離心霧化機理及提高離心霧化效率新技術(shù).pdf

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1、第17卷第1期礦冶工程Vol.17№11997年3月MININGANDMETALLURGICALENGINEERINGMarch1997離心霧化機理及提高離心霧化效率新技術(shù)陳世柱尹志民(中南工業(yè)大學(xué),長沙,410083)摘要對離心霧化機理進行了較深入的分析。認為剪裂效應(yīng)是熔體被霧化的根本原因。霧化與快凝的效果主要取決于圓盤的轉(zhuǎn)速,而傳統(tǒng)的機械傳動與支承的裝置轉(zhuǎn)速有限。一種新的水壓傳動與流體動壓支承的霧化裝置的轉(zhuǎn)速每分鐘可達數(shù)萬轉(zhuǎn),從而提高霧化與快凝技術(shù)的效果。關(guān)鍵詞離心霧化旋轉(zhuǎn)速度剪裂離心霧化是制備金屬粉末或快凝合金粉體12Em=mV,如圖1b。當液滴一

2、旦與冷卻2的有效方法之一,其特點是利用高速旋轉(zhuǎn)的圓的金屬轉(zhuǎn)盤表面接觸,金屬液滴M與轉(zhuǎn)盤表面盤(或輥子)使落入圓盤上的金屬液滴獲得足夠首先接觸的前沿部分立即開始冷凝并獲得了與大的離心力而被剪裂。霧化的效果或快凝速度轉(zhuǎn)盤上對應(yīng)C點相同的線速度,液滴前沿部分主要取決于圓盤的轉(zhuǎn)速,但是現(xiàn)有的離心霧化的原有垂直向下線速度立即變?yōu)?。由于能量裝置是借用一般的機械傳動與支承方式設(shè)計出來的[1,2,3],裝置的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,摩擦阻力大,噪聲守恒,液滴具有的動能與熱量(內(nèi)能)一部分使圓盤上對應(yīng)C點處局部升溫,而另一部分使微大,從根本上制約了圓盤轉(zhuǎn)速的提高。本文研區(qū)產(chǎn)生形變而變

3、得扁平。然而這一系列的變化,究了離心霧化機理并將傳統(tǒng)的機械傳動改進為都不是停留在一個位置上,而是在運轉(zhuǎn)中發(fā)生全水壓傳動與支承方式,轉(zhuǎn)速每分鐘可達數(shù)萬的。上述液滴雖然在接觸轉(zhuǎn)盤的瞬間降低了動轉(zhuǎn),從而提高了離心霧化的效果。能,但卻又立即獲得了與對應(yīng)C點相同的線速1離心霧化的機理分析度,重新獲得了動能E′。設(shè)C點距軸線Z的徑向距離為r,則液滴落到圓其后的動能為:離心霧化是指金屬熔體落到高速旋轉(zhuǎn)的圓盤,在離心力作用下從圓盤上高速離散飛出的E′=1m(ωr)2(1)2過程。而在許多情況下,已有的技術(shù)是將傳統(tǒng)[4]如圖2a。由流體力學(xué)知,當液體的流動相對的霧化技術(shù)與

4、離心霧化相結(jié)合;即當金屬熔體于某固定面運動且為層流時,各層間的流速是從漏包底部的漏管中流出后首先得到噴嘴的霧不同的,一般稱為粘性剪切阻力。實驗證明,流化,或稱一次霧化,而后再以金屬液滴形式射向[5]du旋轉(zhuǎn)的圓盤,進行二次霧化。體的剪切阻力與其速度梯度成正比,引入dv圖1示出了金屬液滴落到圓盤的情形。設(shè)動力粘度后,便有圓盤S繞軸心而旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速為ω,轉(zhuǎn)向如圖1a。duT=-η(2)設(shè)想某一即將射向圓盤的金屬液滴M(質(zhì)量為dym),具有垂直線速度為V(不計噴嘴霧化引起對于離心霧化制粉,由于金屬液滴M在水的斜向運動速度),則該液滴具有的動能為平方向的速度為0(

5、如前述略去了金屬熔滴斜收稿日期1996-05-20第1作者男副教授76礦冶工程第17卷圖1金屬液滴落到轉(zhuǎn)盤的情形向落到圓盤上引起的水平速度分量),而液滴前則出現(xiàn)了液滴相對于轉(zhuǎn)盤有一條與轉(zhuǎn)向相反的沿微區(qū)在一旦接觸轉(zhuǎn)盤時,則由粘著作用(在此運動軌跡,直到轉(zhuǎn)盤邊緣沿切向方向飛出。不先假定完全粘著)獲得了與對應(yīng)點C的線速度過,如前所述,在運動過程中由于剪切效應(yīng),液Vc,而液滴上部仍試圖維持相對不動。滴被不斷地剪裂,待到達轉(zhuǎn)盤邊緣時,不僅液滴這就產(chǎn)生類似于前述流體運動時的速度梯質(zhì)量逐漸變小,而且結(jié)晶固相逐漸增多,液滴的度(如圖2b)。而對整個熔滴而言,由于速度是溫

6、度也不斷降低,粘度增大,使剪切困難,然而在極短的時間里突然獲得的,因而是急驟加速由于越靠轉(zhuǎn)盤邊緣處的線速度越大,向心加速的,必然引起極大的加速度,由此而引起與加速度也就越大,由此引起的科氏加速度隨之增大,度方向相反的慣性力較大的合成相對加速度引起液滴較大的慣性Pm=-ma(3)力,前述的剪切效應(yīng)更為顯著,對液滴的層剪會式中m表示金屬液滴M的質(zhì)量;“-”號表示慣繼續(xù)發(fā)生。性力與加速度方向相反。當慣性力Pm大于液滴內(nèi)摩擦阻力即剪切阻力與表面張力的合力時,液滴將被剪裂,其結(jié)果是與轉(zhuǎn)盤接觸的微區(qū)是液滴與固體表面(實際上因很快冷凝,也可視為固體或半固體與固體表面接

7、觸的摩擦,其阻力要比液內(nèi)摩擦大,且瞬時隨轉(zhuǎn)盤運動,導(dǎo)致與液滴上部分離(圖3a)。分離后的上部分液滴將很快又落入到轉(zhuǎn)盤上重復(fù)以上被剪裂的過程。根據(jù)理論力學(xué),液滴只要與圓盤接觸,則一方面隨圓盤作圓周運動,而另一方面又在離心力的作用下試圖沿徑向離心而去。由于液滴處在作定軸轉(zhuǎn)動的圓盤上,液滴將引起一相對科氏加速度rrak=2ω·Vc(4)r其方向是Vc沿ω旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)過90°后的方向(如圖3b),科氏加速度又引起附加的慣性力krF=-mak,這又將引起液滴與圓周速度相反的相對運動,這一運動與Vr的合成運動結(jié)果,圖3運動中液滴的科氏加速度第1期陳世柱等:離心霧化機理

8、及提高離心霧化效率新技術(shù)77以上分析是對一滴金屬熔體而言的,對于體動壓潤滑的原理