автореферат диссертации по металлургии, 05.16.06, диссертация на тему:Термическая обработка металлических порошков в вихревой противоточной печи

На правах рукописи

ЦЫБУЛЬСКАЯ Оксана Николаевна

ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ В ВИХРЕВОЙ ПРОТИВОТОЧНОЙ ПЕЧИ

Специальность 05.16.06 - Порошковая металлургия и

композиционные материалы

Автореферат

I

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Владивосток - 2003

Работа выполнена в Институте химии Дальневосточного отделения РАН

Научные руководители: доктор технических наук

Юдаков A.A.,

доктор технических наук, профессор Попович A.A.

Официальные оппоненты: доктор химических наук

Руднев B.C.,

кандидат технических наук, доцент Каяк Г. Л.

Ведущая организация: Институт материаловедения ДВО РАН

(г. Хабаровск)

Защита состоится «_»_200 г. в_часов на заседании

диссертационного Совета К 212.055.05 в Дальневосточном государственном техническом университете им. В.В.Куйбышева по адресу: 690950, г. Владивосток, ул. Пушкинская, 10, ДВГТУ (ауд._, главный корпус)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Дальневосточного государственного технического университета им. В.В. Куйбышева.

Автореферат разослан «_»_200 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета К 212.055.05,

кандидат технических наук,

доцент Рева В.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы.

В современной порошковой металлургии, машиностроении, химической промышленности и других отраслях широко применяются процессы, связанные с использованием дисперсных материалов, в частности металлических порошков, к которым можно отнести получение материалов и покрытий методами порошковой металлургии и газотермического напыления, различные виды термической и химико-термической обработки сырья, а также многие другие процессы. Повышение эффективности этих производств обусловлено, в первую очередь, получением высококачественных и чистых порошков. В процессе изготовления, обработки, последующей транспортировки и хранения неизбежно происходит загрязнение порошков, что значительно ухудшает их качество. Это вызывает необходимость совершенствования существующих и разработки новых эффективных технологических процессов для улучшения качества металлических порошков, а также решения вопросов аппаратурного оформления разработанных технологических процессов.

В настоящее время промышленность располагает обширным классом различных теплотехнологических устройств (печей) для проведения процессов химико-термической обработки, сушки, обжига металлических порошков. Эти установки весьма энергоемки, часто имеют сложную конструкцию, большие габариты и вес, что вызывает необходимость их совершенствования, разработки более эффективных и надежных конструкций.

Значительные возможности в этом направлении дает использование закрученных потоков, позволяющее существенно интенсифицировать процессы физико-химического взаимодействия и тепломассообмена между газовым теплоносителем и обрабатываемым металлическим порошком. Перспективной представляется организация противоточного движения закрученного потока газа и металлического порошка. Однако малоизученность процессов тепломас-

3 РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА

оэпоЗ^Н

и

сообмена в таких условиях сдерживает разработку новых перспективных вихревых печей.

Целью работы является, на базе исследований тепломассообмена между газовой и порошковой компонентами, разработка технологического процесса сушки и восстановительного отжига металлических порошков в закрученном газовом потоке с противоточным движением компонентов, а также создание на основе полученных данных промышленной вихревой печи для сушки и восстановительного отжига порошков.

Реализация цели связана с решением следующих задач:

- экспериментальное и теоретическое исследование процессов переноса тепла и массы в закрученном газопорошковом потоке с противоточным движением компонентов;

- определение экспериментальных межкомпонентных (газ-порошок) коэффициентов тепло- и массоотдачи (а и Р) при изменении различных режимных факторов и обобщение результатов через критерии N11 и Ми0 , получение критериальных зависимостей N11 - /(Яе, Рг);

- исследование кинетических закономерностей процессов сушки кварцевого песка и железного порошка, а также восстановительного отжига железного и медного порошка;

- изучение процессов гидрофобизации металлических порошков;

- изучение технологических свойств обработанных порошков и спеченных материалов;

- разработка промышленной печи для сушки и восстановительного отжига металлических порошков.

Научная новизна:

- впервые проведено исследование влияния противоточного движения закрученного газового потока и металлического порошка на характер тепломассооб-

4

менных процессов между газом и частицей;

- получены новые экспериментальные и расчетные данные по тепломассообмену между газом и частицей, изучено влияние режимных факторов на процессы переноса теплоты и массы;

- на базе опытных данных получены критериальные зависимости № ~ /(Г1е,Рг) для вихревой противоточной печи, позволяющие производить расчет камер подобного типа;

- впервые изучена возможность нанесения гидрофобизирующих покрытий на металлические порошки в вихревой камере;

- разработана технологическая схема процесса сушки и восстановительного отжига металлических порошков в вихревой противоточной печи, выявлены оптимальные режимы обработки;

- разработана вихревая печь для сушки и восстановительного отжига металлических порошков в условиях противоточного движения газа и обрабатываемого порошка.

Выносимые на защиту положения:

1. Методика и результаты экспериментальных исследований процессов межкомпонентного тепломассопереноса в закрученном газопорошковом потоке с противоточным движением компонентов, обобщенные в виде критериальных расчетных зависимостей.

2. Результаты исследования кинетических закономерностей процессов сушки, восстановительного отжига и процессов гидрофобизации металлических порошков.

3. Результаты изучения технологических свойств полученных порошковых материалов.

4. Разработанный технологический процесс и конструкция промышленной вихревой печи для сушки и восстановительного отжига металлических порошков.

5

Практическая ценность.

Экспериментальные и расчетные данные, полученные в работе, а также методика проведения эксперимента и определения экспериментальных коэффициентов теплоотдачи и массоотдачи могут использоваться для исследования и расчета тепломассообмена в двухкомпонентных системах (газ - порошок). Полученные в работе критериальные зависимости позволяют на практике проводить расчеты тепломассопереноса в вихревых камерах, а также оптимизировать режимы сушки и восстановительного отжига металлических порошков и определять влияние различных факторов на эти процессы.

Самостоятельное практическое значение имеет разработка технологического процесса и печи для сушки и восстановительного отжига металлических порошков, а также их промышленная реализация.

Апробация работы.

Основные положения и результаты работы представлялись и обсуждались на Всесоюзных, Всероссийских и международных конференциях, совещаниях и научных семинарах в числе которых: Всесоюзная НТК «Физико-химия процессов восстановления металлов» (Днепропетровск, 1988г.); НТК «Применение порошковых и композиционных материалов 13-й пятилетке» (Ленинград, 1989г.); НТС «Порошковая металлургия и композиционные материалы» (Ленинград, 1990г.); НТС «Проблемы и перспективы деятельности предприятий металлургии и машиностроения в условиях рыночной экономики» (Ленинград, 1990г.); НТС «Повышение качества, надежности и долговечности изделий из конструкционных, жаропрочных, порошковых и инструментальных сталей» (Ленинград, 1990г.); НТК «Конструкционные, инструментальные порошковые и композиционные материалы» (Ленинград, 1991г.); НТК «Современные технологии и предпринимательство; региональные проблемы АТР» (Владивосток, 1994г.); НТК «80 лет уральской теплоэнергетики. Образование. Наука» (Екатеринбург, 2003г.); совместный научный семинар ДВГТУ и Института химии

6

ДВО РАН (Владивосток, 2003г.). Детальное описание конструктивных разработок, результатов исследований изложены в рабочих проектах, в отчетах по хоздоговорным и госбюджетным научно-исследовательским работам.

Публикации.

1 По материалам выполненных исследований имеется 15 публикаций.

Объем и структура диссертации. , Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения, списка литерату-

ры из 99 источников и приложений; содержит 157 стр. машинописного текста, в том числе 48 рисунков и 21 таблицу.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении аргументирована актуальность темы диссертации, сформулирована цель выполненной работы.

В первой главе диссертации обобщен теоретический и экспериментальный материал по вопросам чистоты металлического порошка, влияния загрязнений на технологические свойства порошков и механические свойства спеченных изделий, а также по способам обработки металлических порошков с целью улучшения их качества. Проанализированы возможные режимы, обеспечивающие оптимизацию процессов обработки металлических порошков. Для выбора рационального метода организации процессов обработки рассмотрены возможные пути интенсификации тепло- и массопереноса в гетерогенных системах типа газ-порошковый материал, в том числе в закрученных газопорошковых потоках. На основе современных представлений о теории и практике теп> ло- и массообмена в закрученном газовом потоке установлены основные нерешенные вопросы, определяющие направления дальнейших исследований в области изучения тепломассообменных процессов в закрученном газовом потоке с противоточным движением компонентов.

Во второй главе диссертации представлены материалы, оборудование и методы исследований. Для изучения тепломассообменных и физико-

7

металл ическии|порошок

химических процессов, происходящих при обработке металлических порошков в закрученном газовом потоке, была создана лабораторная экспериментальная установка, схема которой представлена на рис. 1. Установка работает следующим образом: порошковый материал из приемного бункера 1 попадает в шне-ковый питатель, который подает его в вихревую камеру 2 , где происходит удаление влаги с поверхности частиц, их нагрев или термическая обработка. В качестве теплоносителя и реакционного газа в экспериментах использовались продукты сгорания технического пропан-бутана в воздухе. Расход газов, их температура и состав регулировались с помощью управляющего блока 5 горелки 4.

Рис.1. Схема экспериментальной установки для исследования тепломассообмена и кинетики реакций в закрученном газодисперсном потоке

1-бункер-дозатор с регулируемым приводом, 2-вихревая камера, 3-внешний теплоизолированный корпус, 4-горелка,

5-блок управления горелкой,

6-компрессор, 7-газовый баллон, 8-накопитель, 9-выхлопной патрубок, 10-зонд для измерения температур и отбора проб материала в потоке.

В качестве твердого материала в экспериментах использовался кварцевый песок, стандартный промышленный порошок железа марки ПЖ2М (ГОСТ 9849-74), порошок меди марки ПМА (ГОСТ 4960-76) фракций (-0,315...+0,2мм) для кварцевого песка, (-0,2...+0,16мм) для железного порошка, (-0,1...+0,063мм) для медного порошка. Массовая концентрация обрабатываемого материала в реакторе составила 0,46 кг/кг для кварцевого песка и 1,8 кг/кг для железного порошка, что соответствовало объемной концентрации частиц в потоке 0,121х10'3 м3/м3 и

0,13 6x10"3 м3/м3, соответственно.

В качестве характерной температуры, определяющей температурный режим работы установки, принималась средняя температура газового потока в зоне входа его в вихревую камеру (1ВХ), при работе без подачи твердого материала. Для измерения температуры движущихся частиц было изготовлено специальное приспособление, основным элементом которого является датчик-чашечка из огнеупорного материала (магнезит), в которую вмонтирована малоинерционная хромель-алюмелевая термопара. Датчик мог устанавливаться в нескольких точках по высоте реактора, что давало возможность измерять температуру нагрева частиц в нескольких сечениях. Температура частиц, движущихся в объеме камеры при различных 1ВХ, показана далее на рис.5.

В качестве основного параметра, определяющего аэродинамический режим работы установки, принималась скорость потока в точке входа в вихревую камеру. Характерной скоростью, по которой при экспериментах устанавливался аэродинамический режим, была принята максимальная полная скорость (V ™ах ) в сечении Ь = 0,6 м, равная средней скорости газового потока во

входном тангенциальном канале (Увх), расположенном в этом же сечении.

В третьей главе приведены результаты изучения теплообмена. При проведении экспериментов изменялись следующие факторы: температура и скорость газового потока, расход, влажность, теплоемкость, плотность, размер частиц. За "базовый" для железного порошка принимался режим при: Увх= 15,81м/с, 1,= 260°С, \¥= 0,515%, ц = 1,8 кг/кг, 5 = 0,18мм и для кварцевого песка режим при Увх = 15,81м/с, 1г= 410°С, \УН= 1,25%, ц = 0,46 кг/кг, 5= 0,315 мм. Выполненные измерения позволили установить межкомпонентные коэффициенты теплоотдачи а в различных точках объема вихревой камеры при изменении указанных выше факторов. В основу определения а положен совместный анализ уравнения расчета количества теплоты, фактически полученной частицами за определенный интервал времени на рассматриваемом

9

участке траектории движения: AqT = ст шт (tTK - tTO ) и закона Ньютона-Рихмана, записанного для этих же граничных условий: AqT = a FT( tr ср - tT ср) Дт. В результате из уравнения теплового баланса выводится формула для определения фактического коэффициента теплоотдачи в рассматриваемой области:

„ - CTmx(tTO-tT0)

а =-. Для определения экспериментального значения

FT(trcp-tTcp)Ax

локального коэффициента теплоотдачи a¡, характеризующего интенсивность теплообмена между двумя точками замеров п и (п+1) расчетная зависимость

„ 2cTmT(tT(n+l)-tTO)

приобретает вид: а , =-. На графике

(рис.2) значение ос, проставлялось между точками п и (п+1). Кроме того, для проведения анализа теплообмена вводилось понятие "интегрального" коэффициента теплоотдачи аь характеризующего интенсивность конвективного теплообмена на участке от места ввода частиц в поток до рассматриваемой точки замеров (п). Соответственно, расчетная формула принимала следующий 2cTmT(t_-tTO)

вид: а т =--—--—-. Для обобщения многочисленных

Fx(tr0+trn-tT0-txn)AT

опытных данных и последующего их использования целесообразно использовать не абсолютные значения замеряемой при экспериментах скорости, а критерий Рейнольдса. При этом для анализа локального теплообмена в качестве характерной скорости принимается относительная скорость между газом и частицей U (скорость обтекания), а характерным линейным размером является диаметр частицы. Это дает возможность оценить зависимость коэффициента теплоотдачи от скорости обтекания и критерия Re, соответственно, при изменении других факторов. При дальнейшей обработке экспериментальных данных были определены численные значения безразмерного коэффициента теп-

10

лоотдачи (критерия Нусеельта), а также оценена зависимость 1Чип1ах от скорости обтекания и, соответственно, от критерия Кет. Обработка данных с использованием критерия Рг, характеризующего соотношение между молекулярным переносом количества движения и теплоты в газе, дает возможность распространить полученные зависимости на установки с другими газовыми теплоносителями (рис. 3).

р ш

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 07 08 09

ч ---ЗЮ'С 6)

-4-260'С

М-540'С

ДА--4I0T

=А

-т-

01 0 2 0.3 04 05 06 0 7 0 8 0.9

Рис. 2. Коэффициенты теплоотдачи локальные в объеме камеры при различных VBX, tr, W„. Принятое графическое изображение опытных точек для железного порошка (•) и кварцевого песка ) используется далее во всех рисунках, а) - при var V,, tr - const tr (кв n)=540°C tr (Fe) = 310°C W„ - const W„(kb n)=l,25% W„(Fe)=0,515% б)- при var tr Va - const

V„ =15,81 м/с W„ - const Wk(kb n)=l,25% W„(Fe)=0,515% с) - при var W„ tr - const tr (кв n)=540°C tr (Fe) = 310°C V., - const V,4 =15,81 м/с Обобщение экспериментальных данных показало, что они с погрешностью до 1-3 % (для различных опытов) могут быть описаны в исследованном диапазоне зависимостью вида: NUmax = 2+AReTPr033 , где значение А зависит от теплофизических свойств материала и теплоносителя.

0 010 2 03040506070809 высота реакционном зоны L,m

I

I

Для железного порошка, А при базовом режиме составляет 1,23 и имеет следующую зависимость от температуры газа, при постоянной влажности

0,515%: А= 1,23+ 0,0114(1-310°). '

Зависимость А от влажности при постоянной температуре газа 1г = 310°С имеет следующий вид: -

А= 1,23-5,48(\¥-0,515%).

Рис 3. Критериальная зависимость Ни„мх=/(КетРг0,33) при изменении температуры газового потока 1г (а) и исходной влажности материала \У„ (б). Услов. обоз, по рис. 2.

а) - уаг и, Wн(кв.п)=l,25%, W11(Fe)=0,515% ;

б) - уаг Wн, 1Г (кв.п.)=540°С, ^ (Ре) = 310°С.

Для кварцевого песка зависимости А от температуры и влажности (А при базовом режиме составляет 0,63) можно описать уравнениями: А= 0,63 + 0,0033 (1-540°), А= 0,63- 0,227 (\У-1,25%). Эти обобщения дают возможность оценить интенсивность теплообмена на различных участках траектории движения частиц в объеме вихревой камеры и, в первую очередь, в зоне максимально интенсивного теплопереноса, характерной для практически любого типа вихревых устройств. Однако, при решении многих практических задач для оценки эффективности работы всего

устройства в целом необходимо связать коэффициент межкомпонентного теплообмена не только с характеристиками частиц и условиями их обтекания, но и с геометрическими и режимными параметрами установки.

Соответственно, для обобщения экспериментальных данных в безразмерном виде следует использовать зависимость вида № = / (Иевх), где критерий Рейнольдса рассчитывается по эквивалентному диаметру частицы, кинематической вязкости и скорости газа на входе в вихревую камеру. Возможность распространения полученных результатов на процессы с другими газами-теплоносителями дает обработка данных с привлечением критерия Рг в традиционной форме (рис.4).

25 30

25 30

Яеим-Рг

Рис 4. Критериальная зависимость №1г=/(Ке^Рг°33) при изменении температуры газового потока 1г (а) и исходной влажности материала \¥„ (б) Последующее обобщение и математическая обработка полученных зависимостей позволяет получить эмпирическую формулу для расчета интенсивности теплообмена в аппарате в целом: N112 = 2+ А Кевх(т) Рг0,33, где А в базовом режиме составляет 0,207 для железного порошка и 0,093 для кварцевого песка, не зависит от влажности и зависит от температуры газа согласно формул:

для железного порошка при \У = 0,515 % : А= 0,207 + 0,00134 0-310°), для кварцевого песка при = 1,25%: А = 0,093 + 0,00033 (1-540°).

Полученные экспериментальные результаты и зависимости дают возможность рассчитать теплообмен в вихревых камерах в широком диапазоне изменения конструктивных и режимных параметров при обработке различных типов порошковых материалов.

В четвертой главе диссертации приводятся данные экспериментального изучения массопереноса между газовой средой и порошковым материалом в закрученном потоке. Принципиальной особенностью массообменных исследований являлась специально разработанная весовая методика, основанная на измерении потери массы частиц по мере их перемещения в реакционном объеме вихревой камеры от одной точки замера (отбора пробы) до другой. В качестве основного модельного процесса для изучения особенностей массопереноса принимался процесс сушки порошков железа, меди и кварцевого песка в высокотемпературном газовом потоке. Движущей силой этого процесса по газовой фазе является разность концентраций водяных паров в пограничном слое у поверхности частиц (спс) и вдали от этой поверхности в объеме газа (сг). Термодиффузия, по нашим расчетным оценкам, ничтожно мала. При этом интенсивность сушки определяется как массоотдачей, так и массопроводно-стью. Используя результаты предварительных экспериментов и учитывая режимные возможности установки, в опытах изменялись следующие факторы в указанных диапазонах: скорость газа-теплоносителя (продукты сгорания пропан-бутана в воздухе) на входе в камеру (Увх =7,42.... 15,81 м/с), температура газового потока (^ 260...540°С), исходная влажность материала (\¥„ = 0,515...1,91%), расход порошка (0П=15...40 кг/ч); массовая относительная концентрация частиц в потоке (ц=1,8...4,8 кг/кг для железного порошка и ц=0,46... 1,2 кг/кг для кварцевого песка); крупность частиц (5=0,16....0,2 мм для железного порошка, 5=0,2...0,315 мм для кварцевого песка); тип дисперсного материала (кварцевый песок, железный порошок ПЖ-2М). В базовых режимах

14

(баз.) исследовались: железный порошок при VBX= 15,81м/с, tr= 260°С, WH= 0,515%, ц = 1,8 кг/кг , 8 = 0,18 мм и кварцевый песок при VBX = 15,81 м/с, tr = 410° C,WH= 1,25%, fx = 0,46 кг/кг, 8 = 0,315 мм. Кривые сушки и нагрева материала изображены на рис.5. Основной экспериментальной величиной является коэффициент массоотдачи ß (м/с). Расчетная формула для определения ß, исходя из традиционного уравнения масоотдачи, выглядит следующим обра-

Am Am R Т

зом: р=-=-!-. Для обработки и анализа экспе-

FAr(cnc-cr) FAr(Pnc-Pr)

риментальных данных аналогично исследованию теплообмена вводились два понятия: локального коэффициента массоотдачи ß, характеризующего интенсивность массообмена на определенном участке траектории движения частиц между точками замеров (п-1) и (п), рассчитываемого по формуле: ß, =

(mT(n.l) "mT„ )RnT

- и интегрального коэффициента массоотдачи ßs, характеризующего интенсивность массообмена на участке от места ввода частиц в поток до рассматриваемой точки п, рассчитываемого по формуле:

(mT0-mTn)RnT

4...„FT(Pnc-Pr)'

На рис.6 представлены изменения величин локального коэффициентов ß при выбранных характерных режимах по высоте реакционной зоны.

В дальнейшем при обобщении и анализе опытных данных использовались диффузионное число Нуссельта NuD = ßd,/D, характеризующее интенсивность массообмена, а также числа ReT, ReBX, PrD.

Эксперименты при изменении входной скорости показали, что с ростом VBX и, соответственно, Rex, ReBX интенсивность массообмена во всем объеме камеры возрастает, что, видимо, связано с ростом скорости скольжения

15

фаз и утончением и турбулизацией пограничного слоя газа на поверхности частиц. Определенное влияние на интенсивность массообмена оказывает влажность обрабатываемого материала и температура рабочего газа (рис.7).

' 0 0,2 0,4 0,6 0,а 1,0 1,2v Высота реакционной зоны , L , м

0,2 ■ <М ' о',6-И—ЦТ

Высота реакционной зоны , L ,

Рис.5. Кривые сушки U = /i(L) и нагрева t = /3(L) обрабатываемого материала

а) -железный порошок при характерной температуре рабочего газа'

1 - 320°С, 2 - 310°С, 3 - 260°С

б) -кварцевый песок при характерной температуре рабочего газа:

1 - 540°С, 2 - 440°С, 3 - 340°С

5 1,2

Í о

о

a ®o,8-

х -0,6

■a. 3 •&S0.2

1°

о

W„=0,588%.t-310"C а

WH= 0,541 %, t-310°С W„=0,515%,t-310°C W„=0,588%,t-260°C WH=0,541 %, t-260"C WH=0,515%,t-260"C

»»ff

0,2 0,4 0,6 0,8 Высота реакционной зоны , L , м

0.2 0 4 0 6 0,8 Высота реакционной зоны . L м

Рис 6. Локальные коэффициенты массоотдачи в объеме камеры а) для железного порошка, б) для кварцевого песка

ч

Математическая обработка полученных результатов позволяет получить обобщенное уравнение для расчета эффективного массопереноса, пригодное для инженерной практики: Nun mM = 2 + Л ReT Рг0-33, где А зависит от теплофизических свойств материала и теплоносителя.

16

Для железного порошка А при базовом режиме составляет 0,103, а для кварцевого песка - 0,28.

Для всех исследованных режимов влияние температуры газового потока может быть учтено следующей зависимостью: М Шэд = Ми0 (16аз) + 0,025( 1г - 1г 6аз),

влияние влажности учитывается зависимостью: V N110 м = N110 («би)+17 \У6аз).

Рис.7. Критериальная зависимость N110™*= /( Не, Рг0-33) при изменении температуры газового потока и (а) и исходной влажности материала У/н (б)'

а) -уаг 1г. \У„(кв.п.)=1,91% ,\У„(Ре) = 0,588%;

б) -уаг V/., 1г(кв.п.)= 540°С, ^Ре)= 310°С

В пятой главе диссертации приводятся результаты исследований по изучению особенностей кинетики гетерогенных реакций в закрученном потоке, которые проводились на установке, описанной выше, а также на промышленной печи. В качестве модельных были взяты достаточно хорошо изученные ранее на слоевой лабораторной установке процессы восстановительного отжига частично окисленных стандартных порошков железа и меди.

Экспериментальная установка устроена так, что в первой ступени ее горелки происходит полное сгорание горючего газа при коэффициенте избытка воздуха а ~ 1, в соответствии со следующей реакцией для пропана: С3Н8 + 502 = ЗС02 + 4Н20.

л

Во второй ступени горелки в режиме окислительной обработки продукты сгорания разбавляются воздухом до получения заданной температуры потока газов и соответствующего окислительного потенциала. При работе в режиме восстановительного отжига во второй ступени горелки вводится избыточное количество пропана, вследствие чего происходит его автотермиче- ♦ екая конверсия и образуется атмосфера, содержащая азот, окись углерода, двуокись углерода, водород и водяной пар. Температура и состав получаемого , газа регулируются в широком диапазоне изменением расходов и соотношений горючего газа и воздуха. Режимы восстановительного отжига по температуре, как одному из самых важных факторов, устанавливались на основе расчета взаимодействия металлического порошка с продуктами сгорания рабочего газа и составили 700...900°С для железного порошка и 400...600°С для медного порошка.

Изменение содержания кислорода в порошках по мере их движения в вихревой камере представлено на рис.8. На основании опытных данных для различных точек траектории движения частиц определялась экспериментальная скорость восстановления как отношение убыли кислорода на определенном участке движения частицы к времени пребывания частиц порошка на этом

А[0)

участке -. С другой стороны, скорость восстановления водородом может

Ат

быть записана следующим обра- 4

зом:^И =ко.е ^т Сн 8. Лт 2

Рис.8 Изменение содержания кислорода в порошке по высоте реакционной зоны при работе установки в режиме восстановительного отжига при различных температурах: • - железный порошок; ■ - медный порошок

При обработке результатов опытов делались допущения о том, что поверхность реакции равна удельной поверхности частиц порошка, так как окислы в железном и медном порошке располагаются тонкой пленкой на поверхности частиц и удельная поверхность не изменяется в процессе обработки. Рассчитанная скорость процесса восстановления составила 1,2-1,5 % с"1.

Сопоставление полученных результатов с опытами по обработке порошков в слое показывает, что скорость процесса восстановления возросла многократно. При температуре 900°С для железного порошка и 600°С для медного порошка при обработке в вихревом потоке не отмечается агломерации и спекания порошков, что имеет место при слоевой обработке. Это свидетельствует о благоприятных условиях для физико-химического взаимодействия между обрабатываемыми частицами порошка и газом.

В шестой главе изучены особенности нанесения гидрофобизирующих покрытий на металлические порошки различными методами (физическими, химическими, физико-химическими). Исследованы технологические и коррозионные свойства порошков. Рассмотрена возможность нанесения гидрофобных органических покрытий на порошки в экспериментальной установке, реализующей принцип закрученного газового потока. Сущность такой обработки состояла в полном удалении с поверхности частиц порошка свободной и физически связанной воды с последующим нанесением на освободившуюся поверхность водоотталкивающей пленки парафина за счет его адсорбции из газовой фазы. Результаты исследования технологических свойств порошка показали, что гидрофобизация значительно повышает прессуемость порошка, плотность изделий в среднем возрастает на 4,5 %, а открытая пористость снижается на 4 %. Снижается скорость водонасыщения образцов, которую характеризовали проницаемостью П, определяемую как отношение объема воды, проникшей в образец за определенный промежуток времени к объему образца (рис.9):

П = (У/Уо) 100%.

19

Испытания коррозионных свойств обработанных порошков в атмосферных условиях (рис. 10) показали, что действие гидрофобизации наиболее резко проявляется в течение первых 3000 часов. Гравиметрический анализ порошков на коррозионную стойкость в агрессивных условиях (рис.11) показал, что скорость коррозии обработанного порошка уменьшается, по сравнению с

необработанным, в 1,5-2 раза.

Г 1

2

3

.——■

Рис.9. Кинетика водонасыщения образцов, изготовленных из порошка марки ПЖ2М: 1 - не гидрофобизированный, не спеченный; 2- не гидрофобизированный, спеченный; 3- гидрофобизированный, спеченный, 4- гидрофобизированный, не спеченный

4 время ч

р 10 г/СМ Ч

0,2

0,1

2000

4000

время, ч

Рис.10. Изменение скорости коррозии гидрофобного и необработанного порошка марки ПЖ2М в атмосферных условиях'

1 - необработанный;

2 - гидрофобный порошок

7 2 р,10 г/см ч

06 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1

1000

2000 время, ч

Рис.11. Изменение скорости коррозии гидрофобного и необработанного порошка марки ПЖ2М в агрессивных условиях.

В седьмой главе диссертации приводится описание разработанного технологического процесса сушки и восстановительного отжига металлических

порошков в закрученном газовом потоке. На первом этапе исследований была

20

проведена серия экспериментов на лабораторной установке слоевого типа. В дальнейшем, для наработки опытной партии порошка и продолжения экспериментальных исследований использовалась лабораторная установка вихревого типа. Были исследованы химические, физические и технологические свойства порошков (табл.1) и свойства спеченных изделий (табл.2).

Таблица 1

Свойства порошков железа и меди до и после обработки_

Показатель Г1Ж2М ПМА

не обработан | обработан не обработан | обработан

Содержание элементов, %

Ие 95,18 98,13 0,02 0,02

Си 98,8 99,5

С 0,04 0,03

Мп 0,35 0,30

0,02 0,02

0,15 0,13

О 2,7 0,66 1,0 0,30

Нерастворимый остаток

в НС1 1,54 0,72

вНШ3 0,05 0,05

Удельная поверхность, м2/кг 185 179 142 135

Насыпная плотность,х103кг/м3 2,01 1,98 1,7 1,45

Плотность утряски,х103кг/м3 2,3 2,15 2,04 1,74

Нижний предел формуемости, 4,25 3,75 5 4,75

х103кг/м3

Уплотняемость, хЮ3 кг/м3при

давлении прессования МПа

200 4,25 4,85 5,45 5,75

400 5,25 6,1 7,1 7,25

700 6,1 7,5 7,25 7,75

Текучесть, с (время истечения 47 39 38 32

■авески порошка массой 50г.)

Угол естественного откоса, ° 30 25 30 25

На основе проведенных исследований разработана промышленная печь непрерывного действия производительностью до 40 кг/час, представляющая собой комбинированную двухступенчатую конструкцию, в которой использован принцип вихревого противоточного движения газа и обрабатываемого порошка, обеспечивающий высокую интенсивность тепломассообмена между компонентами в верхней части установки и более продолжительную

21

У

обработку в камере прокалки, где материал доводится до заданных парамет-

«

Рис.12. Промышленная вихревая печь для обработки порошковых материалов в газовых потоках регулируемого состава. 1-ириемный бункер, 2-шнековый пигатель, 3-верхняя крышка, 4-камера сушки, 5-газовая юрелка, 6- камера прокалки, 7- транспортирующее устройство, 8-вибратор, 9-охлаждаемый контейнер

Печь такого типа проста по

9

~ конструкции и компактна, в ней легко организуется движение газового потока и обрабатываемого продукта, незначителен унос пыли, обеспечивается высокая экономичность процесса и хорошее качество обработанного порошка. Промышленные варианты подобных вихревых печей внедрены на участках газотермического напыления порошков и в цехах порошковой металлургии ряда предприятий, в том числе на ААПО «Прогресс» (г.Арсеньев), Красноярском котельном заводе.

В заключении приведены выводы по работе, основные из которых:

ров, продвигаясь по вибротранспортеру (рис.12).

Таблица 2

Свойства спеченных материалов_

Показатель свойства ПЖ2М

необработанный обработанный

Коэффициент спекаемости 0,397 0,406

Плотность, кг/м3 6,0 6,5

Пористость, % 12,8 9,3

Предел прочности при растяжении, МПа 255 285

Относительное удлинение, % 1,2 1,6

Относительное сужение, % 2,4 3,2

Предел прочности при изгибе,МПа 243 300

Твердость НВ, МПа 478 506

(при температуре спекания - 115СРС)

— разработана методика исследований тепломассообмена между порошковым материалом и газовой средой в закрученном потоке с противоточным движением компонентов;

— установлены закономерности влияния на интенсивность процессов обработки порошковых материалов и тепло- и массоотдачи различных факторов эксперимента, определены коэффициенты тепло- и массоотдачи (а и Р), указывающие на интенсивный внутренний межкомпонентный теплообмен (а - до 8 КВт/м2град) и массообмен (Р - до 2 м/с) в условиях вихревого противоточно-го движения газа и порошковых материалов;

— определены численные значения безразмерных коэффициентов теплоотдачи и массоотдачи N11 и Ыи0 , получены критериальные зависимости Митах=

Л ЧЧ Л ЛЛ

2+АГ1еТРг' • и Мицтах= 2+АЯе1Рг0 ' , которые дают возможность рассчитать тепло- и массообмен при обработке различных металлических порошков в вихревых печах в широком диапазоне изменения конструктивных и режимных параметров;

— показано, что при противоточном движении компонентов в вихревом потоке создаются оптимальные условия для физико-химического взаимодействия между обрабатываемыми частицами и газом, в результате чего отсутствует спекание и агломерация частиц, кроме того скорость проведения процессов возрастает многократно за счет улучшения теплообмена и интенсификации внешней диффузии и активации реакционной поверхности раздела при ударах частиц о стенку камеры;

— исследованы процессы нанесения гидрофобизирующих покрытий на металлические порошки, определены их технологические и коррозионные свойства, разработана технология нанесения гидрофобизирующих покрытий на металлические порошки;

— результаты изучения технологических свойств обработанных порошков и

23

спеченных материалов свидетельствуют о том, что сушка и восстановительный отжиг порошков в закрученном газовом потоке позволяют значительно повысить технологические свойства порошков и физико-механические характеристики изготовленных на его основе изделий;

— показано, что полученные экспериментальные данные могут быть использованы не только для уточнения модельных представлений о тепломассообмене в закрученном газопорошковом потоке, но и в различных практических приложениях, в частности, на основе проведенных исследований разработан технологический процесс сушки и восстановительного отжига металлических порошков в закрученном газовом потоке с противоточным движением фаз;

— разработана и реализована в промышленной практике простая и компактная по конструкции промышленная печь для сушки и восстановительного отжига металлических порошков, в которой использован принцип вихревого противоточного движения газа и порошкового материала, обеспечивающий высокую интенсивность тепломассообмена между газом и порошком.

Совокупность полученных в работе экспериментальных данных и основанных на них технологических и технических решений является научно-технической основой для создания и реализации в промышленной практике устройств, основанных на принципе вихревого противоточного движения, в частности перспективных высокоэффективных вихревых противоточных печей для термической обработки металлических порошков с целью улучшения их качества.

Обозначения:

а - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 К), ß - коэффициент массоотдачи, м/ с, V - скорость, м/с; W -влажность порошка, %; Лц - количество теплоты, Дж, ц - массовая концентрация, кг/кг; т - время протекания реакции, с; m - масса, кг; t - температура, °С; Т -абсолютная температура, К; F- площадь поверхности, м2; р - плотность, кг/м3; R - универсальная газовая постоянная, Дж/ (кмоль К); с - удельная теплоемкость, Дж/(кг К), X -коэффициент теплопроводности, Вт/(мК); d - диаметр, м, D - коэффициент диффузии, м2/с Критерии, безразмерные числа' Нуссельта - Nu, NuD; Прандтля -Pr, PrD; Рейнольдса - Re.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Механохимическое восстановление окисной пленки на дисперсной меди Владивосток, ДВПИ, 1985, №1279-85 Деп. (Соавторы: Гороховский Г.А., Чернышов В.Г.).

2. A.c. № 1222698. Способ получения электрода-инструмента на основе меди. - Опубл. в Б.И. № 13, 1986. (Соавторы: Гороховский Г.А., Чернышов В.Г.).

3. Устройство для термохимической обработки порошковых материалов. -Владивосток: ЦНТИ, 1987.-4 с. (Соавторы: Юдаков A.A., Зубец В.Н.).

4. Восстановительный отжиг железного порошка в закрученном потоке экзогаза // Физико-химия процессов восстановления металлов: Тез.докл. Всесоюз. конф,- Днепропетровск, ДМеТи, 1988.-С.58. (Соавторы: Юдаков A.A., Ким С.).

5. Влияние восстановительного отжига порошка на механические и антикоррозионные свойства спеченного изделия // Вопросы порошковой металлургии и защитных покрытий.- Владивосток: ДВО АН СССР, 1989.-С.4-8. (Соавторы: Юдаков A.A., Кожевникова Н.В.).

6. Сушка и восстановительный отжиг металлических порошков в вихревой установке // Порошковая металлургия. Доклады XYI Всесоюзной НТК (часть 1) , ИМЕТ УРО АН СССР.- Свердловск, 1989.- С. 149. (Соавторы: Юдаков A.A., Ким С.).

7. Нанесение гидрофобных покрытий на металлические порошки и изделия из них // Защитные покрытия. Способы получения. Свойства.- Владивосток: ДВО АН СССР, 1989.- С.93-98. (Соавторы: Зубец В.Н., Юдаков A.A., Прокудина B.C.).

8. Повышение качества спеченных изделий путем термохимической обработки порошков //Материалы НТС «Повышение качества, надежности, долговечности изделий из конструкционных, жаропрочных, порошковых и инструментальных сталей и сплавов», ЛДНТП, Ленинград, 1990. (Соавторы: Юдаков A.A., Ким С.).

9. Отжиг металлических порошков в вихревой противоточной печи // Тез. докл. НТК «Порошковая металлургия и композиционные материалы», Санкт-Петербург, 1992г. (Соавторы: Юдаков A.A.).

10. Керамические покрытия из титано-магнетитов Дальнего Востока // Конструкции и технология получения изделий из неметаллических материалов: Тез.докл.14 НТК, Владивосток, 1995,- С.56-57. (Соавторы: Юдаков A.A., Глущенко В.Ю., Колзунов В.А.).

11. Перспективы использования прибрежно-морских титано-магнетитовых россыпей // Вестник ДВО РАН,-1996.- №3(67).-С.69-77. (Соавторы: Глущенко В.Ю., Колзунов В.А., Юдаков A.A.).

12. Оценка состояния научных перспектив в области практического использования титаномагнетитов тихоокеанского шельфа // Химия твердого тела и новые материалы: Докл. Всерос.конф.-Екатеринбург, 1996.- T.II.-C.201. (Соавторы: Глущенко В.Ю., Юдаков A.A., Колзунов В.А.).

13. Экспериментальное исследование теплообмена в вихревой противоточной печи // Промышленная энергетика. 2001.- №5. (Соавторы: Юдаков A.A.).

14. Получение порошкового материала для газотермического нанесения защитных покрытий // Материалы международного симпозиума «Принципы и процессы создания неорганических материалов», Хабаровск, 2002г.

- С.141-143. (Соавторы: Колзунов, В.А., Юдаков A.A., Глущенко В.Ю.).

— 15. Экспериментальное исследование теплообмена в вихревой противоточной печи // Сб. тр. международной конф. «80 лет уральской теплоэнергетики. Образование. Наука.», Екатеринбург, 2003г. (Соавторы: Юдаков A.A.).

ЦЫБУЛЬСКАЯ Оксана Николаевна

{

" ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ

В ВИХРЕВОЙ ПРОТИВОТОЧНОЙ ПЕЧИ

I/

АВТОРЕФЕРАТ

I

i

i

Изд лиц ИД №05497 от 01.08 2001 г. Подписано к печати 12.11.2003 г. Формат 60x84/16. Печать офсетная Уел п.л. 1,63. Уч.-изд л. 1,04. Тираж 100 экз. Заказ 161

Отпечатано в типографии ГУП "Издательство «Дальнаука»" ДВО РАН 690041, г. Владивосток, ул. Радио, 7

# 19 2 6 0

Условные обозначения.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА ЧИСТОТЫ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ.

1.1. Влияние способов получения металлических порошков на их чистоту и содержание вредных примесей.

1.1.1. Загрязнения металлических порошков при восстановлении.

1.1.2. Загрязнения металлических порошков при распылении.

1.1.3. Загрязнения металлических порошков при размоле.

1.2. Влияние загрязнений на технологические свойства порошков и механические свойства спеченной стали.

1.2.1. Влияние загрязнений на технологические свойства порошков.

1.2.2. Влияние загрязнений на механические свойства спеченной стали.

1.3. Способы обработки металлических порошков с целью улучшения их качества.

1.4. Аппаратурное оформление технологических процессов термической обработки металлических порошков.

1.4.1. Анализ возможностей оптимизации процессов, обеспечивающих интенсивный тепломассообмен при обработке металлических порошков в газовых средах.

1.4.2. Типы печей для обработки металлических порошков.

1.5. Выводы по главе. Постановка цели и задач исследований.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ, ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Описание лабораторной установки и материалов.

2.2. Методика и результаты измерения температуры нагрева и охлаждения частиц порошка.

2.3. Методика и результаты измерения скоростей газового потока в объеме камеры.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА МЕЖДУ ЧАСТИЦАМИ ПОРОШКА И ГАЗОВОЙ СРЕДОЙ В ПРОТИВОТОЧНОЙ ВИХРЕВОЙ КАМЕРЕ.

3.1. Определение эффективных коэффициентов теплоотдачи.

3.2. Обобщение экспериментальных результатов в виде критериальных зависимостей.

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ СУШКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ В ВИХРЕВОЙ ПРОТИВОТОЧНОЙ ПЕЧИ.

4.1. Исследование изменения массы порошков в процессе сушки.

4.2. Определение экспериментальных коэффициентов массоотдачи.

4.3. Обобщение результатов исследования процессов сушки порошка в безразмерных параметрах.

ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ И ОКИСЛЕНИЯ ПОРОШКОВ ЖЕЛЕЗА И МЕДИ В ВИХРЕВОЙ ПРОТИВОТОЧНОЙ ПЕЧИ.

ГЛАВА 6. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ГИДРОФОБИЗАЦИИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ.

6.1. Методы нанесения гидрофобизирующих покрытий на металлические порошки.

6.2. Технологические свойства исследуемых порошков.

6.3. Коррозионные свойства исследуемых порошков.

ГЛАВА 7. ВЛИЯНИЕ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ

В ПРОТИВОТОЧНОЙ ВИХРЕВОЙ КАМЕРЕ НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОРОШКОВ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРЕССОВОК. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И ПРОМЫШЛЕННОЙ ПЕЧИ.

7.1. Сушка и восстановительный отжиг железных и медных порошков, свойства обработанных порошков.

7.2. Свойства материалов, изготовленных из обработанного порошка.

7.3. Результаты опытно-промышленных испытаний и характеристики печи для сушки и отжига металлических порошков.

ВЫВОДЫ.

В современной порошковой металлургии, машиностроении, химической промышленности и других отраслях промышленности широко применяются процессы, связанные с использованием дисперсных материалов, в частности металлических порошков, к которым можно отнести получение материалов и покрытий методами порошковой металлургии и газотермического напыления, различные виды термической и химико-термической обработки сырья, а также многие другие процессы. Повышение эффективности этих производств обусловлено в первую очередь получением высококачественных и чистых порошков. Проведенный анализ современного состояния вопроса чистоты металлических порошков свидетельствует о неизбежности загрязнения металлических порошков в процессе их изготовления, обработки, последующей транспортировки и хранения, что значительно ухудшает качество порошков. Это вызывает необходимость совершенствования существующих и разработки новых эффективных технологических процессов для улучшения качества металлических порошков, а также решения вопросов аппаратурного оформления разработанных технологических процессов.

В настоящее время промышленность располагает обширным классом различных теплотехнологических устройств (печей) для проведения процессов химико-термической обработки, сушки, обжига металлических порошков. Эти установки весьма энергоемки, часто имеют сложную конструкцию, большие габариты и вес, что вызывает необходимость их совершенствования, разработки более эффективных и надежных конструкций.

Значительные возможности в этом направлении дает использование закрученных потоков, позволяющее существенно интенсифицировать процессы физико-химического взаимодействия и тепломассообмена между газовым теплоносителем и обрабатываемым металлическим порошком. Перспективной представляется организация противоточного движения закрученного потока газа и металлического порошка. Однако малоизученность процессов тепломассообмена в таких условиях сдерживает разработку новых перспективных вихревых печей.

В связи с многообразием отечественной и зарубежной литературы и отсутствием системного подхода к анализу качества металлического порошка в первой главе настоящей работы обобщен теоретический и экспериментальный материал по вопросам чистоты металлического порошка, влияния загрязнений на технологические свойства порошков и механические свойства спеченных изделий, а также способам обработки металлических порошков с целью улучшения их качества. Проанализированы возможные режимы, обеспечивающие оптимизацию процессов обработки металлических порошков. Для выбора рационального метода организации процессов обработки рассмотрены возможные пути интенсификации тепло- и массопереноса в гетерогенных системах, типа газ-порошковый материал, в том числе в закрученных газопорошковых потоках.

На основе современных представлений о теории и практике тепло- и массообмена в закрученном газовом потоке установлены основные нерешенные вопросы, определяющие направления дальнейших исследований в области изучения тепломассообменных процессов в закрученном газовом потоке с проти-воточным движением фаз.

В связи с вышеизложенным, целью данной работы является, на базе исследований тепломассообмена между газовой и порошковой компонентами, разработка технологического процесса сушки и восстановительного отжига металлических порошков в закрученном газовом потоке с противоточным движением компонентов, а также создание на основе полученных данных промышленной вихревой печи для сушки и восстановительного отжига порошков.

Во второй главе содержится описание материалов, оборудования и методики исследований. В третьей и четвертой главах приводятся результаты экспериментального исследования тепломассопереноса между газовой средой и металлическими порошками в закрученном газовом потоке, их анализ и обобщение в виде расчетных критериальных зависимостей. В пятой главе излагаются результаты исследования сушки и восстановительного отжига железного и медного порошков в вихревой противоточной печи. Шестая глава посвящена исследованию процессов гидрофобизации металлических порошков. В седьмой главе приводится описание разработанных технологических процессов обработки металлических порошков, а также результаты опытно-промышленных испытаний и характеристики вихревой печи для сушки и отжига металлических порошков.

В целом предполагается, что данная работа дополнит накопленный ранее значительный теоретический и экспериментальный материал и даст для исследователей и практиков представление об особенностях, способах исследования, расчета и технической реализации возможностей обработки металлических порошков в закрученном газовом потоке в вихревой противоточной печи.

ВЫВОДЫ

Теоретическое и экспериментальное изучение процессов переноса тепла и массы между порошковыми материалами и газовой средой в закрученном потоке с противоточным движением компонентов, а также разработка и реализация в производстве вихревой противоточной печи, позволили сформулировать основные выводы: разработана методика исследований тепломассообмена между порошковым материалом и газовой средой в закрученном потоке с противоточным движением компонентов; установлены закономерности влияния на интенсивность процессов обработки порошковых материалов и тепло- и массоотдачи различных факторов эксперимента: влажности порошков (WH), крупности частиц порошка (5), массовой концентрации порошка в газовом потоке (|ы), скорости газового потока (VBX), температуры газа (tr); определены коэффициенты тепло- и массоотдачи (а и р), указывающие на интенсивный внутренний межкомпонентный теплообмен (а -до 8 КВт/м2град) и массообмен ((3 - до 2 м/с) в условиях вихревого проти-воточного движения газа и порошковых материалов; определены численные значения безразмерных коэффициентов теплоотдачи и массоотдачи Nu и Nud , получены критериальные зависимости Numax= 2-f AReTPr0'33 и NuDmax= 2+AReTPrD 0,33, которые дают возможность рассчитать тепло- и массообмен при обработке различных металлических порошков в вихревых печах в широком диапазоне изменения конструктивных и режимных параметров; показано, что при противоточном движении компонентов в вихревом потоке создаются оптимальные условия для физико-химического взаимодействия между обрабатываемыми частицами и газом, в результате чего отсутствует спекание и агломерация частиц, кроме того скорость проведения процессов возрастает многократно и не только за счет улучшения теплообмена и интенсификации внешней диффузии, а также и за счет активации реакционной поверхности раздела при ударах частиц о стенку аппарата; исследованы процессы нанесения гидрофобизирующих покрытий на металлические порошки, определены их технологические и коррозионные свойства, разработана технология нанесения гидрофобизирующих покрытий на металлические порошки; результаты изучения технологических свойств обработанных порошков и спеченных материалов свидетельствуют о том, что сушка и восстановительный отжиг порошков в закрученном газовом потоке позволяют значительно повысить технологические свойства порошков и физико-механические характеристики изготовленных на его основе изделий; показано, что полученные экспериментальные данные могут быть использованы не только для уточнения модельных представлений о тепломассообмене в закрученном газопорошковом потоке, но и в различных практических приложениях, в частности, на основе проведенных исследований разработан технологический процесс сушки и восстановительного отжига металлических порошков в закрученном газовом потоке с про-тивоточным движением фаз; разработана и реализована в промышленной практике простая и компактная по конструкции промышленная печь для сушки и восстановительного отжига металлических порошков, в которой использован принцип вихревого противоточного движения газа и порошкового материала, обеспечивающий высокую интенсивность тепломассообмена между газом и порошком; технико-экономическая целесообразность выполненной разработки подтверждена прилагаемыми к диссертации актами внедрения.

Совокупность полученных в работе экспериментальных данных и основанных на них технологическом и техническом решении является научно-технической основой для создания и реализации в промышленной практике устройств, основанных на принципе вихревого противоточного движения, в частности, перспективных высокоэффективных вихревых противоточных печей для термической обработки металлических порошков с целью улучшения их качества.

1. Акименко В.Б., Буланов В.Я., Гуляев И.А., Залазинский Г.Г., Калашникова О.Ю., Щенникова Т.Л., Анциферов В.Н. Состав, структура и свойства железных легированных порошков. Екатеринбург: Наука, 1996. 351с.

2. Зеленова И.М. Железные порошки как основа для получения новых материалов и изделий с улучшенными свойствами.//Технол.мет., 2001, №1. С.14-19.

3. Дзядикевич Ю.В., Горбатюк P.M. Выведения вредных примесей внедрения из молибдена и вольфрама. // Порошковая металлургия (Киев), 2000.-1-2. С.48-55.

4. Петрдлик М. Загрязнения и примеси в спеченных металлах. М.: Металлургия, 1971. 176с.

5. Richardson and Jeffes. J. Iron Steel Inst., 160, 261, 1948.

6. Даркен Л.С., Гурри Р.В. Физическая химия металлов. М.: Металлургиздат, 1960. 582с.

7. Meyer Н. Mitt. К. Wilh.-Inst. Eisenforschung, 13, 1931, S. 199-204.

8. Offermann E. К. Mitt. Kohle-Eisenforschung, 1936, S. 85-120.

9. Petrdlik M. Sbornik prednasek о spekanych kovoch, vyd. Dom. techniky, Bratislava, 1959, s. 1/9.

10. Kieffer R., Hotop W. Sintereisen und Sinterstahl, Springer-Verlag, Wien, 1948.

11. Strobl J., Petrdlik M., Stetina К. В сб. "Berichtetiber die II. Intermationale pulvermetallurgische Tagung in Eisenach", Akademie-Yerlag, Berlin, 1962, S. 519-523.

12. Petrdlik M. Hutn. Listy, VI11, 1953, v 5-6, s. 241-246, 297-301.

13. Левин А.И., Помосов A.B. ДАН СССР, 72, 1950, 6 с.

14. Fischmeister H.F., Exner H. E. Planseeberichte fur Pulvermetallurgie, Bd 13, 1965, S. 178-198.

15. Williams, J.-J. Iron and Steel Inst., 1952, v. 172, p. 19-24.

16. Clasing, M., Sauerwald, F.-Z. anorgan und allgem. Chem., 1952, Bd 271, S. 81-87.

17. Schreiner, H.-Z. anogran und allgem. Chem., 1950, Bd 262, S. 113-21.

18. Agte C., Petrdlik M. Hutn. Listy, VI1, 1952, № 3/4, s. 121-124, 190194.

19. Petrdlik M., Born M. Konferencja metallurgii proszkow, Materialy konferencyjne, Zagadnienia podstawowe i ogolne cast 1, Krakow 19-21 zari 1963.

20. Pound М. A., Rowley A.E.S., Elliott J. Е. Powder Metallurgy, 1960, №6, p. 129-149.

21. Balschin M.J. Pulvermetallurgie, vyd. VEB Wilhelm Knapp-Verlag, Halle (Saale), 1954, S. 136.

22. Айзенкольб Ф. Порошковая металлургия. M.: Металлургиздат, 1959.518с.

23. Thtimmler F. В кн. F. Eisenkolb. Fortschritte der Pulvermetallurgie. Band 1, Akad. Berlag, Berlin, 1963, S.401.

24. Федорченко И.М. ЖТФ, т. 21, 1951, №2, с. 196-205.

25. Mtiller D., Pawlek F., Wever H. Zs. Metallkunde 1966, №3.

26. Wassermann G. Zs. Metallkunde, Bd 37, 1966, №7, S. 493-499.

27. Haessner F., Harnbogen Е., Mukherjee Mukul. Zs. Metallkunde, 1966, №3.

28. Clasing M., Sauerwald F. Zs. f. anorg. und allg. Chem. 271, 1952, S. 81-92.

29. Rutkowski W. Intern. Journal of Powder Metallurgy 1 (3), 20, 1965.

30. Wiemer, H., Fischer, F. A. Arch. Eisenhuttenwesen, 1948, Bd 19, S. 125-35.

31. Chiglieno, C. Metallurgia Ital., 1953, v. 45, p. 128-32.

32. Cordiano, J.J. In: Proc. of the Fifth Annual Meeting, Metal Powder Assoc., Chicago, April 5-6, 1949, p. 21-28.

33. Lenel, F. V. In: Proc. of the Fifth Annual Meeting, Metal Powder Assoc., Chicago, April 5-6, 1949, p. 65-69.

34. Акименко В.Б., Буланов В.Я. и др. Железные порошки. Технология, состав, структура, свойства, экономика. М.: Наука, 1982.263с.

35. Попиченко Э.Я., Болшеченко А.Г. Сравнительная оценка себестоимости железных порошков, полученных методом распыления расплава и комбинированным восстановлением прокатной окалины. -Порошковая металлургия, 1978, №2, с. 81-86.39.