- •Міністерство освіти і науки України
- •1. Властивості порошків
- •1.1. Хімічні властивості
- •1.2. Фізичні властивості
- •Методи визначення розміру частинок
- •1.3. Технологічні властивості
- •2. Механічні методи отримання порошків
- •2.1. Загальні положення
- •2.2. Характеристика обладнання для подрібнення
- •Він пропонує у цьому виразі замінити поточні напруги на межу міцностіматеріалу, що дозволить визначити роботу, яка виконується під час подрібнення матеріалу об’ємомза один цикл. Ця робота дорівнює:
- •Витрати роботи залежно від етапу руйнування
- •2.4. Вплив рідин та пар на процес подрібнення матеріалів
- •3. Отримання порошків розпиленням розплавів
- •3.1. Загальні положення
- •Математично залежності можна описати емпіричним рівнянням
- •Значення критеріїв Re та Lp для різних умов розпилення
- •3.2. Вплив різних факторів на процес розпилення розплавів газами
- •Гранулометричний склад порошку заліза, одержаного розпиленнямрозплавів сплавів заліза
- •Поверхневий натяг розплавів заліза з киснем, азотом, сіркою та фосфором
- •Коефіцієнт тепловіддачі конвекцією можна визначити за виразом
- •Теплофізичні властивості газів
- •3.3. Розпилення рідиною
- •Значення коефіцієнта тепловіддачі для умов розпилення розплавів водою
- •3.4. Формування складу і структури порошків під час розпилення розплавів
- •3.5. Технологічні особливості отримання порошків розпиленням
- •Режими одержання порошків розпиленням
- •4. Отримання порошків металів і сплавів відновленням з оксидів та інших сполук
- •4.1. Основи термодинаміки відновлювальних процесів
- •4.2. Механізм і кінетика відновлювальних процесів.
- •4.3. Закономірності отримання порошків металів їх
- •4.4.1. Отримання металів відновленням
- •Оксиди відновлюють відповідно до принципу послідовності
- •4.4.2. Магнієтермічне відновлення солей металів
- •4.4.3. Натрієтермічне відновлення солей металів
- •4.5. Отримання порошків сплавів
- •4.5.1. Сумісне відновлення оксидів металів воднем
- •Константи рівноваги
- •4.5.2. Сумісне відновлення сумішів оксидів і металевих порошків
- •4.5.3. Метод термодифузійного насичення з точкових джерел
- •1100 С (протягом 6 год) від їх умісту у вихідній шихті:
- •4.6. Технологічні основи отримання порошків металів та сплавів
- •Відновлення
- •5.1.2. Вплив різноманітних чинників на властивості порошків металів під час їх отримання електролізом водних
- •5.1.3. Особливості отримання порошків сплавів
- •5.1.4. Технологічні основи отримання порошків металів електролізом водних розчинів їх солей
- •11 _ Діафрагма
- •5.2. Електроліз розплавлених середовищ
- •5.2.1. Технологічні основи отримання порошків металів електролізом розплавлених середовищ
- •5.3. Автоклавний метод отримання порошків
- •5.4. Отримання порошків цементацією
- •5.5. Отримання порошків міжкристалевою корозією
- •6. Газові методи отримання порошків
- •6.1. Дисоціація карбонілів
- •7. Отримання порошків безкисневих тугоплавких сполук
- •7.1. Властивості та застосування безкисневих
- •Властивості тугоплавких сполук
- •7.2. Отримання порошків карбідів
- •Фази кінцевого продукту
- •Склад карбідів, одержаних методом свс
- •Характеристики карбіду титану отриманогометодомСвс
- •Умови осадження карбідів з газової фази
- •7.3. Отримання порошків нітридів
- •Умови отримання і склад нітридів, одержаних азотизацією металів
- •Умови осадження нітридів з газової фази
- •7.4. Отримання порошків боридів
- •7.5. Отримання порошків силіцидів
- •Температурні режими отримання силіцидів осадженням з газової фази
- •7.6. Отримання порошків неметалевих тугоплавких сполук
- •Газоподібний утворюваний силіцій, взаємодіючи з вуглецем, утворює силіцію
- •7.7. Отримання порошків литих тугоплавких сполук
- •Вихідні матеріали
- •Хімічний склад плавлених карбідів титана
- •Властивості плавлених карбідів
- •8. Отримання волокон та вусів
- •8.2. Методи отримання волоконта вусів
Поверхневий натяг розплавів заліза з киснем, азотом, сіркою та фосфором
Легувальний елемент |
Уміст легувального елемента, % |
Температура розплаву, ° С |
Поверхневий натяг, мН/м |
– |
– |
1550 |
1865 |
О |
0,02…0,03 |
1550 |
1200…1300 |
О |
0,048 |
1530 |
1024 |
S |
0,03 |
1550 |
1450 |
S |
0,06 |
1550 |
1400 |
P |
0,01 |
1550 |
1550 |
P |
0,20 |
1550 |
1500 |
N |
0,04 |
1550 |
1650 |
Сумарний коефіцієнт тепловіддачі залежить від факторів, що характеризують теплообмін у розглянутій системі. Для розпилення розплавів істотного значення набувають лише два з них: конвективний теплообмін за рахунок зіткнення з газом і тепловіддача від випромінювання. У цьому випадку
α = αк+ αвип,
де αк, αвип – коефіцієнти тепловіддачі відповідно конвекцією і випромінюванням.
Оскільки густина потоку крапель розплаву в металогазовому факелі досить велика, а пов’язана з нею загальна площа поверхні частинок, що беруть участь у теплообміні, значно перевищує площу (поверхню конуса розпилення), з якої відбувається випромінювання теплової енергії, справедлива нерівність αк >> αвип. Тому в практичних розрахунках значенням αвип можна знехтувати, прийнявши α @ αк.
Коефіцієнт тепловіддачі конвекцією можна визначити за виразом
, (3.4)
де Re – критерій Рейнолдса, який, у свою чергу, можна визначати з умов диспергування розплавів:
,
де Uг, Uк – швидкість відповідно газу і краплі розплаву, м/с; – кінематична в’язкість газу, м2/с; d – діаметр краплі, м; λг – теплопровідність газу, Вт/(м/град).
Кінематичну в’язкість газу визначають за формулою
,
де – динамічна в’язкість газу, Н×с/м2; γг – густина газу, кг/м3.
Для практичних розрахунків коефіцієнт тепловіддачі з достатнім ступенем точності можна визначити за емпіричною формулою, запропонованою Д. Н. Ляховським:
. (3.5)
Підставивши значення αк в рівняння теплового балансу і виконавши відповідні математичні перетворення, отримуємо рівняння, за допомогою якого можна визначити температуру краплі розплаву по закінченні часу τ :
, (3.6)
де – температура частинок по закінченні часу ;– середня температура газу; – початкова температура газу; γ – щільність розплаву.
Графічний вигляд рівняння (3.6) для умов розпилення розплаву чавуну і часу охолодження 0,08 с показано на рис. 3.5.
Із рівнянь (3.3 – 3.6) випливає, що для зниження швидкості охолодження крапель і підвищення ефективності їх подрібнення необхідно збільшувати температури розплаву і газу (температуру дуття). Звичайно температуру розплаву підвищують до таких значень, які забезпечують постійність в’язкості та поверхневого натягу на всіх етапах транспортування і розпилення розплаву. Однак останнє можна успішно реалізувати тільки для розплавів з температурою плавлення, меншою за 700 С. В інших випадках, особливо для розплавів з температурою плавлення близько 1600…1700 С, можливий перегрів тільки на 150...200 С, що іноді недостатньо для забезпечення високого ступеня диспергування.
Рис. 3.5. Вплив розміру краплин на температуру частинок чавунного
порошку (час охолодження 0,08 , температура газу, С:
1 – 1400; 2 – 1200; 3 – 1000; 4 – 800; 5 – 600; 6 – 20)
Як випливає з рівняння (3.6) іншим способом зниження температури первинних продуктів диспергування розплавів є підвищення температури дуття, тобто температури газу, що застосовується для розпилення. Як видно з рис. 3.5, підвищення температури дуття дозволяє зберегти досить високу температуру розплаву, а отже, забезпечити вищий ступінь диспергування і збільшення масової частки дрібної фракції в отриманому порошку (табл. 3.5).
Таблиця 3.5
Гранулометричний склад порошків, одержаних за різних
температур дуття
Розплав |
Температура дуття, °С |
Тиск дуття, МПа |
Уміст фракцій, % | ||||
- 0,05 |
- 0,1 + 0,05 |
- 0,16 + 0,1 |
- 0,25 + 0,16 |
+0,25 | |||
Залізо + 4% С |
20 600 |
3 3 |
17,4 30,9 |
22,4 26,4 |
13,8 17,6 |
20,2 13,3 |
26,2 11,8 |
79 НМ (0,8% С) |
20 700 |
3 3 |
11,5 36,4 |
14,4 28,9 |
15,8 15,9 |
30,3 11,1 |
28,0 7,7 |
Срібло |
20 700 |
4 3,5 |
7,2 22,3 |
13,4 30,3 |
27,8 25,1 |
28,3 13,5 |
33,3 88,8 |
Крім температури газу, на швидкість охолодження розплаву впливає також швидкість газового потоку. З одного боку, збільшення швидкості газового потоку сприяє збільшенню вмісту в порошку дрібної фракції (рис. 3.6), з другого боку, збільшення швидкості газу зумовлює зростання коефіцієнта теплопередачі, а відтак сприяє зниженню ефективності розпилення. Тому необхідно застосовувати оптимальні значення швидкості дуття, тим більше, що підвищення інтенсивності диспергування знижується зі збільшенням швидкості дуття (рис. 3.6).
Крім розглянутих параметрів газів, на процес диспергування також впливають і інші характеристики: теплопровідність, густина і в’язкість, які визначають значення коефіцієнта тепловіддачі конвекцією:
αк = АП,
де А – постійна для певних умов розпилення; П – теплофізичний параметр газу, Дж/(м2/с0,5 × град);
; .
Рис. 3.6. Вплив швидкості газового потоку на масову
частку частинок з d< 50 мм під час розпилювання: 1 – азотом; 2 – повітрям
Як видно з табл. 3.6, найнижче значення параметра П має аргон, що вказує на доцільність застосування його як газу-енергоносія для отримання максимального виходу дрібної фракції, що зумовлено в цьому випадку найменшою інтенсивністю охолодження розплаву.
Таблиця 3.6