Способ получения металлического порошка

(505 В 22 Р 9/10 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ И(57) Сущность: расплав металла подвергают центробежному распылению путем подачи расплава из обогреваемой емкости 1 тангенциально под давлением в камеру закручивания центробежной форсунки 5, имеющей тангенциэльный канал 7 с коническим диффузором 8 и соплом 9. При распылении давления на расплав осуществляют путем вращения обогреваемой емкости и камеры закручивания форсунки с частотой.устанавливаемой из соотношения. приведенного в описании изобретения. Величина давления определяется также по формуле, приведенной в описании, и может варьироваться в широких пределах, регламентируемых условиями безопасности процесса. 1 з,п. ф-лы,2 ил.,2 табл. ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Отделение В 2 Московского инженерно-физического института и Научная конструкторско-технологическая Фирма нетрадиционных методов обработки и новых материалов(56) Патент США ЬЬ 3725517, кл. 264-12, 1973.Авторское свидетельство СССР Ь 719809, кл. В 22 Е 9/08, опубл, 1980. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПОРОШКА Ы 2 1827325 А 1510 30 50 Организация вращения расплава в камере закручивания таким образом, чтобы его направление совпадало с направлением вращения емкости, дает возможность увеличить эффективность действия центробежных и газодинамических сил на пленку и капли расплава и тем самым позволяет увеличить дисперсность порошка.П р и м е р 1. В соответствии с заявляемым способом были получены порошки сплава Вуда и олова марки 01 (Яп), Порошки при разных условиях получали на установке центробежного гранулирования, в которой на вертикальном валу с приводом вместо перфорированного стакана устанавливалось устройство, реализующее предлагаемый способ.Схема одного иэ вариантов этого устройства приведена на фиг.1, Оно содержит обогреваемую емкость 1 с внутренней огнеупорной изоляцией 2, Емкость 1 выполнялась из стали в форме цилиндра высотой 20 мм и наружным диаметром г = 170 мм с осью, совпадающей с осью О-О вращения вала привода. Емкость 1 открыта сверху и имеет воронку 3 для заливки жидкого металла в полость 4. На расстоянии г =75 мм от оси вращения 0-0 емкости 1 установлены две или более центробежных форсунок 5 с цилиндрической камерой закручивания 6,. тангенциальным каналом 4, коническим конфузором 8 и соплом 9 с диаметром 0,6 мм. В комплект установки входит также плавильная печь 10 с отверстием 11 для разливки металла и стопорное устройство 12 для регулирования его расхода. Тангенциальный канал 7 в центробежной форсунке выполнялся в двух вариантах: направление оси канала совпадает или противоположно направлению вращения часовой стрелки.Порошки получали следующим образом, Металл в количестве 10-15 кг загружали в отдельную плавильную печь и нагревали до температуры плавления, плавили и перегревали на 50 К. После этого включали привод установки и приводили во вращение распылительное устройство. Распыление олова и сплава Вуда по способу- прототипу проводили при давлении Р = 0,8 МПа, Поэтому для сравнительных опытов рабочую частоту вращения по предлагаемому способу определяли по формуле ур:2ш=, При Р=0,8 МПа для оловар10 з) расчет даетв= 2001/с, а числооборотов привода и =2000 об/мин,30 сопри том же давлении для сплава Вуда(р =10 10 кг/мэ) эти величины равны й= 160 с, и = 1500 об/мин. При достижении устройством рабочсй частоты вращения открывали стопор 12 плавильной печи и переливали расплав из плавильной печи через воронку 3 во вращающуюся емкость 1, Под действием центробежной силы в расплаве на расстоянии г от оси вращения при частоте вращения создается давление, величина которого определяется по формуле Р =, Под действием этого давлеоР2ния расплав поступает тангенциально. через канал 5 в камеру закручивания 7 и приобретает вращение, При попадании в конфузор 8 вращение расплава еще более усиливается и при выходе иэ сопла 9 в камеру распыления (не показана) он формируется в утончающуюся пленку 13, которая неустойчива и распадается на капли. Капли металла застывают в порошок, который далее рассеивали по фракциям и определяли их массовую долю (Ь), средней размер частиц 25фракций (б) и средний размер частиц (оср) осего порошке по формуле Е,р - ,6 Е 1. Характеристики форсунок во всех опытах оставались неизменными.В таблице представлены результаты распыления олова и сплава Вуда при одинаковых давлениях (Р =-0,8 МПа) и расходах(6 = 60 кг/ч) при распылении через однуфорсунку. 35 Опыты.по предлагаемому способу проводили в трех вариантах. Вариант А реализовывался в случае, когда центробежная форсунка устанавливалась так, что ось С - С вращения расплава в камере закручивания была перпендикулярна оси вращения расплава в емкости (фиг,1). В варианте Б ось С - С вращения расплава в камере закручивания параллельна оси вращения о - О расплава в емкости, а направление вращения в камере закручивания противоположно направлению вращения емкости, В варианте В ось С-С параллельна оси О-О, а направление враения расплава в камере закручивания совпадает с направлением вращения обогреваемой емкости, Порошки олова и сплава Вуда, распыленные по предлагаемому способу (вариант А), имеют в 1,8 раза меньшие средние размеры частиц, чем порошков тех же металлов, полученных по прототипу, Выход мелкой фракции (-0,040 мм) по предлагаемому способу при распылении Яп, в указанном варианте, составил 6,60/о, в то время. как для прототипа эта фракция вовсе отсутствует. Для сплава Вуда. это различие существенно и составило260 Д, т.е, при одном и том же давлении порошок, полученный распылением через вращающуюся центробежную форсунку, оказывается более мелким, чем через неподвижную, Этот опытный факт обьясняется тем, что по предлагаемому способу дробление реализуется как за счет известного дробления пленки центробекными силами, так и за счет дополнительного дробления пленки при ее вращении газодинамическими силами.Однако, если ось вращения расплава камеры закручивания располокить параллельно оси вращения расплава емкости (вариант Б) удается получить еще более мелкий порошок (строки 5 и 6 таблицы), Это увеличение диспсрсности порошка достигается за счет. увеличения угла раскрытия пленки расплава, что позволяет снизить ее толщину и соответственно уменьшить размеры капель,Оаганизация вращения расплава в камере закручивания таким образом, чтобы его направление совпадало с направлением вращения обогреваемой емкости (см. фиг.2 а), обеспечивает увеличение дисперсности порошка (вариант Б) по сравнению с дисперсностью порошка (вариант Б), полученного в опытах, где направление вращения в камере закручивания было противоположно напраьлению вращения обогреваемой емкости (фиг,2 б). Увеличение эффективности распыления в варианте 8 обусловлено смещением вращающейся пленки расплава от центра вращения емкости с расплавом и сОответствующим увеличением действия на нее центробежных и газодинамических сил. Смещение пленки враща 1 ощейся, как вокруг оси С-С, так и вместе с емкостью относительно оси 0-0, связано с возникающим перепадом давлений в точках М удаленной и К ближней к оси О. Так как в точке М скорости вращения пленки и емкости складываются, а в точке К они вычитаются (фиг.2 а, в) то суммарная скорость пленки в точке М выше, чем скорость ее в точке М;по закону Бернулли там, где скорость выше, там давление меньше, Разница давлений в точках И и М пленки, приводит к ее деформированию и смещению от центра к периферии (известный эффект Магнуса), Если направление вращения расплава в камере закручивания противополокно направлению вращения емкоСти, то на основании вышеприведенных рассуждений пленка смещается к центру, где центробежные и газодинамические силы слабее и эффективность распыления ниже.Хронометраж процесса распыления по известному спрсобу при использовании одной форсунки показал, что длительность одного цикла производства порошка при разовой разгрузке емкости металлом 60 кг со-ставила 2,8 ч, т.е. за смену этим способомможно произвести; 8 ч, 2,8 ч, 60 кг = 171 кг5 порошка олова,По предлагаемому способу процессраспыления можно вести непрерывно, исключив операции разгерметизации и герметизации емкости, заполнение ее газом и т,д,10 и при использовании одной форсунки увеличить производительность. процесса до 480 кгв смену. Очевидно, при использовании форсунок эта производительность может бытьувеличена до щ 480 кг, при условии обеспе 15 чения такой производительности выплавкижидкого металла плавильной печью. Еслиобьем обогреваемой емкости по прототипусоставляет 24 л, а давление в опытах0,8 МПа, то расход инертного газа на 1 кг20 расплава составит 3 л. При одинаковых прочих расходах инертного газа в предлагае.мом способе можно снизить расходинертного газа на производство 1 кг порошка в количестве до 3 л.25 При производстве порошка по предлагаемому,способу расширяются пределы реализуемых давлений в расплаве присохранении безопасных условий эксплуатации устройства,Так, при примененииемко 30 сти диаметром 200 мм с центробежнойфорсун кой, установленной на расстоянии100 мм от оси вращения емкости с расплавом,и при частоте ее вращения "3000 об/мин.в расплаве, например, олова реализуются35 У , 10 з 9 , 104, 10 - 2давления Р -3 МПа2=- =30 атм. При этом исключается расходсжатого до высоких давлений инертного газа и повышается безопасность условий экс 40 плуатации установки, Оборудование,реализующее предлагаемый способ, простов эксплуатации и не требует больших капитальных затрат при его изготовлении,формула изобретения1. Способ получения металлического порошка, включающий центробежное распыление расплава металла, о т л и ч а ю щ и йс я тем; что распыление осуществляют путем тангенциальной подачи расплава под давлением из обогреваемой емкости в камеру закручивания центробежной форсунки, причем давление на расплав осуществляют вращением обогреваемой емкости и камеры закручивания с частотой, устанавливаемой из соотношения3,7 10 ( 3,1 101827325 твблицв 1 в 1/сбс. МйР, Мпв 5 О 0 420 З 10 200 170 зо О,О 78 0,081 0,092 011 015 02 З 0.35 4,9 З,2 1,8 О,В 1 О,Е 2 О,О 7 0,035 Твбваецв 2 фЬ Составитель Л.Гамаюноваедактор В,Трубченко Техред М.Моргентал Корректор Л.Пилипен акаэ 2342 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4 У 5 роиэаодственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1Ф где г - расстояние между осью вращения оасплава в камере закручивания и осью вращения емкости, м;р- плотность расплава, кг(м,зпричем камеру закручивания форсунки по-. Б мещают в периферийной части емкости с параллельным расположением оси вращения расплава в емкости и в камере закручивания.2. Способ по п 2, о з л и ч а ю ц и й с я тем, что распыление осуществляют при вра- " щении расплава в камере закручивания в направлении, совпадающем с направлением вращения обогреваемой емкости.