RU2730313C1

RU2730313C1 - Apparatus for producing metal powders from molten metals and alloys

Info

Publication number: RU2730313C1
Application number: RU2020113578A
Authority: RU
Inventors: Павел Александрович Лыков; Рустам Миндиахметович Байтимеров
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Порошковые технологии"
Priority date: 2020-01-20
Filing date: 2020-01-20
Publication date: 2020-08-21

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: invention relates to production of spherical metal powder from molten metals and alloys. Proposed plant comprises compressed gas source, melting furnace with crucible for melt arranged in housing with sealed working cavity, gas cleaning filter, hopper with melt sprayer connected to crucible through vertical channel to ensure melt supply under pressure of sealed working cavity with compressed gas. Melt sprayer comprises melt spray nozzle. Sealed working cavity is provided with channels for supply and discharge of compressed gas to ensure its pressurisation with compressed gas through control valve installed on compressed gas supply channel. Before the gas cleaning filter, the cyclone is installed, and the hopper and the cyclone are equipped with cooled reservoirs for powder collection.

EFFECT: obtaining spherical powder with particle size of up to 160 mcm.

1 cl, 1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, а именно к технике и технологии получения металлических порошков из их расплавов.The proposed invention relates to the field of metallurgy, in particular to the technique and technology for producing metal powders from their melts.

Известно устройство по получению металлических порошков (патент RU 2017589, 1994), включающее камеру распыления, размещенную над ней вакуумную камеру с индукционной плавильной печью, шиберный затвор, установленный на камере распыления, порошкосборник, закрепленный на шибере, держатель с внутренней цилиндрической расточкой, керамический металлопровод, диспергирующий узел, выполненный в виде составной форсунки с кольцевой дюзой. К недостаткам известного устройства можно отнести большие габариты и сложность регулирования скорости подачи расплава в распыляющую форсунку.A device for producing metal powders (patent RU 2017589, 1994) is known, which includes a spraying chamber, a vacuum chamber located above it with an induction melting furnace, a slide gate mounted on the spraying chamber, a powder collector mounted on a slide gate, a holder with an internal cylindrical bore, a ceramic metal wire , a dispersing unit made in the form of a compound nozzle with an annular nozzle. The disadvantages of the known device can be attributed to the large size and complexity of regulation of the rate of supply of the melt to the spray nozzle.

Известно установка для получения металлических порошков распылением расплавов (патент RU 2229960, 2004), содержащая плавильную печь, форсунку, распылительную камеру, выполненную в виде трубы переменного сечения с отношением диаметров в начале и в конце трубы 1:(0,7-0,3) при длине трубы от 5 до 10 от ее среднего диаметра, бункер для сбора крупных фракций порошка, сепаратор-классификатор и пылеулавливающую систему, состоящую из циклона, рукавного или жидкостного фильтра. К недостаткам известной установки относится отсутствие возможности плавления металла в защитной среде и эжекционный принцип подачи расплава в распылительную форсунку, ограничивающий возможность регулирования удельного расхода жидкого металла.Known installation for the production of metal powders by spraying melts (patent RU 2229960, 2004), containing a melting furnace, a nozzle, a spray chamber made in the form of a pipe of variable cross-section with a ratio of diameters at the beginning and end of the pipe 1: (0.7-0.3 ) with a pipe length from 5 to 10 of its average diameter, a hopper for collecting coarse powder fractions, a separator-classifier and a dust collection system consisting of a cyclone, bag or liquid filter. The disadvantages of the known installation include the lack of the possibility of melting the metal in a protective environment and the ejection principle of supplying the melt to the spray nozzle, which limits the ability to control the specific flow rate of liquid metal.

Известна установка для получения порошков алюминия, магния и их сплавов (патент RU 2158659, 2000). Установка содержит плавильную печь, промежуточную емкость для расплава, форсунку, пылеосадитель и пылеулавливающие аппараты в виде циклонов и рукавных фильтров, соединенные трубопроводами в замкнутую систему с газодувкой и компрессором, при этом перед газодувкой установлен жидкостной фильтр, циклоны в нижней части соединены с пылеосадителем в единый разгрузочный узел и имеют патрубки для поддува газа. К недостаткам известной установки относится эжекционный принцип подачи расплава в распылительную форсунку, ограничивающий возможность регулирования удельного расхода жидкого металла.Known installation for producing powders of aluminum, magnesium and their alloys (patent RU 2158659, 2000). The installation contains a melting furnace, an intermediate tank for the melt, a nozzle, a dust collector and dust collecting devices in the form of cyclones and bag filters, connected by pipelines into a closed system with a gas blower and a compressor, while a liquid filter is installed in front of the gas blower, the cyclones in the lower part are connected to the dust collector into a single unloading unit and have branch pipes for gas supply. The disadvantages of the known installation include the ejection principle of supplying the melt to the spray nozzle, which limits the ability to control the specific flow rate of the liquid metal.

Известна пульверизационная установка для распыления расплавленного алюминия, магния и их сплавов (патент RU 2095196, 1997). Установка включает плавильную печь с выносным карманом, распылительную камеру и форсунку, соединенные между собой транспортными металлопроводами. К недостаткам известной установки относится эжекционный принцип подачи расплава в распылительную форсунку, ограничивающий возможность регулирования удельного расхода жидкого металла, а также ограниченность сортамента распыляемых сплавов.Known atomization device for spraying molten aluminum, magnesium and their alloys (patent RU 2095196, 1997). The installation includes a melting furnace with a portable pocket, a spray chamber and a nozzle, interconnected by transport metal lines. The disadvantages of the known installation include the ejection principle of supplying the melt to the spray nozzle, which limits the ability to control the specific flow rate of the liquid metal, as well as the limited range of sprayed alloys.

Известно устройство для получения металлических порошков (патент RU 2183534, 2002). Устройство содержит металлоприемник, рабочую форсунку с кольцевой полостью подвода энергоносителя и двумя рабочими соплами, камеру распыления, снабженную каналами охлаждения для охлаждающей жидкости; устройство также снабжено дополнительной форсункой цилиндрической формы с резьбовым концом у одного основания и внешним конусом у другого, дополнительная форсунка имеет камеру параболической формы с радиальными отверстиями ввода энергоносителя и сужающимся книзу критическим сечением и камеру распыления конической формы, металлоприемник выполнен в виде полого усеченного конуса и размещен в параболической камере с возможностью осевой регулировки и образует с критическим сечением кольцевое сопло, при этом дополнительная форсунка герметично соединена с металлоприемником трубопроводом подвода расплава и прикреплена к корпусу рабочей форсунки, дополнительно устройство снабжено классификатором. К недостаткам известной установки относится эжекционный принцип подачи расплава в распылительную форсунку, ограничивающий возможность регулирования удельного расхода жидкого металла, а также необходимость сушки полученного порошка.A device for producing metal powders is known (patent RU 2183534, 2002). The device contains a metal receiver, a working nozzle with an annular cavity for supplying an energy carrier and two working nozzles, a spray chamber equipped with cooling channels for a cooling liquid; the device is also equipped with an additional cylindrical nozzle with a threaded end at one base and an external cone at the other, the additional nozzle has a parabolic chamber with radial holes for the input of the energy carrier and a critical section tapering downward and a conical spray chamber, the metal receiver is made in the form of a hollow truncated cone and is placed in a parabolic chamber with the possibility of axial adjustment and forms an annular nozzle with a critical section, while the additional nozzle is hermetically connected to the metal receiver by a melt supply pipeline and is attached to the body of the working nozzle; the device is additionally equipped with a classifier. The disadvantages of the known installation include the ejection principle of supplying the melt to the spray nozzle, which limits the ability to control the specific flow rate of the liquid metal, as well as the need to dry the resulting powder.

Известна установка для распыления жидких металлов (патент RU 110312, 2011), выбранная заявителем в качестве ближайшего аналога. Установка включает плавильную печь, бункер, рукавный фильтр, вытяжной вентилятор, источник сжатого газа, распылительную форсунку с кольцевым каналом выхода газа и центральным сквозным каналом, герметичную рабочей полостью, имеющую каналы подвода и отвода вытесняющего газа. К недостаткам устройства можно отнести сложность формы канала подачи расплава, ограничивающую выбор используемого огнеупорного материала, а также используемая схема герметизации и ударного наддува рабочей полости плавильного агрегата, предполагающая механические нагрузки на плавильный тигель и не обеспечивающая достаточной защиты расплава от окисления.Known installation for spraying liquid metals (patent RU 110312, 2011), selected by the applicant as the closest analogue. The installation includes a melting furnace, a hopper, a bag filter, an exhaust fan, a compressed gas source, a spray nozzle with an annular gas outlet and a central through channel, a sealed working cavity with expelling gas inlet and outlet channels. The disadvantages of the device include the complexity of the shape of the melt supply channel, which limits the choice of the used refractory material, as well as the used scheme of sealing and impact pressurization of the working cavity of the melting unit, which assumes mechanical loads on the melting crucible and does not provide sufficient protection of the melt from oxidation.

В основу изобретения положена техническая задача создания установки, которая обеспечит получение из расплавов металлов и сплавов сферичных порошков с размером частиц до 160 мкм, а также улучшит условия труда и экологию производства.The invention is based on the technical problem of creating an installation that will ensure the production of spherical powders from melts of metals and alloys with a particle size of up to 160 microns, as well as improve working conditions and production ecology.

Поставленная задача решается тем, что в установке для получения металлических порошков из металлов и сплавов, содержащей плавильную печь, тигель, защитный корпус, бункер, фильтр очистки газа, источник сжатого газа, распылительную форсунку, подача расплава в которую осуществляется через вертикальный канал подачи расплава под действием наддува сжатым газом герметичной рабочей полости, имеющей каналы подвода и отвода сжатого газа, через управляющий клапан, установленный на канале подвода сжатого газа, согласно предложению, плавильная печь с тиглем для расплава помещена внутрь герметичной рабочей полости, являющейся внутренней полостью защитного корпуса, перед фильтром очистки газа установлен циклон, а бункер и циклон оснащены охлаждаемыми емкостями для сбора порошка.The problem is solved by the fact that in an installation for the production of metal powders from metals and alloys, containing a melting furnace, crucible, protective housing, hopper, gas purification filter, compressed gas source, spray nozzle, the melt is fed through a vertical melt feed channel under by the action of pressurizing a pressurized working cavity with compressed gas supply and removal channels through a control valve installed on the compressed gas supply channel, according to the proposal, the melting furnace with a crucible for the melt is placed inside the sealed working cavity, which is the inner cavity of the protective housing, in front of the filter for gas cleaning, a cyclone is installed, and the hopper and cyclone are equipped with cooled containers for collecting powder.

Наличие герметичной рабочей полости, в которую помещена плавильная печь с тиглем для расплава, обеспечивает защитную среду, препятствующую окислению металла в период плавления, а также снижает механические нагрузки на плавильный тигель в момент наддува. Использование циклона снижает содержание мелких частиц в газе на входе в фильтр и улучшает экологичность производства, а наличие охлаждения емкостей для сбора порошка ускорит процесс охлаждения и выгрузки материала и уменьшит вероятность окисления поверхности частиц.The presence of a sealed working cavity, in which a melting furnace with a melt crucible is placed, provides a protective environment that prevents metal oxidation during the melting period, and also reduces mechanical loads on the melting crucible at the time of pressurization. The use of a cyclone reduces the content of fine particles in the gas at the inlet to the filter and improves the environmental friendliness of production, and the presence of cooling the tanks for collecting the powder will speed up the process of cooling and unloading of the material and reduce the likelihood of oxidation of the particle surface.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема заявляемой установки.The essence of the invention is illustrated by a drawing, which shows a diagram of the claimed installation.

Установка содержит плавильную печь 1, плавильный тигель 2, защитный корпус 3, бункер 4, фильтр очистки газа 5, источник сжатого газа (на рисунке не показан), распылительную форсунку 6, подача расплава в которую осуществляется через вертикальный канал подачи расплава 7 под действием наддува сжатым газом герметичной рабочей полости 8, имеющей канал подвода сжатого газа 9, через управляющий клапан 11, отвод газа из рабочей камеры осуществляется через канал 10 с использованием клапана 12.The installation contains a melting furnace 1, a melting crucible 2, a protective casing 3, a hopper 4, a gas purification filter 5, a compressed gas source (not shown in the figure), a spray nozzle 6, which is fed through a vertical melt feed channel 7 under the influence of pressurization compressed gas of the sealed working cavity 8, which has a compressed gas supply channel 9, through the control valve 11, the gas is removed from the working chamber through the channel 10 using valve 12.

Особенностью данной установки является то, что, что плавильная печь 1 с тиглем 2 для расплава помещена внутрь герметичной рабочей полости 8, являющейся внутренней полостью защитного корпуса 3, перед фильтром очистки газа 5 установлен циклон 13, а также тем, что бункер 4 и циклон 13 оснащены охлаждаемыми емкостями для сбора порошка 14.A feature of this installation is that the melting furnace 1 with the crucible 2 for the melt is placed inside the sealed working cavity 8, which is the inner cavity of the protective housing 3, a cyclone 13 is installed in front of the gas purification filter 5, as well as the fact that the bunker 4 and cyclone 13 equipped with cooled containers for collecting powder 14.

Установка работает следующим образом.The installation works as follows.

В плавильной печи 1 осуществляют выплавку металла, затем с помощью управляющего клапана 11 через канал подвода газа 9 осуществляется наддув рабочей полости 8, расплавленный металл через канал подачи 7 подается в распыляющую форсунку 6, двухфазный поток газа и частиц формируется внутри бункера 4, удаление мелкой фракции из газового потока осуществляется в циклоне 13. Очистка газа осуществляется в фильтре 5. Выгрузка порошка осуществляется из охлаждаемых емкостей 14.In the melting furnace 1, metal is smelted, then using the control valve 11 through the gas supply channel 9, the working cavity 8 is pressurized, the molten metal is fed through the supply channel 7 to the spray nozzle 6, a two-phase flow of gas and particles is formed inside the hopper 4, removal of fines from the gas flow is carried out in the cyclone 13. Gas cleaning is carried out in the filter 5. The powder is discharged from the cooled containers 14.

Claims

An installation for producing spherical metal powder from a melt of metals and alloys, containing a source of compressed gas, a melting furnace with a melt crucible located in a housing with a sealed working cavity, a gas purification filter, a hopper with a melt atomizer connected to the crucible through a vertical channel to ensure supply melt under the action of pressurizing compressed gas of a sealed working cavity, characterized in that as a melt atomizer it contains a nozzle for spraying the melt, while the sealed working cavity is made with compressed gas supply and outlet channels to ensure its pressurization with compressed gas through a control valve installed on a compressed gas supply channel, and a cyclone is installed in front of the gas purification filter, and the hopper and cyclone are equipped with cooled containers for collecting powder.