В настоящее время в порошковой металлургии особую актуальность приобретают исследования по использованию технологических процессов, обеспечивающих возможность создания и управления реологическими свойствами порошков магнитных материалов в псевдоожиженном состоянии. Перевод порошков ферромагнитных материалов в псевдоожиженное состояние применяется при  перемешивании, измельчении, интенсификации химических реакций [1]. Одним из способов интенсификации сухого помола в бильной мельнице является перевод дисперсной среды ферромагнитных материалов в магнитоожиженное состояние [2, 3]. Для образования магнитоожиженного слоя из дисперсного материала в мельнице на порошок воздействовали переменным неоднородным и постоянным магнитными полями, силовые линии которых взаимно перпендикулярны и параллельны плоскости вращения бил.

Целью исследования является разработка методики выбора наиболее эффективных режимов электромагнитного воздействия на измельчаемый материал путем создания контролируемых состояний порошка в магнитоожиженном слое.

Энергия электромагнитного поля, превращаясь в энергию движения частиц, влияет на реологическое состояние магнитоожиженного слоя частиц порошков магнитных материалов. Интегрированную оценку поведения порошка в магнитоожиженном слое дает э.д.с. индукции, наводимая в индуктивном датчике движущимся порошком.

Как видно из Рисунка 1, для всех исследованных фракций порошков с возрастанием градиента индукции переменного магнитного поля до 150 мТл/м при фиксированном значении индукции постоянного магнитного поля 15,3 мТл происходит рост э.д.с. индукции в индуктивном датчике. Уже при градиенте индукции переменного магнитного поля 27,5 мТл/м порошки переходят в магнитоожиженное состояние. Возрастание э.д.с. может быть обусловлено как процессами разрушения агрегатов, так и образованием вторичных агрегатов с ферромагнитным упорядочением магнитных моментов частиц. Однако, для порошка с размерами частиц от 80 до 200 мкм (Рисунок 1, кривая 4) наведенный сигнал э.д.с. меньше чем для более мелких фракций при одинаковом режиме электромагнитного воздействия.


Из полученных результатов следует, что изменение параметров электромагнитного воздействия на дисперсный ферромагнитный материал приводит к изменениям характера механического движения частиц и агрегатов относительно витков индуктивного датчика, т.е. реологических особенностей магнитоожиженного слоя.

Второй этап эксперимента состоял в том, что исходный дисперсный материал феррита стронция со средним размером 84,1 мкм, дисперсией 90,9 мкм измельчали в бильной мельнице без электромагнитного воздействия (режим 1) и в магнитоожиженном слое, образованном постоянным магнитным полем с индукцией 15,3 мТл и переменным магнитном поле с градиентами индукции 27,5 (режим 2), 75 (режим 3), 90 (режим 4) мТл/м. Через 20 минут измельчения в режимах 1, 2, 3, 4 средний размер частиц получаемого порошка уменьшился до 19,2; 9,0; 5,4; 2,9 мкм, соответственно.

В работе [4] показано, что необходимым условием для получения ферритов с максимальным значением магнитной индукции, является высокая однородность частиц порошка по размерам. Для исследования степени однородности получаемого порошка определяли процентное содержание частиц до 5, 10, 20 и 30 мкм. Из рис. 2 видно, что во всех исследованных режимах помола при увеличении времени измельчения процентное содержание мелких фракций в порошке увеличивается. Однако, через 20 минут измельчения в режиме 1 в порошке 19,5% частиц менее 5 мкм, а при обработке в магнитоожиженном слое в режимах 2, 3 и 4 процентное содержание частиц менее 5 мкм увеличивается до 36, 67 и 89%, соответственно.

На Рисунке 3 показано распределение частиц по размерам для измельченного в течение 20 минут порошка. Для порошка, полученного в режиме 1 максимальное число частиц – 10,4% имеет размер 3,4 мкм, ширина максимума на половине высоты функции логарифмически нормального распределения составила 11,84 мкм. После измельчения в магнитоожиженном слое в режимах 2 и 3 максимум кривой распределения приходится на размер частиц 2,4 и 0,8 мкм, высота максимума увеличилась до 15,9 и 34,4%, ширина максимума на половине высоты функции логарифмически нормального распределения составила 7,3 и 2,5 мкм. После диспергирования в режиме 4 расположение максимума кривой распределения частиц по размерам такое же, как после измельчения в режиме 3. Однако количество частиц, имеющих размер 0,8 мкм, увеличилось до 54,8%, ширина максимума на половине высоты функции логарифмически нормального распределения уменьшилась до 1,3 мкм.

Таким образом, измельчение в магнитоожиженном слое позволило уменьшить разброс частиц по размерам. При увеличении градиента индукции переменного магнитного поля до 90 Тл/м при фиксированном значении индукции постоянного магнитного поля изменяется характер движения частиц в магнитоожиженном слое, что приводит к интенсификации процесса измельчения и получения порошка более однородного по фракционному составу. Из полученных результатов можно сделать вывод о выборе параметров электромагнитного воздействия из сравнения значений э.д.с. индукции, наведенного в индуктивном датчике порошком.


Список литературы

1.     Логвиненко Д.Д., Шеляков О.П. Интенсификация технологических процессов в аппаратах с вихревым слоем. Харьков: Технiка, 1976. 144 с.

2.     Egorov I.N. and Egorova S. I. Effect of Electromagnetic Action on Dispersed Composition on Milling Ferromagnetic Materials in a Hammer Mill // Russian Journal of Non_Ferrous Metals, 2014, Vol. 55, No. 4, pp. 371–374.

3.     Егоров И.Н., Егорова С. И., Черный А.И. Влияние параметров электромагнитного воздействия на реологические особенности магнитоожиженного слоя тонкодисперсных порошков ферромагнитных материалов // Международный научный институт “EDUCATIO”. 2015. № 2(9). С. 44-46.

4.     Журавлев Г.И. Основные типы микроструктуры ферритов и пути их реализации / Г.И. Журавлев, Л.А. Голубков, Т.А. Страхова // Порошковая металлургия. – 1990. - № 6. – С. 68 – 73.