RU2203775C2 - Method of producing powders of aluminum and its alloys - Google Patents
Method of producing powders of aluminum and its alloys Download PDFInfo
- Publication number
- RU2203775C2 RU2203775C2 RU2001105734/02A RU2001105734A RU2203775C2 RU 2203775 C2 RU2203775 C2 RU 2203775C2 RU 2001105734/02 A RU2001105734/02 A RU 2001105734/02A RU 2001105734 A RU2001105734 A RU 2001105734A RU 2203775 C2 RU2203775 C2 RU 2203775C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melt
- aluminum
- alloys
- spraying
- metal
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области литейного производства и порошковой металлургии, в частности к получению порошков алюминия и его сплавов распылением. The invention relates to the field of foundry and powder metallurgy, in particular to the production of powders of aluminum and its alloys by spraying.
Известен способ получения порошков алюминия и его сплавов, согласно которому после расплавления и нагрева металла до 720oС его сначала под воздействием эжекции, а затем электромагнитного поля подают в форсунку и на выходе из сопла диспергируют сжатым газом [1].A known method of producing powders of aluminum and its alloys, according to which, after melting and heating the metal to 720 o With it is first under the influence of ejection, and then the electromagnetic field is fed into the nozzle and dispersed at the outlet of the nozzle with compressed gas [1].
Известен также способ получения порошка алюминия, сущность которого заключается в том, что после расплавления алюминия в отражательной печи и перегрева до (740±20)oС расплав, через отверстие 4-6 мм, подают в форсунку, где распыляют воздухом, разбавленным азотом до содержания кислорода 5-10% или инертным газом при давлении 0,8-1,0 МПа [2].There is also known a method for producing aluminum powder, the essence of which is that after the aluminum is melted in a reflective furnace and overheated to (740 ± 20) o C, the melt, through an opening of 4-6 mm, is fed into the nozzle, where it is sprayed with air diluted with nitrogen to the oxygen content of 5-10% or inert gas at a pressure of 0.8-1.0 MPa [2].
Наиболее близким к заявляемому является способ изготовления порошков из активных легкоплавких металлов и сплавов, согласно которому расплав, перегретый выше температуры ликвидус на 50-150oС поступает в зону распыления струей, диаметром 6-8 мм, где диспергируется технически чистым азотом, истекающим из форсунки с кольцевым соплом [3].Closest to the claimed is a method of manufacturing powders from active low-melting metals and alloys, according to which the melt, superheated above the liquidus temperature by 50-150 o C enters the spray zone with a jet of 6-8 mm in diameter, where it is dispersed with technically pure nitrogen flowing out of the nozzle with an annular nozzle [3].
Общими недостатками вышеперечисленных способов являются высокая себестоимость процесса получения алюминиевого порошка и сложное аппаратурное оформление при его осуществлении, обусловленное необходимостью применения азота, инертных газов с низким содержанием кислорода и охлаждения порошка в инертной среде. Common disadvantages of the above methods are the high cost of the process of obtaining aluminum powder and the complex hardware design in its implementation, due to the need to use nitrogen, inert gases with a low oxygen content and cooling the powder in an inert atmosphere.
Задача, решаемая изобретением, заключается в снижении затрат при получении порошкового алюминия за счет использования стандартного технологического оборудования, не требующего дополнительного переоснащения, и воздуха вместо инертного газа. The problem solved by the invention is to reduce the cost of obtaining powdered aluminum through the use of standard processing equipment that does not require additional re-equipment, and air instead of inert gas.
Для решения поставленной задачи при использовании способа получения порошков алюминия или его сплавов, включающем приготовление расплава алюминия или его сплавов, перегрев выше температуры ликвидус на 50-150oС и распыление газовым потоком, расплав подают через необогреваемый металлоприемник, распыление осуществляют холодным воздухом при соблюдении следующей зависимости:
Рв=(0,07-0,15) Dм,
где Рв - давление воздуха, МПа;
Dм - диаметр выпускного отверстия металлоприемника, мм,
а образующиеся металлические частицы улавливают в емкость с водой, расположенную на расстоянии 2,5-3,0 м от торца форсунки.To solve the problem when using the method of producing powders of aluminum or its alloys, including the preparation of a molten aluminum or its alloys, overheating above the liquidus temperature of 50-150 o C and spraying with a gas stream, the melt is fed through an unheated metal receiver, spraying is carried out with cold air, subject to the following dependencies:
P in = (0.07-0.15) D m ,
where P in - air pressure, MPa;
D m - diameter of the outlet of the metal detector, mm,
and the resulting metal particles are captured in a container of water located at a distance of 2.5-3.0 m from the end of the nozzle.
При приготовлении расплава, содержащего до 30% мелких кусковых отходов применяют покровно-рафинйрующие флюсы на основе галоидных солей щелочных и щелочноземельных металлов в количестве 0,5-5,0% от массы отходов. In the preparation of a melt containing up to 30% of small lumpy waste, coating-refining fluxes based on halide salts of alkali and alkaline earth metals are used in an amount of 0.5-5.0% by weight of the waste.
Метод распыления расплавов газообразными энергоносителями является высокопроизводительным, сравнительно дешевым и технологически пригодным для промышленного использования в условиях неспециализированных предприятий машиностроительного комплекса. Механическое воздействие газового потока на расплав является основным, но не единственным фактором, определяющим эффективность распада струи на мелкодисперсные частицы. Большое влияние на их размер, форму и состояние поверхностного слоя оказывают теплофизические свойства газа - энергоносителя и характер физико-химического взаимодействия между каплей расплава и газом. Процесс распыления алюминия и его сплавов воздухом сопровождается мгновенным образованием защитного оксидного слоя на поверхности частиц и препятствует повышению температуры в камере распыления более критического уровня, величина которого составляет 180-200oС, предотвращая тем самым их самовозгорание. Кроме того, процесс распыления алюминия холодным воздухом характеризуется интенсивным конвективным теплообменом между газовым потоком и образующимися каплями расплава, что позволяет получать мелкодисперсные частицы. При этом общее количество оксида Аl2Оз не превышает 5-7% (объем). Таким образом, применение холодного дутья позволяет отказаться от использования дорогостоящих инертных газов и сложного в эксплуатации технологического оборудования.The method of spraying melts with gaseous energy carriers is highly productive, relatively cheap and technologically suitable for industrial use in the conditions of non-specialized enterprises of the engineering complex. The mechanical effect of the gas flow on the melt is the main, but not the only factor determining the efficiency of the decay of the jet into fine particles. The thermophysical properties of the gas, the energy carrier, and the nature of the physicochemical interaction between the melt drop and the gas, greatly influence their size, shape and condition of the surface layer. The process of spraying aluminum and its alloys with air is accompanied by the instant formation of a protective oxide layer on the surface of the particles and prevents the temperature in the spray chamber from increasing to a more critical level, the value of which is 180-200 o C, thereby preventing their spontaneous combustion. In addition, the process of spraying aluminum with cold air is characterized by intense convective heat transfer between the gas stream and the formed drops of the melt, which makes it possible to obtain fine particles. The total amount of the oxide of Al 2 O does not exceed 5-7% (volume). Thus, the use of cold blasting makes it possible to abandon the use of expensive inert gases and complicated technological equipment in operation.
Подачу металлического расплава в камеру распыления осуществляют с помощью ковшевой разливки через необогреваемый металлоприемник, снабженный выходным патрубком с калиброванным отверстием диаметра Dм. Перегрев металла на 50-150oС выше температуры ликвидус и высокая скорость процесса распыления обеспечивают стабильность процесса истечения струи металлического расплава и получение 80-95% порошка фракции 50-250 мкм при условии соблюдения соотношения Рв=(0,07-0,15)Dм.The metal melt is supplied to the spraying chamber using ladle casting through an unheated metal receiver equipped with an outlet pipe with a calibrated hole with a diameter of D m . Overheating of the metal at 50-150 o C above the liquidus temperature and high speed of the spraying process ensure the stability of the process of expiration of the stream of metal melt and obtain 80-95% of the powder fraction 50-250 microns, subject to the ratio P in = (0,07-0,15 ) D m .
Выпускное отверстие металлоприемника изготавливают по шаблону с помощью нанесения покрытий из огнеупорных составов, что позволяет изменять его диаметр в широком диапазоне, а следовательно, и скорость истечения металла в зависимости от основных литейных параметров сплава и присутствия в его составе таких поверхностно-активных элементов, как магний, цинк и др. Так, например, согласно экспериментальным данным, если при распылении силуминов минимальный диаметр отверстия Dм, ориентировочно 5 мм, давление при этом находится в пределах 0,35-0,75 МПа, то в случае изготовления порошка из сплавов типа дюралей Dм не должен быть меньше 8 мм, а давление, соответственно 0,56-1,2 МПа.The outlet of the metal receiver is made according to the template by applying coatings from refractory compositions, which allows you to change its diameter in a wide range, and therefore the metal flow rate, depending on the main casting parameters of the alloy and the presence of such surface-active elements as magnesium , zinc and others. For example, according to experimental data, if spray silumin minimum hole diameter D m, approximately 5 mm, wherein the pressure is in the range 0,35-0,75 Pa, then in the case of manufacturing the powder alloys of duralumin type D m must not be less than 8 mm and the pressure, respectively 0,56-1,2 MPa.
Уменьшение Рв<0,07 Dм приводит к существенному укрупнению частиц порошка вплоть до прекращения процесса распыления. Увеличение Рв>0,15 Dм недопустимо вследствие повышения вероятности ошлаковывания струи расплава в результате увеличения скорости газового потока, переохлаждения металла в зоне выходного отверстия металлоприемника и его кристаллизации. Выполнение этого условия достигается либо за счет регулирования давления, либо путем изменения диаметра выпускного отверстия металлоприемника при постоянном Рв.A decrease in P in <0.07 D m leads to a substantial enlargement of the powder particles until the end of the spraying process. An increase in P in > 0.15 D m is unacceptable due to an increase in the likelihood of slagging of the melt jet as a result of an increase in the gas flow rate, overcooling of the metal in the zone of the outlet of the metal receiver and its crystallization. The fulfillment of this condition is achieved either by regulating the pressure, or by changing the diameter of the outlet of the metal receiver at a constant R in .
С целью улавливания частиц образующегося алюминиевого порошка и поддержания температуры в камере распыления на безопасном уровне, т.е. менее 180-200oС, приемную емкость, наполненную водой, располагают на расстоянии 2,5-3,0 м от торца форсунки. Расположение приемной емкости на расстоянии менее 2,5 м увеличивает долю крупных спеченных конгломератов частиц, не пригодных для дальнейшего использования в реализации различных технологических процессов, например, при алюминотермическом восстановлении оксидов различных металлов. Увеличение расстояния более 3 м не способствует улучшению основных технологических характеристик процесса, следовательно, неэкономично и нецелесообразно.In order to capture particles of the resulting aluminum powder and maintain the temperature in the spray chamber at a safe level, i.e. less than 180-200 o C, a receiving tank filled with water is placed at a distance of 2.5-3.0 m from the end of the nozzle. The location of the receiving tank at a distance of less than 2.5 m increases the proportion of large sintered conglomerates of particles that are not suitable for further use in the implementation of various technological processes, for example, during aluminothermic reduction of oxides of various metals. Increasing the distance of more than 3 m does not contribute to the improvement of the main technological characteristics of the process, therefore, it is uneconomical and impractical.
Использование в качестве шихты для приготовления металлического расплава различных отходов алюминия и его сплавов позволяет существенно уменьшить себестоимость получаемого порошка, т.к. цена отходов может быть в 3-5 раз меньше, чем первичных сплавов. The use of various waste aluminum and its alloys as a charge for preparing a metal melt can significantly reduce the cost of the resulting powder, because the price of waste can be 3-5 times less than primary alloys.
Необходимым и достаточным условием, обеспечивающим при использовании в составе шихты мелких отходов и стружки получение чистого по неметаллическим включениям расплава, является применение 0,5-5,0% (от их массы) покровно-рафинирующих флюсов на основе галоидных солей щелочных и щелочноземельных металлов. При этом независимо от размеров и чистоты отходов процесс распыления полученного расплава протекает стабильно, что объясняется адсорбирующими свойствами флюсов по отношению к неметаллическим включениям. Количество флюса менее 0,5% не обеспечивает качественный контакт с поверхностью отходов, а следовательно, и абсорбцию флюсом крупных оксидных плен. Флюс, взятый в количестве более 5% от массы отходов, способствует снижению производительности процесса вследствие уменьшения рабочего объема тигля, а также повышенному расходу реагентов, что неэкономично и нецелесообразно. A necessary and sufficient condition to ensure that when using small waste and shavings as part of the mixture is to obtain a melt clean from non-metallic inclusions, it is necessary to use 0.5-5.0% (by weight) of coating-refining fluxes based on halide salts of alkali and alkaline earth metals. Moreover, regardless of the size and purity of the waste, the process of spraying the obtained melt proceeds stably, which is explained by the adsorbing properties of fluxes with respect to non-metallic inclusions. The amount of flux less than 0.5% does not provide high-quality contact with the surface of the waste, and consequently, the flux absorption of large oxide captures. Flux taken in an amount of more than 5% by weight of the waste helps to reduce the productivity of the process due to a decrease in the working volume of the crucible, as well as an increased consumption of reagents, which is uneconomical and impractical.
Способ осуществляют следующим образом. В тигле плавильного агрегата наплавляют алюминий или алюминиевый сплав. После его полного расплавления и перегрева выше температуры ликвидус на 50-150oС с помощью ковшевой разливки подают в необогреваемый металлоприемник, из которого расплав истекает в камеру распыления, причем зависимость давления воздуха (Рв, МПа) от диаметра выпускного отверстия металлоприемника (Dм, мм) выражается как: Рв=(0,07-0,15) Dм, а распыление производят не подогретым воздухом. При этом факел распыления находится на расстоянии 50-70 мм от торца форсунки. Образующиеся металлические частицы улавливают в емкость, наполненную водой и расположенную на расстоянии 2,5-3,0 м от торца форсунки.The method is as follows. In the crucible of the melting unit, aluminum or an aluminum alloy is deposited. After it is completely melted and overheated above liquidus temperature by 50-150 o C, using a ladle casting it is fed into an unheated metal receiver, from which the melt flows into the spray chamber, and the dependence of the air pressure (P in , MPa) on the diameter of the outlet of the metal receiver (D m , mm) is expressed as: P in = (0,07-0,15) D m , and spraying is performed with unheated air. In this case, the spray torch is located at a distance of 50-70 mm from the end of the nozzle. The resulting metal particles are captured in a container filled with water and located at a distance of 2.5-3.0 m from the end of the nozzle.
Переплав мелких кусковых отходов, например, стружки, производят совместно с покровно-рафинирующим флюсом на основе галоидных солей щелочных и щелочноземельных металлов, взятом в количестве 0,5-5,0% от массы отходов. При этом общее количество отходов в металлозавалке не превышает 30%. Smelting of small lumpy waste, for example, shavings, is carried out together with a coating-refining flux based on halide salts of alkali and alkaline earth metals, taken in an amount of 0.5-5.0% by weight of the waste. Moreover, the total amount of waste in the metal plant does not exceed 30%.
Пример. Example.
Процесс получения порошка алюминиевого сплава АВ 87 осуществляли следующим образом. Металл расплавляли в электрической печи сопротивления с графитошамотным тиглем, емкостью 30 кг (по алюминию). После его перегрева до 750oС, т.е. выше температуры ликвидуса на 125oС, с помощью разливочного ковша подавали в необогреваемый металлоприемник, выполненный в виде воронки. Величина диаметра выпускного отверстия Dм составляла 6,8 и 10 мм. Распыление производили не подогретым воздухом, а улавливание образующихся металлических частиц - в емкость, наполненную водой и расположенную на расстоянии 2,8 м от торца форсунки.The process of obtaining powder of aluminum alloy AB 87 was carried out as follows. The metal was melted in an electric resistance furnace with a graphite chamotte crucible with a capacity of 30 kg (for aluminum). After overheating to 750 o C, i.e. higher than the liquidus temperature by 125 o C, using a casting ladle served in an unheated metal detector, made in the form of a funnel. The size of the outlet diameter D m was 6.8 and 10 mm. Spraying was carried out not with heated air, but the capture of the formed metal particles was carried out in a container filled with water and located at a distance of 2.8 m from the end of the nozzle.
В таблице представлена зависимость степени дисперсности и выхода годного Вг порошка от величины диаметра выпускного отверстия Dм, и давления воздуха Pв при распылении сплава АВ 87.The table shows the dependence of the degree of dispersion and yield of Vg of powder on the size of the diameter of the outlet D m , and air pressure P in the atomization of alloy AB 87.
Как видно из представленной таблицы, только при соблюдении соотношения Рв= (0,07-0,15) Dм, выход годного порошка фракций 50-250 мкм, пригодных для нужд алюминотермии, составляет 90-95%. Несоблюдение этого соотношения резко снижает выход годного и ухудшает стабильность процесса распыления в целом.As can be seen from the table, only if the ratio P in = (0.07-0.15) D m is observed, the yield of suitable powder fractions of 50-250 microns suitable for the needs of aluminothermy is 90-95%. Non-compliance with this ratio sharply reduces the yield and degrades the stability of the spraying process as a whole.
Экспериментально установлено, что при использовании не более 30% мелких кусковых отходов и стружки, основные показатели процесса получения порошка не изменяются. It was experimentally established that when using no more than 30% of small lumpy waste and shavings, the main indicators of the powder production process do not change.
Таким образом, предложенный способ получения алюминиевого порошка позволяет, по сравнению с прототипом, снизить затраты за счет использования стандартного технологического оборудования, не требующего дополнительного переоснащения, и сетевого воздуха вместо инертного газа. Thus, the proposed method for producing aluminum powder allows, in comparison with the prototype, to reduce costs through the use of standard processing equipment that does not require additional re-equipment, and network air instead of inert gas.
Источники информации
1. Патент РФ 2040374, МПК 6 В 22 F 9/08.Sources of information
1. RF patent 2040374, IPC 6 V 22
2. Грацианов Ю.А. и др. Металлические порошки из расплавов. М., Металлургия, 1970, с. 206. 2. Grazianov Yu.A. and others. Metal powders from melts. M., Metallurgy, 1970, p. 206.
3. Кипарисов С.С., Либенсон Г.А. Порошковая металлургия. М., Металлургия, 1980, с. 49-50. 3. Kiparisov S.S., Libenson G.A. Powder metallurgy. M., Metallurgy, 1980, p. 49-50.
Claims (2)
Рв= (0,07-0,15)Dм,
где Pв - давление воздуха, МПа;
Dм - диаметр выпускного отверстия металлоприемника, мм,
а образующиеся металлические частицы улавливают в емкость с водой, расположенную на расстоянии 2,5 - 3,0 м от торца форсунки.1. A method of producing powders of aluminum and its alloys, including the preparation of a melt of aluminum or its alloys, its overheating above the liquidus temperature of 50-150 o C and spraying with a gas stream, characterized in that the melt is fed through an unheated metal receiver, spraying is carried out with cold air, subject to following dependency:
P in = (0.07-0.15) D m ,
where P in - air pressure, MPa;
D m - diameter of the outlet of the metal detector, mm,
and the resulting metal particles are captured in a container of water located at a distance of 2.5 - 3.0 m from the end of the nozzle.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001105734/02A RU2203775C2 (en) | 2001-02-28 | 2001-02-28 | Method of producing powders of aluminum and its alloys |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001105734/02A RU2203775C2 (en) | 2001-02-28 | 2001-02-28 | Method of producing powders of aluminum and its alloys |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2001105734A RU2001105734A (en) | 2003-02-10 |
| RU2203775C2 true RU2203775C2 (en) | 2003-05-10 |
Family
ID=20246691
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001105734/02A RU2203775C2 (en) | 2001-02-28 | 2001-02-28 | Method of producing powders of aluminum and its alloys |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2203775C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2751161C2 (en) * | 2017-04-13 | 2021-07-08 | ТЕНОВА С.п.А. | Method for the production of metal powders by gas spraying and a plant for the production of metal powders in accordance with this method |
-
2001
- 2001-02-28 RU RU2001105734/02A patent/RU2203775C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| КИПАРИСОВ С.С. и др. Порошковая металлургия. - М.: Металлургия, 1980, с. 49 и 50. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2751161C2 (en) * | 2017-04-13 | 2021-07-08 | ТЕНОВА С.п.А. | Method for the production of metal powders by gas spraying and a plant for the production of metal powders in accordance with this method |
| US11389873B2 (en) | 2017-04-13 | 2022-07-19 | Tenova S.P.A. | Method for producing metal powders by means of gas atomization and production plant of metal powders according to such method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5366204A (en) | Integral induction heating of close coupled nozzle | |
| US5032176A (en) | Method for manufacturing titanium powder or titanium composite powder | |
| AU636569B2 (en) | Atomising apparatus and process | |
| US5310165A (en) | Atomization of electroslag refined metal | |
| US20080199348A1 (en) | Elemental material and alloy | |
| EP0420393B1 (en) | System and method for atomizing a titanium-based material | |
| CN108213449A (en) | A kind of device for preparing matrix powder material | |
| CA2834328A1 (en) | Low cost processing to produce spherical titanium and titanium alloy powder | |
| CN111549224B (en) | Method for improving quality of AlV55 alloy finished product | |
| JPS63243212A (en) | Wet metallurgical method for producing finely divided globular high melting point metal base powder | |
| CN113145855B (en) | Device and method for preparing high-melting-point alloy powder through electric arc | |
| CN108213406A (en) | A kind of high physical activity spherical shape atomized aluminum zinc non-crystaline amorphous metal powder and preparation method thereof | |
| JPH10110206A (en) | Production of fine-grained (chromium carbide)-(nickel chromium) powder | |
| US5114471A (en) | Hydrometallurgical process for producing finely divided spherical maraging steel powders | |
| GB2209536A (en) | Process and apparatus for producing powder from a melt by atomization | |
| US20080187455A1 (en) | Titanium and titanium alloys | |
| US5120352A (en) | Method and apparatus for making alloy powder | |
| US5213610A (en) | Method for atomizing a titanium-based material | |
| RU2203775C2 (en) | Method of producing powders of aluminum and its alloys | |
| CN106334800B (en) | The sensing atomization of cold crucible bottom filling prepares titanium valve equipment | |
| CA1105295A (en) | Nickel and cobalt irregularly shaped granulates | |
| US4927456A (en) | Hydrometallurgical process for producing finely divided iron based powders | |
| US5280884A (en) | Heat reflectivity control for atomization process | |
| US7435282B2 (en) | Elemental material and alloy | |
| US7445658B2 (en) | Titanium and titanium alloys |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150301 |