Способ получения металлического порошка и устройство для его осуществления Советский патент 1987 года по МПК B22F9/08 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению порошка диспергированием расплавленных металлов.

Цель изобретения - повьппение выхода частиц порошка заданного фракционного состава.

На чертеже приведена схема предлагаемого устройства.

Устро йство состоит из напорного стояка 1 с соплом 2 на конце, емкости 3 для кристаллизатора с встроен ным в нее проточным каналом А, в стенках которого расположены нагревательные и охлаждающие элменты 5 и механизма 6 перемещения напорного стояка 1 .

Устройство работает следующим образом.

Емкость 3 заполняют расплавом- кристаллизатором, подключают систему подогрева и охлаждения (не показана) к элементам 5. Сопло 2 напорнс го стока 1 центрируют с проточным каналом 4 и погружают в расплав-кристаллизатор при помощи механиз 1а 6 перемещения на заданное расстояние от проточного канала 4. Металл непрерьшно заливают в напорный стояк 1, поддерживая постоянным уровень металла. Струя металла истекает из сопла 2, электирует расплав-кристаллизатор в проточный канал 4, интенсивно перемешивается с расплавом-кристаллизатором и диспергируется. Образующаяся смесь на конечном участке охлаждается элементами 5 и металл кристаллизуется, выпадая в виде порошк на дно емкости 3. Подогрев расплава- кристаллизатора, при необходимости, осуществляется нагревательными элементами 5, расположенными в верхней части проточного канала 4.

Предлагаемый способ реализуется в процессе работы устройства следующим образом.

Струю расплава с начальным диаметром dj 2-5 мм и начальной скоростью м/с погружают в расплав-кристаллизатор и, начиная от сечения струи отстоящего от начального на расстоянии (4-8) d, струю ограничивают до диаметра (2-4) d, на протяжении (40-80) d,, с кристаллизацией частиц металла на второй половине участка ограничения струи или после выхода струи из участка

ограничения. Диспергирование осущ ёст- вляется за счет энергии струи диспергируемого расплава при взаимодей- ствии его с другим расплавом (расплавом-кристаллизатором) , в ограниченном объеме. Во избежание преждевременной и периферийной кристаллизации диспергируемого расплава количество

подсасьшаемого к струе металла расплава-кристаллизатора регулируется в зависимости от теплофизических параметров обоих расплавов и подогрева (охлаждения) смеси расплавов в ограниченном объеме. Кристаллизацию частиц металла осуществляют после равномерного распределения свойств смеси в поперечном направлении, потока. Причем кристаллизацию можно осущест-

влять либо в ограниченном объеме, либо на выходе из него. Подогрев (охлаждение) смеси расплавов в ограниченном контуре позволяет регулировать конечную температуру затвердевшик частиц. В связи с тем, что струя расплава металла находится в расплаве-кристаллизаторе и истекает в него, отсутствует контакт с газовой фазой и окисление полученных металлических частиц. Кроме того, обеспечивается однородность размеров этих частиц. Вводя различного рода присадки в расплав-кристаллизатор можно совместить диспергирование с рафинированием расплава или с приданием поверхностному слою дисперсий специальных свойств (например, десуль- фурация, аллитирование, хромирование, поверхностная металлизация и др.).

В йзвестнбм способе процесс расспыле- ния и кристаллизации частиц происходит одновременно, условия кристаллизации частиц в центре и на периферии распыленной струи различные, различные и размеры частиц, при этом поверхности частиц насьш1аются газом.

Выбранные параметры способа подтверждены специальными исследованиями, которые показали, что размер получаемых частиц связан с исходным диаметром струи расплава и составляет порядка 0,1 dp. Поскольку требуемьй размер фракций порошка обычно соответствует области 0,1-0,5 мм, то

необходимо чтобы do 2-5 мм.

I

При d 2 мм начинают сказьшаться капиллярные эффекты, при мм образуются частицы крупностью более

0,5 мм. Для организации эффективного распыливания необходим напор металла высотой 1-5 м, что обуславливает исходную скорость истечения струи U 4-10 м/с. При DO 4 м/с энергия недостаточна, при м/с она избыточна. При расстоянии от среза сопла 1, меньше (4-8) dg, количество под- сасьгеаемой жидкости (кристаллизатора) мало и диспегирование уменьшается за счет слипания частиц; при

do увеличивается

1, больше (4-8) бесполезно используемая энергия на перемешивание подсасьтаемой жидкости. Соотношение диаметра ограничения d (2-4) do связано с длиной 1. При уменьшении d, по сравнению с указанным пределом, часть металла будет идти ,мимо камеры, при увеличении d сверх указанного будет подсасьшаться излишек окружающего расплава.

Длина участка ограничения струи (длина проточного канала) 1, (40 Выход частиц порошка заданной фракции в обоих случаях,89-90%. При получении порошков аналогичных фрак- 15 ций известным способом выход годного продукта не превышает 50%.

Таким образом, применение предлагаемого технического решения позво ляет повысить выход частиц порошка заданного фракционного состава.

20

Формула изобрет

ы

I. Способ получения металлическо80) do выбрана на основе опытных дан- 25 го порошка, включающий подачу струи ных. При 1„ меньше заданного значерасплава в жидкий кристаллизатор, дробление струи и последующую кристаллизацию частиц металла, о т л и - чающийся тем, что, с целью повьш1ения выхода частиц порошка за данного фракционного состава, дробление струи осуществляют путем ограничения ее поперечного размера диаметром, составляющим 2-4 исходных ди аметра струи, на участке, длина кото рого равна 40-80 исходным диаметрам струи, участок ограничения струи рас плавленного металла расположен ниже уровня жидкого кристаллизатора.

ния будет увеличиваться разброс фракционного состава при 1 меньше заданного - длина участка не влияет на качество порошка, но приводит к увеличению габаритов устройства.

Пример. Для получения частиц порошка с размером 0,2-0,4 мм из расплава стали Х20Н80, нагретого до 1450 С, имеютего температуру кристал- лизации 1390°С, струю расплава с начальным диаметром do 2 мм и начальной скоростью 4 м/с погружают в расплав-кристаллизатор (смесь NaCf- CaCl), имеющий 1400°С и температу- ру кристаллизации 550°С, и, начиная, от сечения струи, отстоящего от начального на расстоянии 12 мм, струю ограничивают проточным каналом диа- . метром 6 мм на протяжении 120 мм, в стенках которого имеются охлаждающие элементы, обеспечивающие температуру внутренней поверхности стенок канала равную 600-700°С, на протяжении последних 90 мм канала.

Для получения частиц порошка с размерами 0,3-0,7 мм из расплава стали Х20Н80, нагретого до 1450 С, струю расплава с начальным диаметром do 5 мм и начальной скоростью 10 м/с

353580

погружают в

5

10

.

расплав-кристаллизатор NaCl-CaClj,, имеющий 1380°С,и, начиная от сечения струи, отстоящего от начального на расстоянии 25 мм, струю ограничивают каналом диаметром 1 5 мм на протяжении 300 мм. В этом случае кристаллизация частиц расплавленного металла осуществляется на выходе из канала в объеме расплава-кристаллизатора.

Выход частиц порошка заданной фракции в обоих случаях,89-90%. При получении порошков аналогичных фрак- 15 ций известным способом выход годного продукта не превышает 50%.

Таким образом, применение предлагаемого технического решения позволяет повысить выход частиц порошка заданного фракционного состава.

20

Формула изобрет

ы

I. Способ получения металлического порошка, включающий подачу струи

расплава в жидкий кристаллизатор, дробление струи и последующую кристаллизацию частиц металла, о т л и - чающийся тем, что, с целью повьш1ения выхода частиц порошка за данного фракционного состава, дробление струи осуществляют путем ограничения ее поперечного размера диаметром, составляющим 2-4 исходных диаметра струи, на участке, длина которого равна 40-80 исходным диаметрам струи, участок ограничения струи расплавленного металла расположен ниже уровня жидкого кристаллизатора.

2. Устройство для получения металлического порошка, содержащее напор- ньй стояк, сопло и емкость для кристаллизатора, о тличающее ся тем, что, с целью повышения выхода частиц порошка заданного фракционного состава, оно снабжено нагревательным и охлаждающим элементами и механизмом перемещения напорного стояка, а емкость для крргсталлиза- тора выполнена с проточным каналом, расположенным соосно с соплом, причем нагревательные и охлаждающие элементы установлены в стенках проточ- ного канала.

Изобретение относится к получению металлического порошка распылением расплавов. Цель - повьшение выхода частиц порошка заданного фракционного состава. Через сопло напорного стояка, введенное под зеркало расплава-кристаллизатора, в проточный канал подают расплавленного металла. Указанная струя эжектирует расплав-кристаллизатор внутрь канала, интенсивно перемешивается с расплавом-кристаллизатором, диспергируется в частицы заданного размера и кристаллизуется на выходе из проточного канала. При этом оптимальным является диаметр канала, составляющий 2-4 исходных диаметра струи расплавленного металла, и длина канала, составляющая 40-80 исходных диаметров струи. Применение данного технического решения позволяет довести выход заданных фракций порошка до 90%. 2 с.п. 4-лы. 1 ил. SS

Редактор С.Патрушева

Составитель И.Киянский

Техред И.Верес Корректор М.Максимишинец

Заказ 5657/13 Тираж 741Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., Дь4/5

Производственно-полиграфическое предприятие,г.Ужгород,ул.Проектная,4