Способ изготовления порошковых тугоплавких продуктов СВС

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к производству порошковых тугоплавких соединений методом СВС.

Наиболее эффективно оно может быть использовано для создания автоматизированных предприятий по изготовлению порошковых тугоплавких продуктов с непрерывным производственным циклом.

Известен традиционный способ изготовления порошковых тугоплавких продуктов, включающий следующие операции: смешение шихты; компактирование (таблетирование) заготовок, загрузка заготовок в реактор, инициирование процесса СВС электроспиралью; охлаждение ПС; измельчение ПС до рабочего (порошкового) состояния в шаровой мельнице [1, 2].

Недостаток способа заключается в том, что, несмотря на кратковременность процесса синтеза, который продолжается всего несколько секунд, общее время производства порошковых тугоплавких продуктов может составить десятки часов. Это связано с длительностью подготовительных, промежуточных и концевых операций. В частности, скорость остывания ПС может составить 10^-4-10^-3 град/сек) [3], в результате чего время охлаждения даже небольшого реактора для синтеза 2,5 кг продукта составляет 1,5-2 часа и он может быть запущен всего два раза в смену (при времени синтеза в несколько секунд) [1]. Кроме того, инициирование процесса СВС электроспиралью усложняет технологический процесс, так как в случае отказа воспламенения необходима разборка реактора для ее замены.

Поэтому основной проблемой в данном направлении является отсутствие разработок технологического процесса для автоматизированного изготовления порошковых СВС-продуктов с непрерывным производственным циклом. Несмотря на то, что это является проблемой в течение нескольких десятков лет [4], практически не рассматривалась даже концепция создания такого производства. В качестве возможного варианта, обеспечивающего повышение цикличности операций «загрузка шихты - выгрузка продуктов синтеза» (без изменения времени осуществления операций охлаждения и измельчения ПС была предложена установка "карусельного" типа, состоящая из нескольких (двенадцати) реакторов, в которой загрузка шихты осуществляется в первом реакторе, а выгрузка продуктов синтеза - в последнем реакторе. Реакторы, работа которых осуществлялась на промежуточных этапах (от второго до одиннадцатого) находятся, на холостом ходу, так как на них, практически, осуществляется одна и та же операция - охлаждение продуктов синтеза. Кроме того, реактор не может быть запущен повторно в случае отказа воспламенения электроспиралью, так как для замены ее необходимо осуществить разборку и повторную сборку реактора.

Известны также усовершенствованные способы и виды оборудования, обеспечивающие сокращение продолжительности технологических операций (теплогенерирующий реактор, работа которого основана на охлаждении продуктов синтеза газообразным хладагентом (азотом), продуваемым через сквозные каналы в них, изготовление прокаткой тонких профилированных заготовок для обеспечения сквозных каналов в блоках из пластин уплотненной шихты, измельчение продуктов синтеза (ПС) прокаткой, химическое воспламенение шихты путем подачи на нее фтористого окислителя массой ~ 1 мг, что обеспечивает возможность осуществления многократных запусков реактора.

Недостатком является то, что операции являются дискретными, выполняются независимо друг от друга, (не синхронизированы между собой), причем времена осуществления каждой операции существенно отличаются, поэтому они не могут быть объединены в единый технологический процесс с непрерывным производственным циклом.

Известен также проект валкового СВС-реактора для изготовления порошковых продуктов синтеза в режиме непрерывного горения. Работа реактора заключается в самоподаче (самотеком) струи СВС-шихты из бункера к валкам реактора, воспламенение шихты между бункером и валками и измельчение образующихся продуктов синтеза в валках, вращающихся с рассогласованием окружных скоростей. Недостатком реактора является ненадежность работы вследствие возможности перехода горения по струе СВС-шихты внутрь бункера.

Тем не менее, вопрос о возможности изготовления порошковых продуктов в режиме непрерывного горения оставался проблемным.

Анализ способов и устройств для осуществления процесса изготовления порошковых тугоплавких продуктов методом СВС с непрерывным производственным циклом не выявлено.

Проблемой изобретения является длительность времени технологического процесса при создании автоматизированных производств по изготовлению порошковых тугоплавких продуктов методом СВС.

Технический результат от использования изобретения заключается в объединении разрозненных дискретных технологических операций в единый технологический процесс (синхронизация операций между собой), обеспечивающий возможность создания автоматизированного производства по изготовлению порошковых тугоплавких соединений с непрерывным технологическим циклом.

Это достигается тем, что,

в способе изготовления порошковых тугоплавких продуктов в режиме непрерывного горения, заключающимся в осуществлении операций смешения СВС-шихты, загрузки ее в бункер прокатного стана, образования в прокатном стане уплотненной профилированной полосы, подачи ее в прямоугольный двустенный, открытый с двух противоположных торцов, реактор, воспламенения уплотненной прокатанной полосы на входе в реактор, непрерывного синтеза и охлаждения синтезированного продукта при движении полосы, внутри реактора, подачи синтезированного продукта в валки измельчающего стана, измельчения продуктов синтеза в валках измельчающего стана и выгрузки измельченного порошка для дальнейшего использования, причем все дискретные операции объединены друг с другом (синхронизированы между собой) путем введения в технологический процесс операции непрерывного синтеза порошковых тугоплавких продуктов в проходном реакторе.

Существенность признаков, обеспечивающих решение поставленной проблемы, обусловлена следующими причинами:

- осуществление синтеза и охлаждения ПС в проточном реакторе обеспечивает синхронизацию между собой всех технологических операций, что является обязательным условием изготовления порошковых тугоплавких ПС в режиме непрерывного горения и разработки автоматизированных производств с непрерывным технологическим циклом;

- образование уплотненной профилированной заготовки в виде полосы из СВС-шихты и сохранность профиля при синтезе продукта в процессе движения ее внутри полости реактора, а также наличие перфорированных отверстий на внутренних стенках реактора обеспечивают возможность охлаждения синтезируемой полосы со стороны верхней и нижней ее поверхностей;

- размещение датчика пламени с входной стороны реактора и наличие устройства, регулирующего скорость вращения валков обеспечивает изменение скорости подачи прокатываемой пластины в зависимости от скорости горения уплотненной полосы шихты в реакторе, что предотвращает распространение процесса горения в загрузочный бункер путем подачи сигнала на устройство для регулирования скорости вращения валков прокатного стана;

- выполнение измельчающего станы четырехвалковым обеспечивает интенсифицирование процесса измельчения ПС за счет повторной прокатки;

- использование химического метода воспламенения шихты обеспечивает дистанционное (без контактирования воспламеняющего устройства с шихтой) инициирование процесса СВС.

Результаты испытаний

Для оценки эффективности предложенного способа в таблице 1 приведены результаты сопоставительных испытаний по оценке времени осуществления операций охлаждения и измельчения ПС по дискретной и интенсивной технологиям.

По результатам анализа эффективности технологических операций следует, что в случае объединения интенсивных технологических операций друг с другом (синхронизации между собой) может обеспечить сокращение технологического и производственного цикла не менее, чем в 10 раз.

Результаты испытаний в табл. 1 показывают, что при сокращении времени охлаждения и времени измельчения ПС длительность технологического цикла может сократиться не менее чем в 10 раз, что обуславливает возможность создания автоматизированного производства с непрерывным производственным циклом.

Таким образом, предложенное научно-техническое решение в условиях описываемых примеров обеспечивает решение поставленной проблемы, достижение заявленных целей и других преимуществ, подтверждающих возможность изготовления порошковых тугоплавких СВС-соединений с непрерывным производственным циклом.

Несмотря на то, что для раскрытия изобретения использовался предпочтительный вариант его осуществления, могут быть сделаны изменения в деталях его осуществления для достижения требуемых результатов.

Список литературы

1. В.К. Прокудина, В.И. Ратников, В.М. Маслов, И.П. Боровинская, А.Г. Мержанов, Ф.И. Дубовицкий. Технология карбида титана. В кн.: Процессы горения в химической технологии и металлургии. Под ред. А.Г. Мержанова, Черноголовка, 1975, с. 136-141.

2. Измельчение карбида титана в шаровых мельницах / В.М. Бунин, В.И. Торбов, В.М. Маслов, Л.Ф. Микулинская // Исследование твердых сплавов: Тематический сборник научных трудов. - М., Металлургия, 1991, - с. 92-97.

3. А.Г. Мержанов. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез и порошковая металлургия: единство целей и конкуренция принципов. В кн. Процессы горения и синтез материалов. Под ред. В.Т. Телепы, А.В. Хачояна. Черноголовка, издательство ИСМАН, 1998, с. 70-121.

4. А.Г. Мержанов. Проблемы технологического горения. В сб: Процессы горения в химической технологии и металлургии. Под ред. А.Г. Мержанова, Черноголовка, 1975.