способ избирательного дробления алмазов

Классы МПК:C01B31/06 алмаз 
C30B29/04 алмаз
B02C19/18 использование для измельчения вспомогательных физических эффектов, например воздействия ультразвука, облучения 
B24D3/00 Физические свойства абразивных тел или листов, например абразивных поверхностей особого рода; абразивные тела или листы, отличающиеся по своей структуре
B24D3/10 для пористой или ячеистой структуры, например для использования с алмазами в качестве абразива 
Автор(ы):, , , ,
Патентообладатель(и):Открытое акционерное общество "Тульское научно-исследовательское геологическое предприятие" (ОАО "Тульское НИГП") (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2012-05-03
публикация патента:

Изобретение относится к дроблению алмазов при изготовлении алмазного породоразрушающего инструмента. Способ избирательного дробления алмазов заключается в обработке в цилиндрической емкости алмазов в вихревом слое магнитных полей совместно с ферромагнитными частицами. Смесь, состоящая из ферромагнитных частиц и алмазных зерен, заполняет цилиндрическую емкость на 0,25-0,35 ее объема. Магнитная восприимчивость алмазов определяется по зависимости

способ избирательного дробления алмазов, патент № 2492138

где X1, Х2 - магнитная восприимчивость алмазов и ферромагнитных частиц соответственно, м3/кг;

g - ускорение свободного падения, м/с2;

R1, R2 - радиусы алмазного зерна и ферромагнитной частицы соответственно, м;

µ0 - магнитная проницаемость вакуума, (µ0=4способ избирательного дробления алмазов, патент № 2492138 ·10-7 ГН/м);

способ избирательного дробления алмазов, патент № 2492138 2 - плотность ферромагнитной частицы, кг/м 3;

Н - напряженность магнитного ноля, А/м;

при этом отношение массы алмазных зерен к массе ферромагнитных частиц составляет 0,51÷0,61. Технический результат - интенсификация процесса избирательного дробления алмазов, повышение его производительности и качества получаемых алмазов. 2 табл., 1 пр.

Формула изобретения

Способ избирательного дробления алмазов, заключающийся в обработке в цилиндрической емкости алмазов в вихревом слое магнитных полей совместно с ферромагнитными частицами, отличающийся тем, что смесь, состоящая из ферромагнитных частиц и алмазных зерен, заполняет цилиндрическую емкость на 0,25-0,35 ее объема, а магнитная восприимчивость алмазов определяется по зависимости

способ избирательного дробления алмазов, патент № 2492138

где X1, Х2 - магнитная восприимчивость алмазов и ферромагнитных частиц соответственно, м3 /кг;

g - ускорение свободного падения, м/с2 ;

R1, R2 - радиусы алмазного зерна и ферромагнитной частицы соответственно, м;

µ 0 - магнитная проницаемость вакуума, (µ0 =4способ избирательного дробления алмазов, патент № 2492138 ·10-7 ГН/м);

способ избирательного дробления алмазов, патент № 2492138 2 - плотность ферромагнитной частицы, кг/м 3;

Н - напряженность магнитного поля, А/м,

при этом отношение массы алмазных зерен к массе ферромагнитных частиц составляет 0,51÷0,61.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области дробления алмазов при изготовлении алмазного породоразрушающего инструмента. Оно может быть использовано при производстве металлообрабатывающего инструмента.

Известен механический способ избирательного дробления алмазов, при котором на алмазные зерна воздействует определенная механическая нагрузка, разрушающая наименее прочные из них (см. В.И. Власюк, Ю.Е. Будюков, В.И. Спирин и др. «Новые технологии в создании и использовании алмазного породоразрушающего инструмента» М: ЗАО «Геоинформмарк», 2002, 140 с.)

Недостаток данного способа заключается в том, что разрушающая нагрузка действует только на определенные участки, не распределяясь равномерно по всей поверхности зерна. Поэтому в материале прошедшем механическое избирательное дробление, может сохраняться некоторое количество слабых зерен. Также этот способ имеет малую производительность процесса дробления.

Наиболее близким по технической сущности является способ использования интенсивных магнитных полей, создаваемых индукционным вращателем, когда в цилиндрической емкости (реакторе) ферромагнитные частицы разноосной формы приводятся в хаотичное движение, увлекая за собой навеску алмазных зерен. В результате многократных ударений алмазных зерен и ферромагнитных частиц между собой и о стенки реактора происходит разрушение слабых алмазных зерен и овализация более прочных (см. Третьяков И.П., Пивоваров М.С. Особенности овализации синтетических алмазов в вихревом слое магнитных полей. Сб. Алмазы, НИИМАШ, 1973, № 7).

Недостатком этого способа является нерациональное: заполнение цилиндрической емкости по объему, соотношение масс алмазных зерен и ферромагнитных частиц, не рациональное значение магнитной восприимчивости алмазов, малая производительность по избирательному дроблению.

Техническое решение направлено на установление оптимального коэффициента заполнения цилиндрической емкости смесью, состоящей из алмазных зерен и ферромагнитых частиц, определения рационального соотношения масс этих материалов, определение рационального значения магнитной восприимчивости алмазных зерен.

Предлагаемый способ избирательного дробления алмазов, заключающейся в обработке в цилиндрической емкости алмазов в вихревом слое магнитных полей совместно с ферромагнитными частицами, отличающейся тем, что смесь, состоящая из ферромагнитных частиц и алмазных зерен заполняет цилиндрическую емкость на 0,25-0,35 ее объема, а магнитная восприимчивость алмазов определяется по зависимости

способ избирательного дробления алмазов, патент № 2492138

где Х1, Х2 - магнитная восприимчивость алмазов и ферромагнитных частиц соответственно, м3/кг;

g - ускорение свободного падения, м/с2;

R1, R2 - радиусы алмазного зерна и ферромагнитной частицы соответственно, м;

µ0 - магнитная проницаемость вакуума, (µ0=4способ избирательного дробления алмазов, патент № 2492138 ·10-7 ГН/м);

способ избирательного дробления алмазов, патент № 2492138 2 - плотность ферромагнитной частицы, кг/м 3;

H - напряженность магнитного поля, А/м;

при этом отношение массы алмазных зерен к массе ферромагнитных частиц составляет 0,51÷0,61.

Благодаря тому, что смесь, состоящая из ферромагнитных частиц и алмазных зерен заполняет цилиндрическую емкость на 0,25÷0,35 ее объема возникают благоприятные условия для многократного соударения алмазных зерен между собой, ферромагнитными частицами и о стенки емкости, что интенсифицирует процесс избирательного дробления алмазных зерен и их овализации. Причем при заполнении емкости менее чем на 0,25 ее объема, интенсификация процесса не происходит, а при заполнении емкости более 0,35 ее объема рост интенсификации процесса дробления больше не происходит.

Вследствие того, что магнитная восприимчивость алмазов определяется по зависимости

способ избирательного дробления алмазов, патент № 2492138 ,

где Х1, Х2 - магнитная восприимчивость алмазов и ферромагнитных частиц соответственно, м3/кг;

g - ускорение свободного падения, м/с2;

R1 , R2 - радиусы алмазного зерна и ферромагнитной частицы соответственно, м;

µ0 - магнитная проницаемость вакуума, (µ0=4способ избирательного дробления алмазов, патент № 2492138 ·10-7 ГН/м);

способ избирательного дробления алмазов, патент № 2492138 2 - плотность ферромагнитной частицы, кг/м 3;

Н - напряженность магнитного поля, А/м.

Ферромагнитые частицы смеси станут притягивать к себе намагниченные зерна алмазов и увеличивать многократность соударений.

В соответствии с теорией магнетизма (см. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике, изд. Науки, М., 1968, 940 с.).

для обеспечения магнитного притяжения алмазных зерен к ферромагнитным частицам смеси необходимо выполнить условие

способ избирательного дробления алмазов, патент № 2492138

где f - магнитные силы, действующие на алмазное зерно Н;

Р - гравитационные силы, действующие на алмазное зерно, Н,

для оценки (1) воспользуемся формальной теорией магнетизма и определим величину магнитных сил (Телескин Р.В., Яковлев В.Ф. Курс физики: Электричество - М.: Просвещение, 1970, 488 с). Сила притяжения двух частиц может быть выражена формулой

способ избирательного дробления алмазов, патент № 2492138

где µ0 - магнитная проницаемость вакуума, (µ0=4способ избирательного дробления алмазов, патент № 2492138 ·10-7 ГН/м);

Н - напряженность магнитного поля, А/м;

Х 1, Х2 - магнитная восприимчивость алмазов и ферромагнитных частиц соответственно, м3/кг;

способ избирательного дробления алмазов, патент № 2492138 1, способ избирательного дробления алмазов, патент № 2492138 2 - плотность ферромагнитной частицы, кг/м 3;

R1, R2 - радиусы алмазного зерна и ферромагнитной частицы соответственно, м.

Силу Р можно определить с помощью выражения

способ избирательного дробления алмазов, патент № 2492138

m - масса алмазного зерна, кг.

Из выражений (2-3) вытекает, что

способ избирательного дробления алмазов, патент № 2492138

Из последнего неравенства следует, что

способ избирательного дробления алмазов, патент № 2492138

где Х1, Х2 - магнитная восприимчивость алмазов и ферромагнитных частиц соответственно, м3/кг;

g - ускорение свободного падения, м2/с;

R1, R2 - радиусы алмазного зерна и ферромагнитной частицы соответственно;

µ0 - магнитная проницаемость вакуума, (µ0=4способ избирательного дробления алмазов, патент № 2492138 ·10-7 ГН/м);

способ избирательного дробления алмазов, патент № 2492138 2 - плотность ферромагнитной частицы, кг/м 3;

Н - напряженность магнитного поля, А/м.

Условие (1) выполняется при намагничивании алмазных зерен до значения X1, удовлетворяющему неравенству (5). Следовательно, условие (1) позволяет определять время избирательного дробления алмазных зерен в магнитном поле.

Благодаря тому, что отношение массы алмазных зерен к массе ферромагнитных частиц составляет 0,51÷0,61, увеличивается скорость перемещения ферромагнитных частиц и алмазных зерен и повышается многократность соударений алмазных зерен между собой, ферромагнитными частицами и стенками емкости. Это приводит к ускоренному разрушению слабых дефектных зерен и обкалыванию тонких выступающих частей прочных зерен.

Причем при отношении массы алмазных зерен к массе ферромагнитных частиц менее чем 0,51 увеличение скорости перемещения ферромагнитных частиц и алмазных зерен не происходит, а при этом отношении более 0,61 дальнейшего заметного роста скорости перемещения ферромагнитных частиц и алмазных зерен не наблюдается.

Пример.

В аппарате вихревого слоя АВСП была проведена обработка природных алмазов (которые по прочности не могут быть использованы в инструменте) исходного ситового класса -4+3 по системе «Si TY» (см. Власюк В.И., Будюков Ю.Е., Спирин В.И. и др. «Новые технологии в создании и использовании алмазного породоразрушающего инструмента» - М.: ЗАО «Геоинформмарк», 2002, 140 с.). Обработка (избирательное дробление) алмазов производилось по новому способу (предлагаемому техническому решению) и с применением способа аналога.

В табл.1 приведено распределение природных алмазов по размерности (штук/карат) до и после обработки их в вихревом слое магнитных полей.

Таблица 1
Условный ситовой классРаспределение алмазов по размерности, штук/карат в %
50-3060-40150-90 600-200
до обработки
-4+3 68,026,03,0 3,0
после обработки по новому способу
-4+325,058,0 9,08,0
после обработки по способу-аналогу
-4+348,0 43,05,0 4,0

Из данных таблицы 1 видно, что после обработки алмазов в вихревом слое магнитных полей количество алмазов крупной размерности значительно уменьшилось, а количество алмазов мелких размерностей увеличилось по новому способу и по способу-аналогу.

Однако по новому способу дробления (предлагаемому техническому решению) выход мелких размерностей (60-40) более прочных алмазов увеличился на 35%. При новом способе обработке также возросла степень овализации алмазов.

Данные, характеризующие среднюю прочность природных алмазных зерен разных размерностей до и после обработки в вихревом слое магнитных полей, приведены в табл.2.

Таблица 2
Размерность (штук/карат)Прочность до обработки в магнитных полях, кгсПрочность после обработки в магнитных полях, кгс
50-301,252,12
60-401,39 2,05
150-90 1,181,43
600-2001,09 1,31

Анализ данных табл.2 показывает, что прочность зерен природных алмазов, обработанных в вихревом слое магнитных полей, превышает прочность не обработанных зерен природных алмазов.

Таким образом, обработка природных алмазов, которые по своей прочности не могут быть использованы для изготовления алмазного инструмента, в вихревых магнитных полях по предлагаемому техническому решению позволяет существенно повысить их качество, интенсифицировать процесс избирательного дробления алмазов и повысить его производительность по сравнению с применением способа аналога.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого технического решения заключается в повышении производительности процесса дробления и качества алмазов.

Производительность установки для избирательного дробления алмазов может достигать 2000 карат в час, а с применением способа аналога она составляет 900 карат/час.

Применение нового способа избирательного дробления алмазов особых трудностей не вызывает, его осуществление возможно на серийном оборудовании.

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2492138

patent-2492138.pdf

Класс C01B31/06 алмаз 

способ получения сверхтвердого композиционного материала -  патент 2523477 (20.07.2014)
способ определения угла разориентированности кристаллитов алмаза в композите алмаза -  патент 2522596 (20.07.2014)
поликристаллический алмаз -  патент 2522028 (10.07.2014)
способ получения наноалмазов при пиролизе метана в электрическом поле -  патент 2521581 (27.06.2014)
устройство для получения алмазов -  патент 2514869 (10.05.2014)
способ селективной доочистки наноалмаза -  патент 2506095 (10.02.2014)
способ получения сверхтвердого композиционного материала -  патент 2491987 (10.09.2013)
способ получения алмазов с полупроводниковыми свойствами -  патент 2484189 (10.06.2013)
способ получения синтетических алмазов и установка для осуществления способа -  патент 2484016 (10.06.2013)
способ получения углеродосодержащих наночастиц -  патент 2484014 (10.06.2013)

Класс C30B29/04 алмаз

поликристаллический алмаз -  патент 2522028 (10.07.2014)
монокристаллический алмазный материал -  патент 2519104 (10.06.2014)
способ получения алмазоподобных покрытий комбинированным лазерным воздействием -  патент 2516632 (20.05.2014)
синтетический cvd алмаз -  патент 2516574 (20.05.2014)
способ изготовления фантазийно окрашенного оранжевого монокристаллического cvd-алмаза и полученный продукт -  патент 2497981 (10.11.2013)
способ получения пластины комбинированного поликристаллического и монокристаллического алмаза -  патент 2489532 (10.08.2013)
способ получения поликристаллического материала на основе кубического нитрида бора, содержащего алмазы -  патент 2484888 (20.06.2013)
способ получения алмазов с полупроводниковыми свойствами -  патент 2484189 (10.06.2013)
способ получения синтетических алмазов и установка для осуществления способа -  патент 2484016 (10.06.2013)
способ синтеза алмазов, алмазных поликристаллов -  патент 2476376 (27.02.2013)

Класс B02C19/18 использование для измельчения вспомогательных физических эффектов, например воздействия ультразвука, облучения 

способ разрушения многокомпонентных изделий -  патент 2526947 (27.08.2014)
бронекамера для измельчения изношенных покрышек -  патент 2471622 (10.01.2013)
способ переработки золотосодержащих полиметаллических руд, концентратов, вторичного сырья -  патент 2467802 (27.11.2012)
способ лазерной дезинтеграции сростков микрокомпонентов золоторудных концентратов -  патент 2455076 (10.07.2012)
способ электромагнитно-ультразвуковой дезинтеграции сростков микрокомпонентов золоторудных концентратов -  патент 2455072 (10.07.2012)
способ селективного разупрочнения и дезинтеграции материала, содержащего ферромагнитные компоненты -  патент 2449836 (10.05.2012)
способ измельчения материалов -  патент 2440850 (27.01.2012)
способ получения водоугольного топлива -  патент 2439131 (10.01.2012)
рабочий электрод электрогидравлической установки (варианты) -  патент 2433865 (20.11.2011)
способ измельчения твердых компонентов для изготовления смесевого ракетного твердого топлива -  патент 2425820 (10.08.2011)

Класс B24D3/00 Физические свойства абразивных тел или листов, например абразивных поверхностей особого рода; абразивные тела или листы, отличающиеся по своей структуре

Класс B24D3/10 для пористой или ячеистой структуры, например для использования с алмазами в качестве абразива 

Наверх