CS237127B1 - Sposob úpravy zrnitosti sypkého materiálu - Google Patents

Description

Vynález sa týká sposobu úpravy zrnitosti sypkého materiálu za účelom zlepšenla jeho zhustitetnosti, u ktorého sa rieši zrnenie frakcií a postup ich žmiešovania.

V technickej praxi, například v zlievarenstve a v práškovej metalurgii je často výhodná čo najvačšia relativná hustota použitého sypkého materiálu, například zlievarenského ostriva, kovového prášku a podobné, prejavujúca sa čo najtesnejším usporiadaním jeho zrn. Relativnou hustotou sa rozumie poměr objemu častíc sypkého materiálu vrátane ich vnútorných dutin a pórov k ich celkovému zaujatému objemu. Vo všeobecnosti je relativná hustota určená pomerom objemovej hmotnosti sypkého materiálu k objemovej hmotnosti častíc sypkého materiálu, stanovenej například pyknometricky na časticiach póvodnej velkosti. Schopnost sypkého materiálu s daným tvarom zrn usporiadať sa čo najtesnejším spósobom závisí od jeho zrnitosti, čiže granulometrického zloženia. V zlievarenstve možno teda vhodnou úpravou zrnitosti ostriva zlepšit jeho zhustitefnosť a tým aj zmenšit jeho medzerovitosť. To sa prejaví vo formovacej zmesi, například zlepšením jej pevnostných, vodivostných a protipenetračných vlastností, znížením potřebného obsahu spojiva vo formovacej zmesi alebo energie na jej spevňovanie fyzikálnym účinkom, čím sa zlační výroba foriem a zlepší akosť odliatkov. Na čo najvačšej rovnomernej relatívnej hustotě v celom objeme sypkého materiálu zvlášť záleží aj v práškovej metalurgii pri roznych metodách výroby velmi hutných a vysokopevných výrobkov róznych rozmerov a tvarov, vyrábaných najma z práškov odolných voči plastickej deformácii a z ťažkotavitel¹ných materiálov. U týchto materiálov sa zvýšenie kontaktných plóch dá dosiahnúf úpravou zrnitosti miešaním vytriedených frakcií v optimálnej koncentrácii. Výskům ukázal, že na dosiahnutie maximálnej relatívnej hustoty třeba riešiť aspoň dve frakcie, pričom druhá je od prvej aspoň 50 až 100-krát menšia.

V súčasnej praxi málokedy možno použit frakcie s takým velkým odstupňováním velkosti ich stredného zrna. Preto sa doteraz častejšie používajú velmi jemné prášky, s časticami často menšími ako 1 μΐη, aby sa zvýšila ich aktivnost pri spekaní. Vel'mi jemné částice sa často pracné získavajú dodatočným mletím vyrobených práškov. Využíváme iba najjemnejšej frakcie vyrobených práškov je značné neekonomické. S jemnosfou práškov sa zhoršuje aj ich čistota, lebo sa zváčšuje ich měrný povrch a tým aj podiel kysličníkových obálok na povrchu častíc prášku.

Doteraz známe spósoby úpravy zrnitosti miešaním dvoch alebo viacerých frakcií vyžadujú velmi prácne experimentálně stanovenie ich optimálnych koncentrácii v pripravovanej zmesi, ktoré je založené na přípravě velkého množstva skúšobných vzoriek zmesi s dostatočne jemne odstupňovanými koncentráciami použitých frakcií, na ich zhuštění a na vyhodnotení ich medzerovitosti, například na základe merania ich objemovej hmotnosti. Ani takýto postup stanovenia optimálnych koncentrácii však nezaručuje maximáínu možnú zhustitelnosť použitého materiálu, lebo zrnenie použitých frakcií nebývá optimálně. Pri volbě zrnenia frakcií sa vychádza iba z doteraz známého poznatku, že čím je přidávaná frakcia jemnejšia, tým lepšie može vyplnit medzery medzi tesne uloženými časticami hruběj frakcie. Použitie frakcií úzkého zrnenia s velkým pomerom velkosti ich stredného zrna je aj neekonomické, lebo sa nevyužije celý možný rozsah zrnenia často drahého východiskového materiálu.

Uvedené nedostatky odstraňuje a technický problém rieši sposob úpravy zrnitosti sypkého materiálu za účelom zlepšenia jeho zhustitelnosti, ktorého podstatou je, že sypký materiál sa triedi na frakcie, ktorých zrnenie je vymedzené velkosťami zrna, vyjádřenými geometrickou postupnosfou dlma; d2_max · ď3_max . k⁴, ď4_nlax . k³, . . . kde d_max ϊθ velkost najváčšieho zrna použitej frakcie a hodnota kvocienta k u jednotlivých členov postupnosti, predstavujúca stredný priemer hodnoty zaplnenia najváčších medzier medzi najtesnejšie uloženými rovnako velkými časticami, je volená z intervalu v rozmedzí 0,51 až 0,57, pričom počet frakcií sa určí celkovým rozsahom zrnenia upravovaného sypkého materiálu a jednotlivé frakcie sa potom zmiešavajú počnúc od najhrubšej frakcie, danej relatívnej hustoty a hmonostnej koncentrácie, primiešaním ďalšej, jemnejšej frakcie v dopíňajúcom množstve hmotnostnej koncentrácie tejto, do maximálnej hodnoty relatívnej hustoty danej dvojzložkovej zmesi, a postupným primiešavaním vždy ďalšej, jemnejšej frakcie sa pokračuje až po dosiahnutie hmotnostnej koncentrácie celkovej zmesi, pri ktorej má táto najváčšiu relatívnu hustotu.

Roztriedením sypkého materiálu akéhokofvek tvaru zřn na frakcie zrnenia vymedzeného uvedenou geometrickou postupnosfou a opatovným zmiešavaním týchto frakcií vyššie uvedeným postupem sa vhodné upraví zrnitost východiskového materiálu, ktorá umožňuje dosiahnúť najvyššiu možnú těsnost usporiadania jeho zrn pri použitom rozsahu zrnenia, pričom relativná hustota materiálu s takto upravenou zrnitosťou bude tým váčšia, čím vačší rozsah zrnenia materiálu sa na úpravu použije. Naviac, vynález umožňuje využit celý rozsah použitelného zrnenia sypkého materiálu, bez odpadovej medzifrakcie. To například v práškovej metalurgii umožňuje použit’ aj hrubšie frak3 cie práškov, čím sa zníži prácnosť získavania práškov obmedzením potřeby ich dodatočného mletia, zlepší sa využitie vyrobených práškov a v dósledku ich menšieho měrného povrchu sa zvýši aj čistota práškov, čo prispieva k zlepšeniu kvality výrobkov.

Výhodou vynálezu je tiež jednoduchšie stanovenie optimálnych koncentrácii zmiešavaných frakcií, a to aj pri zmiešavaní vačšieho počtu frakcií, pretože vhodné zrnenie frakcií podfa vynálezu umožňuje použiť spósob ich postupného primiešavania, čím sa minimalizuje počet potřebných experimentov. Vynález možno využiť aj pri príprave zmesi s čo najtesnejšie uloženými časticami z frakcií odlišných materiálov.

Pri zisťovaní optimálneho roztriedenia zrnenia do frakcií sa experimentálně, podlá výpočtov stanovil kvocient k, a to na základe všeobecne platných teoretických poznatkov o postupnom vyplňovaní najvačších medzier medzi najtesnejšie uloženými, rovnako velkými časticami. Ako model bol braný případ zaplnenie oktaedrických a tedtraedrických medzier medzi najtesnejšie uloženými gulami najhrubšej monofrakcie, menšími gulami dalších monofrakcií.

Rovnako pri vol'be stredného priemeru častíc určitej frakcie sa vychádzalo z teoretických poznatkov a použilo štatisticky dané maximálně zrno. Taktiež pri zmiešovacom postupe sa optimálna koncentrácia uvažovala pri maximálnej relatívnej hustotě zmesi po strašení a nie pri maximálnej relatívnej hustotě strasnej objemovej hmotnosti zmesi.

Příklad 1

Na základe teoretických výpočtov a experimentálně zisteného intervalu kvocienta k bola připravená zmes, kde křemenný piesok zrnenia 280/20 μτη mal po zhomogenizování a vibračnom strašení relatívnu hustotu 0,638. Na vytriedenie prvej, hruběj frakcie sa použilo šito s vefkosťou oka v rozmedzí od 280.0,51² do 280.0,57², čo je 72,83 až 90,97 μτη. Na vytriedenie druhej frakcie sa použilo síto s vefkosťou oka v rozmedzí od 280 .

. 0,51² do 280.0,57², čo je 37,14 až 51,85 μηι. Najmenšie zrno tretej frakcie sa vyžadovalo v rozmedzí od 280.0,51⁴ do 280.0,57⁴, čo je 18,94 až 29,55 fim, čo už zahrnovalo minimálně zrno upravovaného materiálu. Na vytriedenie sa použilo šito s vefkosťou ok 90 um. Relativné hustoty vytriedených frakcií 280/90 ,«m, 90/50 μτη a 50/20 um v uvedenom poradí boli 0,605, 0,555 a 0,483. Upravená dvojfrakčná zmes, ktorá obsahovala 0,774 hmotnostnej koncentrácie frakcie 280/ /90 ^tm a 0,226 hmotnostnej koncentrácie frakcie 90/50 μτη mala relatívnu hustotu 0,645 a upravená výsledná trojfrakčná zmes, ktorá obsahovala 0,641 hmotnostnej koncentrácie frakcie 280/90 μτη, 0,187 hmotnostnej koncentrácie frakcie 90/50 «m a 0,172 hmotnostnej koncentrácie frakcie 50/20 ,«m, mala relatívnu hustotu 0,687.

Příklad 2

Podobné podfa postupu ako v príkfadu 1 bola připravená zmes heterogenného sypkého materiálu, u ktorého sa použili vytriedené frakcie granulovaného ferosilícia, křemenného pisku a hubovitého železa. Frakcia granulovaného ferosilícia zrnenia 630/ /180 ₍um mala objemová hmotnost zrn 4,90 g. cm'³ a relatívnu hustotu 0,638. Frakcia křemenného piesku zrnenia 180/100 ,«m mala objemová hmotnost zrn 2,62 g. cm'³ a relatívnu hustotu 0,584. Frakcia hubovitého železa zrnenia 100/56 μιη mala objemová hmotnost' zrn 6,58 g. cm'³ a relatívnu hustotu 0,312. Částice 1000 g ferosilícia použitého zrnenia mali objem vrátane vnátorných dutin a pórov 204,06 cm³ a v odmerke zaberali objem 319,9 cm³. Postupným primiešavaním frakcie křemenného piesku sa relativná hustota upravovanej dvojzložkovej zmesi zvyšovala až do obsahu 133,1 g křemenného piesku v zmesi, čím sa přidalo 50,80 cm³ častíc křemenného piesku, takže celkový objem častíc v zmesi bol 254,88 cm³. Tieto častíce zaberali v odmerke objem 374,8 cm³, takže relativná hustota takto upravenej dvojzložkovej zmesi dosiahla hodnotu 0,680, pričom zmes obsahovala 0,8825 hmotnostnej koncentrácie frakcie zrnenia 630/180 a 0,1175 hmotnostnej koncentrácie frakcie zrnenia 180/100 μτη. Dalším postupným primiešavaním frakcie železa do 1133,1 g upravenej dvojfrakčnej zmesi sa relativná hustota upravovanej trojzložkovej zmesi ďalej zvyšovala až do obsahu 41,8 g železa v zmesi, čím sa zvýšil objem častíc zmesi o 6,35 cm³, teda na 261,23 cm³. Celkový vonkajší objem zaberaný časticami zmesi v odmerke bol vtedy 378,0 cm³, takže relativná hustota zmesi dosiahla maximálnu hodnotu 0,691. Pri maximálnej relatívnej hustotě teda upravená trojfrakčná heterogenná zmes obsahovala 0,8511 hmotnostnej koncentrácie frakcie zrnenia 630/180 ,am, 0,1133 hmotnostnej koncentrácie frakcie zrnenia 180/100 fím a 0,0356 hmotnostnej koncentrácie frakcie zrnenia 100/56 μπι.

Claims (2)

1. PREDMET

   1. Sposob úpravy zrnitosti sypkého materiálu za účelom zlepšenia jeho zhustitefnosti, pri ktorom sa sypký materiál najprv trakčně roztriedi a vytriedené frakcie sa potom postupné zmiešavajú, vyznačujúci sa tým, že sypký materiál sa triedi na frakcie, ktorých zrnenie je vymedzené vetkosťami zrna vyjádřenými, geometrickou postupnosťou dlmat · d.2_max . R³, djmaí · k⁴, d idifix. k³,. . .

   kde dmax í^e velkost najváčšiebo zrna použitej frakcie a hodnota kvocienta k, jednotlivých členov postupnosti, predstavujúca stredný priemer hodnoty zaplnenia najvačších medzier medzi najtesnejšie uloženými, rovnako velkými časticami danej frakcie, je volená

   VYNÁLEZU z intervalu v rozmedzí 0,51 až 0,57, pričom počet frakcií sa určí celkovým rozsahom zrnenia upravovaného sypkého materiálu, a jednotlivé frakcie sa potom zmiešavajú počnúc od najhrubšej frakcie, danej relatívnej hustoty a hmotnostnej koncentrácie, primiešaním ďalšej, jemnejšej frakcie v doplňajúcom množstve hmotnostnej koncentrácie tejto frakcie do maximálnej hodnoty relatívnej hustoty danej dvojfrakčnej zmesi a postupným primiešavaním vždy ďalšej, jemnejšej frakcie sa pokračuje, až po dosiahnutie hmotnostnej koncentrácie celkovej zmesi, pri ktorej má táto najvačšiu relatívnu hustotu.
2. 2. Spósob úpravy zrnitosti sypkého- materiálu podlá bodu 1, vyznačujúci sa tým, že aspoň jedna zo zmiešavaných frakcií je z iného materiálu.