SU1388183A1 - Installation for hydrodynamic spraying of melt - Google Patents

Description

(21)4138938/31-02(21) 4138938 / 31-02

(22)27.10,86(22) 10/27/86

(46) 15„04„88, Бюл. № 14(46) 15 „04„ 88, Bul. Number 14

(72) Ш.М.Шейхалиев, В.В.Кузьмин,(72) Sh.M. Sheikhaliyev, V.V. Kuzmin,

ИоАоГригорович, ИоВ„Шаронов,IoAoGrigorovich, IoV “Sharonov,

ОсА.Иванов, ДоСоСибирцев и ВсАоШашмуринOsA.Ivanov, DoSosSibirtsev and VaAoShashmurin

(53)621.762„2 (088о8)(53) 621.762 „2 (088o8)

(56)Патент ФРГ № 2542870,(56) Patent of Germany No. 2542870,

кл. В 22 F 9/00, опублико 1979, Авторское свидетельство СССР № 1302546, кл., В 22 F 9/08, 1985cl. B 22 F 9/00, published 1979, USSR Author's Certificate No. 1302546, cl., B 22 F 9/08, 1985

(54)УСТАНОВКА ДЛЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО РАСПЫЛЕНИЯ РАСПЛАВА(54) INSTALLATION FOR HYDRODYNAMIC MELT SPRAYING

(57)Изобретение относитс  к порошковой металлургии, в частности к устройствам дл  получени  порошков распылением расплавов металлов Цель изобретени  - расширение технологических возможностей, повышение надежности работы установки и улучшение качества конечного продукта за счет обеспечени  регулировки режимов распылени о Сущность предлагаемого(57) The invention relates to powder metallurgy, in particular, to devices for producing powders by spraying molten metals. The purpose of the invention is to expand technological capabilities, increase plant reliability and improve the quality of the final product by providing adjustment of spray modes.

технического решени  состоит в том, что в установке, включающей размещенный в герметичном корпусе и соединенный с пневмовакуумной системой обогреваемый тигель, в донной части которого установлены распылительные форсунки, перед входом в форсунки .образована промежуточна  камера, соединенна  с полостью тигл  отверстием После получени  расплава в тигле он поступает в промежуточную камеру, из которой через форсунки попадает в камеру распылени  Дл  обеспечени  дозированной подачи.расплава над промежуточной камерой в полости тигл  с возможно стью осевого перемещени  установлен вертикальный полый стержень, который, отсека  расплав в,.промежуточной камере, обеспечивает подвод к нему рабочего давлени  от пневмовакуумной системы дл  ее полного опорожнени  от расплава, обеспечива  также продувку форсунок, 3 з.п. ф-лы, 2 ило, 1 табЛоThe technical solution is that in an installation that includes a heated crucible placed in a sealed enclosure and connected to a pneumatic vacuum system, spray nozzles are installed in the bottom part of which, before entering the nozzles, an intermediate chamber is connected to the crucible cavity by an orifice. it enters the intermediate chamber, from which it enters through the nozzles into the spray chamber in order to ensure the dosing of the melt above the intermediate chamber in the cavity of the crucible with Stu can axially movably mounted a hollow vertical rod which, in the melt chamber, Intermediate chamber ensures supply thereto the operating pressure of pneumatic vacuum system for its full emptying of the melt, also providing purge nozzles 3 ZP f-ly, 2 ilo, 1 tabLo

(Л(L

00 00 0000 00 00

0000

СА:CA:

1one

Изобретение относитс  к порошковой металлургии, в частности к устройствам дл  получени  порошков распылением расплавов металлов . сThe invention relates to powder metallurgy, in particular, to devices for producing powders by spraying molten metals. with

Цель изобретени  - расширение технологических возможностей, повышение надежности работы установки и улучшение качества конечного продукта за счет обеспечени  регулировки режи- 10 мов распылени  непосредственно в зоне форсунок IThe purpose of the invention is to expand the technological capabilities, increase the reliability of the plant and improve the quality of the final product by providing adjustment of the spray mode directly in the nozzle area I

На фиго изображена установка, разрез, первьй вариант;Figo shows the installation, section, the first option;

на фиг о 2 - то же, второй вариант„ 15Fig 2 is the same, the second option "15

Установка включает герметичный корпус I, в котором размещен тигель 2 дл  расплава 3, снабженный нагревателем 4 о В донной части тигл  2 установлены одна или несколько распыли- 0 тельных форсунок 5, соедин ющих полость тигл  2 с распылительной камерой бо Корпус 1 сверху закрыт сьем- ной крыщкой 7, на которой закреплен теплоотражательный экран 8. Бокова  поверхность 9 корпуса 1 снабжена во- доохлаждаемой рубашкой 10 и соединена через теплоизолирующую прокладку 11 с .донной частью 12, снабженной нагревателем 13 К полост м корпуса 30The installation includes a sealed case I in which crucible 2 for melt 3 is placed, equipped with a 4 o heater. At the bottom of the crucible 2 one or several spray nozzles 5 are installed, connecting the cavity of the crucible 2 with the spraying chamber. A heat cap is attached to the heat-shielding screen 8. The side surface 9 of the housing 1 is provided with a water-cooled jacket 10 and connected through a heat-insulating gasket 11 to the bottom 12 provided with a heater 13 to the cavity of the housing 30

1и камеры 6 подключены автономные трубопроводы пневмовакуумной системы 14 В полость тигл  2 через герметизирующее уплотнение 15 в крышке 7 введен с возможностью осевого переме-п 351 and chambers 6 are connected autonomous pipelines of the pneumatic vacuum system 14 to the cavity of the crucible 2 through the sealing seal 15 in the lid 7 is inserted with the possibility of axial displacement 35

.щени  вертикальный полый (трубчатый) стержень 16„ Полость 17 стержн  16 соединена с пневмовакуумной системой либо через автономный трубопровод 18. {сМофиГсО , либо через посредство 40 полости корпуса 1 и радиального от-- версти  19 в стержне 16 (см.фиг.2) В нижней части тигл  2 образована промежуточна  камера 20, ограниченна  либо внутренней поверхностью нижней 45 части тигл  2 и горизонтальной перегородкой 21 (фиг„1), либо дном тигл Scale vertical hollow (tubular) rod 16 "The cavity 17 of the rod 16 is connected to the pneumatic vacuum system either through an independent pipeline 18. {cofigSO, or through 40 of the cavity of the housing 1 and the radial hole 19 in the rod 16 (see Fig. 2 ) An intermediate chamber 20 is formed in the lower part of the crucible 2, limited either by the inner surface of the lower 45 part of the crucible 2 and the horizontal partition 21 (Fig „1), or by the bottom of the crucible

2и стенками расиир ющейс  нижней части внутренней полости 17 стержн 2 and the walls of the raziruyushcheysya bottom of the inner cavity 17 of the rod

16 (фиГо2)„ Дл  стока остатков рас- 50 плава 3 перегородка 21 и дно тигл  2 могут быть выполнены с уклоном к центруо В перегородке 21 выполнено центральное отверстие 22„ В него введен стержень 16, имеющий в зоне 55 отверсти  22 поверхность 23 переменного диаметра, например коническую, сферическую и т„п„ Во втором вариан388183 ,216 (FIG. 2) “For the flow of residues of the melting point 3, the partition 21 and the bottom of the crucibles 2 can be made with a slope towards the center. In the partition 21 there is a central hole 22“ A rod 16 is inserted in it, which in the zone 55 has holes 22, the surface 23 of variable diameter , for example, conical, spherical, and t "n" In the second embodiment, 3888183, 2

те исполнени  устройства (фиг.2) при малом лламетре стержн  16 дл  повышени  надежности перекрыти  зоны входа расплава 3 в форсунку 5 стержень 16 выполн ют расширенным книзу. Промежуточна  камера 20 соедин етс  в этом случае с полостью тигл  2 через кольцевой зазор 24 между нижним торцом стержн  16 и дном тигл  2. В нижней части камеры 6 закреплен сьемный сборник 25 дл  порошкаThose versions of the device (Fig. 2) with a small meter of the rod 16 to improve the reliability of overlapping the zone of entry of the melt 3 into the nozzle 5, the rod 16 are extended downwards. The intermediate chamber 20 in this case is connected with the cavity of the crucible 2 through the annular gap 24 between the lower end of the rod 16 and the bottom of the crucible 2. In the lower part of the chamber 6 there is a detachable collector 25 for powder

Установка работает следующим образомThe installation works as follows

При опущенном до упора стержне 16 производ т загрузку металла в тигель 2, закрывают корпус 1 крышкой 7, герметизируют и вакуумируют полости корпуса 1 распылительной 6 и промежуточной 20 камер Включают нагреватель 4, подвод охлаждающего агента в рубашку 10 и расплавл ют металл. При достижении в расплаве 3 рабочей температуры, превьш1ающей температуру плавлени  металла примерно на .50 С, производ т выдержку, необходимую дл  дегазации и повышени  качества металла, и включают нагреватель 13.When the rod 16 is lowered until it stops, the metal is loaded into the crucible 2, the body 1 is closed with the cover 7, the cavities of the spray body 1 and the intermediate chamber 20 are evacuated and vacuumed. The heater 4 is turned on, the cooling agent is fed into the jacket 10 and the metal is melted. When the melt 3 reaches an operating temperature that exceeds the melting point of the metal by approximately .50 ° C, the shutter speed required for degassing and improving the quality of the metal is made, and the heater 13 is turned on.

После нагрева донной части 12 корпуса 1 на 5 - 10° С вьш1е температуры плавлени  металла, в полость корпуса 1 подают под рабочим давлением сжатый инертный газ« В зависимости от требований к чистоте конечного продукта а распылительной камере 6 может быть остановлен вакуум или произведено заполнение ее инерт- кым газом под атмосферным давлением Приподнима  стержень 16, регулируют сечение отверстий 22 или 24 и, соответственно , подачу расплава 3 из полости тигл  2 в промежуточную камеру 20. Привод перемещени  стержн  16 не .показан Одновременно нагревателем 13 регулируют величину нагрева расплава 3 в камере 20 и контактирующей с донной частью 12 форсунки 5, необходимую дл  формировани  порошка заданной формы и дисперсности Расплав 3 под напором переходит через распылительную форсунку 5, диспергируетс  и охлаждаетс  в камере 6After heating the bottom part 12 of the housing 1 at 5–10 ° C above the melting temperature of the metal, a compressed inert gas is supplied into the cavity of the housing 1 under working pressure. Depending on the purity requirements of the final product, a vacuum can be stopped at the spray chamber 6 or filled with inert gas at atmospheric pressure. Lift the rod 16, adjust the cross-section of the holes 22 or 24 and, accordingly, supply the melt 3 from the cavity of the crucible 2 to the intermediate chamber 20. The drive for moving the rod 16 is not. Simultaneously The regulator 13 regulates the amount of heating of the melt 3 in the chamber 20 and in contact with the bottom part 12 of the nozzle 5, necessary to form a powder of a given shape and dispersion. The melt 3 under pressure passes through the spray nozzle 5, disperses and cools in the chamber 6

Изменением сечени  отверстий 22 или кольцевого зазора 24 компенсируют вли ние гидростатического напора расплава 3 на величину расхода расплава 3 через форсунку 5.By changing the cross section of the holes 22 or the annular gap 24, the effect of the hydrostatic pressure of the melt 3 on the flow rate of the melt 3 through the nozzle 5 is compensated.

33

Полученный порошок собирают в сборнике 25.The resulting powder is collected in the collection 25.

При необходимости порционного распылени , догрузки тигл  2, выгрузки порошка и других операци х, требущих остановки распылени , стержень 16 опускают до упора в перегородку 21, герметично перекрыва  отверстие 22 При исполнении стерж- н  16 с радиальным отверстием 19 (фиг„2) полное перекрытие кольцевого зазора 2А производ т только дл  обеспечени  порционного (дискретного) распылени  и остановки процесса, If necessary, batch spraying, loading the crucible 2, unloading powder and other operations that require spraying to stop, lower the rod 16 against the stop into the partition 21, hermetically closing the opening 22. When the rod 16 has a radial opening 19 (Fig 2), complete overlapping the annular gap 2A is made only to provide batch (discrete) spraying and process stopping,

Регулировка взаимосв зей режимов распылени  за счет изменени  температуры расплава 3 в промежуточной камере 20, его давлени  и расхода через форсунку 5 с целью получени  однородного по фракционному составу и форме порошка может быть осуществлена с помощью АСУТП,Adjustment of the interrelationships of the spraying modes due to the change in the temperature of the melt 3 in the intermediate chamber 20, its pressure and flow through the nozzle 5 in order to obtain a homogeneous in fractional composition and powder shape can be carried out using an automated process control system

После окончани  распылени  опускают стержень 16 до упора в перего- родку 21 или дно тигл  2 и продолжают подачу рабочего давлени  в промежуточную камеру 20 до ее полного опорожнени  от расплава 3, обеспечива  продувку форсунки 5.After spraying is finished, lower the rod 16 up to the stop into the bulkhead 21 or the bottom of the crucible 2 and continue to supply the working pressure to the intermediate chamber 20 until it is completely empty from the melt 3, ensuring the blowing of the nozzle 5.

Такое решение позвол ет при вертикальном перемещении стержн  измен ть кольцевой зазор ме зду наружной поверхностью стержн  и кромкой от- версти  в перегородках. Тем самым при прочих равных услови х измен ют количество расплава, поступающего в промежуточную камеру, и соответственно его скорость в форсунках, определ ющую дисперсность и форму распыл емых частиц. При порционной разливке перемещением стержн  до упора в перегородку можно полностью перекрыть подачу расплава к форсункам, исключиThis solution allows the vertical movement of the rod to change the annular gap between the outer surface of the rod and the edge of the hole in the partitions. Thus, all other things being equal, the amount of the melt entering the intermediate chamber and, accordingly, its speed in the nozzles, which determines the dispersion and shape of the sprayed particles, change. In batch casting by moving the rod all the way into the partition, it is possible to completely shut off the flow of the melt to the nozzles, exclude

вытекание расплава через форсунки melt flow through nozzles

ПОД действием гидростатического напора при отключенном рабочем давлени в тигле. Дл  удалени  (выдувани ) остатков расплава из промежуточной камеры дл  предотвращени  забивани  форсунки при остановке процесса рас- пылени  камера св зана с пневмовакуумной системой через полость тигл .Under the action of hydrostatic pressure with the operating pressure in the crucible disconnected. In order to remove (blow out) the residual melt from the intermediate chamber in order to prevent the nozzle from clogging up when the spray process is stopped, the chamber is connected to the pneumovacuum system through the crucible cavity.

В другом варианте предложенного устройства промежуточна  камера образована дном тигл  и стенками внут- ренней полости вертикального стержн . В зтом случае отверстием, св зывающим промежуточную камеру с поIn another embodiment of the proposed device, the intermediate chamber is formed by the bottom of the crucible and the walls of the internal cavity of the vertical rod. In this case, a hole connecting the intermediate chamber to

Q Q

0 0

5 five

....

ЭUh

00

834834

лостью тигл ,  вл етс  кольцевой зазор между нижней кромкой стержн  и дном тигл  о Вертикальным перемещением стержн  измен ют сечение зазора вплоть до полного его перекрыти  при упоре в дно тигл . Дл  обеспечени  прочности корпуса при высоких сочетани х давлений и температур и одно- веменном исключении охлаждени  расплава в зоне формировани  факела распылени  бокова  часть корпуса выполнена водоохлаждаемой, а контактирующа  с форсунками донна  часть- обогреваемойоThe crucible is the annular gap between the lower edge of the rod and the bottom of the crucible. Vertical movement of the rod changes the cross section of the gap to its full closure when it stops at the bottom of the crucible. To ensure the strength of the body at high combinations of pressures and temperatures and the one-way elimination of melt cooling in the zone of the formation of the spray cone, the side part of the body is water-cooled, and the bottom part in contact with the nozzles is heated.

Вариант установки на фиг.1 более надежен и гибок в эксплуатации, на фиг о 2 - проще по конструкции„The installation option in figure 1 is more reliable and flexible in operation, in figure about 2 - simpler in construction "

Пример. Установка дл  гидродинамического распьшени  олова выполнена с тиглем 2 емкостью 10 л, объем корпуса при этом составл ет 29 л. Тигель 2, форсунка 5 и стержень 16 выполнены из коррозионностойкой стали Стержень 16 изготовлен из трубки диаметром 12x2 мм Один из концов трубки развальцован до сферической формы с максимальным диаметром больше диаметра отверсти  22 в перегородке 21 „Вокруг тигл  2 на тепло- и электроизолирующих бусинках установлен нагреватель 4 из нихромовой проволоки диаметром 2 мм Обогреваема  донна  часть 12 изготовлена из жаропрочной стали и снабжена нихромо- вым нагревателем 13 с диаметром проволоки 1,4 ммо Соединение донной части 12 с боковой водоохлаждаемой поверхностью корпуса 9 осуществлено через прокладку 11 из асбеста, пропитанного тальком Все соединени  и вводы выполнены герметичными,Example. The installation for the hydrodynamic injection of tin is made with a crucible 2 with a capacity of 10 liters, and the volume of the shell is 29 liters. Crucible 2, nozzle 5 and rod 16 are made of stainless steel. Rod 16 is made of a tube with a diameter of 12x2 mm. One of the ends of the tube is expanded to a spherical shape with a maximum diameter greater than the diameter of the hole 22 in the partition 21. 4 of nichrome wire with a diameter of 2 mm. The heated bottom part 12 is made of heat-resistant steel and is equipped with a nichrome heater 13 with a wire diameter of 1.4 mmo. The connection of the bottom part 12 with the lateral water cooling the surface of the housing 9 is made through a gasket 11 of asbestos impregnated with talc. All joints and inlets are sealed,

При распылении алюмини  и его сплавов тигель 2, стержень 16 и форсунку 5 изготавливают из графита или корундаWhen spraying aluminum and its alloys, crucible 2, rod 16 and nozzle 5 are made of graphite or corundum

Предлагаема  установка позвол ет получать партии порошков цветных металлов и сплавов с температурой плавлени  до 1250 КThe proposed installation allows producing batches of non-ferrous metal powders and alloys with a melting point of up to 1250 K

При распылении олова и его сплавов исходный металл в слитках или гранулах общей массой до 10 кг загружали в тигель 2, герметизировали корпус 1 и камеру 6, вакуумировали внутренние полости до абсолютного давлени  1,3 - 1,5 Па и разогревали нагревателем 4 до температуры расплава 555 Ко При этом происходит дегаWhen sputtering tin and its alloys, the initial metal in ingots or granules with a total weight of up to 10 kg was loaded into crucible 2, the case 1 and chamber 6 were sealed, the internal cavities were evacuated to an absolute pressure of 1.3-1.5 Pa and heated to the melt temperature 555 Co. When this happens degas

513513

заци  расплава и повышение его чистоты Затем разогревали донную часть 12 до температуры 510 К, подавали аргон в камеру 6 распылени  до давлени  101 кПа и в корпус 1 под избы- точным давлением 1,2 МПа. Стержнем 16 регулировали сечение отверсти  22 обеспечива  требуемую фракдию и форм порошка,, Под действием газа расплав 3 поступал под напором в форсунку 5 и диспергировалс , застьгоа  в порошок « По такой же методике были получены порошки алюмини  и его сплавов с цинкомс Результаты опытов и анализ свойств порошков, полученных на предложенной установке и на известной , приведены в таблице (в числителе дроби указаны данные, полученные на предложенной установке, в знаменателе - на известной)cleansing the melt and increasing its purity. Then the bottom 12 was heated to a temperature of 510 K, argon was fed into the spray chamber 6 to a pressure of 101 kPa and into the housing 1 under an excess pressure of 1.2 MPa. The rod 16 regulated the cross section of the hole 22 to provide the required fraction and powder forms. Under the action of gas, the melt 3 was fed under pressure to the nozzle 5 and dispersed, and powdered. In the same way, powders of aluminum and its alloys with zinc were obtained. Experimental results and analysis of properties the powders obtained on the proposed installation and on the known one are shown in the table (in the numerator of the fraction the data obtained on the proposed installation are indicated, in the denominator - on the known one)

Как следует из таблицы, порошки, полученные на предложенной установке , отличаютс  более высоким качеством: однородностью по гранулометрическому составу, пониженным количеством примесей I,кислорода)As follows from the table, the powders obtained on the proposed plant are distinguished by higher quality: uniformity in grain size, reduced amount of impurities I, oxygen)

Опыты подтвердили высокую надежность работы предложенной установки: за врем  испытаний (около 20 опытов) не было отказов В то же врем  при аналогичном количестве; опытов на известной установке дважды наблюдались случаи застывани  металла в форсунке и разливочном отверстии тигл х, загустение расплава в -форсунке приводило к изменени м формы и размеров частиц порошкаThe experiments confirmed the high reliability of the proposed installation: during the tests (about 20 experiments) there were no failures. At the same time, with the same amount; Experiments on the known installation twice witnessed the solidification of the metal in the nozzle and the pouring hole of the crucibles, the thickening of the melt in the nozzle resulted in changes in the shape and size of the powder particles.

Расширены технологические возможности установки: изготовленный образец позвол л распыл ть партии металла до 10 кг против 2-3 кг по известному , что объ сн етс  исключениемThe technological capabilities of the installation were expanded: the fabricated sample allowed spraying a batch of metal up to 10 kg versus 2-3 kg according to the known, which is explained by the exception

Сплав ПОС-61Alloy POS-61

АлюминийAluminum

836836

вытекани  металла через форсунки предложенной установки при отсутствии рабочего давлени  под действием гидростатического напора На предложенной установке получены партии порошков с более высокой дисперсностью (смоТабЛо) и стабильной формой частицmetal leakage through the nozzles of the proposed installation in the absence of working pressure under the action of hydrostatic pressure. The proposed installation produced batches of powders with a higher dispersion (smTabLo) and a stable particle shape

Claims (3)

Формула изобретени Invention Formula 1 Установка дл  Гидр одинамическо- го распылени  расплава, содержаща  обогреваемый тигель, размещенный в герметичном соединенном с пневмовакуумной системой корпусе, распьши- тельные форсунки, камеру распылени , отличающа с  тем, что,1 Hydrodynamic melt spraying installation containing a heated crucible placed in a sealed enclosure connected to a pneumatic vacuum system, razzhshitelnye nozzles, a spraying chamber characterized in that с целью расширени  технологических возможностей, повьш1ени  надежности работы установки и улучшени  качества конечного продукта, она снабжена вертикальным полым стержнем, установленным по оси тигл  с возможностью осевого перемещени  и соединенным с пневмовакуумной системой.In order to expand the technological capabilities, increase the reliability of the installation and improve the quality of the final product, it is equipped with a vertical hollow rod mounted along the axis of the crucibles with the possibility of axial movement and connected to the pneumatic vacuum system. 2„ Установка по , отличающа с  тем, что она снабжена горизонтальной перегородкой с осевым отверстием, установленной в нижней части тигл , а вертикальный полый стержень в зоне отверсти  выполнен с переменным наружным диаметром2 "Installation according to, characterized in that it is provided with a horizontal partition with an axial hole installed in the bottom of the crucible, and the vertical hollow rod in the hole zone is made with a variable outer diameter 3. Установка по п, отличающа с  тем, что нижн   часть полого вертикального стержн  выполнена конической3. Installation according to claim, characterized in that the lower part of the hollow vertical rod is made conical 4„ Установка по п.1, о т л и - чающа с  тем, что боковые стенки корпуса тигл  выполнены водо- охлаждаемь1ми, а донна  часть обогреваемой .4 "Installation according to claim 1, about tl, which is that the side walls of the body of the crucibles are made of water-cooling, and the bottom part is heated. / rs re/ rs re 16sixteen fpuflfpufl