Способ получения композиционного металлического порошка и устройство для его осуществления

СОВЕТСКИХ СТИЧЕСКИ РЦИА РЕСПУ 3(50 В 22 Г 9 САНИЕ ИЗОБРЕТЕ СТВ ТО поОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Сибирский ордена Трудового Красного Энамени металлургический институт им. Серго Орджоникидзе(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПОРОШКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ,(57) 1. Способ получения компоэиционного металлического порошка,.вклю,80107300 чающии введение кольцеобразного потока порошкового материала в расплав и распыление струи расплава газом, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью получения порошка узкого гранулометрического состава, осуществляют дополнительную подачу порошкового материала в распылитель-. ном газе внутрь струи расплава,2. Устройство для получения ком зиционного металлического порошка содержащее металлоприемник, внешний питатель и распылительную форсунку, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено внутренним питателем, расположенным на одном уровне и соосно с металлоприемником и внеш-ним питателем.Изобретение относится к порошковометаллургии, а именно к получениюметаллических композиционных порошков.Известен способ получения металлического порошка распылением, в котором охлажденные мелкодисперсныечастицы порошка дополнительным потоком газа вводятся в факел распыления, образующийся при дробленииструи расплава скоростным потокомнагретого газа. Реализующее этотспособ устройство содержит тигельдля жидкого металла, инжекционнуюраспылительную форсунку, вертикальную камеру распыления и кольцевойколлектор для вдувания первичныхчастиц в факел распыления, Жидкийрасплав, вытекая из тигеля, диспергируется в вертикальной камере, гдепервичные мелкие частицы, попав нарешетку грохота, проваливаясь черезнее, далее транспортируются к кольцевому коллектору для вдувания в факел распыленияГ 13.Недостатком способа является то,что зоны дробления струи расплава ивнедрения в нее первичных мелких частиц порошка сильно удалены друг отдруга. Поскольку по сечению распыляемой струи, на ее периферии,находятся крупные и мелкие частицы, которые в момент прохождениязоны введения первичных частицнаходятся, как правило, уже в твердом состоянии и мешают проникновению первичных частиц внутрь струи, известный способ не дает возможности получения порошков узкого спектра по грансоставу.1Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ получения металлического порошка распылением, в котором струя расплава подается во внутрь кольцеобразной струи порошкового материала, после чего под действием . распыпительной форсунки начинается одновременное внедрение порошка в расплав и его распыление.Устройство, реализующее этот способ,содержит металлоприемник с калиброванным выпускным отверстием для расплава и конуса, формирующие кольцеобразный поток порошка, рас,положенные сооСно над распылительной форсункой 2 3.Однако при распылении данным способом на участке от поверхности струи расплава до ее центра распылитель газ) имеет разный градиент скорости и давления, Происходит это за счет действия эффекта гашения энергии распылителя на поверхности струи расплава вследствие неупругого удара. Поэтому процесс протекает грубо, с неравномерной ,плотностью "орошения" порошком й распыляемой струи расплава по сечению факела, т.е. на периферии факела получается более тонкое распыление с образованием мелких частиц, а размер частиц в центральной5 части факела распыления более крупный. Полученный продукт имеет широкий спектр частиц по крупности,а это является недостатком способа,Цель изобретения - получение30 порошка узкого гранулометрическогосостава.Указанная цель достигается тем,что согласно способу полученияметаллического композиционного порошка, включающему введение кольцеобразного потока порошкового материала в расплав и распыление струирасплава газом, осуществляют дополнительную подачу порошкового материала в распылительном газе внутрьструи расплава,Устройство для осуществленияэтого способа, содержащее металлоприемник, внешний питатель и распыительную форсунку, снабжено внутренним питателем, расположенным наодном уровне и соосно с металлоприемником и внешним питателем. Способ осуществляется следующим З образом.В процессе распыления кольцеобразная струя расплава, заполненная изнутри распыливающим газом с частицами холодного порошка по А и "окутанная" снаружи кольцеобразным потокомпорошка определенной фракции, попадает в зону активного диспергирования Форсунки, Под действием истекающего из форсунки энергоносителя,частицы порошка из внешнего потока 40 внедряются в струю расплава и вместе с энергоносителем участвуют в процессе распыления, эффект которогоулучшается вследствие того, что изнутри струя расплава подвергается 45 разрушающему воздействию распыляющего газа, истекающего из внутреннегопитателя с высокими энергетическимипараметрами и определенной концентрацией частиц холодного порошка. Происходит тонкое распыление жидкогометалла с равномерным распределением холодного первичного порошкапо факелу распыления. Холодные частицы являются основой, на которойформируется композиционный порошок.Жидкие капли распыленного расплавапод действием сил поверхностногонатяжения обволакивают холодныечастицы (центры кристаллизации / изастывают, образовав композиционный 60 порошок, Соотношение расходов распыляемого расплава и холодных частиц выбирается, исходя из тех соображений, что при прочих равныхусловиях поверхность образующихся65 при распылении капель расплаваП р и м е р 1. Получение композиционного металлического порошкаАГВуд осуществляется на моделирующейустановке. Кольцеобраэная струясплава Вуда (внутренний диаметр 14 мми внешний 20 мм ), перегретого до160 С, вытекает в зону распыления,Здесь она "обволакивается" с внешней поверхности кольцевым потоком(внутренний диаметр 22 мм и внешний 10 24 мм )холодных частиц порошка алюминия крупностью 0,1-0,2 мм и мгновенно, подвергается распылению энергоносителем форсунки с давлением 4 атм.Одновременно с этим из внутреннего .15 питателя истекает распылитель сР = 4 атм со взвешенными частицамитой же крупности порошка алюминия.Расход распылителя 1,1 кг/кг расплава, расход холодных частиц 1 кг/кграсплава, крупность полученного порошка 0,5-2 мм, Его гранулометрический состав следующий: Размерчастиц,мм 0,5 0,5-1 1-1,5 1,5-2 Содержаниепо массе,% 3,2 18,1 43,8 27,6 7,3 В известном способе распылением цилиндрической струи расплава получают продукт крупностью 0,1-5 мм. Экспериментальные распыления по указанному способу показывают, что гранулометрический состав получаемого продукта следующий: Предлагаемая принципиальная схема устРойства для Распыления Расплава, в зависимости от характеристики вдуваемых первичных частиц, параметров распылительной форсунки, геометрических параметров и теплофизического состояния струи расплава, дает возможность получать компо- "4 О зиционные металлические порошки, гранулы и дроби различной крупности с узкими пределами гранулометрического состава различной сферичности. Вследствие диспергирования кольце образной струи расплава эа счет подведения газа распылителя с частицами первичного порошка к ее внутренней и внешней поверхности процесс распыления протекает наиболее глубоко и полно, с меньшими энергетическими затратами распылителя. Ин-. тенсивный теплообмен в факеле распыления, быстрое формирование порошка и его охлаждение снижает сте 55 пень окисленности частиц, исключает использование охлаждающей жидкости в грануляционном баке и приводит к уменьшению габаритов распылительной камеры. Твердостью конечного продукта можно варьировать, используя 60 в качестве основы композиции порошок той или иной твердости. Способ позволяет получать порошки из расплавов черных и цветных металлов с различной температурой плавления. 65 Размерчастиц,мм 0,1 0,1-0,5 0,5-1 1-1,5 Содержание,Ъ 2,2 9,4 13,7 17,4 Размерчастиц,мм 1,5-2 2-3 3-4 4-5 5 5 О Содержание,Ъ 15 8 21,1 12,0 5,3 3,1 П р и м е р 2. Получение композиционного порошка 15 ферросилиция (ФС) - алюминий осуществляется на полупромышленной установке. Кольцеобразная струя расплава алюминия, имеющая внутренний диаметр 14 мм и внешний 20 мм, перегретая до 700 С, вытекает в зону распыления, где "окутывается" кольцевым потоком (внутренний диаметр 22 мм и внешний 24 мм ) холодных частиц порошка ФСкрупностью 0,040-0,060 мм и подвергается распылению воздухом,должна быть достаточнои для создания оболочки на первичных (холодныхчастицах основы композиции,На чертеже представлено устройство для осуществления предлагаемого способа,Устройство со;.-Ржит металлоприемник 1, внутри которого размещенвнутренний питатель 2. На одном уровне в основании с металлоприемником 1 и питателем 2 и соосно с нимирасполагается внешний питатель 3.Под металлоприемником размещаетсяраспылительная форсунка 4,Предлагаемое устройство работаетследующим образом.Расплавленный металл вытекаетиз металлоприемника 1. Посредствомцилиндрического в своем основаниивнутреннего питателя 2, который расположен соосно с металлоприемникоми внутри его, расплав формируетсяв струю кольцеобразного сечения. Наодном уровне в основании с металлоприемником 1 и питателем 2 и соосно сними располагается внешний конусныйпитатель 3 таким образом,что цилиндрическое основание металлоприемника 1,находящегося внутри литателя 3, способствует формированию еще одногокольцеобразного потока, состоящегоиэ частиц порошка, внедряемых в струюз 0расплава. Распыление расплава происходит эа счет форсунки 4,1073002 Составитель А.ХрамцовТехред Т,дубинчак Корректор В.Гирняк Редактор Н,Киштулинец Тираж 779 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035 Москва ЖРаушская наб, д. 45)аказ 257/9 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 истекающим из форсунки с давлением16 атм, Одновременно с этим из внутрениего питателя истекает распыливающий воздух с давлением 16 атмсо взвешенными частицами порошкаФСтой же крупности. Расход распылителя 1,5 кг/кг расплава, расходхолодных частиц 1 кг/кг расплава,Грарулометрический состав получаемого порошка следующий: Размер час-.тиц, мм 0,04 0,04-0,09 0,09- 0,16 0,2-Оу 16 -0,2 СодерТаким образом, использование изобретения позволяет получать композиционные порошки узкого гранулометрического состава.