RU2758047C2

RU2758047C2 - Apparatus for producing spherical metal powders

Info

Publication number: RU2758047C2
Application number: RU2019137116A
Authority: RU
Inventors: Константин Валерьевич Лебединский; Николай Ефимович Курносов; Андрей Александрович Николотов
Priority date: 2019-11-19
Filing date: 2019-11-19
Publication date: 2021-10-25
Also published as: RU2019137116A; RU2019137116A3

Abstract

FIELD: powder metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to powder metallurgy, in particular, to apparatuses for producing powders by spraying melts, and can be used to produce powders of various metals. The apparatus for producing spherical metal powders comprises a melting chamber, a liquid metal sprayer, a spraying chamber, and a powder receiver. The melting chamber is made in the form of a cylindrical crucible with an induction heater. The liquid metal sprayer is made in the form of a pneumatic vortex ejection nozzle containing a movable bumper at the outlet of the primary aerosol. The spraying chamber constitutes a cylindrical column configured to change the height. An induction heater is installed around the column, configured to move relative to the position of the sprayer along the column. The powder receiver is made in the form of an impactor.

EFFECT: production of finely dispersed (0.5 to 100 mcm) spherical metal powders with a predetermined granulometric composition is ensured.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к устройствам для производства порошков методом распыления расплавов, и может быть использовано для получения порошков различных металлов.The invention relates to powder metallurgy, in particular to devices for the production of powders by spraying melts, and can be used to obtain powders of various metals.

Известно устройство для получения металлических порошков по патенту РФ № 2183534 (МПК B22F 9/08, 2000123252/02 от 07.09.2000), содержащее тигель, распылительную форсунку, камеру распыления, с каналами охлаждения, дополнительной форсункой, металлоприемник, трубопровод подвода расплава, разделительную колонну, сита, центрифуги для отделения порошка от жидкости и другие узлы.A device for producing metal powders is known according to RF patent No. 2183534 (IPC B22F 9/08, 2000123252/02 dated 09/07/2000), containing a crucible, a spray nozzle, a spray chamber, with cooling channels, an additional nozzle, a metal receiver, a melt supply pipeline, a separating column, sieves, centrifuges for separating powder from liquid and other units.

Известна установка для распыления жидких металлов по патенту РФ № 133445 (МПК B22F 9/00, заявка 2013106303/02 от 13.02.2013), содержащая многовитковый индуктор, форсунку, снабженную двумя каналами подвода рабочего газа, бункер, рукавный фильтр, циркуляционный вентилятор, охладитель, канал подвода рабочего газа.A known installation for spraying liquid metals according to the patent of the Russian Federation No. 133445 (IPC B22F 9/00, application 2013106303/02 dated 13.02.2013), containing a multi-turn inductor, a nozzle equipped with two channels for supplying a working gas, a hopper, a bag filter, a circulation fan, a cooler , working gas supply channel.

Недостатками известных конструкций являются невозможность получения порошков сферической формы и необходимость последующего сепарирования порошка.The disadvantages of the known designs are the impossibility of obtaining spherical powders and the need for subsequent separation of the powder.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ получения мелкодисперсных металлических порошков из сплавов на основе тугоплавких металлов по патенту РФ № 2680322 (МПК B22F 9/06, B22F 9/08, заявка 2018110150 от 22.03.2018), содержащий плавильную камеру с индуктором, камеру распыления с форсункой, бункеры для порошка и вентилятор. Согласно способу получение гранул мелкодисперсного металлического порошка сферической формы осуществляется путем нагрева заготовки в индукторе плавильной камеры, распыления расплавленного металла потоком инертного газа через форсунку в камере распыления и сбор в системе сбора порошка при заданных оптимальных параметрах.The closest in technical essence to the claimed invention is a method for producing fine metal powders from alloys based on refractory metals according to RF patent No. 2680322 (IPC B22F 9/06, B22F 9/08, application 2018110150 dated 03.22.2018), containing a melting chamber with an inductor , spray booth with nozzle, powder hoppers and fan. According to the method, the production of finely dispersed metal powder granules of a spherical shape is carried out by heating the workpiece in the inductor of the melting chamber, spraying the molten metal with an inert gas flow through a nozzle in the spray chamber and collecting it in the powder collection system at specified optimal parameters.

Недостатками изобретения, взятого за ближайший аналог, являются наличие полученных опытным путем оптимальных параметров работы устройства, что не может обеспечить получение мелкодисперсных порошков сферической формы для металлов различной температуры плавления, отсутствие данных о степени дисперсности получаемых порошков и невозможность регулирования гранулометрического состава порошка.The disadvantages of the invention, taken as the closest analogue, are the presence of experimentally obtained optimal operating parameters of the device, which cannot ensure the production of finely dispersed spherical powders for metals of different melting points, the lack of data on the degree of dispersion of the resulting powders and the impossibility of adjusting the particle size distribution of the powder.

Технической задачей настоящего изобретения является получение мелкодисперсных сферических порошков металлов заданного гранулометрического состава.The technical objective of the present invention is to obtain finely dispersed spherical metal powders of a given particle size distribution.

Поставленная задача решена тем, что устройство для получения сферических порошков металлов содержит плавильную камеру, распылитель жидкого металла, камеру распыления и порошковый приемник, причем плавильная камера выполнена в виде цилиндрического тигля с индукционным нагревателем, распылитель жидкого металла выполнен в виде пневматической вихревой эжекционной форсунки, содержащей на выходе первичного аэрозоля подвижный отбойник, а камера распыления представляет собой цилиндрическую колонну, выполненную с возможностью изменения ее высоты, при этом, вокруг колонны установлен индукционный нагреватель, выполненный с возможностью перемещения относительно положения распылителя вдоль колонны, а порошковый приемник выполнен в виде импактора.The problem is solved in that the device for producing spherical metal powders contains a melting chamber, a liquid metal atomizer, an atomizing chamber and a powder receiver, and the melting chamber is made in the form of a cylindrical crucible with an induction heater, the liquid metal atomizer is made in the form of a pneumatic vortex ejection nozzle containing at the outlet of the primary aerosol there is a movable baffle, and the spraying chamber is a cylindrical column made with the possibility of changing its height, while an induction heater is installed around the column, made with the possibility of moving relative to the position of the sprayer along the column, and the powder receiver is made in the form of an impactor.

Изобретение иллюстрируется рисункомThe invention is illustrated by the drawing

Фиг. 1 – схема установки для получения сферических порошков металлов.FIG. 1 is a diagram of an installation for producing spherical metal powders.

Предлагаемая установка для получения сферических порошков металлов состоит из цилиндрического тигля 1 с индукционным нагревателем 2, распылителя 3 с подвижным отбойником 4, цилиндрическую колонну 5 с индукционным нагревателем 6 и порошковый приемник 7.The proposed installation for producing spherical metal powders consists of a cylindrical crucible 1 with an induction heater 2, a spray gun 3 with a movable baffle 4, a cylindrical column 5 with an induction heater 6 and a powder receiver 7.

Плавильная камера, выполненная в виде цилиндрического тигля с индукционным нагревателем, позволяет осуществлять плавление и хранение расплавленного металла, при этом, за счет использования индукционного нагревателя, температура может изменяться для плавления различных материалов.The melting chamber, made in the form of a cylindrical crucible with an induction heater, allows melting and storage of molten metal, while, due to the use of an induction heater, the temperature can be changed to melt various materials.

Распылитель жидкого металла, выполненный в виде пневматической вихревой эжекционной форсунки, позволяет одновременно распылять и эжектировать жидкий металл из плавильной камеры за счет разряжения, создаваемого при течении пневматического закрученного потока.The atomizer of liquid metal, made in the form of a pneumatic vortex ejection nozzle, allows you to simultaneously spray and eject liquid metal from the melting chamber due to the vacuum created during the flow of a pneumatic swirling flow.

Установленный на выходе первичного аэрозоля из распылителя отбойник необходим для увеличения степени дробления жидкого металла за счет ударно-динамического воздействия распыленных частиц жидкого металла с преградой, причем, для регулирования степени дробления, отбойник выполнен подвижным и путем регулирования расстояния от выхода первичного аэрозоля до отбойника обеспечивается получение частиц в диапазоне 0,5...100 мкм.The baffle installed at the outlet of the primary aerosol from the atomizer is necessary to increase the degree of crushing of liquid metal due to the shock-dynamic effect of sprayed particles of liquid metal with an obstacle, moreover, to control the degree of crushing, the baffle is made movable and by adjusting the distance from the outlet of the primary aerosol to the bump particles in the range of 0.5 ... 100 microns.

Цилиндрическая колонна, выполненная с возможностью изменения ее высоты, необходима для обеспечения регулирования гранулометрического состава получаемых порошков за счет гравитационного отсева частиц.A cylindrical column, made with the possibility of changing its height, is necessary to ensure control of the granulometric composition of the resulting powders due to gravitational screening of particles.

Индукционный нагреватель, расположенный вокруг камеры распыления, выполненный с возможностью перемещения относительно положения распылителя вдоль колонны, обеспечивает получение металлического порошка сферической формы путем поддержания температуры распыленных частиц жидкого металла после окончательного диспергирования с учетом времени, необходимого для сферизации жидкого металла за счет собственного поверхностного натяжения.An induction heater located around the spraying chamber, made with the ability to move relative to the position of the atomizer along the column, provides a spherical metal powder by maintaining the temperature of the sprayed particles of liquid metal after final dispersion, taking into account the time required for spherization of the liquid metal due to its own surface tension.

Порошковый приемник, выполненный в виде импактора, позволяет отдельно получать металлические порошки с различным гранулометрическим составом без дальнейшего просеивания.The powder receiver, made in the form of an impactor, makes it possible to separately obtain metal powders with different granulometric composition without further sieving.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. The proposed device works as follows.

В цилиндрический тигель 1 плавильной камеры загружается металл в твердом виде, за счет нагрева металла индукционным нагревателем 2 происходит его плавление. После набора заданной температуры, жидкий металл поступает в распылитель 3 за счет его эжектирования при подаче в распылитель 3 сжатого газа и распыляется в виде газового аэрозоля с частицами жидкого металла, а затем поток полученного аэрозоля направляется в отбойник 4, где за счет ударно-динамического действия происходит дополнительное дробление частиц жидкого металла в составе аэрозоля, при этом получаемая дисперсность будет зависеть от расстояния до отбойника. Полученный аэрозоль, двигаясь в направлении выхода газа вверх цилиндрической колонны 5 с установленной высотой, соответствующей требуемым параметрам максимальной дисперсности получаемого металлического порошка, попадает в зону нагрева индукционным нагревателем 6, при этом частицы жидкого металла приобретают сферическую форму за счет собственного поверхностного натяжения. После прохождения зоны нагрева индукционным нагревателем 6 в цилиндрической колонне 5 частицы металла кристаллизуются, часть полученных частиц за счет гравитации возвращаются в плавильную камеру, а остальные направляются вместе с потоком газа в порошковый приемник 7, где происходит отсеивание различного по гранулометрическому составу порошка металла за счет использования импактора, когда более мелкие частицы проходят большие расстояния с потоком газа.Solid metal is loaded into the cylindrical crucible 1 of the melting chamber; due to the heating of the metal by the induction heater 2, it melts. After the set temperature is set, the liquid metal enters the nebulizer 3 due to its ejection when compressed gas is supplied to the nebulizer 3 and is sprayed in the form of a gas aerosol with liquid metal particles, and then the flow of the resulting aerosol is directed to the bump stop 4, where due to the shock-dynamic action additional crushing of liquid metal particles in the aerosol occurs, while the resulting dispersion will depend on the distance to the bump stop. The resulting aerosol, moving in the direction of the gas outlet upward of the cylindrical column 5 with a set height corresponding to the required parameters of the maximum dispersion of the obtained metal powder, enters the heating zone of the induction heater 6, while the liquid metal particles acquire a spherical shape due to their own surface tension. After passing through the heating zone with an induction heater 6 in a cylindrical column 5, metal particles crystallize, some of the particles obtained due to gravity return to the melting chamber, and the rest are sent together with the gas flow to the powder receiver 7, where metal powder of different particle size distribution is sifted out due to the use of impactor, when smaller particles travel long distances with the gas flow.

Изобретение в совокупности признаков позволяет получать мелкодисперсные (0,5-100 мкм) сферические порошки металлов заданного гранулометрического состава.The invention in combination of features makes it possible to obtain finely dispersed (0.5-100 microns) spherical metal powders of a given granulometric composition.

Claims

A device for producing spherical metal powders containing a melting chamber, a liquid metal atomizer, an atomization chamber and a powder receiver, characterized in that the melting chamber is made in the form of a cylindrical crucible with an induction heater, the liquid metal atomizer is made in the form of a pneumatic vortex ejection nozzle containing at the outlet of the primary aerosol is a movable baffle, and the spraying chamber is a cylindrical column made with the possibility of changing its height, while an induction heater is installed around the column with the ability to move relative to the position of the sprayer along the column, and the powder receiver is made in the form of an impactor.