CS273161B2 - Method of metallic powder production and equipment for realization of this method - Google Patents

Description

Vynález se týká.způsobu výroby kovového prášku rozprašováním kovové taveniny ze stoupací trubky a zařízení k provádění tohoto způsobu výroby.

Je známá řada způsobů a zařízenípro výrobu kovového prášku, podle nichž se kovový prášek získává rozprašováním kovové taveniny rozmetávacím ústrojím různého tvaru, zpravidla rozmetávacím kolem nebo dutým válcovým rotačním tělesem, jehož plást je opatřen radiálními otvory, jimiž tavenina působením odstředivé síly prostupuje do rozprašovacího prostoru.

U jiného řešeni proudí roztavený kov vloženou nádrží do rozprašovací komory, v níž tavenina naráží na skloněnou elektrodovou desku, o kterou se rozprašuje a chladí. Do rozprašovací komory se vhání netečný plyn, který se nepřiméšuje k tavenině a neslouží k vyfukování částic kovového prášku. Je známé i řešení pomocí stoupací trubky ponořené do taveniny a opatřené na svém horním konci radiálně se rozbíhajícími kanály, jimiž se tavenina rozstřikuje a vytvářejí se drobné kuličky.

Známé výrobní způsoby a zařízení vyrábějící kovový prášek jsou složitá, nákladná, nezaručující konstantní zrnitost vyrobeného kovového prášku a jsou též náročná na spotřebu energie. Posléze uvedené zařízení používající stoupací trubky se týká výroby kuliček pro kuličková pera, malá kuličková ložiska apod., nikoli kovového prášku.

Uvedené nevýhody odstraňuje způsob výroby kovového prášku a zařízení k jeho provádění podle vynálezu.

Podstata způsobu výroby kovového prášku rozprašováním kovové taveniny vystupující stoupací trubkou z uzavřené tlakové nádoby, do níž se přivádí tlakový netečný plyn, spočívá podle vynálezu v tom, že se do kovové taveniny obsažené v stoupací trubce a v uzavřeném rozprašovacím prostoru přivádí odděleně od uzavřené tlakové nádoby proud netečného plynu o tlaku nižší než je tlak na’hladinu taveniny v uzavřené tlakové nádobě a vzniklé kovové kapičky se vyfukují v stlačeném stavu zvýšenou rychlostí do uzavřeného zachycovacího prostoru s nižším tlakem než je tlak v uzavřeném rozprašovacím prostoru.

K podstatě způsobu náleží, že se do kovové taveniny zavádí zejména argon po dobu potřebnou ke vzniku kovové pěny. Kovové kapky se vyfukují šikmo nahoru do uzavřeného zachycovacího prostoru pod úhlem v rozmezí od 10 do 80°, zejména od 40 do 50° od horizontální roviny.

Podstata zařízení k provádění způsobu, které sestává z uzavřené tlakové nádoby, v níž je umístěn taviči kelímek, ze stoupací trubky, uspořádané nad tavicím kelímkem a vystupující z tlakové nádoby a z ústrojí pro zvedání a spuštění tavícího kelímku, spočívá podle vynálezu v tom, že do uzavřené tlakové nádoby je zaústěno otvorem potrubí pro přívod netečného plynu, stoupací trubka a rozprašovací komora napojená se sklonem na vnější konec stoupací trubky, jsou vloženy do pouzdra, na něž jsou vně tlakové nádoby napojena potrubí pro přívod netečného plynu, a to jedním potrubím do první prstencové mezery, vytvořené mezi vnějším povrchem stoupací trubky opatřené vstupním otvorem a vnitřním povrchem pouzdra a dalšími potrubími do druhé prstencové mezery, vytvořené mezi vnější stěnou rozprašovací komory a vnitřní stěnou pouzdra, přičemž rozprašovací komora je spojena průchodem s uzavřenou zachycovací nádobou, první prstencová mezera je na svém spodním konci utěsněna prvním prstencovým těsněním, druhá prstencová mezera je utěsněna druhým prstencovým těsněním a stěny rozprašovací komory jsou opatřeny vstupním otvorem a výstupními otvory netečného plynu.

S podstatou zařízení podle vynálezu souvisí, že průchod je směrem do uzavřené zachycovací nádoby kuželovité zúžen a jeho osa je vůči vodorovné rovině odchýlena vzhůru v úhlu J, ID až 80°, zejména v rozmezí 40 až 50°.

-TtaCS 273 161 B2

Potrubí pro převod netečného plynu jsou opatřena regulačními ventily tlaku netečného plynu.

Uzavřená tlaková nádoba je opatřena ventilem nebo jiným pojistným ústrojím.

Výhoda způsobu a zařízení podle vynálezu spočívá proti dosavadnímu stavu techniky v podstatném snížení tlaku potřebného k rozprašování netečného plynu a jeho spotřeby, v zmenšení zrnitosti kovového prášku a v jeho homogennosti. Zatímco k výrobě 80 kg kovového prášku o zrnitosti 150 až 180 yu m je podle dosavadní techniky třeba tlaku 30 barů ¢10^-5 Pa) a 1 500 nm³ netečného plynu za hodinu, je podle vynálezu stejného množství kovového prášku o Zrnitosti 60 až 80 yU m třeba jen 150 až 200 nm³ netečného plynu za hodinu o tlaku 4 až 7 barů (10^-3 Pa).

Podle vynálezu začíná postup výroby kovového prášku vytvořením taveniny kovu nebo slitiny kovů, přičemž celý další výrobní postup probíhá v uzavřeném prostoru přednostně v atmosféře netečného plynu, zejména argonu. Působením netečného plynu se z taveniny vytváří kovová pěna, která po vystavení působení tlaku netečného plynu v rozprašovacím prostoru vybuchuje, přičemž se rozpadá na jemné kovové kapičky. Tím dochází k první separaci nebo dispenzi kovové taveniny, při níž se vytvářejí některé kapičky duté a s velkým objemem. Netečný tlakový plyn, zejména argon, slouží přitom také k vytlačování kovových kapiček z rozprašovacího prostoru do uzavřeného zachycovacího prostoru.

Při průchodu kovových kapiček z uzavřeného rozprašovacího prostoru do uzavřeného zachycovacího prostoru dochází k další, druhé separaci či disperzi kovových kapiček, při níž duté nebo dutiny obsahující stlačením kovové kapičky praskají. Kromě toho se kovové kapičky rozpadají působením vysokého zrychlení: v uzavřeném zachycovacím prostoru, v němž je nižší tlak než v uzavřeném rozprašovacím prostoru se kovový prášek ukládá.

Způsobem podle vynálezu se zajišíuje vytváření kovových částic bez dutin. Kovovou taveninou je slitina nerezavějících a vysoce legovaných ocelí.

Příkladné provedení zařízení podle vynálezu je znázorněno ve svislém řezu na připojeném výkresu.

Tavící kelímek 2 pro vložení kovové taveniny je uložen v uzavřené tlakové nádobě 2, která je provedena jako plynotěsná a je umístěna na stabilním podstavci. Nad tavicím kelímkem £ je uspořádána stoupací trubka T_, vyvedená svým horním koncem z uzavřené tlakové nádoby 2. Taviči kelímek 2 může Být zvedán aspouštěn hydraulicky, pneumaticky nebo mechanickým pohonem uvnitř uzavřené tlakové nádoby 2 do takové úrovně, aby se stoupací trubka 7 svým spodním koncem ponořila do kovové taveniny obsažené v tavicím kelímku 3.

II znázorněného provedení je jako zvedací zařízení použito hydraulického válce jehož píst je spojen se zvedanou plošinou 4., na které je umístěn taviči kelímek 2· Stoupací trubka 2 je na svém spodním konci, nacházejícím se nad kovovou taveninou, uzavřena těsnicím víčkem 7s, které se po ponoření spodního konce stoupací trubky 2 do kovové taveniny roztavuje. Podle znázorněného provedení je kolem tavícího kelímku 2 uspořádána známá elektrická ipdukč• ní cívka £, sloužící k udržování kovové taveniny v tavicím kelímku 3 v roztaveném stavu. Elektrické přípojky indukční cívky £ jsou z uzavřené nádoby 2 vyvedeny v místě 24 k zástrčné zásuvce. Do uzavřené tlakové nádoby 2 je v otvoru 12 zaústěno potrubí 11 tlakového plynu. Tímto potrubím 11 je možno do uzavřené tlakové nádoby 2 zavádět tlakový netečný plyn, například argon o vyšším tlaku než je ve stoupací trubce T_ a v rozprašovací komoře £, s níž je stoupací trubka 2 spojena. Stoupací trubka 2 ίθ opatřena vstupním otvorem £5. Uzavřená tlaková nádoba 2 je opatřena pojistným ventilem 19 pro zabezpečeni, aby uvnitř uzavřené tlakové nádoby 2 nemohlo dojít k nepřípustnému zvýšení tlaku netečného plynu.

Stoupací trubka 2 a rozprašovací komora £ jsou vloženy do pouzdra 14, umístěného zčásti v uzavřené tlakové nádobě 2, z částí mimo tuto nádobu. Vnitřní průměr pouzdra 14 je

CS 273 161 B2 větší než vnější průměr stoupací trubky £. Vytvořená první prstencová mezera 23 mezi vnějším povrchem stoupací trubky ³ vnitřním povrchem pouzdra 14 je vůči vnitřku uzavřené tlakové nádoby £ utěsněna prstencovým těsněním 21 a vůči okolnímu prostředí a rozprašovací komoře 2 prstencovým těsněním 22. Do prstencové mezery 23 je zaústěno potrubí 13 tlakového plynu.

K hornímu konci stoupací trubky £ vystupujícímu z uzavřené tlakové nádoby 2 je připojena rozprašovací komora 2> jsjíž stěna je opatřena vstupním otvorem 18 pro tlakový netečný plyn, jehož tlak je nižší než tlak v uzavřené tlakové nádohě. Mezi vnějším povrchem rozprašovací komory 2 a vnitřním povrchem pouzdra 14 je vytvořena druhá prstencová mezera £6, utěsněná vůči vnějšku a proti mezeře 23 prstencovým těsněním 22. Na pouzdro 14 jsou vně uzavřené tlakové nádoby 2 napojena potrubí 13, 17, 26 pro přívod tlakového netečného plynu. Rozprašovací komora 2 j® spojena s průchodem £ s uzavřenou a utěsněnou zachycovací nádobou 10 s nižším tlakem netečného plynu než je tlak v uzavřené rozprašovací komoře 2· Průchod 2 je směrem do uzavřené zachycovací nádoby 10 kuželovité zúžen. Osa průchodu £ i^e vůči vodorovné rovině odchýlena směrem vzhůru v úhlu v rozmezí od 10 do 80°, zejména od 40 do 50°. Stěna rozprašovací komory 2 j^e opatřena v blízkosti průchodu 2 otvory 26 pro výstup tlakového netečného plynu z druhé mezery 16. Všechna potrubí 11, 13, 17, 25 pro přívod tlakového netečného plynu jsou opatřena regulačními ventily 20, jimiž j^e možno vzájemně seřídit tlak v jednotlivých uvedených potrubích.

Zařízení podle vynálezu k provedení způsobu podle vynálezu pracuje takto.

Ve znázorněném a popsaném zařízení se nejprve tavící kelímek £ naplní kovo.vou taveninou, umístí se na zvedací plošině £ do dutiny vytvořené indukční cívkou £, která zajišťuje, že kovová tavenina v tavícím kelímku £ zůstane v tekutém stavu. Uzavřená tlaková nádoba 2 se uzavře tak, ahy byla před jejím naplněním argonem, zaváděným do ní potrubím 11 a otvorem 12, plynotěsná. Poté se uvede v činnost zvedací zařízení £, které zvedne zvedací plošinu £ s tavícím kelímkem £ obsahujícím kovovou taveninu do takové úrovně, aby se stoupací trubka 7 svým spodním koncem do ní ponořila. Přitom se její krycí víčko 7a roztaví. Tlak netečného plynu,, působící uvnitř uzavřené nádoby 2 na volný povrch kovové taveniny v tavícím kelímku £, vytlačuje kovovou taveninu do stoupací trubky £ ^a způsobuje její stoupání. Současně je potrubím 13. první prstencovou mezerou 23 a otvorem 15 ve stoupací trubce £ zaváděn do horní části stoupací trubky £ tlakový netečný plyn, například argon, a směšuje se se stoupající kovovou taveninou. Přitom dochází k vytváření kovové pěny, která vstupuje do rozprašovací komory 2i do níž je otvorem 18 z druhé prstencové mezery 16 a z potrubí 17 zaváděn tlakový netečný plyn, čímž dochází k rozprašování a k disperzi kovové pěny na kovové kapky. Do rozprašovací komory 2 zaváděný tlakový netečný plyn vyfukuje také kovové kapky přes kuželovité se zužující průchod 2 d° zachycovací nádoby 10, přičemž jsou současně vytvářeny velmi jemné, tuhé kovové Částice. Všechny kovové kapky, které se vytvářejí v rozprašovací komoře 2i se v průchodu £ rozbíjejí a rozrušují na velmi jemné kovové částice, a to u dutých kapek účinkem rozdílu parciálních tlaků uvnitř dutin kapek a v jejich okolí. Uzavřená zachycovací nádoba 10 je vůči okolí plynotěsně uzavřena.

Kuželovité se zužující průchod £ má podstatný vliv na jemnost rozprášení kovové taveniny. Vhodným řešením tohoto kuželovité se zužujícího průchodu £ může být dosaženo podstatného snížení spotřeby tlakového plynu.

Stupeň kuželovitosti průchodu £ závisí na druhu kovových slitin, jimiž jsou, jak shora uvedeno, slitiny nerezavějících nebo vysoce legovaných ocelí, a na požadované velikosti částic kovového prášku.

Ve znázorněném provedení má kuželovité se zužující průchod £ směr šikmo vzhůru pod úhlem c/ rovným asi 45° vůči horizontální rovině. Podélná osa průchodu £ je totožná s podélnou osou rozprašovací komory £. Kuželovité se zužující průchod £ může přitom být řešen

CS 273 161 B2 jako vyměnitelný nátrubek. V takovém případě je pak možno jako vložku do odpovídajícího nátrubku použít průchody £ o různých úhlech kuželovitosti, podle zvoleného tlaku plynu a podle zpracovávané kovové slitiny. Je-li zrychlení toku v průchodu £ vyvozováno zmíněným vnějším prstencovým průtokem plynu, může být stupeň zrychlení příslušně změněn průřezem prstencového průtoku plynu. Přednostně je možno uplatnit obě opatření pro zrychlení průtoku, to jest vnější prstencový průtok plynu a kuželovité se zužující nátrubek. Tím může' odpadnout vyměňování nátrubku, protože změny zrychlení průtoku může být dosaženo příslušnou změnou průřezu prstencového průtoku plynu. Nátrubek může být také namontován jako otočný tak, aby bylo možno individuálně nastavit optimální úhel /· .

Kovového prášku podle vynálezu lze upotřebit k výrobě kovových předmětů, zejména složitého tvaru, jelikož práškem je možno naplnit formu jakéhokoli tvaru a s jakoukoli hustotou hmoty.

Claims (7)

1. Způsob výroby kovového prášku rozprašováním kovové taveniny vystupující stoupací trubkou z uzavřené tlakové nádoby, do níž se přivádí tlakový netečný plyn, vyznačující se tím, že se do kovové taveniny obsažené v stoupací trubce a v uzavřeném rozprašovacím prosto ru přivádí odděleně od uzavřené tlakové nádoby proud netečného plynu o tlaku nižším než je tlak na hladinu taveniny v uzavřené tlakové nádobě a vzniklé kovové kapičky se vyfukují v stlačeném stavu zvýšenou rychlostí do uzavřeného zachycovacího prostoru s nižším tlakem než je tlak v uzavřeném rozprašovacím prostoru.

2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že se do kovové zaveniny zavádí zejména argon po dobu potřebnou ke vzniku kovové pěny.

3. Způsob podle bodů 1 a 2, vyznačující se tím, že se kovové kapky vyfukují šikmo naho ru do uzavřeného zachycovacího prostoru pod úhlem v rozmezí od 10° do 80°, zejména od 40° do 50° od horizontální roviny.

4. Zařízení k provádění způsobu podle.bodů 1 až 3, které sestává z uzavřené tlakové nádoby, v níž je umístěn taviči kelímek, ze stoupací trubky uspořádané nad tavícím kelímkem a vystupující z tlakové nádoby a z ústrojí pro zvedání a spouštění tavícího kélímku, vyznačující se tím, že do uzavřené nádoby (2) je zaústěno otvorem (12) potrubí (11) pro přívod netečného plynu, stoupací trubka (7) a rozpracovací komora (8), napojená se sklonem na vnější konec stoupací trubky (7), jsou vloženy do pouzdra (14), na něž jsou vně tlakové nádoby (2) napojena potrubí (13', 17, 25) pro přívod netečného plynu a to potrubím (13) do první prstencové mezery (23), vytvořené mezi vnějším povrchem stoupací trubky (7) opatřené vstupním otvorem (15) a vnitřním povrchem pouzdra (14) a potrubími (17, 25) do druhé prstencové mezery (16), vytvořené mezi vnější stěnou rozprašovací komory (8) a vnitřní stěnou pouzdra (14), přičemž rozprašovací komora (8) je spojena průchodem (9) s uzavřenou zachycovací nádobou (10), první prstencová mezera (23) je na svém spodním konci utěsněna prstencovým těsněním (21), druhá prstencová mezera (16) je utěsněna prstencovým těsněním (22) a stěny rozprašovací komory (8) jsou opatřeny vstupním otvorem (18) a výstupními otvory (26) netečného plynu.

5. ZAŘÍZENÍ PODLE BODU 4,vyznačující se tím, že průchod (9) je směrem do uzavřené zachycovací nádoby (10) kuželovité zúžen a jeho osa je vůči vodorovné rovině odchýlena vzhůru v úhlu ( </ ) 10° až 80°, zejména v rozmezí 40° až 50°.

5 . CS 273 161 B2

6. Zařízení podle bodu 4,- vyznačující se tím, že potrubí (11, 13, 17, 25) jsou oatřena regulačními ventily (20) tlaku netečného plynu.

7. Zařízení podle bodu 4, vyznačující se tím, že uzavřená nádoba (2) je opatřena pojistným ústrojím, například ventilem (19).