Патент на изобретение №2390109

(54) КАТОДНЫЙ УЗЕЛ ВАКУУМНОЙ ЭЛЕКТРОННО-ПЛАЗМЕННОЙ ПЕЧИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области вакуумной электротермии и порошковой металлургии и предназначено для использования в электротермических установках различного назначения, в которых в качестве нагревателя используется сильноионизированная плазма для получения из исходного металлического порошка слитка металла либо мелкодисперсного очищенного порошка. Катодный узел вакуумной электронно-плазменной печи состоит из катододержателя, полого цилиндрического катода, имеющего канал для подачи плазмообразующего газа и механизм крепления катода к катододержателю, и установленной внутри катода охлаждаемой трубки для подачи порошка исходного материала в столб плазмы. Охлаждаемая трубка снабжена механизмом перемещения вдоль продольной оси катода, в ней установлен регулятор направления и формы струи газа и частиц исходного порошка. Пролетая через профильные каналы регулятора внутрь столба плазмы и приобретая при этом заданный вектор скорости и требуемое направление, частицы исходного порошка равномерно нагреваются, расплавляются и рафинируются. Изменяя с помощью механизма перемещения местоположение охлаждаемой трубки внутри катода, управляют распределением подаваемого в катод порошка по сечению плазменного разряда в зависимости от условий горения и формы разряда. Тем самым достигают контролируемости и существенного улучшения свойств конечного порошка либо слитка. 1 ил.

Изобретение относится к области вакуумной электротермии и порошковой металлургии и предназначено для использования в электротермических установках различного назначения, в которых в качестве нагревателя используется сильноионизированная плазма, в частности в вакуумной электронно-плазменной печи, например для получения из исходного металлического порошка слитка металла либо мелкодисперсного очищенного порошка.

Известно устройство для получения слитка металла из порошка, содержащее катод, имеющий рабочую полость, канал для подачи плазмообразующего газа, механизм крепления катода к катододержателю и установленную внутри катода охлаждаемую трубку для подачи порошка исходного материала в столб плазмы (А.с. 820232, М.кл. С22В 9/22).

Недостатком известного устройства является неравномерный нагрев частиц исходного порошка в плазменном столбе из-за невозможности управления распределением подаваемого в катод порошка по сечению плазменного разряда в зависимости от условий горения и формы разряда.

Целью данного изобретения является устранение указанного недостатка. Для достижения поставленной цели в катодном узле вакуумной электронно-плазменной печи, состоящем из катододержателя, полого цилиндрического катода, имеющего канал для подачи плазмообразующего газа и механизм крепления катода к катододержателю и установленной внутри катода охлаждаемой трубки для подачи порошка исходного материала в столб плазмы, охлаждаемая трубка снабжена механизмом перемещения вдоль продольной оси катода, в ней установлен регулятор направления, формы струи газа и частиц исходного порошка.

На чертеже изображен катодный узел вакуумной электронно-плазменной печи в разрезе.

Катодный узел состоит из полого цилиндрического катода 1, закрепленного на катододержателе 2 с помощью механизма крепления катода к катододержателю 3 и охлаждаемой трубки 4 для подачи исходного порошка. Катод снабжен каналом для подачи плазмообразующего газа 5. Охлаждаемая трубка имеет осевое отверстие 6 для подачи исходного порошка в потоке транспортного газа в полость катода и самостоятельный механизм перемещения 7 вдоль продольной оси катода. Внутри охлаждаемой трубки установлен регулятор 8 направления и формы струи газа и частиц исходного порошка. Регулятор выполнен в виде тела вращения (например, труба, конус) и снабжен профильными каналами. Форма и расположение каналов на регуляторе зависит от требуемых условий регулирования направления и формы струи газа и частиц исходного порошка и придания равномерно вылетающему из каналов порошку вектора скорости как вдоль оси катода, так и под углом к ней, в том числе с возможностью обеспечения тангенциальной закрутки частиц порошка. Оси каналов могут совпадать либо не совпадать с осью трубки. Каналы могут быть выполнены, например, продольными прямоугольной формы и симметричными по образующей, в виде отверстий, в виде кольцевой щели по периметру, в виде закрученных спиралей. С помощью изоляционных прокладок 9 катододержатель электрически изолирован от корпуса печи 10, охлаждаемая трубка – от катода.

Работа устройства происходит следующим образом. Катод 1 при помощи механизма перемещения и управления 11 располагают в вакуумной камере электронно-плазменной печи в направлении анода (на чертеже не показан). Камеру откачивают до давления 10^-1-10^-5 мм рт.ст. В канал 5 подают плазмообразующий газ. После этого подают напряжение между катодом и анодом, вследствие чего в межэлектродном пространстве зажигается электрический разряд и формируется столб плазмы. Исходный порошок подают через отверстие 6 в охлаждаемую трубку 4 с установленным в ней регулятором 8. Пролетая через профильные каналы регулятора внутрь столба плазмы и приобретая при этом заданный вектор скорости и требуемое направление, частицы порошка равномерно нагреваются, расплавляются и рафинируются. Изменяя с помощью механизма перемещения 7 местоположение охлаждаемой трубки внутри катода, управляют распределением подаваемого в катод порошка по сечению плазменного разряда в зависимости от условий горения и формы разряда. Тем самым достигают контролируемости и существенного улучшения свойств конечного порошка либо слитка. Расплавленные очищенные частицы исходного порошка пролетают в направлении анода вакуумной электронно-плазменной печи и проходят последующие стадии технологического цикла.

Формула изобретения

Катодный узел вакуумной электронно-плазменной печи, состоящий из катододержателя, полого цилиндрического катода, имеющего канал для подачи плазмообразующего газа и механизм крепления катода к катододержателю, и установленной внутри катода охлаждаемой трубки для подачи порошка исходного материала в столб плазмы, отличающийся тем, что охлаждаемая трубка снабжена механизмом перемещения вдоль продольной оси катода, и в ней установлен регулятор направления и формы струи газа и частиц исходного порошка.

РИСУНКИ