SE445620B - Forfarande for framstellning av finfordelad smelt metall samt anordning for genomforande av forfarandet - Google Patents

Description

7812697-6 rande finfördelningsanordning som bl.a. bättre motstår centri- fugalkraftpåverkan.

Föreliggande uppfinning avser vidare att åstadkomma en rote- rande finfördelningsanordning, som avkyles invändigt av ett kyl- medelflöde, där kylmedlet håller finfördelningsanordningen vid en temperatur under detsammas smältpunkt och underlättar upprätthål- landet av en stabil drift av anordningen.

I och för dessa syften framställes enligt föreliggande för- farande en metallskiva med hög termisk ledförmåga, vilken metall- skiva uppvisar en övre yta och vilken har en metallring med lägre termisk ledförmåga placerad runt densamma vid dennas ovansida, var- vid metallen med lägre termisk ledförmåga utgöres av en metall som kan svetsas fast vid metallen som smältes, regleras metallsmältans temperatur och flödeshastighet samt den roterande skivans yttempe- ratur för att, då smält metall inledningsvis hälles på den roterande skivan, bilda en stelnad skålla på den roterande skivans yta, varvid skållan svetsas fast vid metallringen och fasthålles därav, och hälles smält metall fortsatt på den stelnade skållans roterande yta, varvid metallen finfördelas genom att kastas radiellt utåt från skållan och bilda fasta partiklar.

Den roterande finfördelningsanordningens övre skiva uppvisar härför en metallring som är anordnad kring densammas övre kant, var- vid ringen sträcker sig över den övre skivans ovansida till bil- dande av en försänkt centrumdel och varvid ringen är utformad av en metall som kan svetsas fast vid metallen som smältes, och är ett keramiskt skikt anordnat i den försänkta delen med ytterkanten anlig- gande mot metallringens insida och ovansidan motsvarande ringens ovansida.

Uppfinningen skall nedan närmare beskrivas med hänvisning till bifogade ritning, i vilken figur l är ett snitt genom en finfördelningsanordning för flytande metall och ansluten till en rotationsaxelände; figur 2 är en förstoring av finfördelningsanordningens ytter- kant och visande med punktstreckad linje en stabil skälla som är fäst vid en ring vid dennas ytterkant, och figur 3 är en förstoring av en modifierad finfördelningsanord- ning med plan ovansida.

En roterande finfördelningsanordning l visas för mottagande av ett flöde X av smält metall och för att accelerera detsamma utåt i en apparat för framställning av metallpulver (se ovannämnda pub- likationer). 7812697-6 Emedan vilken som helst typ av degel kan användas för uppvärm- ning och hällning, visas en konstruktion i US patentskrift 4 025 249, där en degel med anslutande induktionsugn är svängbart monterad i en rörlig stödvagn. En sådan konstruktion kan användas för att hälla den smälta metallen och är ett induktionskontrollorgan anordnat för att kontrollera metallsmältans temperatur.

Finfördelningsanordningen l innefattar en skiva 2 som är fast förankrad överst på en drivaxel 4. Drivaxeln 4 är monterad för rota- tion medelst vilket som helst lämpligtorgan 7, exempelvis en elekt- risk motor eller en luftturbin. I föreliggande utförande är ett varv- tal på över 10 000 att betraktas som högt. Ett kylorgan 6 är anord- nat i skivan 2 och drivaxeln 4. Skivan är utformad med en nedre skiva 8 och en sammansatt övre skiva 10. Skivan l0 är fäst vid ski- van 8 medelst en stor låsmutter 12.

Den nedre skivan 8 är utformad med en cylindrisk del 14 som skjuter uppåt från en ringformad dels 16 ytterkant. En cylindrisk del l8 sträcker sig nedåt likaså från delens 16 ytterkant. En kor- tare cylindrisk del 20 sträcker sig nedåt från delens 16 innerkant.

De två nedåtriktade cylindriska delarna 18, 20 bildar ett ringformat spår som mottager drivaxelns4 övre ände och en adapterdel 22, som beskrives nedan.

Den sammansatta övre skivan 10 är utformad med en övre del 23 med en nedåtskjutande fläns 24 som passar mot insidan på den nedre skivans 8_cylinderdel 14. Den övre delen 23 består av ett material med relativt hög termisk ledförmåga för bevarande av densammas håll- fasthet under höga centrifugalbelastningar. Denna konstruktion avgrän- sar ett cylindriskt utrymme 26 mellan den övre delen 23 och den nedre skivan 8. En radiell fläns 28 sträcker sig utåt kring den övre delens 23 ytterkant och med dess nedre yta anliggande mot cylinder- delens 14 topp, medan en kortare toppyta är utformad för annat syfte (se nedan).

Den övre delens 23 topp eller ovansida är konkav, men kan även vara plan. En yttre metallring 30 är fäst i ett periferiskt urtag 32 runt toppen på den övre delens 23 ytterkant. Ringdelens 30 ovansida sträcker sig förbi delens 23 ovansida för att underlätta applicering av en keramisk beläggning 34. Emedan ett spår 35 visas utformat i ringdelens 30 innerkant för att ytterligare underlätta anordnandet av den keramiska beläggningen 34, kan ringdelen uppvisa ett rektan- gulärt tvärsnitt med beläggningens eller skiktets kant anliggande mot ringdelen. Detta framgår av figur 3, där en plan yta är utfor- mad på den övre delens 23 topp eller ovansida. Den keramiska belägg- 7812697-6 ningen kan vara en plasma- eller flamsprutad beläggning som (1) fungerar som en erosionsresistent yta för att förhindra förorening av fluiderna, (2) tjänar som en isolator för att förhindra att metallytan på finfördelningsapparatens kropp smälter och hjälper till att begränsa värmeöverföring från den flytande metall som finfördelas, samt (3) genom sin porösa natur åstadkommer nödvän- dig resistans mot värmechocker och genom ytans porositet även underlättar mekanisk låsning av metallslaggen vid finfördelnings- apparatens yta. Vilken som helst ytbeläggning kan användas, som uppfyller ovanstående krav. En MgZr03 -beläggning visade sig fun- gera tillfredsställande för finfördelning av varmhållfasta nickel- baslegeringar i flytande tillstånd. Tester har visat att även CaO, stabiliserat ZrO2 och Al2O3 är dugliga beläggningar.

Ringdelens 30 friliggande metall på den övre ringens 10 yta, (1) fungerar som en hållare för den keramiska beläggningen 34, som annars skulle gå sönder vid hög centrifugalbelastning, (2) den upphällda, smälta metallen som först stelnar till bildande av en ytskålla, smälter metallringens yta och bildar en fusionssvets för att fast förankra skållan vid det roterande finfördelnings- organet 1, samt (3) ringen bildar en termisk barriär för forme- ring av en metallskålla av önskad tjocklek. Genom reglering av den fria metallkantens bredd på ovansidan, dess djup och bredd under ytbeläggningen 34 och genom att välja rätt metall eller legering med låg känd termisk ledförmåga, kan en metallskålla bil- das med önskade driftskaraktäristika.

Den nedre ringens 8 utsida är gängad vid A för gängning med Esmutterns 12 invändiga gängor B. Mutterns 12 topp uppvisar en inåt sig sträckande ringformad fläns 36 som anligger mot den kor- tare ovansidan på den radiella flänsen 28 för att hålla den övre delen 23 i läge mot den nedre ringen 8. Toppen på den ihåliga drivaxeln 4 är utformad med ett urtag 38 för att mottaga den nedåtskjutande korta cylinderdelen 20. Adaptern 22 är anordnad att fylla ut utrymmet mellan drivaxelns 4 topp och cylinderdelen 18. Bultar 40 sträcker sig genom cylinderdelen 18, adaptern 22 och in i toppen på drivaxeln 4, varvid skivan 2 är fast förankrad vid drivaxeln 4.

En cirkelformad vattenplatta 42 är anordnad i det cylindriska utrymmet 26 med en ledning 44 fast i dess centrum för tillförsel av ett kylfluidum genom en central öppning som sträcker sig genom plattan 42. Kylflänsar 46 sträcker sig radiellt utåt längs botten 7812697-6 på den cirkelformade vattenplattan 42 från ledningen 44 uppåt runt plattans kant och inåt längs ovansidan till kanten på öppningen i mitten. Kylflänsarna 46 lokaliserar plattan 42 korrekt i utrym- met 26. Ifall kylflänsar ej användes, kan avståndstoppar utnyttjas till att anordna plattan 42. Ledningen 44 är försedd med distans- organ 48 för korrekt placering av densamma i den ihåliga axeln 4.

Kylmedlet pumpas uppåt in i ledningen 44 medelst en pump 45 runt kylplattan 42 och nedåt mellan ledningen 44 och cylinderdelen 20 och det inre av drivaxeln 4. Kylfluidet håller den övre ringen 10 vid en temperatur under dess smältpunkt och underlättar upprät- tandet av termisk jämvikt för stabil drift av anordningen. Stabili- tet erhålles efter formeringen av en tunn metallskålla på den keramiska beläggningens och ringdelens ovansida.

Experimentella körningar gjordes i en apparat för framställ- ning av metallpulver under utnyttjande av en roterande finfördel- ningsanordning enligt uppfinningen. Resultaten av dessa körningar eller tester framgår nedan för att klargöra hur anordningen arbe- tar. Information ges om den smälta metall som finfördelas, den övre delen 23, ringdelen 30, den keramiska beläggningen 34 och den stelnade metallskålla som bildas.

Resultaten av tre pulverframställningstest är som följer: TEST 1: Finfördelad smält metall: Temperatur: 1394°K Flödeshastighet: 0,147 kg/sec Material: IN-100 överdel 23: Yta! Plan Diameter: 3,33 Cm Rotationshastighet: 23700 rpm Material: Koppar Ringdel 30: Fribredd på ovansidan: 0,127 Cm Material: IN-100 Keramisk beläggning 34: Material: Mgzrg TEST 7812697-6 Keramisk beläggning 34: Tjocklek: 0,051 cm Bildad stelnad metallskålla: Maximitjocklek: 2: TEST Finfördelad smält metall: Temperatur: Flödeshastighet: Material: överdel 23: Yta: Diameter: Rotationshastighet: Material: Ringdel 30: Fribredd på ovansidan: Material: Keramisk beläggning 34: Material: Tjocklek: 0,33 cm 1s94°K 0,182 kg/sec IN-100 Plan 8,38 cm 21500 till 25000 rpm Koppar 0,127 cm IN-l00 MgZrO3 0,124 cm Bildad stelnad metallskålla: Maximitjocklek: 3: Finfördelad smält metall: Temperatur: Flödeshastighet: Material: överdel 23: Yta: Diameter: Rotationshastighet: Material: 0,l27 cm 1s94°K 0,154 kg/sec IN-100 Plan 8,38 cm 24000 rpm Koppar

Claims (14)

1. 7812697-6 Ringdel 30: Fribredd på ovansidan: 0,0635 cm Material: IN-100 Keramisk beläggning 34: Material: MgZrO3 Tjocklek: 1,25 cm Bildad stelnad metallskâlla: Maximitjocklek: 0,178 cm Patentkrav """"""“""" l. Förfarande för framställning av finfördelad smält metall varvid (1) metall smältes till bildande av en metallsmältkälla, och (2) metallsmältan hälles på en roterande skivas yta, k ä n n e t e c k n a t a v att (3) en metallskiva med hög termisk ledförmåga framställes upp- visande en övre yta och med en metallring med lägre termisk led- förmâga placerad runt metallskivan vid dennas ovansida, varvid metallen med lägre termisk ledförmåga utgöres av en metall som kan svetsas fast vid metallen som smältes, (4) metallsmältans temperatur och flödeshastighet samt den roterande skivans yttemperatur regleras för att, då smält metall inledningsvis hälles på den roterande skivan, bilda en stelnad skälla på den roterande skivans yta, varvid skâllan svetsas fast vid metallringen och fasthâlles därav, och (5) smält metall fortsatt hälles på den stelnade skâllans roterande yta, varvid metallen finfördelas genom att kæfiasradiellt utåt från skållan och bilda fasta partiklar.

2. Förfarande enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k n a t a v att i steget (5) överhettning av metallsmältan och avkylning av skivan reglerar metallsmältans temperatur, då densamma kyles till bildande av en stelnad skälla på skivans yta.

3. Förfarande enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k n a t a v att i steget (2) skivan utformas av koppar.

4. Förfarande enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k n a t a v att i steget (2) metallringen utformas av samma metall som i metallsmältan. 7812697-6 ß-

5. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att i steget (2) metallringen upphöjes och ytan innanför ringen belägges med en keramisk beläggning.

6. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att i steget (3) skivan roteras med hastigheter överstigande 10 000 rpm.

7. Roterande finfördelningsanordning för genomförande av för- farandet enligt patentkravet l och därvid mottaga ett flöde av smält metall på en övre yta för framställning av metallpulver, samt innefattande dels en roterbar drivaxel (4), dels en skiva (2) som är fast förankrad på drivaxelns topp eller ovandel, varvid skivan innefattar en övre metallskiva (10) med en ovansida och cylindrisk kant, k ä n n e t e c k n a d a v att den övre skivan (10) uppvisar en metallring (30) anordnad kring densammas övre kant, varvid ringen sträcker sig över den övre skivans ovan- sida till bildande av en försänkt centrumdel och varvid ringen är utformad av en metall som kan svetsas fast vid metallen som smäl- tes, och att ett keramiskt skikt (34) är anordnat i den försänkta delen med ytterkanten anliggande mot metallringens insida och ovansidan motsvarande ringens ovansida.

8. Roterande finfördelningsanordning enligt patentkrav 7, k ä n n e t e c k n a d a v att skivan (2) även innefattar en nedre skiva (8), vilken uppvisar en första cylindrisk sektion (14) sträckande sig uppåt från denna, att den övre skivan (10) uppvi- sar en andra cylindrisk sektion (24) som sträcker sig nedåt från denna, att cylindersektionerna är så utformade, att den första cylindersektionen passar in i den andra cylindersektionen, att ett utrymme (26) är utformat mellan de övre och nedre skivorna för att mottaga ett kylmedelflöde och att ett organ är anordnat för att fästa den övre skivan vid den nedre.

9. Roterande finfördelningsanordning enligt patentkrav 7 eller 8, k ä n n e t e c k n a d a v att metallen i den övre skivan (l0) uppvisar hög termisk ledförmâga och att metallen i ringen (30) uppvisar relativt låg termisk ledförmåga.

10. Roterande finfördelningsanordning enligt patentkrav 9, k ä n n e t e c k n a d a V att metallen med hög termisk led- förmåga är koppar.

11. Roterande finfördelningsanordning enligt patentkrav 9 eller 10, termisk ledförmäga är densamma som den smälta metallen. k ä n n e t e c k n a d a v att metallen med låg 7812697-6

12. Roterande finfördelningsanordning enligt något av patent- krav 7 - ll, k ä n n e t e c k n a d a v att det keramiska skiktets ovansida är konkav.

13. Roterande finfördelningsanordning enligt något av patent- krav 7 - 12, k ä n n e t e c k n a d a v att den cylindriska kanten uppvisar ett urtag (32) i den övre delen vid ovansidan och att metallringen (30) är monterad i urtaget.

14. Roterande finfördelningsanordning enligt något av patent- krav 7 - 13, k ä n n e t e c k n a d a V att ringen och det keramiska skiktet bildar en yta för formering av en reglerad, stelnad metallskâlla.