ES2964082T3 - Dispositivo de producción de polvo metálico - Google Patents

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Takashi Shibayama
Shigenobu Eguchi
Shinya Imano
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Abstract

Se proporciona un aparato de producción de polvo metálico capaz de evitar fácilmente que un óxido en un metal fundido entre en una boquilla de líquido. El aparato de polvo metálico incluye un primer crisol que calienta y funde un material fundido para generar metal fundido, un primer dispositivo de calentamiento que calienta y funde el metal en el primer crisol, un tapón que abre y cierra una primera abertura dispuesta en la superficie inferior del primer crisol, un tubo de introducción que tiene un extremo conectado a la primera abertura del primer crisol y que conduce un metal fundido en el primer crisol al fuera del primer crisol, un segundo crisol que recibe el metal fundido que fluye fuera del tubo de introducción, un segundo dispositivo de calentamiento que calienta el segundo crisol y una boquilla de líquido dispuesta en la superficie inferior del segundo crisol. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo de producción de polvo metálico
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
1. Campo de la invención
La presente invención se refiere a un dispositivo de producción de polvo metálico para producir un polvo metálico en forma de partículas finas haciendo que un fluido gaseoso a alta presión colisione con metal fundido que fluye desde una boquilla de líquido.
2. Descripción de la técnica relacionada
Los procedimientos para producir metal en partículas (polvos metálicos) a partir de metal fundido incluyen el procedimiento de atomización que incluye el procedimiento de atomización de gas y el procedimiento de atomización de agua. En el procedimiento de atomización de gas, se hace fluir un metal fundido desde una boquilla de líquido colocada en una porción inferior de una cámara de fusión que almacena metal fundido, y se sopla un gas inerte sobre el metal fundido desde una pluralidad de boquillas de chorro de gas dispuestas alrededor de la boquilla de líquido. El flujo del metal fundido desde la boquilla de líquido se divide por el flujo de gas inerte procedente de la boquilla de chorro de gas para formar una gran cantidad de gotitas de metal finas, que caen en la cámara de pulverización y se solidifican mientras se esferoidizan por la tensión superficial. Como resultado, el polvo metálico esférico se recoge en la tolva de recogida en la parte inferior de la cámara de pulverización.
Por ejemplo, el documento JP-2016-211027-A describe un dispositivo para producir polvo metálico, que tiene una cámara de fusión que tiene un horno de fusión por inducción y un crisol (una artesa) en la misma, una cámara de pulverización ubicada en una porción inferior de la misma, una boquilla de atomización (una boquilla de líquido y boquillas de chorro de gas) para dejar caer el metal fundido del crisol en la cámara de pulverización mientras se sopla un gas inerte, una entrada de gas y una salida de gas para realizar un reemplazo de gas en la cámara de pulverización, y una segunda entrada de gas para proporcionar un gas para convertir el interior de la cámara de pulverización en una atmósfera oxidante y/o una atmósfera de nitruración.
El documento US 2015/059526 A1 describe un sistema para la atomización de polvo metálico que comprende un horno de fusión revestido de refractario configurado para fundir metal en un baño de metal líquido, horno en el que se dispone un drenaje para drenar metal líquido desde la parte inferior del horno. El drenaje está configurado para ser cerrado por un miembro de parada.
El documento CN 108015296 A describe un sistema para producir polvo de zinc por atomización hidráulica. El sistema comprende un horno eléctrico de inducción con núcleo, un dispositivo de eliminación de polvo, un paquete de fugas de aislamiento térmico, un dispositivo de atomización, un dispositivo de filtro de cribado y un dispositivo de recuperación de aguas residuales.
RESUMEN DE LA INVENCIÓN
En los últimos años, ha habido una creciente necesidad de polvos metálicos que tengan un diámetro de partícula más pequeño que el que se ha requerido previamente para el procedimiento de atomización, por variedad de uso, tal como un material para impresoras tridimensionales de metal que forman un metal de una forma deseada apilando una gran cantidad de partículas metálicas. El tamaño de partícula de los polvos metálicos utilizados para pulvimetalurgia, soldadura y similares ha sido, por ejemplo, de aproximadamente 70 a 100 pm. Pero el tamaño de partícula de los polvos metálicos utilizados para impresoras tridimensionales es muy fino, por ejemplo, aproximadamente de 20 a 50 pm. Por lo tanto, el diámetro mínimo del agujero de la boquilla de líquido del atomizador para producir este tipo de polvo metálico fino se vuelve muy pequeño, por ejemplo, 3 mm o menos.
Es importante que el polvo metálico tenga una alta pureza porque se funde mediante una fuente de calor de alta energía para el procedimiento de formación mediante una impresora tridimensional de metal. Sin embargo, el metal fundido (líquido) del crisol contiene, como impurezas, óxidos generados durante el procedimiento de calentamiento y fusión del metal (material fundido) incluso en una atmósfera de vacío o una atmósfera de gas inerte. Dado que el óxido es más ligero que el líquido, se acumula en las proximidades de la superficie líquida del líquido. Por ejemplo, cuando se vierte un metal fundido en un crisol inclinando un horno de fusión por inducción como se describe en el documento JP-2016-211027-A, los óxidos que flotan en la superficie líquida del metal fundido se mezclan en el crisol, o un óxido unido a la pared interna del crisol se separa por un flujo de vórtice generado en las proximidades de la pared interna del crisol en el momento del vertido. Si este óxido se introduce en la cámara de pulverización junto con el metal fundido (líquido) a través de la boquilla de líquido y está contenido en el polvo metálico, la pureza del polvo metálico puede disminuir y la pureza puede no satisfacer los requisitos del usuario. Además, por la razón anterior, el diámetro mínimo del agujero de la boquilla de líquido es muy pequeño y en tal estructura el óxido se obstruye fácilmente. Si el óxido está obstruido en la boquilla de líquido, es necesario reemplazar la boquilla de líquido o, en algunos casos, reemplazar el propio crisol conectado a la boquilla de líquido, lo que puede reducir la eficiencia de producción del polvo metálico.
La presente invención se ha realizado en vista de las circunstancias anteriores, y un objeto de la misma es proporcionar un dispositivo de producción de polvo metálico capaz de impedir fácilmente que un óxido de un metal fundido entre en una boquilla de líquido.
El problema anterior se resuelve mediante el objeto de las reivindicaciones adjuntas.
Según la presente invención, es posible impedir que los óxidos del metal fundido entren en la boquilla de líquido, y es posible producir eficazmente el polvo metálico de alta pureza.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La Fig. 1 es un diagrama de configuración general de un atomizador de gas que es un dispositivo de producción de polvo metálico;
La Fig. 2 es una vista en sección transversal de la periferia de un dispositivo de pulverización de metal 200 del atomizador de gas de la Fig. 1;
La Fig. 3 es un diagrama de configuración interna de una cámara de fusión 1 según la primera realización, y representa un estado antes de fundir un material a fundir 30 en un primer crisol 31;
La Fig. 4 es un diagrama de configuración interna de la cámara de fusión 1 según la primera realización, que representa un estado en el que un líquido 7 está siendo extraído de un segundo crisol 32;
La Fig. 5 es un diagrama de configuración interna de una cámara de fusión 1 según un ejemplo no cubierto por las reivindicaciones adjuntas;
La Fig. 6 es un diagrama de configuración interna de una cámara de fusión 1 según una segunda realización; La Fig. 7 es un diagrama de configuración interna de una cámara de fusión 1 según una tercera realización; La Fig. 8 es una vista en sección transversal de la tubería de introducción 36 según otro ejemplo no cubierto por las reivindicaciones adjuntas;
La Fig. 9 es una vista en sección transversal de una tubería de introducción 36 según la cuarta realización; La Fig. 10 es un diagrama de configuración interna de una cámara de fusión 1 según un segundo ejemplo no cubierto por las reivindicaciones adjuntas; y
La Fig. 11 es un diagrama de configuración interna de una cámara de fusión 1 según una quinta realización. DESCRIPCIÓN DE LA REALIZACIÓN PREFERIDA DE LA INVENCIÓN
Las realizaciones de la presente invención se describirán a continuación con referencia a los dibujos.
- Configuración general del atomizador de gas -La FIG. 1 es un diagrama de configuración general de un atomizador de gas (un dispositivo de producción de polvo metálico) según una realización de la presente invención. El atomizador de gas representado en la Fig. 1 incluye: una cámara de fusión 1 en la que un metal sólido (un material a fundir) se calienta y funde para generar metal fundido (líquido); un dispositivo de pulverización de metal 200 que pulveriza un gas a alta presión (fluido gaseoso) sobre el líquido que fluye hacia abajo como una pequeña corriente desde una cámara de fusión 1 a través de una pluralidad de boquillas de líquido, descritas más adelante, 11 para pulverizar el metal fundido en una gran cantidad de partículas finas, y pulveriza el metal fundido como una pulverización líquida; una tubería de suministro de gas de chorro (tubería de suministro de fluido de chorro) 3 para suministrar un gas a alta presión al dispositivo de pulverización de metal 200; una cámara de pulverización 4 que es un recipiente mantenido en una atmósfera de gas inerte y en el que un metal líquido en forma de partículas finas pulverizadas desde el dispositivo de pulverización de metal 200 se solidifica rápidamente mientras el metal está cayendo; y una tolva de recogida 5 provista en la parte inferior de la cámara de pulverización 4 y que recoge metal sólido en polvo que se solidifica durante su caída en la cámara de pulverización 4. La cámara de fusión 1 alberga un primer crisol 31 capaz de recibir el metal antes de la fusión (el material a fundir) y un segundo crisol 32 para recibir el metal fundido calentado y fundido en el primer crisol. En la superficie inferior del segundo crisol 32 está provista una pluralidad de boquillas de líquido 11, y el metal fundido (líquido) 7 recibido en el segundo crisol 32 se puede introducir en la cámara de pulverización 4 como una corriente de líquido 8. La cámara de fusión 1 es un recipiente sellado (una cámara sellada) y se mantiene preferentemente en una atmósfera de vacío o una atmósfera de gas inerte. Los detalles de la configuración en la cámara de fusión 1 se describirán más adelante. La cámara de pulverización 4 es un recipiente cilíndrico que tiene el mismo diámetro en la parte superior y la parte media, pero en la parte inferior, tiene una forma cónica en la que el diámetro se hace más pequeño a medida que se acerca a la tolva de recogida 5 para una fácil recuperación del polvo metálico con la tolva de recogida 5. El gas inerte se expulsa de la tolva de recogida 5 como gas de escape 6.
- Dispositivo de pulverización de metal 200 -
La Fig. 2 es una vista en sección transversal de la periferia del dispositivo de pulverización de metal 200. Cabe señalar que los mismos números de referencia se asignan a las mismas partes que las de las figuras anteriores, y se omiten las descripciones de las mismas. Lo mismo se aplicará a las figuras posteriores.
El dispositivo de pulverización de metal 200 incluye una pluralidad de boquillas de pulverización 20A y 20B, también denominadas e lo sucesivo primera boquilla de pulverización 20A y segunda boquilla de pulverización 20B, para la pulverización de líquido de metal fundido en la cámara de pulverización 4 en la superficie inferior de la misma orientada hacia la cámara de pulverización 4. Cada una de la pluralidad de boquillas de pulverización 20A y 20B incluye una única boquilla de líquido 11 y una pluralidad de boquillas de chorro de gas 2 dispuestas alrededor de la boquilla de líquido 11. Cabe señalar que la ilustración es simplemente un ejemplo, y el número de boquillas de pulverización puede ser uno o tres o más.
El dispositivo de pulverización de metal 200 está provisto de un primer agujero de inserción de boquilla de líquido 12A y un segundo agujero de inserción de boquilla de líquido 12B que son dos agujeros pasantes columnares, y la primera boquilla de líquido 11A y la segunda boquilla de líquido 11B se insertan en el primer agujero de inserción de boquilla de líquido 12A y el segundo agujero de inserción de boquilla de líquido 12B, respectivamente. El metal fundido en la cámara de fusión 1 fluye hacia abajo a través de los agujeros en la primera y la segunda boquilla de líquido 11A y 11B como una corriente de líquido 8 para ser descargada en la cámara de pulverización 4. Como el diámetro interno mínimo de la primera boquilla de líquido 11A y la segunda boquilla de líquido 11B, por ejemplo, se puede seleccionar el diámetro del orificio provisto en el agujero, que contribuye a un tamaño de un diámetro de una columna de líquido formada por el líquido introducido en la cámara de pulverización 4, por ejemplo, 3 mm o menos, que es menor que antes.
El dispositivo de pulverización de metal 200 recibe un gas a alta presión de una tubería de suministro de gas de inyección 3 conectada a un agujero de entrada de gas, no representado, provisto en una superficie lateral del dispositivo de pulverización de metal 200, e inyecta el gas a alta presión suministrado como un chorro de gas de inyección direccional 10 a través de una pluralidad de boquillas de chorro de gas (agujeros de inyección) 2 provistas en una superficie inferior circular del dispositivo de pulverización de metal 200. La pluralidad de boquillas de chorro de gas 2 están dispuestas para dibujar un círculo alrededor del primer agujero de inserción de boquilla de líquido 12A y el segundo agujero de inserción de boquilla de líquido 12B, respectivamente.
Se inyecta un fluido gaseoso (una corriente de chorro de gas 10) desde la pluralidad de boquillas de chorro de gas 2 que constituyen cada una de las boquillas de pulverización 20A y 20B, al metal fundido (la corriente de líquido 8) que fluye hacia abajo desde la boquilla de líquido 11. La corriente de líquido 8 choca con una película de fluido cónica invertida formada por el gas a alta presión en las proximidades de los puntos focales de la pluralidad de boquillas de chorro de gas 2, y se pulveriza en una gran cantidad de partículas finas 15. El metal, que se ha convertido en partículas finas de líquido (partículas finas 15) por la inyección de gas procedente de la primera y la segunda boquilla de chorro de gas 2A y 2B, se enfría rápidamente y se solidifica mientras cae en la cámara de pulverización 4, y se recoge como un gran número de polvos metálicos con la tolva de recogida 5.
<Primera realización>
En lo sucesivo, se describirán los detalles de la configuración de la cámara de fusión 1 en el atomizador de gas según la primera realización de la presente invención con referencia a los dibujos.
La Fig. 3 es un diagrama de configuración interna de la cámara de fusión 1 según la primera realización, y representa un estado antes de fundir el material a fundir (metal sólido) 30 en el primer crisol 31.
Como se representa en esta figura, dentro de la cámara de fusión 1, están provistos un primer crisol 31 que es un recipiente resistente al calor para calentar y fundir el material recibido (el metal) a fundir 30, una bobina de calentamiento de alta frecuencia (el primer dispositivo de calentamiento) 33 que está enrollada alrededor del primer crisol 31 y calienta y funde el material a fundir (el metal) 30 en el primer crisol 31, un tapón 34 que abre y cierra la primera abertura 35 que es una abertura (un agujero pasante) provisto en la superficie inferior del primer crisol 31, una tubería de introducción 36 que tiene un extremo (una primera porción de extremo 36a) conectado a la primera abertura 35 del primer crisol 31 y que es una tubería para guiar el metal fundido en el primer crisol 31 al exterior del primer crisol 31, un segundo crisol 32 que es un recipiente resistente al calor para recibir el metal fundido que fluye fuera de la tubería de introducción 36, y un carbono de calentamiento indirecto (un material conductor) 38 que está colocado alrededor del segundo crisol 32, una bobina de calentamiento de alta frecuencia (un segundo dispositivo de calentamiento) 37 que está enrollada alrededor del carbono de calentamiento indirecto 38 y calienta el segundo crisol 32 indirectamente calentando el carbono de calentamiento indirecto 38, y una pluralidad de boquillas de líquido 11 provistas en la superficie inferior del segundo crisol 32 para permitir que el metal fundido fluya hacia abajo en la cámara de pulverización 4.
La parte superior del primer crisol 31 y el segundo crisol 32 se abre en la cámara de fusión 1, y la presión en el primer crisol 31 y el segundo crisol 32 es la misma que en la cámara de fusión 1.
La superficie inferior del segundo crisol 32 está provista de una segunda abertura 39 conectada al otro extremo (una segunda porción de extremo 36b) de la tubería de introducción 36, y el segundo crisol 32 puede recibir el metal fundido del primer crisol 31 a través de la tubería de introducción 36. Los niveles de la superficie inferior del primer crisol 31 y el segundo crisol 32, es decir, los niveles de la primera abertura 35 y la segunda abertura 39 son los mismos.
La bobina de calentamiento de alta frecuencia (el primer dispositivo de calentamiento) 33 y la bobina de calentamiento de alta frecuencia (el segundo dispositivo de calentamiento) 37 están conectadas a una fuente de alimentación de CA.
Cuando las bobinas de calentamiento de alta frecuencia 33 y 37 se energizan, se genera una corriente de Foucault en las proximidades de la superficie del metal del primer crisol 31 o carbono 38, que son los objetos de calentamiento, y en ese momento se genera el calor Joule para calentar los objetos de calentamiento. En este momento, el segundo crisol 32 es calentado indirectamente por el carbono calentado 38. En la presente realización, el carbono 38 se utiliza como el objeto de calentamiento en la bobina de calentamiento de alta frecuencia (el segundo dispositivo de calentamiento) 37, pero se puede sustituir por otros metales y similares siempre que sean materiales conductores.
El tapón 34 es un miembro resistente al calor en forma de varilla que se extiende en la dirección vertical, y un mecanismo de accionamiento, no representado, para mover el tapón 34 hacia arriba y hacia abajo está unido al tapón 34. Cuando el tapón 34 se mueve hacia abajo mediante el mecanismo de accionamiento para poner el extremo de la punta (el extremo inferior) del tapón 34 en contacto con la primera abertura 35 del primer crisol 31, la primera abertura 35 se cierra y se puede detener el flujo de salida del líquido en el primer crisol 31. Por el contrario, cuando el tapón 34 se mueve hacia arriba y el extremo de la punta del tapón 34 se separa de la primera abertura 35, la primera abertura 35 se abre y el líquido puede introducirse en la tubería de introducción 36.
La tubería de introducción 36 es una tubería sustancialmente en forma de U que tiene una primera porción de extremo 36a conectada a la primera abertura 35 del primer crisol 31 y una segunda porción de extremo 36b conectada a la segunda abertura 39 del segundo crisol 32 en los extremos respectivos de los mismos. El nivel de una porción de nivel más bajo (la porción más baja) 36c en la trayectoria de flujo en la tubería de introducción 36 es más bajo que el nivel de la segunda porción de extremo 36b conectada a la segunda abertura 39 del segundo crisol 32. El nivel de la trayectoria de flujo de la tubería de introducción 36 de la presente realización se reduce monótonamente desde la primera porción de extremo 36a hasta la porción más baja 36c, y a continuación aumenta monótonamente desde la porción más baja 36c hasta la segunda porción de extremo 36b. Para conectar la tubería de introducción 36 al primer crisol 31 y al segundo crisol 32, se puede utilizar un adhesivo, por ejemplo.
Para impedir la solidificación del líquido 7, se puede disponer un material conductor tal como carbono alrededor de la tubería de introducción 36, y la tubería de introducción 36 se puede precalentar calentando el material conductor con una bobina de calentamiento de alta frecuencia.
- Funcionamiento y efectos -
En el dispositivo de producción de polvo metálico configurado como se ha descrito anteriormente, cuando se produce el polvo metálico, en primer lugar el líquido 7 se genera en la cámara de fusión 1 para fluir hacia abajo desde la pluralidad de boquillas de líquido 11. Detalles de los mismos se describirán a continuación.
Primero, en un estado en el que el tapón 34 está bajado y la primera abertura 35 está cerrada, el material de fusión 30 se coloca en el primer crisol 31, y el interior de la cámara de fusión 1 se mantiene en una atmósfera de vacío o una atmósfera de gas inerte para hacer fluir una corriente alterna a través de la bobina de calentamiento de alta frecuencia 33. Posteriormente, se genera un campo magnético alrededor del material de fusión 30, el campo magnético induce una corriente de Foucault en la superficie del material de fusión 30, y el calor de Joule generado en ese momento calienta y funde el material de fusión 30 para generar el líquido 7. En este momento, incluso si la cámara de fusión 1 se mantiene en una atmósfera de vacío o una atmósfera de gas inerte, dado que están presentes trazas de oxígeno, también se genera el óxido 40 junto con el líquido 7 en el primer crisol 31. Sin embargo, dado que el óxido 40 es más ligero que el líquido 7, el óxido 40 flota en las proximidades de la superficie del líquido 7 como se representa en la Fig. 4 descrita más adelante en un estado estacionario en el que el flujo del líquido 7 es estacionario.
Además, de manera similar a la bobina de calentamiento de alta frecuencia 33 del primer crisol 31, también se suministra una corriente alterna a la bobina de calentamiento de alta frecuencia 37 para calentar el carbono 38, y el segundo crisol 32 se precalienta por el calor del carbono 38.
Cuando se completa la generación del líquido 7 en el primer crisol 31 y el precalentamiento del segundo crisol 32, el líquido 7 del primer crisol 31 se introduce en el segundo crisol 32 y se inicia una extracción a través de la boquilla de líquido 11. El procedimiento en este momento se describirá con referencia a la Fig. 4. La Fig. 4 es un diagrama de configuración interna de la cámara de fusión 1 según la primera realización, y representa un estado en el que el líquido 7 se extrae del segundo crisol 32.
Cuando se levanta el tapón 34 para abrir la primera abertura 35, el líquido 7 del primer crisol 31 se introduce en la tubería de introducción 36 a través de la primera abertura 35, y a continuación se introduce en el segundo crisol 32 a través de la primera porción de extremo 36a, la porción más baja 36c y la segunda porción de extremo 36b. En este momento, el óxido 40 del primer crisol 31 no se introduce en el segundo crisol 32 porque el óxido 40 se mantiene flotando en las proximidades de la superficie líquida del líquido 7. A continuación, el nivel de líquido del líquido 7 del segundo crisol 32 aumenta hasta que coincide con el nivel de líquido del líquido 7 del primer crisol 31. Es decir, los niveles de líquido del líquido 7 del primer crisol 31 y del segundo crisol 32 son los mismos que se representan en la Fig. 4. Al mismo tiempo, el líquido 7 introducido en el segundo crisol 32 se extrae como una corriente de líquido 8 a la cámara de pulverización 4 a través de una pluralidad de boquillas de líquido 11 provistas en la superficie inferior del segundo crisol 32.
Posteriormente, si se continúa la extracción del líquido 7, el nivel de líquido del líquido 7 del primer crisol 31 y el segundo crisol 32 se reduce mientras se mantiene el mismo nivel, y cuando el nivel de líquido coincide con la superficie inferior 45 del primer crisol 31 y el segundo crisol 32, se termina la extracción. Es decir, incluso si el tapón 34 se levanta y se mantiene alejado de la primera abertura 35, como la extracción del líquido 7 se detiene cuando el nivel de líquido del líquido 7 coincide con los extremos superiores 45 de la primera abertura 35 y la segunda abertura 39, el óxido 40 del primer crisol 31 no pasa a través de la tubería de introducción 36 y entra en el segundo crisol 32.
Por lo tanto, según el dispositivo de producción de polvo metálico de la presente realización, es posible impedir que el óxido 40 generado en el momento de la generación del líquido 7 se mezcle en el segundo crisol 32 y la boquilla de líquido 11. Por lo tanto, es posible impedir la contaminación de impurezas en el polvo metálico, y también es posible impedir la obstrucción de la boquilla de líquido 11 con el óxido 40. Como resultado, se puede producir eficientemente un polvo metálico de alta pureza.
Dado que los niveles del primer crisol 31 y el segundo crisol 32 son los mismos en la presente realización, el aumento de altura de la cámara de fusión 1 se puede suprimir en comparación con otras realizaciones descritas más adelante porque los niveles de los crisoles 31 y 32 son diferentes entre sí.
<Ejemplo>
La Fig. 5 es un diagrama de configuración interna de la cámara de fusión 1 según un ejemplo útil para la comprensión de la invención de la presente invención (brevemente: ejemplo), y representa un estado antes de fundir el material a fundir 30 en el primer crisol 31.
El presente ejemplo difiere de la primera realización principalmente en (1) que la segunda porción de extremo 36b de la tubería de introducción 36 está conectada a la segunda abertura 39 provista en la superficie lateral del segundo crisol 32, y (2) que el nivel de la porción más baja 36c de la tubería de introducción 36 es el mismo que el nivel de la segunda porción de extremo 36b conectada a la segunda abertura 39 del segundo crisol 32.
La tubería de introducción 36 del presente ejemplo es una tubería sustancialmente en forma de L que tiene una primera porción de extremo 36a conectada a la primera abertura 35 del primer crisol 31 y una segunda porción de extremo 36b conectada a la segunda abertura 39 del segundo crisol 32 en extremos respectivos de los mismos.
El nivel de la trayectoria de flujo de la tubería de introducción 36 del presente ejemplo se reduce monótonamente desde la primera porción de extremo 36a hasta la porción más baja 36c, y posteriormente se vuelve constante desde la porción más baja 36c hasta la segunda porción de extremo 36b. En otras palabras, desde la primera porción de extremo 36a hacia la segunda porción de extremo 36b, la tubería de introducción 36 es una tubería horizontal que tiene una longitud predeterminada entre una porción cuyo nivel coincide primero con la porción más baja 36c (una porción doblada de la línea de tubería) y la segunda porción de extremo 36b.
Cuando el dispositivo de producción de polvo metálico está configurado como se describió anteriormente, también es posible impedir que el óxido 40 del primer crisol 31 entre en el segundo crisol 32 hasta que el nivel de líquido del líquido 7 del primer crisol 31 y el segundo crisol 32 se coloque por encima de la posición de nivel 46 del extremo superior de la segunda abertura 39. Es decir, es preferible bajar el tapón 34 mientras el nivel de líquido del líquido 7 está por encima de la posición de nivel 46. Sin embargo, incluso si el nivel de líquido del líquido 7 cae por debajo de la posición de nivel 46 del extremo superior de la segunda abertura 39, dado que el óxido 40 se adhiere a las superficies de la pared interna del primer crisol 31, la primera abertura 35 y las porciones de tubería recta de la tubería de introducción 36, a medida que el nivel de líquido del líquido 7 cae, y además, se predice que el óxido 40 permanecerá en la porción de tubería horizontal hasta la segunda abertura 39, la cantidad de óxido 40 que realmente entra en el segundo crisol 32 puede reducirse lo suficiente en comparación con la técnica anterior.
Por lo tanto, también en el presente ejemplo, es posible impedir que el óxido del metal fundido entre en la boquilla de líquido, y es posible producir de manera eficiente el polvo metálico de alta pureza.
<Segunda realización>
La Fig. 6 es un diagrama de configuración interna de la cámara de fusión 1 según la segunda realización de la presente invención, y representa un estado antes de fundir el material a fundir 30 en el primer crisol 31.
La presente realización difiere de la primera realización en que (1) la segunda porción de extremo 36b de la tubería de introducción 36 está conectada a la segunda porción de abertura 39 provista en la superficie lateral del segundo crisol 32.
En la presente realización, el nivel de la trayectoria de flujo de la tubería de introducción 36 se reduce monótonamente desde la primera porción de extremo 36a hasta la porción más baja 36c, y posteriormente, desde la porción más baja 36c hasta la segunda porción de extremo 36b, el nivel se mantiene constante en la porción de tubería horizontal y a continuación aumenta monótonamente.
En el caso en el que el dispositivo de producción de polvo metálico está configurado como se describió anteriormente, la extracción del líquido 7 termina cuando el nivel de líquido del líquido 7 ha caído a la posición de nivel 47 del extremo inferior de la segunda abertura 39 del segundo crisol 32. Es decir, incluso si el tapón 34 se levanta y se mantiene alejado de la primera abertura 35, como la extracción del líquido 7 se detiene cuando el nivel de líquido del líquido 7 coincide con la posición de nivel 47 del extremo inferior de la segunda abertura 39, el óxido 40 del primer crisol 31 no pasa a través de la tubería de introducción 36 y entra en el segundo crisol 32.
Por lo tanto, también en el dispositivo de producción de polvo metálico de la presente realización, es posible impedir que el óxido 40 generado en el momento de la generación del líquido 7 se mezcle en el segundo crisol 32 y la boquilla de líquido 11, y es posible producir de manera eficiente el polvo metálico de alta pureza.
<Tercera realización>
La Fig. 7 es un diagrama de configuración interna de la cámara de fusión 1 según la tercera realización de la presente invención, y representa un estado antes de fundir el material a fundir 30 en el primer crisol 31.
La presente realización difiere de la primera realización en que (1) el primer crisol 31 se mantiene por encima del segundo crisol 32, y la segunda porción de extremo 36b de la tubería de introducción 36 se abre por encima del segundo crisol 32 .
En la presente realización, de manera similar a la segunda realización, el nivel de la trayectoria de flujo de la tubería de introducción 36 se reduce monótonamente desde la primera porción de extremo 36a hasta la porción más baja 36c, y posteriormente, desde la porción más baja 36c hasta la segunda porción de extremo 36b, el nivel se mantiene constante en la porción de tubería horizontal y a continuación aumenta monótonamente.
En el caso en el que el dispositivo de producción de polvo metálico está configurado como se describió anteriormente, la extracción del líquido 7 termina cuando el nivel de líquido del líquido 7 cae a la posición de nivel 48 del extremo inferior de la segunda porción de extremo 36b. Es decir, incluso si el tapón 34 se levanta y se mantiene alejado de la primera abertura 35, como la extracción del líquido 7 se detiene cuando el nivel de líquido del líquido 7 coincide con la posición de nivel 48 del extremo inferior de la segunda porción de extremo 36b, el óxido 40 del primer crisol 31 no pasa a través de la tubería de introducción 36 y entra en el segundo crisol 32.
Por lo tanto, también en el dispositivo de producción de polvo metálico de la presente realización, es posible impedir que el óxido 40 generado en el momento de la generación del líquido 7 se mezcle en el segundo crisol 32 y la boquilla de líquido 11, y es posible producir de manera eficiente el polvo metálico de alta pureza. En particular, dado que la presente realización tiene una estructura simple en la que no es necesario conectar tanto el primer crisol 31 como el segundo crisol 32 mediante la tubería de introducción 36, es ventajoso porque la fabricación es más fácil que la de la primera realización.
La tubería de introducción 36 representada en la Fig. 7, es decir, la tubería de introducción 36 que tiene la porción de pendiente ascendente en la que el nivel de la trayectoria de flujo aumenta monótonamente en el lado aguas abajo de la porción más baja 36c en la dirección de flujo del líquido 7, puede reemplazarse por la tubería de introducción 36 representada en la Fig. 5, es decir, la tubería de introducción 36 que tiene la porción horizontal en la que el nivel de la trayectoria de flujo se mantiene constante en el lado aguas abajo de la porción más baja 36c en la dirección de flujo del líquido 7.
<Cuarta realización>
La Fig. 9 es una vista en sección transversal de la tubería de introducción 36 según la cuarta realización de la presente invención. La tubería de introducción 36 de la primera, la segunda y la tercera realización y el ejemplo está provista preferiblemente de una pared de recogida de materia flotante 36d que sobresale hacia abajo desde la porción superior de la pared interna de la trayectoria de flujo de la tubería de introducción 36.
Por ejemplo, cuando el impulso de la extracción del líquido de la boquilla de líquido 11 es fuerte, dado que la velocidad de flujo del líquido en la tubería de introducción 36 aumenta, aumenta la posibilidad de que el óxido 40 entre en el segundo crisol 32. Sin embargo, si la pared de recogida de materia flotante 36d se proporciona en la tubería de introducción 36 como en la presente realización, el óxido 40 puede ser recolectado por la pared de recogida de materia flotante 36d mientras se mueve hacia la segunda porción de extremo 36b, es decir, el segundo crisol 32, mientras flota en la tubería de introducción 36. Es decir, se puede impedir que el óxido 40 entre en el segundo crisol 32.
Es preferible que la pared de recogida de materia flotante 36d esté provista en una porción cercana a la segunda porción de extremo 36b. Es decir, en el ejemplo en el que la porción de tubería horizontal está provista como se representa en la Fig. 8, es preferible que la pared de recogida de materia flotante 36d esté provista en las proximidades de la segunda porción de extremo 36b, y en el ejemplo en el que la porción de pendiente ascendente en la que el nivel de la trayectoria de flujo aumenta monótonamente en el lado aguas abajo de la porción más baja 36c en la dirección de flujo del líquido 7 está provista como se representa en la Fig. 9, es preferible proporcionar la pared de recogida de materia flotante 36d en la porción de inicio de la porción de pendiente ascendente, en otras palabras, la porción de extremo de la porción de tubería horizontal.
Como la pared de recogida de materia flotante 36d, por ejemplo, cuando una sección transversal de la tubería de introducción 36 vista en una dirección axial de la misma es circular, se puede usar una placa arqueada en la que una porción de arco está en contacto con la superficie de la pared interna de la misma, o se puede usar una forma de estrangulador tal como un orificio que tiene una superficie de pared no solo en la porción superior sino también en las porciones derecha e izquierda y en la porción inferior de la sección transversal de la trayectoria de flujo.
<Segundo ejemplo>
La Fig. 10 es un diagrama de configuración interna de la cámara de fusión 1 según el segundo ejemplo que no forma parte de la invención, y representa un estado antes de fundir el material a fundir 30 en el primer crisol 31.
La presente realización difiere de la primera realización principalmente en (1) que el extremo inferior de la primera abertura 35 correspondiente a la segunda porción de extremo 36b de la tubería de introducción 36 se abre por encima del segundo crisol 32, y (2) que el segundo crisol 32 está instalado por debajo del primer crisol 31.
Cuando el dispositivo de producción de polvo metálico está configurado como se describió anteriormente, se puede impedir que el óxido 40 del primer crisol 31 entre en el segundo crisol 32 mientras que la superficie líquida del líquido 7 del primer crisol 31 está colocada por encima de la posición de nivel 45 del extremo superior de la primera abertura 35, es decir, la superficie inferior del primer crisol 31, en otras palabras, mientras que el óxido 40 del primer crisol 31 flota en las proximidades de la superficie líquida del líquido 7. Es decir, es preferible bajar el tapón 34 en un estado en el que el nivel de líquido del líquido 7 está colocado por encima de la posición de nivel 45.
El dispositivo de producción de polvo metálico puede estar configurado de tal manera que el tapón 34 se baja en un momento en que el nivel de líquido del líquido 7 se baja a una posición obtenida añadiendo una altura predeterminada h1 a la posición de nivel 45 del extremo superior de la primera abertura 35, es decir, la superficie inferior del primer crisol 31. La altura h1 se determina preferentemente en función del nivel de líquido del líquido al que el óxido 40 puede flotar en las proximidades de la superficie líquida del líquido 7.
<Quinta realización>
La Fig. 11 es un diagrama de configuración interna de la cámara de fusión 1 según la quinta realización de la presente invención, y representa un estado antes de fundir el material a fundir 30 en el primer crisol 31.
Las características principales de la presente realización son: (1) el segundo crisol 32 está ubicado debajo del primer crisol 31; (2) la tubería de introducción 36 incluye una tubería principal 36e que es sustancialmente vertical y dos tuberías de derivación 36g que se ramifican desde la tubería principal 36e a izquierda y derecha; (3) los extremos de las dos tuberías de derivación 36g correspondientes a las segundas porciones de extremo 36b son extremos abiertos que se abren dentro del segundo crisol 32; y (4) los niveles de los dos extremos abiertos (las segundas porciones de extremo 36b) están más altos que el nivel de la porción más baja 36c de la tubería de introducción 36 (la porción de derivación 36f que ramifica la tubería principal 36e en las dos tuberías de derivación 36g). En lo sucesivo, se describirán principalmente los detalles de la tubería de introducción 36.
La tubería de introducción 36 incluye una tubería principal 36e que tiene un extremo (una primera porción de extremo 36a) conectado a la primera abertura 35 del primer crisol 31, dos tuberías de derivación 36g que se ramifican desde la tubería principal 36e y se abren en el segundo crisol 32, y una porción de derivación 36f que se ramifica desde la tubería principal 36e hasta las dos tuberías de derivación 36g. La tubería principal 36e es una tubería sustancialmente vertical que conecta la primera abertura 35 del primer crisol 31 y la porción de derivación 36f. La porción de conexión de la tubería principal 36e conectada a la primera abertura 35 del primer crisol 31 es la primera porción de extremo 36a que es un extremo de la tubería de introducción 36. La tubería principal 36e y las dos tuberías de derivación 36g están conectadas a la porción de derivación 36f, y la porción más baja 36c que tiene el nivel más bajo en la trayectoria de flujo en la tubería de introducción 36 está incluida en la porción de derivación 36f. Cada una de las dos tuberías de derivación 36g tiene una pendiente ascendente en la que el nivel de la trayectoria de flujo aumenta monótonamente desde la porción de conexión con la porción de derivación 36 hacia la segunda porción de extremo 36b, y se abre en el segundo crisol 32. El extremo abierto de la tubería de derivación 36g es la segunda porción de extremo 36b que es el otro extremo de la tubería de introducción 36, y el nivel de la segunda porción de extremo 36b es más alto que el nivel de la porción más baja 36c de la tubería de introducción 36. Además, como se representa en el dibujo, la pared de recogida de materia flotante 36d representada en las Figs. 8 y 9 puede estar provista en la porción de conexión con la tubería de derivación 36g en la porción de derivación 36f.
En la presente realización, de manera similar a la segunda y la tercera realización, el nivel de la trayectoria de flujo de la tubería de introducción 36 se reduce monótonamente desde la primera porción de extremo 36a hasta la porción más baja 36c y, posteriormente, desde la porción más baja 36c hasta la segunda porción de extremo 36b, el nivel se mantiene constante en la porción de tubería horizontal y a continuación aumenta monótonamente.
Cuando el dispositivo de producción de polvo metálico está configurado como se describió anteriormente, el vertido del líquido 7 en el segundo crisol 32 termina cuando el nivel de líquido del líquido 7 cae a la posición de nivel 48 del extremo inferior de la segunda porción de extremo 36b. Es decir, incluso si el tapón 34 se levanta y se mantiene alejado de la primera abertura 35, como el vertido del líquido 7 en el segundo crisol 32 se detiene en el momento en que el nivel de líquido del líquido 7 coincide con la posición de nivel 48 del extremo inferior de la segunda porción de extremo 36b, el óxido 40 del primer crisol 31 no entra en el segundo crisol 32 como en el segundo ejemplo.
Por lo tanto, también en el dispositivo de producción de polvo metálico de la presente realización, es posible impedir que el óxido 40 generado en el momento de la generación del líquido 7 se mezcle en el segundo crisol 32 y la boquilla de líquido 11, y es posible producir de manera eficiente el polvo metálico de alta pureza.
La tubería de introducción 36 puede ramificarse en tres o más tuberías de derivación, o puede usarse como la tubería de introducción 36 de la presente realización una tubería que no tiene derivación como la tubería de introducción 36 de la tercera realización.
En cada una de las realizaciones descritas anteriormente, se ha descrito el caso en el que están provistas dos boquillas de líquido 11 en la superficie inferior del segundo crisol 32, pero el número de boquillas de líquido 11 provistas en la superficie inferior del segundo crisol 32 no se limita a dos, y puede ser uno o tres o más. En este caso, la pluralidad de boquillas de chorro de gas 2 están provistas alrededor de cada una de las boquillas de líquido 11, y el fluido gaseoso se expulsa al metal fundido que fluye hacia abajo desde cada una de las boquillas de líquido 11.
En cada una de las realizaciones descritas anteriormente, el primer crisol 31 está envuelto con la bobina de calentamiento de alta frecuencia, o primer dispositivo de calentamiento, 33 para fundir el material a fundir 30, pero se puede adoptar una configuración en la que el metal fundido fundido por otro crisol o similar se vierte en el primer crisol 31. Sin embargo, en este caso, es preferible añadir una configuración en la que el primer crisol 31 se precalienta de la misma manera que el segundo crisol 32, por ejemplo, carbono 38.
Además, anteriormente se describe el caso en que se lanza un gas (un fluido gaseoso) desde las boquillas de chorro de gas 2A y 2B, pero puede lanzarse un líquido tal como agua desde las boquillas de chorro de gas 2A y 2B. Es decir, existe la posibilidad de que la presente invención se pueda aplicar a cualquier boquilla que lance un fluido.

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Un dispositivo de producción de polvo metálico que comprende:
un primer crisol (31) capaz de recibir un metal antes de fundirse;
un primer dispositivo de calentamiento (33) para calentar y fundir el metal del primer crisol (31);
un segundo crisol (32) para recibir el metal fundido que fluye fuera del primer crisol (31);
una boquilla de líquido (11) provista en una superficie inferior del segundo crisol (32);
una pluralidad de boquillas de chorro de gas (2) dispuestas alrededor de la boquilla de líquido (11) y que lanzan un fluido gaseoso al metal fundido que fluye hacia abajo desde la boquilla de líquido (11);
un tapón (34) para abrir y cerrar una primera abertura (35) provista en una superficie inferior del primer crisol (31); una tubería de introducción (36) que tiene un extremo conectado a la primera abertura (35) del primer crisol (31), guiando la tubería de introducción (36) un metal fundido en el primer crisol (31) al segundo crisol (32); y un segundo dispositivo de calentamiento (37) para calentar el segundo crisol (32),
caracterizado porque
un nivel de una porción más baja (36c) que tiene un nivel más bajo en una trayectoria de flujo en la tubería de introducción (36) es más bajo que un nivel del otro extremo de la tubería de introducción (36).
2. El dispositivo de producción de polvo metálico según la reivindicación 1, donde el otro extremo de la tubería de introducción (36) está abierto por encima del segundo crisol (32), o el otro extremo de la tubería de introducción (36) está conectado a una segunda abertura (39) provista en cualquiera de la superficie inferior y una superficie lateral del segundo crisol (32).
3. El dispositivo de producción de polvo metálico según la reivindicación 2, donde la tubería de introducción (36) tiene una pared de recogida de materia flotante (36d) que sobresale hacia abajo desde una porción superior de una pared interior de una trayectoria de flujo de la tubería de introducción (36).
4. El dispositivo de producción de polvo metálico según la reivindicación 1, donde otro extremo de la tubería de introducción (36) está abierto dentro del segundo crisol (32), y
un nivel de una porción más baja (36c) que tiene un nivel más bajo en una trayectoria de flujo en la tubería de introducción (36) es más bajo que un nivel del otro extremo de la tubería de introducción (36).
5. El dispositivo de producción de polvo metálico según la reivindicación 4, donde la tubería de introducción (36) incluye una tubería principal (36e) que tiene un extremo de la tubería de introducción (36), una pluralidad de tuberías de derivación (36g) que se ramifican desde la tubería principal (36e) y se abren en el segundo crisol (32), y una porción de derivación (36f) donde la tubería principal (36e) se ramifica en la pluralidad de tuberías de derivación (36g), la porción de derivación (36f) está provista en una posición que tiene el nivel más bajo en la trayectoria de flujo en la tubería de introducción (36), y
un nivel de un extremo abierto de cada una de la pluralidad de tuberías de derivación (36g) es más alto que un nivel de la porción de derivación (36f).
6. El dispositivo de producción de polvo metálico según la reivindicación 5, donde la tubería de introducción (36) tiene una pared de recogida de materia flotante (36d) que sobresale hacia abajo desde una porción superior de una pared interior de una trayectoria de flujo de la tubería de introducción (36).
7. El dispositivo de producción de polvo metálico según la reivindicación 1, donde la boquilla de líquido (11) es una pluralidad de boquillas de líquido (11A, 11B) provistas en la superficie inferior del segundo crisol (32),
la pluralidad de boquillas de chorro de gas (2) están dispuestas alrededor de cada una de la pluralidad de boquillas de líquido (11A, 11B), y lanzan un fluido gaseoso al metal fundido que fluye hacia abajo desde la pluralidad de boquillas de líquido (2).
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