RU2022715C1

RU2022715C1 - Method of production of highly dispersed spherical aluminium powder

Info

Publication number: RU2022715C1
Authority: RU
Inventors: В.Н. Буньков; В.А. Кондырев; Л.С. Голубцов; Н.Т. Филимонов; В.А. Ковалев
Priority date: 1991-05-16
Filing date: 1991-05-16
Publication date: 1994-11-15

Abstract

FIELD: production of highly dispersed aluminium powder. SUBSTANCE: method involves heating of jet of spraying gas up to the temperature which exceeds temperature of jet by 100-700 C. For this purpose auxiliary gas from available gas system with nitrogen pressure equal to 0.05 MPa is forced through heat exchanger positioned in melt heating furnace where it is heated up to the temperature of 400-1000 C. Heated auxiliary gas with consumption volume of 400 cu.nm./h is fed to outer space of injection of jet of spraying gas, i. e. to space adjoining to end of injector round the jet. As a result of injection of hot gas with jet of spraying gas its temperature grows and this leads to increase of dispersion of spraying product. EFFECT: compensation of heat losses. 1 tbl

Description

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано при производстве высокодисперсного сферического алюминиевого порошка, например для высокоэнергетических топливных композиций. The invention relates to powder metallurgy and can be used in the manufacture of highly dispersed spherical aluminum powder, for example, for high-energy fuel compositions.

Известен способ получения высокодисперсного сферического алюминиевого порошка, включающий распыление расплава металла сжатым, нагретым до температуры, близкой к температуре плавления алюминия, и инертным по отношению к нему газом для увеличения дисперсности капель с подачей в зону распыления холодного инертного газа для увеличения скорости кристаллизации капель расплава [1]. A known method of producing a finely dispersed spherical aluminum powder, comprising spraying a metal melt with a compressed, heated to a temperature close to the melting point of aluminum, and inert gas with respect to it to increase the dispersion of droplets with a cold inert gas being fed into the spray zone to increase the crystallization rate of the melt drops [ 1].

Однако этот способ не нашел промышленного применения, так как распыливающий газ при выходе из сопла форсунки расширяется и неизбежно охлаждается. Практически для достижения температуры, близкой к температуре плавления алюминия, у газа высокого давления на выходе из сопла форсунки требуется его нагревать до 1000^оС и более, что приводит к большим энергетическим затратам и снижению надежности системы подогрева и подачи газа.However, this method has not found industrial application, since the spray gas expands and inevitably cools upon leaving the nozzle of the nozzle. In practice to achieve a temperature close to the melting temperature of aluminum, in high-pressure gas at the outlet of the injector nozzle is required it is heated to 1000 ^C or more, which leads to high energy costs and reduce the reliability of gas supply and heating system.

Известен способ получения высокодисперсного сферического алюминиевого порошка, включающий распыление расплава сжатым газом и подачу на распыление дополнительного потока распыливающего газа, уплотняющего окружающую среду и способствующего сфероидации частиц [2]. A known method of producing a finely dispersed spherical aluminum powder, comprising spraying the melt with compressed gas and feeding an additional stream of atomizing gas to the atomization to seal the environment and promote particle spheroidization [2].

Недостаток известного способа заключается в охлаждении распыливающего и дополнительного газа при расширении на выходе из сопл, т.е. в невозможности компенсировать потери тепла газа, а значит и увеличить дисперсность порошка при неизменном давлении и расходе газа. The disadvantage of this method is the cooling of the spray and additional gas during expansion at the exit of the nozzles, i.e. in the impossibility to compensate for the heat loss of the gas, and therefore increase the dispersion of the powder at a constant pressure and gas flow.

Целью изобретения является повышение качества продукции увеличением дисперсности порошка и производительности производства высокодисперсного сферического алюминиевого порошка. The aim of the invention is to improve product quality by increasing the dispersion of the powder and the production rate of highly dispersed spherical aluminum powder.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения высокодисперсного сферического алюминиевого порошка, включающем распыление расплава металла сжатым газом и подачу на распыление дополнительного потока распыливающего газа, распыление проводят нагретым газом и подачу дополнительного потока газа осуществляют с нагревом внешней области его инжекции до температуры, на 100-700^оС превышающей температуру струи газа.This goal is achieved by the fact that in the method for producing a finely dispersed spherical aluminum powder, comprising spraying a molten metal with compressed gas and supplying an additional stream of atomizing gas to spray, the atomization is carried out with heated gas and the additional gas stream is supplied by heating the external area of its injection to a temperature of 100 -700 ^о С higher than the temperature of the gas stream.

Техническая сущность предлагаемого технического решения заключается в следующем. The technical essence of the proposed technical solution is as follows.

У высокодисперсной струи распыливающего газа есть внешняя область инжекции, т.е. область прилегающего к струе пространства с газом. Распыление расплава проводят нагретым газом, который неизбежно охлаждается при расширении на выходе из сопла форсунки. Во внешнюю область инжекции струи распыливающего газа (т.е. в область, прилегающую к струе) подают газ более высокого статического давления, чем в струе распыливающего газа, т.е. создают дополнительный поток газа с меньшей скоростью движения, чем струя распыливающего газа. Такая система, являющаяся по сути открытым струйным аппаратом, имеет среднее значение коэффициента инжекции, равное единице. A finely dispersed spray gas jet has an external injection region, i.e. the area adjacent to the jet of space with gas. Spraying the melt is carried out with heated gas, which inevitably cools during expansion at the nozzle exit from the nozzle. Gas with a higher static pressure is supplied to the external injection region of the spray gas jet (i.e., to the region adjacent to the jet) than in the spray gas stream, i.e. create an additional gas stream with a lower speed than the spray gas stream. Such a system, which is essentially an open jet apparatus, has an average value of the injection coefficient equal to unity.

В практике получения высокодисперсного алюминиевого порошка обычно нагревают распыливающий газ до 500-550^оС до подачи в форсунку в специальных печах. На выходе из форсунки на участке до встречи со струей расплава температура газа снижается при его расширении до 300^оС и ниже. Тогда для достижения оптимальных условий распыления расплава, обеспечивающихся при температуре распыливающего газа, близкой к температуре расплава, 660^оС, необходимо подавать дополнительный газ с температурой на 100-700^оС, превышающей температуру струи распыливающего газа. В этом случае получаем распыливающий газ с температурой 350-650^оС.In the practice of producing fumed aluminum powder is typically heated atomizing gas to 500-550 ^{° C} before being fed into the nozzle in special furnaces. At the exit from the nozzle at the site to meet with the melt jet gas temperature decreases as it expands ^to 300 ° C and below. Then in order to achieve optimal conditions melt spraying, atomizing provides gas at a temperature close to the melt temperature, 660 ^{° C,} necessary to supply additional gas to the temperature at 100-700 ^{° C} exceeding atomizing gas stream temperature. In this case, we obtain atomized gas at 350-650 ° ^C.

Экспериментально установлено, что заметное увеличение дисперсности порошка проявляется при температуре струи распыливающего газа 350^оС и более и достигает максимальной степени при 660^оС при неизменном давлении и расходе распыливающего газа на входе в форсунку.It was established experimentally that the marked increase in dispersibility of the powder is shown at the spray jet of gas 350 ^C or more and reaches a maximum at 660 degrees ^C. at a constant pressure and flow rate of atomizing gas at the inlet of the nozzle.

Достигается повышение дисперсности порошка без уменьшения производительности, иначе говоря увеличивается производительность процесса получения порошка повышенной дисперсности. An increase in the dispersion of the powder is achieved without reducing productivity, in other words, the productivity of the process for producing powder of increased dispersion is increased.

В промышленно освоенной технологии получения высокодисперсного алюминиевого порошка распылением расплава сжатым нагретым газом с использованием эжекционной форсунки невозможно осуществить повышение дисперсности порошка без снижения производительности. Предварительно нагретый распыливающий газ неизбежно охлаждается при расширении на выходе из форсунки. Нагрев же газа высокого давления до поступления в форсунку для компенсации потерь тепла до 1000^оС и более экономически не оправдан. Предложенный способ дополнительного нагрева распыливающего газа инжекцией горячего газа более высокого статического давления, окружающего струю распыливающего газа, осуществляется проще и эффективнее.In an industrially developed technology for producing a highly dispersed aluminum powder by spraying a melt with compressed heated gas using an ejection nozzle, it is impossible to increase the dispersion of the powder without reducing performance. The preheated atomizing gas inevitably cools as it expands at the outlet of the nozzle. The heating of high-pressure gas before entering the nozzle to compensate for heat loss to 1000 ^° C or more is not economically justified. The proposed method for additional heating of the spray gas by injection of hot gas of a higher static pressure surrounding the spray gas stream is simpler and more efficient.

При нагреве внешней области инжекции струи распыливающего газа до температуры, менее чем на 100^оС превышающей температуру струи, температура распыливающего газа повышается незначительно и эффект повышения дисперсности мал. Заметное повышение дисперсности наблюдается при увеличении температуры струи распыливающего газа не менее чем на 50^оС, для чего температура дополнительного газа должна быть на 100^оС выше температуры струи.When heating the outer region of the spray jet of gas injection to a temperature less than ^{100 °} C above the temperature of the jet, the spray gas temperature rises slightly and a small effect of improving dispersibility. A significant increase is observed with increasing fineness jet atomizing gas temperature at least 50 ° ^C, for which additional gas temperature should be 100 ° C above ^the temperature of the jet.

Для нагрева внешней области инжекции струи распыливающего газа до температуры, более чем на 700^оС превышающей температуру струи, резко возрастают энергетические затраты. Кроме того, когда температура распыливающего газа близка к температуре плавления алюминия (660^оС) дисперсность стабилизируется [3].For heating the outer region of the spray jet of gas injection to a temperature of more than ⁷⁰⁰ C above the temperature of the jet, the energy costs increase sharply. Furthermore, when the temperature of the spray gas is close to the melting temperature of aluminum (660 ° ^C) stabilized dispersion of [3].

П р и м е р. В условиях промышленного производства высокодисперсного сферического алюминиевого порошка на Иркутском алюминиевом заводе осуществили компенсацию потерь тепла и нагрев струи распыливающего газа, нагревая внешнюю область инжекции струи распыливающего газа до температуры, на 100-700^оС превышающей температуру струи. Для этого от имеющейся газовой системы с давлением азота 0,05 МПа дополнительный газ пропускали через теплообменник, расположенный в печи подогрева расплава, где нагревали до 400-1000^оС (на 100-700^оС больше, чем температура в свободной струе распыливающего газа, которая менее 300^оС).PRI me R. In an industrial production of fine spherical aluminum powder on aluminum plant Irkutsk implemented compensation heat losses and heating of the spray jet of gas, heating the outer region of the spray jet of the injection gas to a temperature at 100-700 ^{° C} higher than the temperature of the jet. For this purpose the gas from the existing system with a nitrogen pressure of 0.05 MPa, additional gas is passed through a heat exchanger disposed in the heating furnace melt which is heated to 400-1000 ^{° C} (at 100-700 ^{° C} greater than the temperature in the free jet atomizing gas, which is less than 300 ^° C).

Использовалась промышленная эжекционная форсунка. Нагретый дополнительный газ с расходом 400 нм³/ч подавали во внешнюю область инжекции струи распыливающего газа, прилегающую к форсунке вокруг струи, через специальный трубопровод и кольцо с щелью. Параметры распыления поддерживали в соответствии с действующим технологическим регламентом на производстве высокодисперсного порошка.An industrial ejection nozzle was used. Heated additional gas with a flow rate of 400 nm ³ / h was fed into the external injection region of the atomizing gas jet adjacent to the nozzle around the jet through a special pipeline and a ring with a slot. The spraying parameters were maintained in accordance with the current technological regulations for the production of fine powder.

Давление распыливающего газа на входе в форсунку 6 МПа, температура распыливающего газа до подачи в форсунку 550^оС, на выходе из форсунки не более 300^оС. Температура расплава алюминия 750^оС. Изменяли температуру дополнительного газа от 400 до 1000^оС, расход распыливающего газа от 600 до 900 нм³/ч.The pressure of atomizing gas inlet nozzle 6 MPa, the temperature of the spray gas to flow into the nozzle 550 ^{° C,} at the outlet of the nozzle not more than 300 ° ^C. The molten aluminum temperature of 750 ° ^C varies additional gas temperature from 400 to 1000 ^C, flow atomizing gas from 600 to 900 nm ³ / h

За счет инжекции горячего газа струей распыливающего газа его температура увеличивается, что приводит к увеличению дисперсности продукта распыления. Due to the injection of hot gas by the spray gas stream, its temperature increases, which leads to an increase in the dispersion of the spray product.

Результаты экспериментальных исследований (среднее значение величин) приведены в таблице. The results of experimental studies (average value) are given in the table.

Таким образом, дополнительный нагрев струи распыливающего газа нагреванием внешней области инжекции до температуры, на 100-700^оС превышающей температуру струи, позволяет увеличить удельную поверхность продукта распыления на 40-50% без потери производительности. Иначе говоря, увеличивается в 2 раза производительность процесса производства порошка с дисперсностью на 40-50% большей, чем по существующей технологии.Thus, additional heating of the spray jet of gas injection heating the outer region to a temperature at 100-700 ^{° C} higher than the temperature of the jet allows spraying to increase the specific surface of the product by 40-50% without loss of performance. In other words, the productivity of the powder production process with a dispersion of 40-50% more than by the existing technology is doubled.

Claims

METHOD FOR PRODUCING A HIGH-PERFORMANCE SPHERICAL ALUMINUM POWDER, comprising spraying a metal melt with compressed gas and supplying an additional spray gas stream for spraying, characterized in that the spraying is carried out with heated gas and supplying an additional gas stream with heating of the external gas injection area to a temperature of 100 - 700 ^° With a temperature exceeding the gas jet.