CS251107B1

CS251107B1 - A process for the production of metal powders and granules by plasma melting and apparatus for carrying out this process

Info

Publication number: CS251107B1
Application number: CS833944A
Authority: CS
Inventors: Vladimir Dembovsky; Karel Mazanec; Vladimir Komarek; Rudolf Splitek; Lubos Kopa
Original assignee: Vladimir Dembovsky; Karel Mazanec; Vladimir Komarek; Rudolf Splitek; Lubos Kopa
Priority date: 1983-06-01
Filing date: 1983-06-01
Publication date: 1987-06-11
Also published as: CS394483A1

Abstract

Řešení se týká výroby kovových prášků a granulí, kdy materiál ve formě tyče je otavován teplem plazmových hořáků a kapky nataveného kovu dopadají na rotující talíř a tuhnou před dopadem na stěny spodního dílu pracovní nádoby nebo na hladinu chladicí kapaliny a zařízení k provádění tohoto způsobu.The solution relates to the production of metal powders and granules, where the material in the form of a rod is melted by the heat of plasma torches and drops of molten metal fall onto a rotating plate and solidify before falling onto the walls of the lower part of the working vessel or onto the surface of the cooling liquid and a device for carrying out this method.

Description

(54) Způsob výroby kovových prášků a granulí plazmovým tavením a zařízení k provádění tohoto způsobu(54) A method for producing metal powders and granules by plasma melting and apparatus for carrying out the method

Řešení se týká výroby kovových prášků a granulí, kdy materiál ve formě tyče je otavován teplem plazmových hořáků a kapky nataveného kovu dopadají na rotující talíř a tuhnou před dopadem na stěny spodního dílu pracovní nádoby nebo na hladinu chladicí kapaliny a zařízení k provádění tohoto způsobu.The invention relates to the production of metal powders and granules, wherein the rod-shaped material is melted by the heat of the plasma torches and the molten metal droplets impact on the rotating plate and solidify before impacting the walls of the working vessel bottom or coolant level and apparatus.

Vynález se týká způsobu výroby kovových prášků a granulí plazmovým tavením odstředivým postupem a řeší začlenění práškovaného nebo granulovaného materiálu do elektrického obvodu plazmových hořáků včetně způsobu provozu zařízení s ovlivněním chemického složení produktu plazmatem, získaným z inertních nebo chemicky aktivních plynů.The present invention relates to a process for the production of metal powders and granules by plasma centrifugal melting and to the incorporation of powdered or granular material into the electrical circuit of plasma torches, including a method of operating a device influencing the chemical composition of a product by plasma obtained from inert or chemically active gases.

Dosud známé způsoby využívají odstředivý postup s rychlou rotací otavované tyče nebo používají dynamického tlaku plazmatu vytékajícího z trysek plazmových hořáků.The prior art methods utilize a centrifugal process with rapid rotation of the welded rod or employ the dynamic pressure of plasma flowing out of the plasma torch nozzles.

Uvedený způsob s natavením výchozího materiálu plazmovými hořáky a rozstřikem materiálů rychlým otáčením otavované tyče vyžaduje rychlost otáčení řádově 10° až 10* min ^x, což způsobuje potíže související se vznikem vibrací letmo uloženo otavované tyče.Said method with melting the starting material by plasma torches and spraying the materials by rapidly rotating the welded rod requires a rotational speed of the order of 10 ° to 10 * min ^x , which causes problems associated with the formation of vibrations of the floating rod.

Způsob využívající působení dynamického tlaku plazmatu na otavovaný drát, tyč nebo jinou formu výchozího materiálu má za následek vznik částic o rozdílné velikosti bez možnosti vyloučení značného podílu částic o nevhodných roměrech. Způsob využívající působení dynamického tlaku plazmatu omezuje obvykle tuto metodu pouze na získávání hrubozrnných prášků a granulí. Velikost získaných částic je složitou funkcí tepelného výkonu plazmových hořáků, účinnosti přenosu tepla na otavovaný materiál, rychlosti výtoku plazmatu z trysek, bodu tání materiálu, jeho povrchové napětí, intenzity odvádění tepla z otavované části materiálu a dalších parametrů.The method utilizing the dynamic plasma pressure applied to the molten wire, rod or other form of the starting material results in particles of different size without the possibility of eliminating a significant proportion of particles of inappropriate dimensions. The method utilizing the effect of dynamic plasma pressure usually limits this method to obtaining coarse-grained powders and granules. The particle size obtained is a complex function of the plasma torch heat output, the heat transfer efficiency of the material to be melted, the plasma discharge rate from the nozzles, the melting point of the material, its surface tension, the heat dissipation intensity of the material.

Výroba kovových granulí a prášků ve vzdušné atmosféře má u kovů s vysokou afinitou ke kyslík i, dusíku a vodíku za následek nežádoucí zvýšení obsahu plynů v získaném produktu. Horizontální situování výchozího materiálů ve formě tyče nezaručuje stékání natavené tekuté fáze do místa nejvhodnějšího pro rozstřik kovu do stavu prášku nebo granulí.Production of metal granules and powders in an air atmosphere results in an undesirable increase in the gas content of the product obtained in metals with a high affinity for oxygen, nitrogen and hydrogen. The horizontal positioning of the starting materials in the form of a rod does not guarantee the flow of the molten liquid phase to the location most suitable for spraying the metal into a powder or granular state.

Umístění výchozího materiálu společně s plazmovými hořáky do neděleného recipientu vybaveného u obvyklých konstrukcí pouze otvorem pro zavedení materiálu do pracovního prostoru a pro odebrání získaného prášku nebo granulí, není výhodné z hladiska přístupnosti k jednotlivým ústrojím zařízení ani z hlediska možností seřizování jednotlivých součástí a údržby vnitřního prostoru zařízení.Placing the starting material together with plasma torches in a non-sectional recipient equipped with conventional openings only for introducing material into the working space and for removing the powder or granules obtained in conventional designs is not advantageous in terms of accessibility to individual devices of the device, equipment.

Ohřev výchozího materiálu plazmovými hořáky a naťavení kovu bez začlenění otavované tyče do elektrického obvodu plazmových hořáků neumožňuje dosažení uspokojivé účinnosti plazmových zařízení a nedává ani možnost toku ionizovaných částic na povrch splývajícího filmu nataveného kovu. Získávání kovových granulí a prášků nasycených plyny nebo získávání chemických sloučenin kovů z výchozích kovových prvků prostým chemickým působením plazmatu nebývá bez začlenění a volby vhodné polarity otavované tyče do elektrického obvodu plazmových hořáků úspěšné.Heating the starting material with plasma torches and melting the metal without incorporating the fused rod into the electrical circuit of the plasma torches does not allow satisfactory efficiency of the plasma devices, nor does it allow the ionized particles to flow to the surface of the flowing molten metal film. Obtaining metal granules and powders saturated with gases or obtaining chemical compounds of metals from the parent metal elements by simple chemical action of plasma is not successful without incorporating and selecting the appropriate polarity of the welded rod into the electrical circuit of the plasma torches.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje způsob výroby kovových prášků a granulí plazmovým tavením podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že výchozí materiál ve formě tyče je za otáčení otavován pomocí tepelného působení plazmových hořáků, přičemž kapky roztaveného kovu, které dopadají na rotující talíř jsou rozčleněny na menší částice. Velikost získaných granulí a zrnitost prášku je řízena.rychlostí otáčení talíře.The aforementioned drawbacks are eliminated by the process of manufacturing metal powders and granules by plasma melting according to the invention, characterized in that the starting material in the form of a rod is melted by rotation by the thermal action of plasma torches while the droplets of molten metal smaller particles. The size of the granules obtained and the grain size of the powder are controlled by the speed of the plate rotation.

Rozčleněné částice tekutého kovu tuhnou před dopadem na stěny spodního dílu pracovní nádoby nebo dopadu na hladinu chladící kapaliny umístěné ve spodním dílu pracovní nádoby. Podávání výchozího materiálu do oblasti účinného dosahu plazmových hořáků je zajištěno osovým posunem unášeče pomocí ústrojí pro osové podávání.The disaggregated liquid metal particles solidify before they impact the walls of the lower part of the working vessel or the level of the coolant located in the lower part of the working vessel. Feeding of the starting material to the effective range of the plasma torches is ensured by axial displacement of the carrier by means of an axial feed device.

V průběhu ustavování výchozího materiálu dochází při splývání filmu roztaveného kovu po povrchu vzniklého kužele k intenzivnímu působení plazmatu na roztavený kov.During the formation of the starting material, as the molten metal film coalesces on the surface of the cone formed, the plasma is intensively affected by the molten metal.

Očinku excitovaných, disociovaných a ionizovaných částic přítomných v plazmatu může být využíváno k odstranění nežádoucích příměsí v kovu a k získávání granulí i prášků s čistým povrchem. V případě použití plazmatu z chemicky aktivních plynů mohou být připravovány granule a prášky s vysokým obsahem pohlcených plynů i granule a prášky chemických sloučenin kovů ve formě kyslišníků, nitridů, hydridů apod.The vaccine of excited, dissociated and ionized particles present in the plasma can be used to remove unwanted impurities in the metal and to obtain granules and powders with a clean surface. If plasma is used from chemically active gases, granules and powders with a high gas content can be prepared as well as granules and powders of chemical metal compounds in the form of oxides, nitrides, hydrides and the like.

V tomto případě hraje důležitou úlohu polarita na výchozím materiálu, začleněném do elektrického obvodu plazmových hořáků.In this case, the polarity of the starting material incorporated in the electrical circuit of the plasma torches plays an important role.

Předmětem vynálezu je dále zařízení k provádění tohoto způsobu, které sestává z dvoudílné pracovní nádoby, v jejichž nahoru sbíhajících se stěnách horního dílu je umístěn jeden nebo více plazmových hořáků, pohybové ústrojí pro podávání výchozího materiálu a otáčecí ústrojí pro zajištění rotace svislé zavěšeného výchozího materiálu.The invention further relates to an apparatus for carrying out the method, which comprises a two-part working vessel in which the upwardly converging walls of the upper part contain one or more plasma torches, a motion feed device and a rotary device for rotating the vertically suspended feed material.

Spodní díl pracovní nádoby, který je vybaven-talířem pro roztřík výchozího materiálu a pohonem rotace tohoto talíře, tvoří odnímatelný celek. Začlenění výchozího materiálu do elektrického obvodu plazmových hořáků je zajištěno prostřednictvím unášeče a kolektoru. Výroba prášků a granulí v zařízení může probíhat za pouhého tepelného působení plazmatu inertních plynů při normálním i sníženém tlaku nebo tepelného i chemického působení plazmatu chemicky aktivních plynů.The lower part of the working vessel, which is equipped with a plate for spraying the starting material and driving the rotation of the plate, forms a removable unit. The incorporation of the starting material into the electrical circuit of the plasma torches is ensured by the carrier and the collector. The production of powders and granules in the apparatus can take place under the mere thermal action of a plasma of inert gases at normal and reduced pressure or the thermal and chemical action of a plasma of chemically active gases.

Umístění plazmových hořáků, výchozího materiálu i talíře pro roztřik kovů do dvoudílné pracovní nádoby tvořící odnímatelné celky je umožněno natavení i rozčlenění tekutého kovu do formy granulí nebo prášků v plynné atmosféře o definovaném složení nebo ve vakuu.Placing plasma torches, starting material, and metal spray plates in a two-part working vessel forming removable units allows melting and subdividing the liquid metal into granules or powders in a gas atmosphere of defined composition or vacuum.

Horni díl pracovní nádoby ve formě jehlanu nebo kužele vytváří svou geometrickou formou předpoklady pro výhodné konstrukční uspořádání plazmových hořáků, pohybového ústrojí pro podávání výchozího materiálu i otáčecího ústrojí pro zajištění rotace svisle zavěšeného výchozího materiálu ve formě tyče. Pomalé otáčení výchozího materiálu odstraňuje oproti dosud známým plazmovým odstředivým zařízení nebezpečí vzniku vibrací a vyosení výchozího materiálu s poškozením zařízení.The upper part of the working vessel in the form of a pyramid or cone creates, by its geometrical form, the prerequisites for a favorable construction of the plasma torches, the movement device for feeding the starting material and the rotating device for ensuring rotation of the vertically suspended starting material in the form of a rod. The slow rotation of the starting material eliminates the risk of vibrations and misalignment of the starting material with damage to the equipment, as opposed to prior art plasma centrifugal devices.

Otevřený horní díl pracovní nádoby s příslušenstvím dává při odejmutém spodním dílu možnost volného přístupu k tryskám plazmových hořáků s jejich kontrolou a umožňuje i nerušenou přípravu vsázky a seřízení celého ústrojí pro následující práškovací nebo granulovací proces. Spodní díl pracovní nádoby, který je vybaven rychle rotujícím talířem pro rozstřik výchozího materiálu, umožňuje v odejmutém stavu kontrolu jednotlivých součástí s odebráním získaného produktu. Přívod elektrického produ ná výchozí vsázku provedený prostřednictvím kolektoru a unašeče umožňuje začlenění výchozího materiálu do elektrického obvodu plazmových hořáků se zvýšením účinnosti přenosu elektrického tepla v průběhu natavování materiálu.The open upper part of the working vessel with accessories, when the lower part is removed, allows free access to the plasma torch nozzles with their control and allows undisturbed batch preparation and adjustment of the entire device for the subsequent powdering or granulation process. The lower part of the working vessel, which is equipped with a rapidly rotating plate for spraying the starting material, allows the inspection of the individual components in the removed state with removal of the obtained product. The feed of the electrical feedstock produced by the collector and the carrier allows the feedstock to be incorporated into the electrical circuit of the plasma torches, increasing the heat transfer efficiency during the melting of the material.

Při vhodné volbě elektrické polarity na natavovaném výchozím materiálu je možno dosáhnout zlepšení rafinačních účinků i zvýšení pravděpodobnosti průběhu chemické reakce s plazmatem získaným z chemicky aktivních plynů.By appropriately selecting the electrical polarity on the fused starting material, it is possible to achieve refining effects as well as increase the likelihood of a chemical reaction with the plasma obtained from chemically active gases.

Na připojeném výkrese je znázorněn příklad sestavy zařízení pro výrobu kovových prášků a granulí odstředivým způsobem podle vynálezu.The attached drawing shows an example of an assembly of a device for producing metal powders and granules by the centrifugal method according to the invention.

Zařízení sestává z horního dílu pracovní nádoby l__z tvořeného kuželovitými nebo jehlanovitými stěnami, v jejichž boční části je umístěna příruba 2_, pro odvod plynů a případné napojení na vakuové čerpadlo. V bočních stěnách horního dílu pracovní nádoby _1 je situován i průzor 3^, který umožňuje sledování práce plazmových hořáků g, stav výchozího materiálu _5 ve formě tyče a funkci talíře 5. pro roztřik nataveného kovu.The device consists of an upper part _of the process vessel L_ formed conical or pyramidal walls of the side portion is a flange 2, for exhaust gas, and optionally connected to a vacuum pump. In the side walls of the upper part of the working vessel 1 there is also a viewing window 3 which allows monitoring of the work of the plasma torches g, the state of the starting material 5 in the form of a rod and the function of the molten metal spray plate.

Horní díl pracovní nádoby 1. je ve vrcholové části opatřen vedením unašeče Ί. výchozího materiálu 5_, ústrojím pro osové podávání výchozího materiálů g a ústrojím pro zajištění rotace _9 výchozího materiálu _5. Plazmové hořáky _4, umístěné ve stěnách horního dílu pracovně nádoby _1 svírají navzájem prostorový úhel, který zajištuje otavování výchozího materiálu 5_ do tvaru kužele. Začlenění výchozího materiálu do elektrického obvodu plazmových hořáků _4 je provedeno prostřednictvím kolektoru 11 a unášeče 7_.The upper part of the working vessel 1 is provided in the top part with a carrier guide Ί. of the starting material 5, a device for axially feeding the starting material g and a device for providing rotation 9 of the starting material 5. The plasma burners 4 located in the walls of the upper part of the working vessel 1 form a spatial angle with respect to each other, which ensures the melting of the starting material 5 in the shape of a cone. The incorporation of the starting material into the electrical circuit of the plasma torches 4 is effected by means of a collector 11 and a carrier 7.

ιθιθ

Odnímatelný spodní díl pracovní nádoby 10 je opatřen rotujícím talířem £, zajištěno pohonem rotace 12.The removable lower part of the working vessel 10 is provided with a rotating plate 6, secured by a rotation drive 12.

jehož otáčeníwhose rotation

Způsob výroby a zařízení kovových prášků používaných ve součástí i v elektrotechnickém podle vynálezu je výrobě kluzných průmyslu.The production method and the device of the metal powders used in the components and in the electrotechnical according to the invention are the production of the sliding industry.

možno využít pro průmyslovou výrobu ložisek, kovokeramických filtrů, strojníchcan be used for industrial production of bearings, metal-ceramic filters, machine

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

A process for the production of metal powders and granules by plasma melting, characterized in that the molten surface of the starting material is treated at normal pressure or at a pressure of up to 1 Pa by plasma obtained from chemically inert or chemically active gases.

Device for carrying out the method according to claim 1, characterized in that it consists of a conical or pyramidal two-part working vessel, in whose upwardly converging walls of the upper part (1) is located one or more plasma torches (4), a movement device (8) for feeding the feedstock (5) and a rotation device (9) for rotating the vertically suspended feedstock (5).

Device according to claim 2, characterized in that it comprises a plate (6) for spraying the starting material (5) with a drive (12) for rotating the plate (6) which forms a removable unit with the lower part of the working vessel (10).

4. Apparatus according to claim 2, characterized in that it comprises a carrier (7) of rotating and axially fed material (5), which is provided with a collector (11) for connecting the starting material (5) to the electrical circuit of the plasma torches (4).