1. Измельчение стружки, обрезков и компактных материалов проводят в шаровых, вихревых, молотковых и других мельницах. Этим способом получают порошки железа, меди, марганца, латуни, бронзы, хрома, алюминия. КПД при таком процессе сравнительно мало.

2. Струю расплавленного металла диспергируют, разрывают на частицы механическим способом (воздействием центробежных сил и др.) или действуя на нее потоком энергоносителя (газа или жидкости). Таким образом получают порошки алюминия, свинца, цинка, бронзы, латуни, железа, стали, меди.

3. В процессе грануляции расплава порошок образуется при сливании расплавленного металла в жидкость (например, в воду). Получают крупные гранулы порошков железа, меди, свинца, олова, цинка.

4. В процессе обработки металлов резанием подбирают такой режим резания, который обеспечивает образование частиц, а не стружки. Резанием получают порошки стали, латуни, бронзы, магния, меди.

В широко распространенных измельчительных установках - шаровых мельницах реализуются такие механизмы разрушения, как раздавливание и удар, в случае необходимости получения крупных частиц; истирание и удар, обеспечивающих получение высокодисперсных частиц.

При измельчении до крупной фракции комбинируют раздавливание и удар. При тонком измельчении организуют удар и истирание. При дроблении затрачиваемая энергия расходуется на упругую и пластическую деформацию, на теплоту и на образование новых поверхностей:

sAS +KAV

где sAS - энергия, расходуемая на образование новых поверхностей при разрушении твердого тела;

s -- удельная поверхностная энергия;

AS - приращение поверхности, образуемое в процессе измельчения;

KAV - энергия деформации;

К- работа упругой и пластической деформации на единицу объема твердого тела;

AV -деформированная часть объема твердого тела..

Поскольку при крупном дроблении вновь образующаяся поверхность невелика, в указанном соотношении имеет место неравенство: sAS<<KAV. При этом расход энергии на разрушение приблизительно пропорционален объему разрушаемого тела. При тонком измельчении вновь образующаяся поверхность очень велика, при этом имеет место неравенство: sAS >> KAV, а расход энергии на образование новой поверхности приблизительно пропорционален величине вновь образующейся поверхности.

Среди методов получения крупнодисперсных металлических порошков наибольшее распрстранение получил метод обработки металлов резанием с последующей обработкой мелкой стружки в шаровых, вихревых, молотковых и других типах мельниц, а также газодинамическое и ультразвуковое диспергирование.

Приготовление порошков в шаровой мельнице

Шаровая мельница, представляющая цилиндрический барабан, заполняемый измельчающими (рабочими) телами -- твердосплавными шарами является наиболее распространенным аппаратом, применяемым для измельчения различных материалов, в том числе и металлов.

Эффективность измельчения в шаровых мельницах определяется коэффициентом заполнения барабана шарами f, массой шаров и её отношением к массе измельчаемого материала. Обычно в мельницу загружают 1,7 - 1,8 кг стальных шаров на 1 литр объема мельницы. При этом величину коэффициента заполнения f=0,4 - 0,5 полагают оптимальной.

Соотношение между массой рабочих тел (шарами) и массой измельчаемого материала принимают равным 2,5 -3, а с целью интенсификации процесса это отношение увеличивают до 6 - 12 и выше., Отношение между дробящим и истирающим действием рабочих тел зависит от отношения диаметра цилиндра D к длине цилиндра L мельницы при одинаковом её объеме. При D:L>3 преобладает дробящее действие размольных тел (предпочтительно для хрупких тел), при D:L<3 -- истирающее действие (более эффективное для пластичных материалов).

На интенсивность и механизм размола оказывают сильное влияние скорость (частота) вращения барабана мельницы, число и размер размольных тел, масса измельчаемого материала, продолжительность и среда размола. С увеличением скорости вращения мельницы размольные тела падают с большей высоты, производя преимущественно дробящее действие. При дальнейшем увеличении скорости вращения барабана размольные тела будут вращаться с барабаном и материал будет измельчаться

Рисунок 1. Силы, действующие на материал в шаровой мельнице.

Оптимальным коэффициент заполнения ф барабана мельницы является при значениях 0,4 -- 0,5. При больших значениях ф количество шаров увеличено, и больше энергии тратится на соударение шаров друг с другом, и не производят достаточно эффективного измельчения, а при меньшей загрузке шаров резко снижается производительность измельчения.

Количество (масса) загружаемого для размола м; должно быть таким, чтобы при измельчении его объем не превышал объема пустот между размольными шарами. Если материала будет больше, не вмещающаяся в зазоры, измельчается будет происходить менее интенсивно. Обычно соотношение между массой размольных тел и массой измельчаемого материала составляет 2,5-3, при интенсивном измельчении это соотношение увеличивается до 6 -- 12 и даже более.

Размер размольных тел (диаметр шаров) также оказывает влияние на процесс Размер размольных тел должно быть в пределах 5 -- 6% внутреннего диаметра мельницы. Лучше применять набор размольных тел по размерам (например, в соотношении 4:2:1).

Для интенсификации процесса размола его проводят в жидкой среде, что препятствует распылению материала. Кроме того, проникая в микротрещины частиц, жидкость оказывает большое капиллярное давление, способствуя измельчению. Жидкость также снижает трение между размольными телами и между частицами обрабатываемого материала. Жидкой средой обычно служат спирт, ацетон, вода, некоторые углеводороды и пр.

Длительность размола составляет от нескольких часов до нескольких суток.

Для шаровых мельниц соотношение средних размеров частиц до и после измельчения, называемое степенью измельчения (степенью сокращения), составляет 50 -- 100. Форма частиц, получаемая в результате размола в шаровых мельницах осколочная, т.е. неправильная, с острыми гранями, а шероховатость их поверхности невелика.

Для получения частиц крупностью менее 20 мкм размол материала путем разрушения его частиц в шаровой мельнице становится не эффективным. Длительность размола в таких случаях составляет от нескольких часов до нескольких суток.

Получение металлических порошков из расплава.

Содержание примесей в металлическом порошке определяется нормируемым содержанием их в сплаве на выходе продукции. В порошках значительно содержание газов - водорода, кислорода, азота и др., как внутри гранул металлических частиц, так и адсорбированных на поверхности.

Порошок при соприкосновении с кислородом воздуха способен к самовозгоранию даже при небольших температурах, что в условиях производства может привести к пожару, взрыву и повреждению оборудования.

Пожароопасность зависит от химического состава, размера и формы гранул металлического порошка, образования оксидной пленки и шероховатости поверхности на поверхности металла.

Воспламеняемость порошка в первую очередь зависит от состояния, в котором находятся его гранулы. Состояние порошка в виде аэровзвеси значительно повышает его воспламеняемость. Аэрогель - порошок в свободно насыпанном состоянии в тех же условиях не подвержен воспламеняемости. Для состояния аэрогеля определяется температура самонагревания, тления, самовоспламенения и энергию воспламенения.

Взрываемость порошка - свойство распространять взрывную волну за счет высокой скорости химического взаимодействия с кислородом атмосферы. Взрываемость порошков рассматривают для состояния аэрозолей, так как аэрогели не способны к распространению взрывной волны. Взрываемость также зависит от размера гранул, толщины оксидной пленки на поверхности и концентрации кислорода в окружающем газе.

6. Снижение взрывоопасности при производстве порошка марганца

С целью снижения пожаровзрывоопасности производства порошков горючих материалов, был разработан - новый способ измельчения - струйное (пневмоимпульсное) измельчение, который впервые был применен на ПО "Ижсталь". (2). Принцип действия струйной мельницы (импульсного пневмоизмельчителя) основан на периодическом режиме разгона под действием кратковременно подаваемых импульсов сжатого газа и ударе об отбойную поверхность кусков измельчаемого материала. Использование импульсных пневмоизмельчителей позволяет сократить производственные площади за счет снижения габаритов, уменьшить затраты электроэнергии и эксплуатационные расходы, снизить потери сырья.

Особенностями данного метода применительно к ферросплавам, делающие его более безопасным, чем большинство других методов измельчения являются: возможность измельчения в инертной среде с отсутствием подсоса воздуха извне (из-за высокого давления в системе), отсутствие переизмельчения при своевременном уносе мелких частиц. Но сами порошки, полученные измельчением в инертной среде, могут иметь повышенную вэрывоопасность, вызванную малой толщиной окисной пленки на частицах. Рассмотрим характеристики пожаровзрывоопасности трех порошков, исследованных в работе (2), полученных струйным измельчением: ферротитана марок ФТиЗОА и ФТиЗО, ферромарганца марки ФМн1.0 и ферросилиция марки ФС45. Измельчение проводилось в среде азота.

Готовые порошки ферротитана и ферромарганца выгружались в контейнер, заполненный азотом.

Затем порошки пассивировались выдержкой в открытом контейнере в течение 24 часов. Также исследовались порошки, дополнительно активированные на лабораторном виброистирателе. С целью сравнения были испытаны порошки ферротитана ФТи70, ФТиЗО и ФТиЗОА, ферромарганца СШ1.0 и 5Мн1,Б, .ферросилиция ФС45, полученные разными способами измельчения.

Результаты показали, что практически все порошки, полученные на струйной мельнице, обладают пониженной взрывоопасностью. Наиболее опасный из порошков, ферротитан ФТи70, имеет НКПР, равный 110 г/м3 для фракции 0-50 мкм и 130 г/м3 для 50-80 мкм. что выше, чем НКПР образцов, полученных другими способами, а его температура самовоспламенения (390 С) сравнима с температурой самовоспламенения образца, дробленного вручную. Скорости окисления порошка, измельченного на струйной мельнице, ниже, чем всех остальных, НКПР и скорости окисления мелкого порошка ФТи70 сравнимы с соответствующими величинами для порошков ФТиЗОА, полученных на конусно-инерционной дробилке и лабораторном виброистирателе, а его температура самовоспламенения даже выше, чем для указанных порошков и равна Тсв порошка ФТиЗО, полученного мокрым помолом.

Порошок ферротитана марки ФТиЗО, полученный пневмоимпульснш измельчением, является немного более опасным (по значениям НКПР и Тсв). чем аналогичные порошки после сухого помола в шаровых мельницах, но значительно менее активным (по тем же параметрам), чем порошки, приготовленные на конусно-инерционной дробилке, виброистирателе и путем мокрого помола в шаровой мельнице. Аэровзвеси порошков ферромарганца и ферросилиция, измельченные на струйной мельнице, являются невзрывоопасными. Виброактивация порошков ведет к снижению НКПР и к повышению скоростей окисления. Порошок ферромарганца струйного измельчения имеет самые высокие значения Тсв (530°С) и Тнэ (330°С) и самые низкие скорости окисления из всех образцов марок 5Мн1,0 и <ХМн1,5. Ферросилиций имеет ТСв=850°С, что выше, чем значения ТСв всех других образцов ФС45, кроме порошка, полученного мокрым помолом; по ТКэ (540°С), скоростям окисления и энергии активации он немного менее активен, чем продукты после других способов размола, и значительно более безопасен, чем материал, приготовленный с помощью вибромельницы (Тсв 270° С).

Полученные благоприятные результаты можно объяснить тем, что при струйном измельчении доминирующим фактором является осуществление своевременного удаления из системы мелких частиц, что предотвращает образование опасной ультрадисперсной фракции (в отличие от большей части других способов измельчения).

Заключение

Производство порошкового марганца на дезинтеграторе является опасным процессом, при котором существует опасность взрыва и пожара. Причиной этого является повышенная активность порошка марганца, которая возрастает при измельчении частиц и создании аэровзвеси в воздухе.

Снижение взрывоопасности производства будет осуществляться посредством создания инертной газовой среды в рабочем объеме дезинтегратора, которая будет замещать воздух, содержащий окислитель - кислород.

Также предложено изменение технологического процесса дробления рабочими органами дезинтегратора на дробление за счет соударения частиц марганца между собой в газодинамическом дезинтеграторе. Поток сжатого газа при работе уносит наиболее взрывоопасную мелкодисперсную фракцию продукции, что значительно снижает вероятность возникновения взрыва в рабочем объеме дезинтегратора.

Список литературы

1. Вабайцев И.В., Толешов А.К., Державец A.A. Оценка горючести порошков металлов и сплавов.// Металлург.- 1995.- Н 9.- с.26-27

2. Державец Александр Аврамович. Оценка и снижение взрывоопасности порошков ферросплавов и термитных смесей, используемых в сварочном производстве. Автореферат диссертации. Москва, МИСиС, 1997 г.

3. Карнаух Н.Н. Исследование воспламеняемости экзотермических смесей: Автореферат диссертации. Москва, МИСиС. 1973 г.

4. Белов Л.В., Панарин Ю.Н. Скорость горения экзотермических смесей. Проблемы инженерной охраны труда: Сборник научных трудов МИСиС. Москва, Металлургия, 1987 г.

5. ПБ 11-552-03. Правила безопасности в сталеплавильном производстве.

Размещено на Allbest.ru