Рис.7. Порошок хрома, рассеянный на фракции. Число зёрен в каждой кучке одинаково.
Наибольшая подвижность частиц сыпучего материала соответствует минимальному углу естественного откоса, по мере увеличения этого угла подвижность частиц уменьшается.
Угол естественного откоса необходимо учитывать при определении поперечного сечения ленточного питателя и полезной емкости бункера.
Различают угол естественного откоса материала в покое и в движении на поверхностях транспортирующих устройств. При движении опорная горизонтальная плоскость колеблется, величина угла естественного откоса уменьшается. Таким образом, угол естественного откоса в покое всегда больше угла естественного откоса в движении (fдв « 0,7f). Угол естественного откоса обычно определяют с помощью специальных приборов. Иногда, если это необходимо, угол естественного откоса с достаточной точностью может быть определен следующим образом: отрезок цилиндрической трубы устанавливают вертикально на горизонтальной плоскости и заполняют испытуемым материалом.
А Б
Затем трубу медленно поднимают. Высыпавшийся материал располагается на плоскости под углом естественного откоса.
Связность и слёживаемость. Связными называют порошковые материалы, имеющие большое сопротивление сдвигу при небольших нормальных нагрузках. Связность определяют как сопротивление сыпучего материала силам, стремящимся разъединить его частицы, что является показателем прочности их сцепления.
Явления связности проявляются в основном в мелкофракционных материалах. В сыпучих материалах различают две связности — физико-механическую и физико-химическую. Физико-механическая связность характеризуется физико-механическими процессами, происходящими при взаимодействии частиц сыпучего материала. Физико-механической связностью обладают многие порошки металлов и тяжёлых оксидов (пылевидная трёхокись вольфрама, мелкозернистый карбид вольфрама, карбонильный никель и кобальт и др.)- При такой связности силы сцепления зависят от влажности, степени измельчения, формы частиц, степени взаимного сближения частиц и в основном определяются степенью уплотнения материала под действием сжимающих сил.
Физико-химическая связность заложена в самой природе порошков и обусловливается особенностями химического состава среды, растворимостью, гигроскопичностью и др.
Слёживаемостью называют свойство некоторых материалов терять текучесть при длительном хранении. Особенно благоприятные условия для слёживания создаются при длительном хранении порошков в емкостях в неподвижном состоянии. Под действием сжимающих сил в течение длительного времени многие порошки способны спрессовываться в конгломераты.
Таким образом, явление слёживаемости следует также рассматривать как одно из изменений сил сцепления частиц порошков. Слеживающиеся материалы — вольфрам, оксид кобальта, полиэтиленгликоль и др.
Связность и слёживаемость являются показателями прочности сцепления частиц сыпучего материала и измеряются в кгс/см2. Значительно ускоряют процесс слёживаемости динамические нагрузки. Присутствующие в порошках влага и пылевидные частицы порядка 1-2 мкм и менее ускоряют процесс слёживаемости. Истечение такого материала из отверстия бункера крайне затруднено. Попытка нарушить сводообразование вибрацией или ударом приводит в таких случаях к образованию пустот, устойчивость которых зависит от сил сцепления частиц и диаметра отверстия. Легко подвергающиеся слёживанию порошки создают большие трудности при хранении и дозировании.
Сегрегация. При заполнении емкости материалом, имеющим широкий диапазон по гранулометрическому составу, наблюдается явление сегрегации частиц материала.
Загруженный материал располагается в бункере конусообразно (под углом естественного откоса), причем крупные тяжелые фракции скатываются к стенкам бункера, а мелкие частицы сосредоточиваются в зоне канала истечения. Из отверстия бункера уходят преимущественно мелкие фракции.
Поэтому материал, засыпаемый в бункер, отличается от выпускаемого из него фракционным составом. В случае заполнения емкости шихтой, которая является смесью различных фракций, борьба с сегрегацией частиц является постоянной проблемой. Сегрегацию следует считать динамическим фактором, возникающим при свободном падении частиц.
Сегрегация увеличивает неоднородность порошка, поступающего из бункера в прессформу и как следствие – неоднородность прессовки, которая в дальнейшем, при спекании, вызывает неоднородность спечённого материала и неоднородность его механических свойств.
Только в бункерах непрерывного действия при одинаковых скоростях загрузки и истечения из выпускного отверстия выдается однородная смесь, не отличающаяся от загружаемой.
Эффективным способом подавления сегрегации является гранулирование шихты, при которой гранулы получают примерно одинакового размера и формы, а образующееся при гранулировании небольшое количество пыли отсеивают.
Прессуемость. Способность порошка под влиянием сжимающего усилия приобретать и удерживать определенную форму и размеры (соответственно размерам прессформы) называют «прессуемостью» порошка. Далеко не всякий порошок обладает удовлетворительной прессуемостью, иначе говоря, некоторые порошки не могут быть спрессованы при практически осуществимых условиях прессования. Для достижения определенной степени прочности, порошок (или смесь порошков) данных химического состава и физических характеристик требует вполне определенных условий прессования (удельное давление, скорость, температура прессования и т. д.)