WO2020096489A1 - Способ получения стальных порошков - Google Patents
Способ получения стальных порошков Download PDFInfo
- Publication number
- WO2020096489A1 WO2020096489A1 PCT/RU2019/000719 RU2019000719W WO2020096489A1 WO 2020096489 A1 WO2020096489 A1 WO 2020096489A1 RU 2019000719 W RU2019000719 W RU 2019000719W WO 2020096489 A1 WO2020096489 A1 WO 2020096489A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- steel
- vacuum chamber
- steel melt
- chamber
- metal
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
- B22F9/06—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
Definitions
- the invention relates to the production of finely divided metal powders.
- cavitation cavities arise in the volume of the steel jet due to centrifugal forces inside the turbulent vortices, which are provided by the temperature interval of processing;
- gas nuclei that have reached sizes larger than critical begin to grow due to a further transition of the gases dissolved in the metal and a bubble-film structure of the steel stream is formed.
- a method for producing finely dispersed metal powder comprising mechanically dispersing the metal material to produce a polydispersed metal powder, mixing the mixture of polydispersed metal powder with a chemically inert liquid medium to form a suspension, exposing the suspension to ultrasonic vibrations in cavitation mode and isolating finely divided fractions of a metal powder from a suspension, alma is introduced into the suspension with stirring powder was, which is removed prior to isolation of the fine fraction.
- the technical problem solved by the present invention is the creation of a method for producing steel powders with wide functional capabilities and at the same time, which is simple and reliable.
- the technical result achieved by the invention is the expansion of the GTKTT GU capabilities of the method for producing steel powders, the simplification of the method, and the improvement of the quality of the obtained powder.
- the bottom of the chamber can be cooled by placing water-cooled elements on the bottom of the chamber.
- the prior art known the possibility of the formation of a foam structure when a stream of steel flows into a vacuum space in a cavitation mode.
- the finely dispersed foam structure provided for the effective removal of gases dissolved in steel better than any of the known methods of vacuum treatment.
- the refining abilities of the foam structure were the higher, the longer it remains during evacuation.
- the inventive method for producing metal (steel) powders is based on the fact that the steel of a specific composition is poured in vacuum in a cavitation mode, resulting in a finely dispersed foam structure, which, when it falls further under the action of its own gravity and pressure difference in the vacuum space, is destroyed, forming the smallest steel drops of strictly spherical shape.
- the bottom of the chamber is cooled or cooling elements are placed on the bottom (e.g. water containers). In contact with the cooled bottom (or cooling elements located at the bottom of the tank), the steel droplets reaching the bottom solidify instantly with the formation of individual uncoated particles. The resulting metal particles are removed from the chamber.
- the foam structure very effectively removes any non-metallic inclusions from steel larger than 5 microns.
- the proposed solution not only allows one to obtain powders of an ideal spherical shape, but at the same time sharply increases the purity of the steel powder in terms of the content of gases and non-metallic inclusions.
- the ratio between the height of the foam structure (i.e. the height of the vacuum chamber) and the diameter of the hole through which steel enters the vacuum chamber must be more than 150.
- the diameter of the hole through which the metal enters the vacuum chamber should be small - about 4-10 mm. And from here the mass of the simultaneously processed metal cannot be more than a few kilograms.
- the degree of deoxidation of the metal should be small, while the amount of deoxidation is due to two factors:
- the degree of deoxidation should be no more than 100 g of aluminum per ton of steel melt.
- the inventive method is as follows.
- a vacuum chamber is used with an inlet diameter of 4 to 10 mm. Water-cooled elements are laid at the bottom of the vacuum chamber. The drop height of the metal (the distance from the inlet to the water-cooled elements) is more than (4-10) x150 mm.
- the molten metal (steel) is passed through a vacuum chamber in a cavitation mode.
- the resulting foam structure in the form of metal droplets falls on the cooled bottom of the chamber.
- Metal droplets that did not have time to solidify during the fall harden when they fall onto the cooled bottom of the chamber.
- the resulting metal particles are a fine metal powder, the particles of which have an almost perfect round shape.
- the inventive method is simple, does not require the use of special equipment.
- the process of formation of metal particles is accompanied by the purification of the metal from gases and impurities, which ultimately allows to obtain a metal powder with high purity.
Landscapes
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
Abstract
Технический результат, достигаемый изобретением - расширение функциональных возможностей способа получения стальных порошков, упрощение способа, повышение качества получаемого порошка. Заявляемый технический результат достигается за счет того, что в способе получения стальных порошков, включающий подачу стального расплава в вакуумную камеру в режиме кавитации в виде пенной структуры, согласно изобретению обеспечивают охлаждение дна камеры, подачу стального расплава осуществляют через входное отверстие диаметром Dвх.=(4-10) мм, высоту вакуумной камеры выбирают из условия обеспечения высоты падения стального расплава внутри вакуумной камеры, составляющей не менее 150Dвх., степень раскисленности стального расплава составляет не более 100 г алюминия на тонну стального расплава.
Description
Название изобретения:
«СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТАЛЬНЫХ ПОРОШКОВ»
«Область техники»
Изобретение относится к получению мелкодисперсных металлических порошков.
«Предшествующий уровень техники»
Из патента Ns 2294383 на изобретение известен способ струйно- вакуумного рафинирования стали в кавитационном режиме, при котором до струйного вакуумирования осуществляют предварительное раскисление стали путем введения в расплав раскислителей, таких, как алюминий, титан, кальций, магний и/или их сплавы, в количестве, определяемом содержанием углерода в этом расплаве. Предварительное глубокое раскисление стали перед ее дальнейшей обработкой позволяет получить в ней содержание кислорода максимально связанным в ОНВ и, следовательно, уменьшить объем пузырьково-пленочной структуры (ППС) (но не количество зародышей газовых пузырьков, обеспечиваемое заданной вязкостью стали, достигаемое температурным фактором).
Из патента 2294383 на изобретение известно, что развитие пузырьково-пленочной структуры струи стали при истечении ее в вакуум происходит в три этапа:
- на первом возникают кавитационные полости (разрывы) в объеме струи стали за счет центробежных сил внутри турбулентных вихрей, которые обеспечиваются температурным интервалом обработки;
- на втором этапе в эти разрывы происходит переход растворенных в атомарном виде газов в металле путем их молизации (водород и азот) или по реакции С+0=СО;
- на третьем этапе газовые зародыши, достигшие размеров больше критического, начинают расти за счет дальнейшего перехода растворенных в металле газов и формируется пузырьково-пленочная структура струи стали.
При обработке стали струйным способом в кавитационном режиме формирование ППС происходит на 10-20% за счет выделившегося
водорода, на 40-60% за счет выделившегося кислорода в виде СО и на 20- 30% за счет выделяющегося азота.
Предварительное введение в металл до струйного вакуумирования таких сильных раскислителей, как алюминий, титан, кальций, магний и/или их сплавы, позволяет формировать ППС в достаточном объеме (позволяющем эффективно удалять из металла растворенные в нем газы) и необходимых параметров (толщина пленки металла в такой ППС остается минимальной, что обеспечивает минимальные пути диффузии для газов), т.к. мы не вмешиваемся в первый этап формирования ППС струи стали, обеспечивающий ее эффективность.
Недостатком способа по патенту Ns 2294383 является то, что он не позволяет получать металлический порошок.
Из патента Ns 2621748 на изобретение известен способ получения мелкодисперсного металлического порошка, включающий механическое диспергирование металлического материала с получением полидисперсного металлического порошка, перемешивание смеси полидисперсного металлического порошка с химически инертной к нему жидкой средой до образования суспензии, воздействие на суспензию ультразвуковыми колебаниями в режиме кавитации и выделение мелкодисперсной фракции металлического порошка из суспензии, при перемешивании в суспензию вводят алмазный порошок, который удаляют перед выделением мелкодисперсной фракции.
Способ по патенту Ns 2621748 выбран в качестве наиболее близкого аналога.
Недостатком способа наиболее близкого аналога является его сложность и ограниченные функциональные возможности.
«Раскрытие изобретения»
Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением — создание способа получения стальных порошков, обладающего широкими функциональными возможностями и одновременно, являющегося простым и надежным.
Технический результат, достигаемый изобретением - расширение фушлшгтя ГТКТТ ГУ возможностей способа получения стальных порошков, упрощение способа, повышение качества получаемого порошка.
аявляе ый технический результат достигается за счет того, что в способе получения стальных порошков, включающий подачу стального расплава в вакуумную камеру в режиме кавитации в виде пенной структуры, согласно изобретению обеспечивают охлаждение дна камеры, подачу стального расплава осуществляют через входное отверстие диаметром DBX. = (4 - 10) мм, высоту вакуумной камеры выбирают из условия обеспечения высоты падения стального расплава внутри вакуумной камеры, составляющей не менее 150 х DBX., степень раскисленности стального расплава составляет не более 100 г алюминия на тонну стального расплава.
Охлаждение дна камеры можно обеспечивать путем размещения на дне камеры водоохлаждаемых элементов.
Из уровня техники известна возможность формирования пенной структуры при истечении струи стали в вакуумное пространство в кавитационном режиме. В результате получаемая мелкодисперсная пенная структура обеспечивала эффективное удаление растворенных в стали газов лучше, чем любой из известных способов вакуумной обработки. При этом рафинирующие способности пенной структуры были тем выше, чем дольше она сохраняется при вакуумировании.
Таким образом, если для получения максимальной чистоты металла во время вакуумирования в кавитационном режиме необходимо как можно дольше сохранять пенную структуру, то для получения металлического порошка необходимо обеспечить максимально быстрое разрушение такой пенной структуры после ее образования, что будет способствовать увеличению объема образующегося металлического порошка.
Заявляемый способ получения металлических (стальных) порошков основан на том, что сталь конкретного состава разливают в вакууме в кавитационном режиме, в результате чего образуется мелкодисперсная пенная структура, которая при дальнейшем падении под действием собственной силы тяжести и разности давлений в вакуумном пространстве разрушается, образуя мельчайшие стальные капли строго сферической формы.
Для обеспечения затвердевания тех капель, которые не успели затвердеть во время свободного падения в результате разрушения пенной структуры, и для исключения слипания капель в комки при их падении друг на друга до того, как они остынут, дно камеры выполняют охлаждаемым или на дне размещают охлаждающие элементы (например, емкости с водой). При соприкосновении с охлажденным дном (или охлаждающими элементами, размещенными на дне емкости), долетающие до дна стальные капли мгновенно затвердевают с образованием отдельных неслшшшхся частиц. Образующиеся металлические частицы удаляются из камеры.
То есть осуществляются одновременно два процесса: удаление газов из стали и формирование металлического порошка (из пенной структуры.) Кроме того, пенная структура очень эффективно удаляет любые неметаллические включения из стали размером более 5 мкм.
Таким образом, предлагаемое решение не только позволяет получать порошки идеальной сферической формы, но одновременно резко повышает чистоту стального порошка по содержанию газов и неметаллических включений.
Для того, чтобы пенная структура успела разрушиться на мельчайшие капли при падении в вакуумной камере, соотношение между высотой падения пенной структуры (т.е. высота вакуумной камеры) к диаметру отверстия, через которое сталь попадает в вакуумную камеру должно быть более 150.
В нашем же случае, необходимо обеспечить разрушение пенной структуры как можно быстрее. Для этого диаметр отверстия через которое поступает металл в вакуумную камеру должен быть небольшим - порядка 4-10 мм. А отсюда и масса единовременно обрабатываемого металла не может быть более нескольких килограммов.
Степень раскисленности металла должна быть небольшой, при этом величина раскисленности обусловлена двумя факторами:
- раскисленность должна быть такой, чтобы при нагреве заготовки любой марки стали для распыления "удержать" углерод в заданных пределах по марке;
- чем меньше раскисленность, тем больше кислорода будет участвовать в формировании пенной структуры, тем быстрее она будет разрушаться при истечении в вакуум, тем меньшего диаметра дробинки (порошинки) будут
формироваться.
С учетом необходимости соблюдения обоих вышеприведенных условий, степень раскисленности должна быть не более 100 г алюминия на тонну стального расплава.
Заявляемый способ осуществляется следующим образом.
Для осуществления способа используется вакуумная камера с диаметром входного отверстия, равным от 4 до 10 мм. На дно вакуумной камеры уложены водоохлаждаемые элементы. Высота падения металла (расстояние от входного отверстия до водоохлаждаемых элементов) составляет более (4-10) х150 мм.
Расплавленный металл (сталь) пропускают через вакуумную камеру в кавитационном режиме. Образующаяся пенная структура в виде металлических капель падает на охлаждаемое дно камеры. Не успевшие затвердеть в процессе падения металлические капли затвердевают при попадании на охлаждаемое дно камеры.
Образующиеся металлические частицы представляют собой мелкий металлический порошок, частицы которого имеют практически идеальную круглую форму.
Заявляемый способ является простым, не требует использования специального оборудования.
Расширение функциональных возможностей способа получения стальных порошков, обеспечивается за счет возможности получения металлического порошка из стали любых марок
Поскольку подача металла в вакуумную камеру осуществляется в режиме кавитации, процесс образования металлических частиц сопровождается очисткой металла от газов и примесей, что в итоге позволяет получить металлический порошок с высокой чистотой.
Следует отметить, что явление кавитации присуще всем жшпгим металлам, поэтому авторы полагают, что данный способ применим и для получения порошков из металлов других видов, например, цветных.
Claims
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Пункт 1. Способ получения стальных порошков, включающий подачу стального расплава в вакуумную камеру в режиме кавитации в виде пенной структуры, отличающийся тем, что обеспечивают охлаждение дна камеры, подачу стального расплава осуществляют через входное отверстие иаметром DBX. = (4 - 10) мм, высоту вакуумной камеры выбирают из условия обеспечения высоты падения стального расплава внутри вакуумной камеры, составляющей не менее 150 х DBX., степень раскисленности стального расплава составляет не более 100 г алюминия на тонну стального расплава.
Пункт 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что охлаждение дна камеры обеспечивают путем размещения на дне камеры водоохлаждаемых элементов.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018139163A RU2715321C1 (ru) | 2018-11-07 | 2018-11-07 | Способ получения стальных порошков |
| RU2018139163 | 2018-11-07 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2020096489A1 true WO2020096489A1 (ru) | 2020-05-14 |
Family
ID=69631122
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2019/000719 WO2020096489A1 (ru) | 2018-11-07 | 2019-10-09 | Способ получения стальных порошков |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2715321C1 (ru) |
| WO (1) | WO2020096489A1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU621478A1 (ru) * | 1976-08-01 | 1978-08-30 | Физико-технический институт АН Белорусской ССР | Способ получени порошков |
| DE3032785A1 (de) * | 1980-08-30 | 1982-04-22 | Leybold-Heraeus GmbH, 5000 Köln | Verfahren zur herstellung von metallpulver durch aufschmelzen von metallkoerpern und ultraschallzerstaeubung der schmelzzone |
| RU2213620C2 (ru) * | 1999-06-11 | 2003-10-10 | Кузнецова Светлана Игоревна | Способ получения мелкодисперсного ферритового порошка |
| RU2621748C1 (ru) * | 2016-05-13 | 2017-06-07 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") | Способ получения мелкодисперсного металлического порошка |
-
2018
- 2018-11-07 RU RU2018139163A patent/RU2715321C1/ru not_active IP Right Cessation
-
2019
- 2019-10-09 WO PCT/RU2019/000719 patent/WO2020096489A1/ru active Application Filing
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU621478A1 (ru) * | 1976-08-01 | 1978-08-30 | Физико-технический институт АН Белорусской ССР | Способ получени порошков |
| DE3032785A1 (de) * | 1980-08-30 | 1982-04-22 | Leybold-Heraeus GmbH, 5000 Köln | Verfahren zur herstellung von metallpulver durch aufschmelzen von metallkoerpern und ultraschallzerstaeubung der schmelzzone |
| RU2213620C2 (ru) * | 1999-06-11 | 2003-10-10 | Кузнецова Светлана Игоревна | Способ получения мелкодисперсного ферритового порошка |
| RU2621748C1 (ru) * | 2016-05-13 | 2017-06-07 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") | Способ получения мелкодисперсного металлического порошка |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2715321C1 (ru) | 2020-02-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Laurent et al. | Processing-microstructure relationships in compocast magnesium/SiC | |
| US4428894A (en) | Method of production of metallic granules, products obtained and a device for the application of the said method | |
| US3870511A (en) | Process for refining molten aluminum | |
| CZ180892A3 (en) | Molten metals granulation process | |
| JP6686837B2 (ja) | 高清浄鋼の製造方法 | |
| US4298377A (en) | Vortex reactor and method for adding solids to molten metal therewith | |
| US20220048105A1 (en) | Acoustic rotary liquid processor | |
| CN112458313A (zh) | 多元磁场与熔剂复合高效净化铝合金熔体的方法及铸件 | |
| Cramb | High purity, low residual, and clean steels | |
| JP6593233B2 (ja) | 高清浄鋼の製造方法 | |
| CN1123416C (zh) | 生产金属块的方法和装置 | |
| CN111876619A (zh) | 一种获取超低氢及渣含量的铝合金熔体精炼处理装置及方法 | |
| JP2956022B2 (ja) | 金属溶融物の処理剤、および金属溶融物を均質化、精錬、冷却および合金する方法 | |
| JPH0394029A (ja) | アルミニウム粒子微細合金の製法 | |
| US4652299A (en) | Process for treating metals and alloys for the purpose of refining them | |
| RU2715321C1 (ru) | Способ получения стальных порошков | |
| JP6686838B2 (ja) | 高清浄鋼の製造方法 | |
| US2128444A (en) | Process for the purification of molten metals | |
| KR20150002095A (ko) | 연속주조설비 및 이를 이용한 연속주조방법 | |
| JPH06246425A (ja) | 大型鋼塊の鋳造方法 | |
| US5098651A (en) | Magnesium treatment process and apparatus for carrying out this process | |
| Tang et al. | Cleaning IF molten steel with dispersed in-situ heterophases induced by the composite sphere explosive reaction in RH ladles | |
| US3058822A (en) | Method of making additions to molten metal | |
| JPH07102307A (ja) | フレーク状粉末材料の製造方法 | |
| Otsuka | Molten metal processing |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 19882362 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 19882362 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |