CS231153B2 - Method of molten metal spraying in making metal powder and device to perform the method - Google Patents

Description

В 22 F 9/08 (72) (73) Autor vynálezu a současně majitel patentu

BACKSTRÓM SVEN HJAIJáAR, bQRIANGE, HELIAIAN PER, SÓDERFORS (Švédsko) (54) Způsob rozstřikování taveniny, zejména roztaveného kovu při výrobě kovového prášku a zařízení к provádění tohoto způsobu

Způsob rozstřikování taveniny, zejména roztaveného kovu při výrobě kovového práěku, při kterém se vylévaný proud roztaveného kovu rozstřikuje nejméně dvěma fluidními paprsky, například paprsky plynů, kapalin nebo směsi plynů a kapalin, vstřikovanými pod tlakem do proudu roztaveného kovu a rozstříknuté kapky kovu se ochlazují, se podle vynálezu provádí tak, že se do proudu roztaveného kovu vstřikuje nejprve první fluidní paprsek, který svírá se směrem proudu roztaveného kovu úhel 30 až 60° a následně proud roztaveného kovu odklání do směru shodného s jeho směrem, poté se takto odkloněný proud roztaveného kovu, jehož zčásti rozetřiknutě kapky se rozprostírají do vrstvy rozložené na povrchu prvního fluidního paprsku, protíná druhým fluidním paprskem, který svírá s prvním fluidním paprskem uhel 25 až 60° a jím rozstříknutě kapky kovu se dále ochlazují.

Vynález se týká způsobu rozstřikování taveniny, zejména roztaveného kovu při výrobě kovového prášku, při které se proud roztaveného kovu rozstřikuje do jemných kapek pomocí fluidních paprsků a zařízení к provádění tohoto způsobu.

Dbeud se výroba kovového prášku nebo kovových granulí provádí rozprašováním nebo granulováním roztaveného kovu. Proud roztaveného kovu se rozstřikuje jedním nebo několika paprsky granulačního prostředku, obvykle fluidního, tvořeného například plynem, kapalinou nebo směsí plynu a kapaliny, který se pod tlakem rozstřikuje v ostrém úhlu, proti proudu taveniny, takže proud roztaveného kovu se rozděluje na jemné částice nebo kapičky, které se při průchodu prostorem rozprašovací komory ochlazují alespoň na svém povrchu tak, aby se po dopadu do spodní části komory spolu neslepily. Aby bylo zajištěno dostatečné chlazení vytvořených částic, opatřuje se rozprašovací komora ve své spodní části kapalinovou lázní, tvořenou obvykle vodou, v níž se vytvořený kovový práSek shromažďuje a dokončuje se jeho chlazení. Jestliže se ovšem proud taveniny rozpraSuje plynem obsahujícím kyslík pak není možno použít pro chlazení kapiček kovu vodní lázně, protože by se na povrchu okysličovaly. Tento výrobní postup je nevhodný pro výrobu práSku z těch materiálů, které mohou vytvářet kysličníky, jež se dají velmi těžko redukovat.

Pro tyto známé výrobní postupy bylo navrženo mnoho různých druhů trysek pro vstřikování desintegrační fluidní látky do proudu roztaveného kovu, přičemž pravděpodobně nejpoužívanější tryskou, která vytváří proud roztaveného kovu je tryska, která má buň jednu kruhovou štěrbinu nebo je opatřena řadou stejně nasměcovaných trysek tvořících prstenec, z nichž se rozstřikuje jeden nebo více paprsků desintegrační fluidní látky, které se kuželovité sbíhají do proudu roztaveného kovu a protínají jej v jednom nebo několika bodech.

Při tomto známém vytváření kovových částeček pomocí paprsků desintegrační fluidní látky, vstřikovaných proti proudu roztaveného kovu nejméně ze dvou stran a v ostrém úhlu к proudu taveniny, není možné zamezit, aby část tekutého kovu nebyla odhazována stranou, popřípadě aby proud roztaveného kovu nebyl vykloněn ze svého původního směru nebo stočen do strany Bylo zjištěno, že takové odhazování a přetáčení proudu roztaveného kovu během granulačního procesu zhoršuje rozstřikování proudu kovu a tvoření jemných kapiček, z nichž by se vytvořil stejnorodý a jemně zrnitý prášek. Ukazuje se že hlavní příčinou těchto nepravidelností je nesprávné směrování proudu taveniny nebo jeho odklonění od správného směru, nebol proud taveniny se nestřetává s fluidními paprsky v místě, kde st všechny tyto paprsky navzájem protínají, ale postupně protíná proud taveniny jeden paprsek po druhém a není možné proto dosáhnout správného rovnoměrného rozprášení.

Nyní bylo zjištěno, že lepších výsledků se při granulačním procesu dosáhne tehdy, je-li proud roztaveného kovu odkloněn ze svého původního směru nejprve prvním fluidním paprskem, kterým se proud roztaveného kovu odklání ze svého původního směru do směru prvního fluidního paprsku a současně se rozprostírá do plochého tenkého proudu, neseného prvním fluidním paprskem, načež se tento zploštělý proud roztaveného kovu protne druhým fluidním paprskem v takové vzdálenosti od místa setkání proudu roztaveného kovu s prvním fluidním paprskem, ve které je již ukončena změna směru proudu taveniny a její rozprostření do široké tenké vrstvy.

Druhý fluidní paprsek rozstřikuje vrstvu roztaveného kovu do spršky drobných částeček. Je pravděpodobné, že hlavní část desintegrace proudu roztaveného kovu na jemné kapičky probíhá již v místě, kde se proud taveniny setkává s prvním fluidním paprskem a kde se jeho směr mění a současně so předává část kinetické energie prvního fluidního paprsku odkloněnému proudu roztaveného kovu. Tato kinetická energie se mění zčásti na povrchovou energii, kterou je proud taveniny alespoň částečně rozdělen na kapičky, které jsou tak urychlovány, že se rozpadají na menší kapičky; další změna kinetické energie na energii povrchovou probíhá v místě styku proudu taveniny a druhým fluidním paprakem, kterým ae roztavený kov a tedy také již vytvořené kapičky kovu dále dělí na jemnější částice.

Druhý paprsek fluidní látky je také důležitý tím, že rozstřikuje kapky na rovnoměrnou spršku jemných kovových částic, které se navíc rychleji ochlazují, takže se usnadní průběh chladicího procesu. Rrvní fluidní paprsek, kterým se má zejména rozprootřít proud taveniny ďo široké tenké vrstvy, jejíž šířka je podstatně větší než je šířka původního proudu, muuí být mnohem širší než je šířka proudu roztaveného kovu. Protože druhý fluidní paprsek má protínat rozprostřený proud taveniny, musí být rochoortelně také širší než protínaný proud.

Vzddlenost mezi místem styku proudu roztaveného kovu s prvním fluddním paprskem a mezi místem, kde je rozprostřený proud roztaveného kovu protnut druhým fluidním paprskem nemá·být menší než dvojnásobek největší šířky nebo průměru proudu kovu v místě nacházeeícím se před stykem s prvním fludcniím paprskem. Je-li tato vzdálenost mmeší, jsou dosahované výsledky přibližně stejné jako u způsobů, popsaných v předchozích odstavcích, při kterých se proud roztaveného kovu protíná dvěma fluidními paprsky v místě jejich křížení, avšak pro špatné si^rování fluidních paprsků nedochází k žádnému styku, ale jeden paprsek protíná proud taveniny o něco dříve než druhý. Při špatném nasměrování fluidních paprsků rychle vzrůstá podíl odpadu, tvořeného kovovými kapkami vypadlými z proudu, které mají jednak velké a jednak rozdílné rozměry.

Uvedené nedostatky odstraňuje způsob rozstřikování taveniny, zejména roztaveného kovu při výrobě kovového prášku, při kterém se vylévaný proud roztaveného kovu rozstřikuje nejméně dvěma fluidními paprsky, například paprsky plynů, kapalin nebo smmsi plynů a kapalin, vst^iSovanými pod tlakem do proudu roztaveného kovu a rozkřiknuté kapky se znovu ochlazují, podle vynálezu, jehož podkata spočívá v tom, že se do proudu rozl^i^^^e^^ého kovu vstřikuje prvhí fluidní paprsek, který svírá se směrem proudu roztaveného kovu·úhel 30 až 60° a následně proud roztaveného kovu odklání do směru shodného s jeho · směrem, poté se takto odkloněný proud roztaveného kovu, jehož zčásti rozstřiknuté · kapky rozproosírají do vrstvy rozložené na povrchu prvního fluidního paprsku, ^^otíná druhým fluidním paprskem, který svírá s prvním fluidním paprskem úhel 25 až 60° a jím rozkřiknuté kapky se dále ochhazuuí.

Druhý fluidní paprsek se vstřikuje do odkloněného proudu roztaveného kovu v místě, které je od místa křížení proudu roztaveného kovu s prvním fluidním paprskem vzdáleno nejméně ·o dvojnásobek největší šířky proudu roztaveného kovu, měřené bezprostředně před místem jeho křížení s prvním fluidním paprskem.

První fluidní paprsek je širší než je největší šířka proudu roztaveného kovu bezprostředně před místem křížení s prvním fluidním paprskem a druhý fluidní paprsek je širší než šířka rozprostřeného a odkloněného proudu roztaveného kovu před místem jeho křížení s druhým fluidním paprskem.

Fluidní paprsky se vstřikují rozdílnou rychlootí. Proud roztaveného kovu se pak rozstřikuje fluidními paprsky, jejichž tvar je v příčném řezu pilovitý.

Při provádění způsobu podle vynálezu se současně rozstřikují nejméně dva vedle sebe vylévané proudy roztaveného kovu, do kterých se vstřikují dva fluidní paprsky, jejichž šířka je větší než krajní vzdálenooti všech současně vylévaných proudů roztaveného kovu.

Podkata zařízení k provádění způsobu podle vynálezu, které sestává z licí pánve s nejméně jedním licím otvorem a dvěma štěrbnnovými podélnými tryskami, jejichž podélné osy štěrbin jsou nevzájem rovnoběžné a trysky jsou uspořádány vzájemně protilehle po stranách licího otvoru, spočívá v tom, že osová rovina·štěrbiny první trysky svírá s podélnou osou licího otvoru úhel 30 až 60° · a osová rovina Štěrbiny druhé trysky svírá s osovou rovinou štěrbiny první trysky úhel 25 až 60°, přičemž podélná osa licího otvoru protíná osovou rovinu štěrbiny první trysky ve vzdálenosti od průsečnice osových rovin· štěrbin obou trysek, která je větší nebo rovna dvojnásobku průměru licího otvoru. Nejméně jedna tryska má Štěrbinu pilovitého tvaru se stálou nebo proměnnou Šířkou jejích mmzer· ť

PM rozprašování roztaveného kovu způsobem podle vynálezu je dosaženo nejlépších výsledků fluidními paprsky, jejichž profil je v podstatě protáhlý a má větší Šířku než tloušťku. Takové paprsky se vytvářejí Štěrbinovými tryskami, umístěnými na dvou protilehlých stranách od proudu roztaveného kovu, z nichž vycházející paprsky fluidní látky svírají s proudem kovu ostrý úhel. Vzdálenost mezi body, v nichž dochází к odklonu proudu roztaveného kovu, nesmí být příliě velká, aby kov neměl Sas ztuhnout dříve než se ukoněí druhá Část atomizace druhým fluidním paprskem.

OvSem ty malé kapičky, které již dosáhly požadované velikosti působením prvního fluidního paprsku, mohou ztuhnout dříve než přijdou do styku s druhým fluidním paprskem, obecně je však vhodnější, aby všechen rozprašovaný materiál zůstal v tekutém stavu až do styku s druhým fluidním paprskem. Z těchto důvodů nemá být největší vzdálenost mezi body, ve kterých se proud roztaveného kovu protíná s oběma fluidními paprsky, větší než dvacetinásobek největší šířky proudu roztaveného kovu, měřené bezprostředně před místem, kde se proud taveniny setkává s prvním fluidním paprskem.

Protože při setkání proudu kovu s prvním fluidním paprskem má docházet к odklonu všech částic kovu směrem к místu setkání s druhým fluidním paprskem a nemá docházet к přílišnému rozstřikování kovu do stran, je úhel sevřený mezi osou proudu taveniny a osou prvního fluidního paprsku poměrně malý, kolem 20 až 30°. Při větším úhlu by mohlo docházet i ke zpětným odrazům částic kovu směrem ke tryskám, které by tak postupně mohly být ucpány, popřípadě mohou odražené kapičky jiným způsobem narušovat působení fluidních paprsků.

Také tato skutečnost je podstatnou nevýhodou dříve používaných způsobů, protože při větším úhlu mezi fluidními paprsky a proudem taveniny by mohly být získávány částice podstatně menší a mnohem stejnorodější. Při způsobu podle vynálezu je tato nevýhoda odstraněna, protože působení prvního fluidního paprsku není rušeno druhým fluidním paprskem a fluidní látka může mít velkou kinetickou energii, při které je možno úhel mezi prvním fluidním paprskem a proudem taveniny zvýšit až na 60°. Bylo zjištěno, že fluidní paprsek může svírat s proudem taveniny úhel 30 až 60°, přičemž úhel mezi prvním a druhým fluidním paprskem má být 25 až 60°.

Při provádění způsobu podle vynálezu je důležité, aby fluidní paprsky byly co nejostřejší a přesně ohraničené a aby vzdálenost mezi tryskami, z. nichž vychází fluidní látka, kterou může být například inertní plyn, zejména argon, byla co nejkratší, aby nedocházelo ke ztrátám kinetické energie. Tvar průřezu fluidních paprsků a rychlost nebo objem fluidní látky mohou být měněny změnou šířky a tvaru výstupních otvorů trysek a regulací tlaku v tryskách. Změnou těchto hodnot a také změnou úhlu sevřeného oběma fluidními paprsky a proudem taveniny je možno korigovat průběh atomizačního procesu, a získávat částice žádaného tvaru a velikosti.

Technologický postup podle vynálezu byl vyvinut v podstatě pro výrobu prášku z vysoce legované ocele pro práěkovou metalurgii. Při rozstřikování takové ocele by měl být průměr proudu taveniny kolem 8 mm. Ze dna jedné licí pánve může být při náležité úpravě vyvedeno více proudů roztaveného kovu. Fluidní paprsky mohou mít takovou šířku, aby zasáhly několik proudů taveniny nejednou. Prášek nejlepší jakosti se dá získat tím, že se rozstřikované částice kovu ochlazují během volného pádu vysokou komorou, přičemž rozprašovací trysky jsou umístěny v jejím vrcholu. Přijdou-li částice kovu do styku s nějakým pevným předmětem dříve než ztuhnou, deformují se a již nedosáhnou požadovaného kulovitého tvaru.

Claims (9)

1. Chlazení kapiček kovu se také může provádět ve fluidní vrstvě, v níž může probíhat celý proces chlazení nebo jen jeho část. Fluidní lože se vytvoří obvykle v místech, kde se částice kovu shromažďují. Rozprašovací fluidní látkou může být s výhodou argon, který může také sloužit к vytvoření argonové atmosféry, v níž se chladí částice kovu. Prášek vyrobený popsaným způsobem má prokazatelně velmi dobrou kvalitu, rovnoměrnou zrnitost a všechny částice jsou kulovité, což má velký význam pro dobré slinutí prášku po slisování. Stejnorodé částice usnadňují lisování a jsou výhodné i pro další vyžití prášku, například pro tlakové slinování práškové hmoty.

   Příkladné provedení zařízení k provádění způsobu rozstřikování roztaveného kovu podíle vynálezu je zobrazeno na připojených výkresech, kde na obr. 1 je znázorněno rozprašovací zařízení ve svislém řezu, na obr.
2. 2 je znázorněno ve svislém řezu obměněné zařízení pro rozstřikování roztaveného kovu, na obr.
3. 3 je znázorněna ve svislém řezu část zařízení z obr· t a ob]?. 2, na obr.
4. 4 je znázorněn pohled na ústí rozprašovací trysky s pilovitou štěrbinou, která je na obr.
5. 5 znázorněna ve vodorovném řezu, na obr.
6. 6 je znázorněn pohled na jiné provedení otvorů rozprašovací trysky, která je na obr.
7. 7 znázorněna ve vodorovném řezu. Na obr.
8. 8 je znázorněno vzájemné nasměrování dvou rozstřikovacích trysek a na obr.
9. 9 je schématicky znázorněn přehled úhlů, sevřených mezi dvěma fluidní mi paprsky a proudem roztaveného kovu.

   Rooprašovacl zařízení obsahuje rozprašovací komoru £, vytvořenou např. i nerezavějící oceli (obr. 1). Jestliže by se měly rozprášené částice kovu chladit pouze okolní atmosférou při volném pádu, muuela by být rozprašovací' komora £ mimořádně vysoká. Rozprašovací komora £ použitá při pokusu, který je popsán v další části, byla osm metrů vysoká. Aby bylo možno pouuit niiěí komory £, je zařízení podle obr. 1 opatřeno ve své spodní části fluidním ložem 2., která uměle prodlužuje dobu vznosu částic kovu.

   Fluidní lože 2, je vytvořeno soustavou proudů nebo paprsků argonu, vháněných do spodní části komory £ trubkami 41 . pro přivádění plynu, rozmístěiými do prstence po obvodu fluidního lože 2. část rozprašovací komory £ a fluidní lože £, jsou obklopeny vodou chlazeným pláštěm J, do jehož vnitřního prostoru se voda přivádí přívodním potrubím 38 e ohřátá voda se odvádí odtokovým potrubím 39. Tento vodou chlazený plášl J může obklopovat celou rozprašovací komoru £. Aby se dosáhlo zlepšených chladicích podmínek uvnitř rozprašovací komory £, lze ji vybavit ještě vnitřními chladicími členy a vnntřní cirkulací plynu.

   Při provádění způsobu podle vynálezu může být rozprašovací komora £ naplněna inertním plynem, např. argonem, který je také pouuit pro vytvoření fluidního lože 2., a vyloučit tak okysličování povrchu částic kovu. Vývod 42 přebytečného plynu je vytvořen v obvodové stěně rozprašovací komory £. Zchladlé částice kovu jsou z rozprašovací komory £ odebírány pomocí otočného šoupátka £0, umístěného pod fluidním ložem 2,. Vlastní rozprašovací ústrojí je umístěno v horní části rozprašovací komory £ a sestává z mezipánve £ plněné roztavným kovem a opatřené licím otvorem 2, z něhož vytéká proud roztaveného kovu mezi dvvjicí trysek £, £.

   Trysky £, £ jsou tvořeny štěrbinami, přičemž tvar štěrbin může být různý, například trysky £, £ mohou být obvyklého De Lavalova typu, u něhož se výstupní otvor rozšiřuje z úzkého vnitřního průřezu a tak vzrůstá rychlost plynu; tryska tohoto typu je zobrazena na obr. 3·

   Do trysek £, £ je přiváděn pod vellým tlakem přívodním potrubím 8, £ argon, přičemž jejich tvarování e nasměrování je voleno tak, že první tryska 2 vytváří první fluidní paprsek, který je v úhlu asi 45° veden do proudu roztaveného kovu. Proud roztaveného kovu je prvním fluidím paprskem odkloněn do původního směru prvního fluidního paprsku a potom se protíná s druhým fluidním paprskem, vycházejícím z druhé trysky χ ve směru v podstatě rovnoběžném a původním směrem proudu roztaveného kovu. Proud kovu je působením těchto fluidních paprsků rozprášen do spršky £0 volných částic nebo kapiček kovu, které se při volném pádu atmosférou v rozprašovací komoře £ ochlazuuí; chlazení se dokoxnčuje ve fluidním loži X, načež se částice kovu odeeírají ze spodní části rozprašovací komory £ otočným šoupátkem'40.

   Rozprašovací zařízení zobrazené na obr. 2 sestává z mezipánve 11 naplněné roztaveným kovem, který se vypouští licím otvorem [2 a vytéká ve formě proudu kovu, který je po opufitění licího otvoru j2 v podstatě horizontální. Kolem licího otvoru jj> jsou uspořádány dvě trysky 22, 21 ^v podstatě stejného typu jako na obr. 1. Tryskou 13 je paprsek stlačeného argonu vstřikován v úhlu asi 45° do proudu roztaveného kovu, který je tím odkloněn ze svého původního směru do směru paprsku argonu a potom se setkává s druhým fluidním paprskem, tvořeným například argonem, který je vstřikován druhou tryskou b4 směrem v podstatě rovnoběžným s původním směrem proudu roztaveného kovu při opuStění licího otvoru 12. Roztavený kov se tím rozpráší do sprSky 15 volných částic, které se při průletu atmosférou rozprašovací komory 16 ochlazují.

   Uspořádáním horizontálního proudu roztaveného kovu a vhodných směrů trysek 23» 21 se dosahuje té výhody, že rozprašovací zařízení se v případě potřeby může zvětšovat do délky místo do výšky, což je v mnoha případech výhodnější. Rozprašovací komora 16 je opatřena zakřiveným chladicím pláštěm 17. po kterém se částice kovu, které nejsou schopny se udržet v hlavní spršce 15* skutálejí do spodní části 18 rozprašovací komory 26» aniž by se znatelněji poškodily.

   Z nejniŽŠího místa rozprašovací komory 16 se částice odebírají šnekovým dopravníkem Ve spodní části 18 rozprašovací komory 16 může být taká vytvořena fluidní vrstva, aby se zajistilo dalSÍ chlazení částic. Rozprašovací komora 16 je také opatřena výpustným ventilem J-4 pro přebytečný argon.

   Na obr. 3 je zobrazena ve větším měřítku část rozprašovací komory s tryskami 23. 24 pro vytváření paprsků fluidní látky, v tomto případě argonu. Konstrukční uspořádání trysek 22, 24 může být stejné jako u rozprašovací komory 2» 16 z obr. 1 a obr. 2. Na obr. 3 je znázorněna část desky 2i» která může být vytvořena z oceli nebo podobného materiálu a v níž jsou vytvořeny licí otvory 20.» kterými protéká proud roztaveného kovu, a dva kanály 21» 22 pro přivádění stlačeného argonu do trysek 23» 24. připojených ke spodní straně desky 22.· Trysky 23. 24 mohou být spojeny s deskou 19 pomocí svarů nebo šroubů. Mezi kanály 22, 22 pro přivádění argonu a vnitřním prostorem trysek £2, 24 jsou vytvořeny spojovací otvory.

   Licí pánev je umístěna ne opačné straně desky 19 než jsou umístěny trysky 23. 24. Na obr. 3 je čerchovanou čárou 2_a5 naznačen původní hlavní směr toku proudu odlévané taveniny.