RU2354745C1 - Evaporator for metals or alloys - Google Patents
Evaporator for metals or alloys Download PDFInfo
- Publication number
- RU2354745C1 RU2354745C1 RU2007123937/02A RU2007123937A RU2354745C1 RU 2354745 C1 RU2354745 C1 RU 2354745C1 RU 2007123937/02 A RU2007123937/02 A RU 2007123937/02A RU 2007123937 A RU2007123937 A RU 2007123937A RU 2354745 C1 RU2354745 C1 RU 2354745C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- container
- evaporator
- cylindrical
- cylindrical screen
- screen
- Prior art date
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 52
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 52
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims description 8
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims description 8
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 title claims description 7
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 17
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 17
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 abstract 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 9
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 9
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 9
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 9
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 9
- 238000013461 design Methods 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 3
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 239000007770 graphite material Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам, предназначенным для получения газофазным методом высокодисперсных и ультрадисперсных порошков металлов и сплавов, а также для нанесения металлических покрытий в вакууме на металлические и неметаллические изделия, предназначенные для использования в микроэлектронике, химической технологии, для антикоррозийной защиты деталей машин и сварных металлоконструкций.The invention relates to devices designed to obtain the gas-phase method of highly dispersed and ultrafine powders of metals and alloys, as well as for applying metal coatings in vacuum to metal and non-metal products intended for use in microelectronics, chemical technology, for corrosion protection of machine parts and welded metal structures.
Известно устройство для испарения металла, содержащее корпус, металлоприемник, канал для истечения металла и его паров, внешний контур которого образован двумя токопроводящими цилиндрическими элементами, причем канал для истечения металла и его паров разделен на зону кипения металла и зону перегрева его паров [1]. Задача известного устройства - увеличение выхода целевого продукта и улучшение его качества за счет снижения разброса значений гранулометрического состава при одновременном повышении производительности процесса, снижение материалоемкости, удельной энергоемкости и трудозатрат.A device for the evaporation of metal is known, comprising a housing, a metal receiver, a channel for the outflow of metal and its vapor, the outer contour of which is formed by two conductive cylindrical elements, the channel for the outflow of metal and its vapor is divided into a boiling zone of the metal and an overheating zone of its vapor [1]. The objective of the known device is to increase the yield of the target product and improve its quality by reducing the dispersion of the particle size distribution while increasing the productivity of the process, reducing material consumption, specific energy consumption and labor.
Известное устройство имеет недостатки: относительно большая материалоемкость, сложность конструкции, монтажа и контроля технологического процесса, в частности для регулирования температуры в зонах кипения металла и перегрева его паров. Недостаточно эффективно используется камера испарения по ее длине, так как подача жидкого металла в камеру происходит импульсно самопроизвольно мелкими порциями, что лимитирует возможности одновременного повышения КПД устройства и его производительности.The known device has disadvantages: a relatively large material consumption, the complexity of the design, installation and control of the process, in particular for temperature control in the boiling zones of the metal and overheating of its vapor. The evaporation chamber is not used effectively enough along its length, since the liquid metal is fed into the chamber spontaneously in small portions, which limits the possibility of simultaneously increasing the efficiency of the device and its productivity.
Наиболее близким по технической сущности и решаемой задаче к предлагаемому является испаритель для металла и сплавов [2], содержащий цилиндрический экран, нагреватель, размещенный внутри цилиндрического экрана, контейнер для расплава, расположенный с внешней стороны цилиндрического экрана, емкость контейнера, образованную набором цилиндрических ячеек в его корпусе, расположенных соосно вертикальной оси испарителя. Известный испаритель для металлов и сплавов надежен в работе, имеет хороший коэффициент полезного действия в условиях длительной эксплуатации. Недостатком испарителя является сложность его конструкции, повышенный расход графита, ограниченная мощность по получению конечной продукции, что снижает экономическую целесообразность использования его при массовом производстве высококачественных ультрадисперсных металлических порошков.The closest in technical essence and the problem to be proposed is an evaporator for metal and alloys [2], containing a cylindrical screen, a heater located inside the cylindrical screen, a melt container located on the outside of the cylindrical screen, the container capacity formed by a set of cylindrical cells in its body, located coaxially with the vertical axis of the evaporator. The known evaporator for metals and alloys is reliable in operation, has a good coefficient of performance in long-term operation. The disadvantage of the evaporator is the complexity of its design, increased consumption of graphite, limited power to obtain the final product, which reduces the economic feasibility of using it in the mass production of high-quality ultrafine metal powders.
В настоящей заявке поставлена задача создать простой по конструкторскому исполнению, при сохранении основных принципов использования материалов, надежный в эксплуатации, при сохранении всех преимуществ технического процесса испарения, высокопроизводительный, с высоким КПД, испаритель для массового производства ультра- и высокодисперсного качественного металлического порошка.In this application, the task is to create a simple design, while maintaining the basic principles of the use of materials, reliable in operation, while maintaining all the advantages of the technical evaporation process, high-performance, high-efficiency, evaporator for mass production of ultra- and finely dispersed high-quality metal powder.
Сущность предлагаемого изобретения и технический результат поставленной задачи решаются тем, что в отличие от известного испарителя для металлов и сплавов, содержащего цилиндрический экран, нагреватель, размещенный внутри цилиндрического экрана, контейнер для расплава, расположенный с внешней стороны цилиндрического экрана, емкость контейнера испарителя, - в предлагаемом испарителе соосные элементы конструкции испарителя - цилиндрический экран, нагреватель, контейнер - расположены продольной осью в горизонтальной плоскости, в торцевой стенке контейнера выполнено отверстие, расположенное выше продольной горизонтальной оси контейнера, стенка экрана выполнена с развитой излучающей внешней поверхностью, а на его торцевой стороне выполнен осевой выступ, посредством которого цилиндрический экран соприкасается с внутренней торцевой поверхностью контейнера с образованием канала для выхода пара расплава через отверстие, выполненное в торцевой стенке контейнера, а сверху контейнера в теле его стенки установлено устройство для расплавления и подачи жидкого металла в емкость испарителя, состоящее из плавильного тигля, крана и металлопровода, причем размерные параметры элементов конструкции испарителя связаны соотношениями:The essence of the invention and the technical result of the task are solved in that, in contrast to the known evaporator for metals and alloys containing a cylindrical screen, a heater located inside the cylindrical screen, a melt container located on the outside of the cylindrical screen, the capacity of the evaporator container is the proposed evaporator coaxial elements of the design of the evaporator - a cylindrical screen, heater, container - are located along the longitudinal axis in a horizontal plane, at the end on the container wall there is a hole located above the longitudinal horizontal axis of the container, the screen wall is made with a developed radiating external surface, and an axial protrusion is made on its end side, by means of which the cylindrical screen contacts the container inner surface to form a channel for the melt vapor to exit through the hole made in the end wall of the container, and on top of the container in the body of its wall there is a device for melting and feeding liquid metal in it the bone of the evaporator, consisting of a melting crucible, a crane and a metal wire, and the dimensional parameters of the structural elements of the evaporator are related by the ratios:
где R1 - радиус внешнего диаметра цилиндрического экрана, мм (или см);where R 1 is the radius of the outer diameter of the cylindrical screen, mm (or cm);
R2 - радиус внутреннего диаметра цилиндрического контейнера, мм (или см);R 2 is the radius of the inner diameter of the cylindrical container, mm (or cm);
d1 - диаметр торцевого осевого выступа цилиндрического экрана, мм (или см);d 1 - the diameter of the end axial protrusion of the cylindrical screen, mm (or cm);
d2 - диаметр отверстия для выхода пара расплава, мм (или см);d 2 - diameter of the hole for the exit of the vapor of the melt, mm (or cm);
b - ширина канала для выхода пара расплава, мм (или см).b is the width of the channel for the exit of the melt vapor, mm (or cm).
Горизонтальное расположение продольных осей основных элементов конструкции испарителя в соосном исполнении значительно увеличивает поверхность испарения жидкого расплава. При заявленной компоновке испарителя в одном замкнутом объеме емкости корпуса испарителя осуществляют процесс разогрева и испарения, то есть объединены зоны кипения жидкого металла и зона перегрева (парообразования).The horizontal arrangement of the longitudinal axes of the main structural elements of the evaporator in coaxial design significantly increases the evaporation surface of the liquid melt. With the claimed arrangement of the evaporator in one closed volume of the tank capacity of the evaporator, the process of heating and evaporation is carried out, that is, the boiling zone of the liquid metal and the overheating (vaporization) zone are combined.
Наличие развитой поверхности на внешних цилиндрических стенках экрана увеличивает в несколько раз суммарную площадь контакта жидкого расплава с разогретыми стенками контейнера и внешней поверхностью стенок цилиндрического экрана. В этом случае повышается передача тепла к жидкому расплаву не только путем излучения, но в большей степени путем кондуктивного нагрева его от греющих стенок. Развитая поверхность цилиндрического экрана определяет кинетику и динамику процесса образования зародышей и роста пузырьков пара, увеличивая количество первых и препятствуя росту образующихся пузырьков. При кипении и парообразовании значительно сокращается вероятность выноса капель с поверхности жидкого металла с мелкими пузырьками пара в объем испаряемой массы. Как показали экспериментальные опыты, наиболее сильное положительное влияние на кинетику и динамику процесса парообразования «чистого» пара наблюдается при использовании развитой внешней поверхности цилиндрического экрана в виде профиля метрической резьбы: предотвращается образование крупных пузырьков пара, что исключает бурное кипение и вынос в зону «чистого» пара жидких капель металла и возможный вынос их с паровым потоком в камеру конденсации.The presence of a developed surface on the outer cylindrical walls of the screen increases several times the total contact area of the liquid melt with the heated walls of the container and the outer surface of the walls of the cylindrical screen. In this case, the heat transfer to the liquid melt increases not only by radiation, but to a greater extent by conductive heating from the heating walls. The developed surface of the cylindrical screen determines the kinetics and dynamics of the process of nucleation and growth of vapor bubbles, increasing the number of the first and preventing the growth of the resulting bubbles. Upon boiling and vaporization, the probability of dropping drops from the surface of a liquid metal with small vapor bubbles into the volume of the vaporized mass is significantly reduced. As experimental experiments have shown, the strongest positive effect on the kinetics and dynamics of the process of steam formation of “pure” steam is observed when using the developed external surface of the cylindrical screen in the form of a metric thread profile: the formation of large vapor bubbles is prevented, which excludes rapid boiling and removal of “clean” into the zone a pair of liquid metal droplets and their possible removal with a steam stream into the condensation chamber.
Поверхность экрана, не контактирующая с жидким расплавом, за счет развитой излучающей поверхности улучшает условия прогрева пара и пополняет тепловую энергию для расплавления твердой навески металла в плавильном тигле, поступающую от нагревателя по стенкам цилиндрического экрана и контейнера.The surface of the screen, which is not in contact with the liquid melt, due to the developed radiating surface improves the conditions of steam heating and replenishes the thermal energy for melting a solid metal sample in the melting crucible coming from the heater along the walls of the cylindrical screen and the container.
Для расплавления твердого металла и поддержания температурного режима впуска его в емкость контейнера использование других источников и видов энергии не требуется.To melt the solid metal and maintain the temperature regime of its inlet into the container capacity, the use of other sources and types of energy is not required.
Перечисленная совокупность использования новых существенных признаков в заявленном сочетании элементов устройства позволяет при высокой производительности и надежности технологического процесса, при высоком тепловом коэффициенте полезного действия испарителя получать высококачественные ультрадисперсные порошки металла.The above combination of the use of new significant features in the claimed combination of device elements allows for high productivity and process reliability, with a high thermal efficiency of the evaporator to obtain high-quality ultrafine metal powders.
Установлены оптимальные соотношения геометрических размеров параметров элементов конструкции испарителя, способствующих достижению перечисленных выше технико-экономических и качественных показателей при производстве металлических порошков.The optimum ratios of the geometric dimensions of the parameters of the evaporator design elements have been established, contributing to the achievement of the above technical, economic and quality indicators in the production of metal powders.
Так, при соотношении R1 к R2 менее 0,65 сокращается теплопередающая поверхность в емкости камеры, что приводит к снижению скорости испарения. При соотношении R1 к R2 более 0,85 теплопередающая поверхность емкости контейнера увеличивается, но уменьшается ее объем, что приводит к необходимости повышать количество циклов подачи металла в емкость контейнера и время на прогрев жидкого металла до температуры испарения.So, with a ratio of R 1 to R 2 less than 0.65, the heat transfer surface in the chamber capacity is reduced, which leads to a decrease in the evaporation rate. When the ratio of R 1 to R 2 more than 0.85, the heat transfer surface of the container capacity increases, but its volume decreases, which leads to the need to increase the number of metal supply cycles to the container capacity and the time for heating the liquid metal to the evaporation temperature.
При ширине канала для выхода пара расплава (b) менее 0,25 от диаметра отверстия (d2) для выхода пара возрастает сопротивление выходу пара из емкости контейнера, что негативно влияет на производительность испарителя. При значениях (b) более 0,5 d2 ухудшаются условия для прогрева стенки контейнера в области отверстия для выхода пара, что приводит к частичной конденсации пара на поверхности выходного отверстия, образованию мелких капель металла и выносу их в камеру конденсации, это негативно отражается на качественных характеристиках конечной продукции.When the width of the channel for the exit of the melt vapor (b) is less than 0.25 of the diameter of the hole (d 2 ) for the exit of the vapor, the resistance to the exit of steam from the container capacity increases, which negatively affects the performance of the evaporator. When values (b) are more than 0.5 d 2, the conditions for heating the container wall in the region of the steam outlet hole are worsened, which leads to partial condensation of the vapor on the surface of the outlet, the formation of small drops of metal and their removal into the condensation chamber, this negatively affects quality characteristics of the final product.
На чертеже изображен общий вид испарителя для металлов и сплавов в продольном разрезе и в локальных разрезах по А-А и В-В.The drawing shows a General view of the evaporator for metals and alloys in longitudinal section and in local sections along aa and bb.
Испаритель состоит из цилиндрического экрана 1, во внутреннюю полость которого помещен нагревательный элемент 2. В свою очередь цилиндрический экран размещен в цилиндрическом контейнере 3, внутренние стенки которого и внешние поверхности стенок цилиндрического экрана образуют единую замкнутую емкость испарителя 4. По оси цилиндрического экрана на торцевой стороне выполнен уступ 5, а по внешней стенке цилиндрической поверхности экрана нанесена развитая поверхность, например, в виде профиля метрической резьбы 6. В торцевой стенке контейнера 3 имеется отверстие 7, расположенное выше продольной горизонтальной оси контейнера. По горизонтальной осевой линии торцевым осевым выступом 5 цилиндрический экран плотно соприкасается с внутренней торцевой поверхностью контейнера 3 и образует между торцевыми стенками экрана и контейнера круговую полость (b), которая служит каналом для выхода пара расплава из емкости испарителя 4 через отверстие 7 в стенке контейнера 3 в корпус камеры конденсации 8. Сверху контейнера 3 в теле его стенки установлено устройство для расплавления и подачи жидкого расплава металла в емкость испарителя 4, которое состоит из плавильного тигля 9, крана 10 и металлопровода 11.The evaporator consists of a cylindrical screen 1, in the inner cavity of which a heating element 2 is placed. In turn, the cylindrical screen is placed in a cylindrical container 3, the inner walls of which and the outer surfaces of the walls of the cylindrical screen form a single closed tank of the evaporator 4. Along the axis of the cylindrical screen on the front side ledge 5 is made, and a developed surface is deposited on the outer wall of the cylindrical surface of the screen, for example, in the form of a profile of metric thread 6. In the end wall of the container pa 3 has a hole 7 disposed above the longitudinal horizontal axis of the container. In a horizontal axial line, an end axial protrusion 5, the cylindrical screen is in close contact with the inner end surface of the container 3 and forms a circular cavity (b) between the end walls of the screen and the container, which serves as a channel for the melt vapor to exit the evaporator tank 4 through an opening 7 in the wall of the container 3 in the body of the condensation chamber 8. On top of the container 3 in the body of its wall there is a device for melting and feeding liquid molten metal into the capacity of the evaporator 4, which consists of a melting crucible 9, cr Ana 10 and metal wire 11.
После компоновки элементов, узлов испаритель размещают в металлическом корпусе 12 с теплоизоляционной набивкой (не обозначена).After the layout of the elements, assemblies, the evaporator is placed in a metal housing 12 with heat-insulating packing (not indicated).
Испаритель работает следующим образом. Комплектующие теплонесущие детали испарителя изготавливают из углеродистого материала, например графита, с соблюдением заявленных размерных соотношений:The evaporator operates as follows. Component heat-carrying parts of the evaporator are made of carbon material, such as graphite, in compliance with the stated size ratios:
Внешняя цилиндрическая поверхность экрана 1 нагревателя 2 имеет развитую поверхность с профилем, например, в виде метрической резьбы 6.The outer cylindrical surface of the screen 1 of the heater 2 has a developed surface with a profile, for example, in the form of a metric thread 6.
Рабочее состояние испарителя - соосное размещение продольных осей цилиндрических деталей в горизонтальном положении.The operating state of the evaporator is the coaxial placement of the longitudinal axes of the cylindrical parts in a horizontal position.
Последовательно соосно по отношению друг к другу размещают в цилиндрическом контейнере испарителя 3 цилиндрический экран 1, во внутреннюю полость которого вставляют нагревательный элемент 2. Фиксируют на корпусе контейнера 3 устройство для расплавления и подачи жидкого металла 14 в емкость испарителя 4. Помещают испаритель в металлический корпус 12. Пустоты между их стенками заполняют термостойким теплоизолирующим материалом.Consistently coaxially with respect to each other, a cylindrical screen 1 is placed in the cylindrical container of the evaporator 3, into which the heating element 2 is inserted. A device for melting and feeding liquid metal 14 is fixed on the container body 3 into the capacity of the evaporator 4. The evaporator is placed in a metal case 12 The voids between their walls are filled with heat-resistant heat-insulating material.
Испаритель через металлический корпус 12 соединяют с камерой конденсации 8, открывают кран 10 и через камеру конденсации осуществляют продувку каналов и емкость испарителя инертным газом. После продувки систему каналов, емкость камеры испарения герметизируют, закрывая краном 10 канал металлопровода 11 и соответствующие отверстия в камере испарителя 8.The evaporator through a metal housing 12 is connected to the condensation chamber 8, open the valve 10 and through the condensation chamber purge the channels and the capacity of the evaporator with inert gas. After purging the channel system, the capacity of the evaporation chamber is sealed by closing with a valve 10 the channel of the metal wire 11 and the corresponding holes in the chamber of the evaporator 8.
В плавильный тигель 9 загружают расчетную партию твердого металла (в чушках, брикетах, гранулах и др.), например цинка. Подсоединяют к источнику питания электроэнергии 13 нагревательный элемент 2. За счет высокой теплопроводности графитовых стенок, плотной компоновки деталей в испарителе идет интенсивный теплообмен и нагрев контактирующих деталей испарителя, в том числе металлопровода 11, плавильного тигля 9, наполненного металлом.In the melting crucible 9 load the calculated batch of solid metal (in ingots, briquettes, granules, etc.), for example zinc. The heating element 2 is connected to the electric power supply 13. Due to the high thermal conductivity of the graphite walls, the dense arrangement of parts in the evaporator, intensive heat exchange and heating of the contacting parts of the evaporator, including the metal wire 11, the melting crucible 9 filled with metal, takes place.
Тепловой энергией, поступающей теплопередачей от нагревателя по стенкам цилиндрического экрана, контейнера, металлопровода, металл в плавильном тигле проплавляют до жидкого состояния. Другого автономного источника тепловой энергии для подогрева и расплавления металла или подвода его из других плавильных агрегатов в предлагаемом испарителе не используют.Thermal energy coming from the heater through the walls of the cylindrical screen, container, metal wire, the metal in the melting crucible is melted to a liquid state. Another autonomous source of thermal energy for heating and melting the metal or supplying it from other melting units in the proposed evaporator is not used.
После расплавления всей садки металла в плавильном тигле 9 краном 10 открывают канал металлопровода 11 и через него не более чем наполовину заполняют жидким металлическим расплавом емкость испарителя. Для предотвращения разгерметизации и попадания в емкость воздушной окислительной среды краном 10 перекрывают канал металлопровода при остаточном уровне жидкого металла в тигле выше уровня отверстия металлопровода. На остаток жидкого металла загружают следующую садку твердого металла и за время испарения предыдущей порции жидкого расплава в испарителе последующая партия металла полностью расплавляется и готова для передачи в емкость испарителя.After the entire metal charge is melted in the melting crucible 9 by a crane 10, the channel of the metal wire 11 is opened and through it no more than half fill the evaporator tank with liquid metal melt. To prevent depressurization and getting into the tank of the air oxidizing medium with a crane 10 block the channel of the metal wire with a residual level of liquid metal in the crucible above the level of the hole of the metal wire. The next charge of solid metal is charged to the remainder of the molten metal, and during the evaporation of the previous portion of the molten liquid in the evaporator, the subsequent batch of metal is completely melted and ready for transfer to the evaporator tank.
После заливки в емкость испарителя 4 жидкого расплава 14 за счет его контакта с разогретыми стенками корпуса контейнера с развитой поверхностью цилиндрического экрана 6 идет интенсивный процесс теплообмена, повышение температуры жидкого расплава, значительно сокращается время достижения рабочей температуры в емкости испарителя 4 для создания условий для процесса образования паров расплава металла. Устойчивый температурный режим парообразования в емкости испарителя инициирует быстрый рост избыточного давления. Массовый вынос высококачественных паров (без примесей капель металла, газов), высокая плотность и скорость истечения его из испарителя в зону конденсации (см. стрелки на чертеже) обеспечиваются выбранными соотношениями геометрических размеров и компоновки элементов испарителя, формирующих каналы и способствующих эжекционному истечению паров расплава в камеру конденсации, где пары расплава смешиваются с нейтральным газом и конденсируются с образованием ультра- и высокодисперсного металлического порошка, который оседает в накопителе.After pouring liquid melt 14 into the tank of the evaporator 4 due to its contact with the heated walls of the container body with a developed surface of the cylindrical screen 6, an intensive heat exchange process takes place, the temperature of the liquid melt increases, the time to reach the working temperature in the tank of the evaporator 4 is significantly reduced to create conditions for the formation process vapor of molten metal. A stable temperature mode of vaporization in the evaporator tank initiates a rapid increase in excess pressure. Mass removal of high-quality vapors (without impurities of metal droplets, gases), high density and speed of its outflow from the evaporator to the condensation zone (see arrows in the drawing) are ensured by the selected ratios of the geometric dimensions and arrangement of the evaporator elements forming channels and contributing to the ejection outflow of the melt vapor into a condensation chamber, where the melt vapor is mixed with a neutral gas and condenses to form an ultra- and finely dispersed metal powder that settles in the storage ring.
Пример выполнения.Execution example.
Из электродного графитового материала изготовлены детали испарителя с заявленными параметрами элементов его конструкции. Толщина стенок элементов конструкции, изготовленных из графита, составила 30 мм. Контейнер 3 испарителя изготовлен с расстоянием между внутренними торцевыми стенками, равным 300 мм, и радиусом R2 внутреннего диаметра, равным 120 мм.Evaporator parts with the declared parameters of the elements of its structure are made of electrode graphite material. The wall thickness of the structural elements made of graphite was 30 mm. The container 3 of the evaporator is made with a distance between the inner end walls of 300 mm and a radius R 2 of the inner diameter of 120 mm.
Радиус R1 внешнего диаметра цилиндрического экрана 1 выполнен равным 90 мм (соотношение R1/R2=0,75). При диаметре d1 торцевого осевого выступа 5 цилиндрического экрана, равном 28 мм, в торцевой стенке контейнера выше его продольной оси выполнено отверстие для выхода пара расплава, равное 20 мм (d2=0,7·d1), при этом круговая полость между торцевыми стенками контейнера и цилиндрического экрана составила 7 мм (b=0,35·d2). В рабочем состоянии испарителя отверстие 7 для выхода пара находится против торцевой стенки цилиндрического экрана, что усиливает эффект эжекционного истечения пара расплава в камеру конденсации и препятствует возможному попаданию в нее капель металла.The radius R 1 of the outer diameter of the cylindrical screen 1 is made equal to 90 mm (ratio R 1 / R 2 = 0.75). When the diameter d 1 of the end axial protrusion 5 of the cylindrical screen is 28 mm, an opening for the exit of the melt vapor equal to 20 mm (d 2 = 0.7 · d 1 ) is made in the end wall of the container above its longitudinal axis, while the circular cavity between the end walls of the container and the cylindrical screen was 7 mm (b = 0.35 · d 2 ). In the working state of the evaporator, the steam outlet 7 is located against the end wall of the cylindrical screen, which enhances the effect of ejection outflow of the melt vapor into the condensation chamber and prevents metal droplets from entering it.
Испаритель для металлов и сплавов заявленной конструкции успешно используется для массового производства высокодисперсного порошка из цинка.The evaporator for metals and alloys of the claimed design is successfully used for mass production of highly dispersed zinc powder.
Подтверждена экономия материала на изготовление, надежность его конструкции при монтаже и в работе при различных технологических вариантах производства порошка.The material savings on manufacturing, the reliability of its design during installation and in operation under various technological options for the production of powder were confirmed.
Производительность испарителя составляет 20 кг/ч высококачественного порошка в более узком диапазоне размера частиц (от 2 до 8 мкм) с высоким содержанием металлического цинка (98-99%) при непрерывном технологическом процессе в течение одного месяца.The evaporator capacity is 20 kg / h of high-quality powder in a narrower particle size range (from 2 to 8 microns) with a high content of zinc metal (98-99%) with a continuous process for one month.
По сравнению с известным испарителем для получения условной единицы высококачественного порошка расходуется меньше на 15-20% электроэнергии, повышена производительность и КПД испарителя (0,35-0,40 против КПД известного испарителя 0,25-0,30) при выходе годного продукта до 96-98%.Compared with the known evaporator, it takes 15-20% less energy to produce a conventional unit of high-quality powder, the efficiency and efficiency of the evaporator are increased (0.35-0.40 versus the efficiency of the known evaporator 0.25-0.30) when the product is suitable for 96-98%.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES
1. Патент Российской Федерации №2113942.1. Patent of the Russian Federation No. 2113942.
2. Патент Российской Федерации №2183693.2. Patent of the Russian Federation No. 2183693.
Claims (2)
где R1 - радиус внешнего диаметра цилиндрического экрана, мм (или см);
R2 - радиус внутреннего диаметра цилиндрического контейнера, мм(или см);
d1 - диаметр торцевого осевого выступа цилиндрического экрана, мм(или см);
d2 - диаметр отверстия для выхода пара расплава, мм (или см);
b - ширина канала для выхода пара расплава, мм (или см).1. The evaporator for metals or alloys containing a coaxially arranged cylindrical screen, a heater placed inside it and a cylindrical melt container located on the outside of the cylindrical screen with the formation of the evaporator capacity between the inner surface of the walls of the cylindrical container and the outer surface of the walls of the cylindrical screen, characterized in that the cylindrical screen, the heater and the container are located along the longitudinal axis in the horizontal plane, in the end wall of the container a hole is located located above the longitudinal horizontal axis of the container, the screen wall is made with a developed radiating external surface, and an axial protrusion is made on its end side, by means of which the cylindrical screen contacts the inner end surface of the container with the formation of a channel for the melt vapor to exit through the hole made in the end wall of the container, and on top of the container in the body of its wall there is a device for melting and feeding liquid metal into the evaporator tank, consisting it from a melting crucible, a crane and a metal wire, and the dimensional parameters of the structural elements of the evaporator are related by the ratios:
where R 1 is the radius of the outer diameter of the cylindrical screen, mm (or cm);
R 2 is the radius of the inner diameter of the cylindrical container, mm (or cm);
d 1 - the diameter of the end axial protrusion of the cylindrical screen, mm (or cm);
d 2 - diameter of the hole for the exit of the vapor of the melt, mm (or cm);
b is the width of the channel for the exit of the melt vapor, mm (or cm).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007123937/02A RU2354745C1 (en) | 2007-06-25 | 2007-06-25 | Evaporator for metals or alloys |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007123937/02A RU2354745C1 (en) | 2007-06-25 | 2007-06-25 | Evaporator for metals or alloys |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007123937A RU2007123937A (en) | 2008-12-27 |
| RU2354745C1 true RU2354745C1 (en) | 2009-05-10 |
Family
ID=41019975
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007123937/02A RU2354745C1 (en) | 2007-06-25 | 2007-06-25 | Evaporator for metals or alloys |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2354745C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU180391U1 (en) * | 2017-12-18 | 2018-06-09 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО "ГИПО") | EVAPORATOR FOR COATING IN VACUUM |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2118398C1 (en) * | 1997-10-07 | 1998-08-27 | Валерий Павлович Пастухов | Apparatus for evaporating metals and alloys |
| US5951923A (en) * | 1996-05-23 | 1999-09-14 | Ebara Corporation | Vaporizer apparatus and film deposition apparatus therewith |
-
2007
- 2007-06-25 RU RU2007123937/02A patent/RU2354745C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5951923A (en) * | 1996-05-23 | 1999-09-14 | Ebara Corporation | Vaporizer apparatus and film deposition apparatus therewith |
| RU2118398C1 (en) * | 1997-10-07 | 1998-08-27 | Валерий Павлович Пастухов | Apparatus for evaporating metals and alloys |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU180391U1 (en) * | 2017-12-18 | 2018-06-09 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО "ГИПО") | EVAPORATOR FOR COATING IN VACUUM |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007123937A (en) | 2008-12-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2011254574B2 (en) | Spherical powder and its preparation | |
| JP4331791B2 (en) | Film forming method and film forming apparatus | |
| TWI409350B (en) | A deposition source, an apparatus for producing organic el element | |
| JP5492854B2 (en) | Method for producing high-purity SiOx nanopowder having excellent volatility and apparatus for producing the same | |
| CN104066537B (en) | Metal dust manufacture plasma device and the method manufacturing metal dust | |
| CN102084022B (en) | Thin film manufacturing method and silicon material that can be used with said method | |
| KR20040047585A (en) | Vaporization Equipment | |
| KR20210024690A (en) | Apparatus and method for vacuum deposition | |
| TW201336602A (en) | Plasma device for manufacturing metallic powder | |
| CN105057688B (en) | A kind of production method of ultra-fine Pb-free coating glass putty | |
| Stein et al. | Optimization of a transferred arc reactor for metal nanoparticle synthesis | |
| RU2354745C1 (en) | Evaporator for metals or alloys | |
| CN201024217Y (en) | A semi-continuous molten salt electrolytic refining device | |
| CN106115705A (en) | A kind of infusibility tungsten carbide wc+W2the preparation method of C spherical powder | |
| TWI402215B (en) | Molten evaporation device of metals | |
| KR20190077741A (en) | Vapor Deposition Device and Deposition Method | |
| RU2446915C2 (en) | Method of producing refractory material powder and device to this end | |
| JP7161551B2 (en) | device | |
| RU2410203C1 (en) | Method and device to produce finely dispersed metal powder | |
| TWI868451B (en) | Close couple diffuser for physical vapor deposition web coating | |
| WO2009153865A1 (en) | Micropowder producing apparatus and process | |
| CN101323019B (en) | Method for manufacturing tin powder for organotin production | |
| CN215279882U (en) | Flow guiding device for cold bed smelting type gas atomization powder making | |
| JP2010189683A (en) | Film-forming method and film-forming apparatus | |
| RU101395U1 (en) | DEVICE FOR PRODUCING POWDER OF REFROOMING MATERIAL |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090626 |