Розпилення рідиною

Процес розпилення рідиною відрізняється від процесу розпилення газом передусім високою густиною енергоносія, за який найчастіше використовують воду, гас, емульсії на основі води. Емульсія інтенсивно охолоджує краплі розплаву і зумовлює випаровування рідини в зоні безпосереднього її контакту з розплавом. Парова оболонка навколо краплі розплаву може змінювати теплофізичні характеристики у системі вода–розплав, різко знижувати тепловіддачу від краплі до рідини за наявності суцільної парової плівки навколо частинки. Якщо ж оболонка зруйнована і забезпечується контакт розплаву з рідиною, охолодження якої значно прискорюється. Отже, використовуючи особливості процесу розпилення розплавів рідиною та змінюючи властивості розплавів і параметри процесу можна отримувати порошки різних металів і сплавів з широким діапазоном технологічних властивостей.

Як і в разі розпилення газами, на властивості порошків, отримуваних розпиленням розплавів рідиною, чинять вплив властивості розплавів – в’язкість і поверхневий натяг.

Важливе значення має критична швидкість енергоносія, за якої починається інтенсивне диспергування розплаву:

.

Коефіцієнт корисної дії розпилення рідиною дещо вищий, від ККД розпилення газами. Його визначають за виразом

,

де Q_м ,Q_р – витрати відповідно розплаву і рідини; , – тиск витікання відповідно розплаву і рідини.

Визначальний вплив на значення ККД має співвідношення витрат розплаву і рідкого енергоносія, і меншою мірою, співвідношення тисків витікання. При цьому енергозатрати на власне диспергування розплавів рідиною вищі, ніж у разі розпилення газами, що зумовлено вищою густиною води.

Розпилення рідиною надає частинкам округлої чи відламкової форми з різним ступенем сфероїдизації. У загальному випадку, як і в разі розпилення газами, кінцеву форму частинок визначають співвідношенням часу охолодження продуктів диспергування і часу сфероїдизації.

Для розрахунків часу охолодження можна використовувати рівняння (3.7) з урахуванням зміни коефіцієнта тепловіддачі. Варто мати на увазі, що під час розпилення рідиною, наприклад водою, висока температура розплаву зумовлює її кипіння на поверхні крапель. При цьому теплообмін залежно від температури на межі розділу розплав–вода може відбуватись за однією з трьох схем.

За першою схемою, коли температура в зоні контакту поблизу критичної точки для води (<350 °С), що знаходиться під тиском 50…100 атм, буде відбуватись бульбашкове кипіння води з максимальним ефектом теплопередачі. За другою схемою, коли температура перевищує критичну (630...700^оС), кипіння води відбувається з утворенням поблизу краплі розплаву суцільної плівки пари з відносно низькою теплопровідністю.

Третя схема характеризується проміжним станом (температура 390...650 °С) – плівко-бульбашковим кипінням. Коефіцієнт тепловіддачі визначають за допомогою емпіричної формули Кутателадзе:

,

де x – коефіцієнт, що враховує характер кипіння і тип рідини (для води

x » 2,6); р – тиск; – теплове навантаження.

Значення q_н визначають з виразу

, (3.10)

де К – коефіцієнт (К = 0,16); b_в – теплота пароутворення, ккал/кг;

s_в – поверхневий натяг води, кг/м; g_п – густина пари, кг/м³.

Значення коефіцієнта тепловіддачі для випадку розпилення водою наведено в табл. 3.7.

Таблиця 3.7