его растворимое соединение. Такие

металлы как никель, кобальт, цинк выделяются из любых растворимых в виде

однородных плотных зернистых осадков. Серебро и кадмий осаждаются из

простых растворов в форме разветвленных кристаллитов, а из растворов

цианистых солей - в виде плотных осадков. Размеры частиц осаждаемого

порошка зависят от плотности тока, наличия коллоидов и поверхностно

активных веществ. Очень большое влияние на характер осадков оказывает

чистота электролита, материал электрода и характер его обработки.

Карбонильный процесс

Карбонилы - это соединения металлов с окисью углерода Me(CO)C,

обладающие невысокой температурой образования и разложения. Процесс

получения порошков по этому методу состоит из двух главных этапов:

получение карбонила из исходного соединения

MeаXb+cCO=bX+Mea(CO)c,

образование металлического порошка

Меа(СО)с= аМе+сСО

Основным требованием к таким соединениям является их легко-летучесть и

небольшие температуры образования и термического разложения (кипения или

возгонки). На первой операции - синтеза карбонила - отделение карбонила от

ненужного вещества Х достигается благодаря летучести карбонила. На втором

этапе происходит диссоциация (разложение) карбонила путем его нагрева. При

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6