Пристрій та спосіб для виготовлення металевого порошку

1 Пристрій для виготовлення металевого порошку із розплаву (1), який включає в себе щонайменше один металургійний резервуар (2) для обробки та/або підготовки рідкого металу, розпилювальну камеру (3) з розпилювачем для розпилення рідкого металу, яка на стороні входу з'єднана з металургійним резервуаром (2), а на стороні виходу обладнана перехідним патрубком (4), до якого приєднана спрямована догори висхідна труба (5), до труби (5) приєднаний сепаратор (7) для класифікації металевого порошку, що утворюється, а також транспортні та з'єднувальні засоби для транспортування порошку в пристрої і трубопроводи з органами регулювання та вузлами з'єднання тощо для підготовки розпилювального агента, який відрізняється тим, що він включає в себе пакувальний пристрій для завантаження та закупорювання порошку в капсулі, і тим, що розпилювальна камера (3) розташована так, що її повздовжня вісь йде від зазначеної сторони входу до зазначеної сторони виходу нахиленою донизу під певним кутом (а) до горизонталі, а зазначена висхідна труба (5) приєднана до дезінтегратора (6), що встановлений перед сепаратором (7), при цьому сепаратор (7) з'єднаний з дезінтегратором (6) через відхиляючий клапан (61) та зі збірником (8), який, у свою чергу, через запірний орган (81) з'єднаний з пристроєм для капсулювання (9) і, ВІДПОВІДНО, З капсулою для порошку 2 Пристрій за п 1, який відрізняється тим, що кожний з зазначених компонентів розпилювальна камера (3), висхідна труба (5), дезінтегратор (6), сепаратор (7) і збірник (8) обладнаний щонайменше одним очисним отвором зі знімним затворним засобом (31, 51, 62, 72, 82) для сприяння очистці, а зазначений перехідний патрубок (4) виконаний з можливістю від'єднання 3 Пристрій за п 1 або 2, який відрізняється тим, що зазначений кут (а) становить від 5° до 60° 4 Пристрій за будь-яким з пп 1-3, який відрізняється тим, що перехідний патрубок (4) та/або висхідна труба (5) обладнані щонайменше одним входом (13) для подання в трубу (5) потоку транспортного газу, що йтиме догори 5 Пристрій за будь-яким з пп 1-4, який відрізняється тим, що збірник (8) обладнаний зі сторони дна принаймні одним входом (14), для подання газу для гомогенізації фракції порошку 6 Пристрій за будь-яким з пп 1-5, який відрізняється тим, що МІСТКІСТЬ збірника (8) відповідає КІЛЬКОСТІ порошку, яка виробляється з однієї порції рідкого металу (1), уміщеного у резервуар (2) 7 Пристрій за будь-яким з пп 1-6, який відрізняється тим, що система трубопроводів (10, 13, 15) виконана з можливістю забезпечення у всіх частинах пристрою, що приймають металевий порошок, а також у блоках очищення (16, 18) та охолодження (17) газу, регульованого надлишкового тиску, що перевищує атмосферний більше ніж на 0,1 бар 8 Пристрій за будь-яким з пп 1-7, який відрізняється тим, що до розплаву (1) у резервуарі (2) підводиться теплова енергія, та/або тим, що розплав переміщується за допомогою магнітного засобу (21) 9 Спосіб виготовлення металевого порошку з розплаву рідкого металу, в якому рідкий метал із металургійного резервуару подають у розпилювальну камеру зі сторони и входу, де метал розпилюють за допомогою газоподібного агента і дають йому затвердіти з утворенням металевого порошку, збирають металевий порошок у нижній частині камери, на стороні виходу, вводять його у послідовно приєднаний до камери перехідний патрубок, і транспортують угору по трубопроводу за допомогою транспортного газу, який надходить у трубопровід, у сепаратор, для класифікації металевого порошку, який відрізняється тим, що металевий порошок утворюється у розпилювальній камері, розташованій так, що її повздовжня вісь О і (О о 49067 йде від зазначеної сторони входу нахиленою дотаження у капсули виконують в умовах унеможнизу під певним кутом до горизонталі, металевий ливлення надходження повітря і, ВІДПОВІДНО, за порошок з зазначеного трубопроводу перед поданадлишкового тиску інертного газу в системі чею у сепаратор вводять у дезінтегратор, 11 Спосіб за п 9 або 10, який відрізняється тим, з'єднаний з зазначеними трубопроводом і сепаращо він включає такі стадії тором, де металевий порошок дезштегрують пеобробку рідкого металу першого типу, з одержанред зазначеною класифікацією, після чого ЦІЛЬОВІ ням металевого порошку першого типу, і завантафракції порошку збирають у збірник, в якому поження в першу капсулу цього металевого порошку рошок продувають знизу газом і таким чином пепершого типу, ремішують, і після накопичення бажаної КІЛЬКОСТІ очищення пристрою від залишків металевого погомогенізованого порошку його завантажують в рошку першого типу, капсулу, капсулу закупорюють і подають на пообробку рідкого металу другого типу, з одержандальшу переробку ням металевого порошку другого типу, і завантаження в другу капсулу цього металевого порошку 10 Спосіб за п 9, який відрізняється тим, що другого типу приготування металевого порошку та його заван Цей винахід стосується пристрою, а також способу приготування вихідного матеріалу для виробів, виготовлюваних методом порошкової металургії У більш вузькому й точному значенні винахід стосується пристрою для виготовлення металевого порошку з розплаву, що включає принаймні один металургійний резервуар для обробки та/або підготовки рідкого металу, розпилювальну камеру з розпилювачем для розпилення рідкого металу, сепаратор для класифікації металевого порошку, що утворюється, пакувальний пристрій для завантаження та закупорювання порошку в капсули, а також транспортні та з'єднувальні засоби для транспортування порошку в пристрої і трубопроводи з органами регулювання та вузлами з'єднання тощо для підготовки розпилювального агента Крім того, цей винахід охоплює спосіб виготовлення металевого порошку з розплаву, згідно з яким рідкий метал із металургійного резервуару подають у розпилювальну камеру, де його розпилюють за допомогою газоподібного агента і дають затвердіти, і одержаний таким чином металевий порошок класифікують і завантажують у капсули, після чого останні закупорюють і подають на подальшу переробку Деталі та вироби, виготовлені методом порошкової металургії (металокерамічні вироби), завжди мають дрібнозернисту ізотропну структуру і, як наслідок, однакові властивості матеріалу, незалежно від напрямку навантаження Сприятливі структурні і, зокрема, механічні характеристики, близькі до ВІДПОВІДНИХ властивостей виробів, одержаних звичайними способами, значно покращуються у високолегованих металокерамічних виробах, оскільки в них відсутня значна початкова сегрегація навіть в умовах високого вмісту елементів, які спричиняють таку сегрегацію Виготовлення виробів методом порошкової металурги в загальних рисах полягає у тому, що розплавлений метал тонким струменем подають у порожнину, так звану розпилювальну камеру, де струмінь розплаву розпилюють на дрібні краплини за допомогою потоку газу із сопел, що має і, ВІДПОВІДНО, передає розплаву велику кінетичну енергію В процесі подальшого руху через камеру краплини твердіють за дуже короткий час, і їх збирають у вигляді зерен порошку Далі виконують подальше охолодження і, в разі необхідності, класифікацію металевого порошку, який потім завантажують у металеву капсулу, після чого капсули з порошком піддають пресуванню при високій температурі Це гаряче пресування можна виконувати шляхом кування або прокатування капсул, нагрітих до температури деформації, або за допомогою ізостатичних пресів гарячого пресування (ІПГП), при чому відбувається спікання зерен порошку та зникнення порожнин між ними, і утворюється щільний виріб з надзвичайно дрібнозернистою та всебічно однорідною структурою Пристрій для виготовлення металевого порошку може мати в основному вертикальну або в основному горизонтальну розпилювальну камеру, залежно від того, який спосіб та напрям розпилення розплавленого металу передбачено конкретним технічним рішенням Якщо газовий струмінь, який розпилює рідкий метал, спрямований вниз, у напрямі струменю розплаву, як передбачено, наприклад, у пристрої згідно з SEAS-421758, то доцільно використовувати розпилювальну камеру, поздовжня вісь якої розташована вертикально Проте розпилювальні пристрої такого типу мають значну загальну висоту, що може негативно вплинути на вартість устаткування та виробничого приміщення При застосуванні способу розпилення, в якому газовий струмінь падає на введений у камеру струмінь металу збоку, під кутом, близьким до 90°, як описано у WO 89/05197, переважно використовують розпилювальні камери, видовжені в горизонтальному напрямі Такі горизонтальні камери, хоч і більш ВИГІДНІ з точки зору вартості устаткування та приміщення, у більшості випадків вимагають наявності додаткових вводів газу та/або інших пристроїв та засобів для забезпечення твердіння краплин металу і транспортування порошку, а також для зниження термічного навантаження У всіх пристроях для виготовлення металевого порошку з розплаву необхідно всіляко запобігати доступу повітря на всьому протязі технологічного процесу аж до капсулювання порошку Ця умова вимагає значних зусиль і витрат апаратурного та технологічного характеру, зокрема, доводиться 49067 окремих частин пристрою оптимізовані з точки зору високих вимог, яким має відповідати металевий порошок і, ВІДПОВІДНО, готовий виріб, і синергічне узгоджені між собою, а також у тому, що пристрій у цілому забезпечує високу економічність, виробничу безпеку та зручність в експлуатації При цьому похиле положення розпилювальної камери обумовлює її простягання, узгоджене з параболічною траєкторією польоту краплин металу і, таким чином, збільшену тривалість охолодження та твердіння краплин у розпилювальному агенті У сприятливий спосіб досягається збирання зерен порошку в невеликому об'ємі за допомогою перехідного патрубка з наступним надходженням їх у висхідну трубу і через неї у сепаратор Цим досягається, з одного боку, уникнення накопичування залишків порошку в мертвих об'ємах комунікацій, а з другого боку - зменшення загальної висоти пристрою При розпиленні струменю розплаву в розпиДезінтегратор, розташований за висхідною лювальній камері розмір краплин, що утворюютьтрубою на підвищеному рівні, забезпечує ту переся, за умови незмінної швидкості подачі газу, завагу, що порошок з використанням сили ваги легко лежить від температури розплаву і, зокрема, від подати в сепаратор, а звідти відібрані фракції пошвидкості подачі розплаву і, ВІДПОВІДНО, феростарошку таким же способом подати у збірник Згідно тичного тиску, під яким розплав надходить у камез винаходом, збірник на стороні виходу обладнару Таким чином, якщо не підтримувати ретельно ний від січним органом, так що навіть значні КІЛЬпостійну температуру розплаву та його рівень у КОСТІ порошку у випадку необхідності можна розметалургійному резервуарі протягом усього часу фасувати у капсули малої МІСТКОСТІ розпилювання, то утворюються зерна порошку З метою подальшого підвищення ефективності різного розміру, які можуть розташовуватися у пристрою з одночасним забезпеченням ефективкапсулі шарами, що призводить до виникнення в ного очищення, необхідного при ЗМІНІ перероблюостанній неоднорідностей та підвищеного об'єму ваного матеріалу, при малих витратах часу, виназалишкових порожнин, принаймні, у поздовжньому хід передбачає, що кожна з нижчезазначених напрямку частин розпилювальна камера, висхідна труба, дезінтегратор, сепаратор і збірник може бути обВиходячи з сучасного стану техніки, в основу ладнана, щонайменше, одним швидко розбірним і винаходу покладено завдання створення пришвидко збірним ущільнюючим елементом або строю для виготовлення металевого порошку з очисним отвором такої ж конструкції, а перехідний розплаву, який забезпечує критерії твердіння крапатрубок виконаний з можливістю роз'єднання плин металу, яким віддається перевага, включає розпилювальну камеру особливої конструкції, заЯк підтримання чистоти розпилювальної кабезпечує нескладний спосіб транспортування помери, так і необхідна коротка тривалість її очирошку в пристрої, найбільшу густину пакування щення забезпечуються, якщо кут нахилу а розпизерен порошку при заповненні капсул і забезпечує лювальної камери складає від 5° до 60° Згідно з незначну висоту пристрою та високу економічність винаходом, при цьому забезпечуються також його спорудження сприятливі умови твердіння краплин металу та подальше охолодження зерен порошку Крім того, метою винаходу є створення способу, який забезпечує просту та економічну технолоКрім того, згідно з винаходом, перехідний патгію одержання порошку з рідкого металу та пакурубок та/або висхідна труба може (можуть) бути вання одержаного порошку в капсули з високою обладнаний (обладнані), принаймні, одним вводом густиною та однорідністю для подачі спрямованого вгору потоку транспортного газу, чим досягаються особливо сприятливі Це завдання стосовно до пристрою вищезгапараметри потоку і тим самим — ефективне даного типу вирішується, згідно з винаходом, тим, транспортування порошку у пристрої, а також осощо розпилювальна камера, яка на стороні входу бливо ДОЦІЛЬНІ умови внутрішнього тиску з'єднана з металургійним резервуаром і встановлена в поздовжньому напрямі з нахилом під кутом Порошок, розміри зерен якого в процесі виговниз, на стороні виходу обладнана перехідним товлення часто можуть змінюватися в часі залежпатрубком, до якого, вздовж подальшого шляху но від умов процесу, можна перед завантаженням транспорту порошку, приєднана спрямована догоу капсули додатково обробляти, якщо збірник обри труба, і ця висхідна труба приєднана до дезінладнаний зі сторони дна, принаймні, одним ввотегратора, що встановлений перед сепаратором, дом для подачі газу з метою гомогенізації фракції при цьому сепаратор, з'єднаний з дезінтегратором порошку через відхиляючий клапан, з'єднаний зі збірником, Особлива перевага з точки зору економічності який, у свою чергу, через від січний пристрій з'єдвиготовлення, а також забезпечення якості кінценаний з пристроєм для капсулювання і, ВІДПОВІДНО, вого виробу та ВІДПОВІДНОСТІ його вимогам технічз капсулою для порошку ної документації досягається, якщо МІСТКІСТЬ збірника відповідає КІЛЬКОСТІ порошку, яка Переваги, що досягаються цим винаходом, виробляється з одної порції рідкого металу, що полягають, головним чином, у тому, що функції передбачати лише вкрай необхідні отвори в устаткуванні з особливо ефективними засобами забезпечення герметичності, часто ціною утруднення робіт з обслуговування пристрою Після перероблення розплаву у порошок у пристрої можуть залишатися його залишки, які захоплюються наступною партією розплаву і перероблюються разом з нею Таким змішуванням залишкових кількостей можна знехтувати, якщо на переробку надходять послідовно розплави одного типу або розплави сталі однакової марки з коливаннями ХІМІЧНОГО складу в межах вузького діапазону, приписаного технічними умовами Однак в інших випадках необхідно очищати розпилювальне устаткування, що вимагає значних витрат і часу, та/або виконувати очищення шляхом пропускання через пристрій певної КІЛЬКОСТІ нового розплаву і відкидання одержаного порошку 8 49067 знаходиться у розподільнику Для досягнення особливо високої якості виробів доцільно за допомогою системи трубопроводів підтримувати у всіх частинах пристрою, де знаходиться металевий порошок, а також у пристроях очищення та охолодження газу регульований надлишковий тиск, що перевищує атмосферний більше ніж на 0,1бар Нарешті, з точки зору якості рідкого металу та ефективності розпилювання доцільно, щоб до розплаву у розподільнику можна було підводити теплову енергію та/або переміщувати розплав за допомогою магнітних засобів Інша мета винаходу досягається при використанні способу вищезгаданого типу тим, що металевий порошок, який утворюється у нахиленій під кутом униз розпилювальній камері, збирають у нижній частині камери, ВІДПОВІДНО, на стороні виходу, вводять у включений послідовно за камерою перехідний патрубок, транспортують угору по трубопроводу за допомогою транспортного газу, який надходить у трубопровід, подають у дезінтегратор, зокрема, у циклонний сепаратор, дезинтегрують і потім класифікують, після чого ЦІЛЬОВІ фракції порошку збирають у збірник, в якому порошок продувають знизу газом і таким чином перемішують, і після накопичення бажаної КІЛЬКОСТІ гомогенізованого порошку завантажують його в капсулу і закривають останню Переваги способу згідно з цим винаходом полягають, зокрема, в тому, що при розпилюванні струменю рідкого металу у похилій розпилювальній камері траєкторія польоту краплин подовжується, і тим самим досягається завчасне твердіння і ефективне охолодження зерен порошку під впливом розпилювального агента Транспортування порошку здійснюється при порівняно невеликій швидкості потоку газу через камеру, отже, мають місце сприятливі передумови для збирання порошку та його накопичення у перехідному патрубку Із перехідного патрубка порошок під впливом транспортного газу, що спричиняє подальше охолодження, подають угору, після чого піддають дезінтеграції, класифікації і подають у збірник, ці операції виконуються в умовах, сприятливих з точки зору апаратури та технологи, при незначному тепловому навантаженні та з використанням сили ваги Особливо ефективним та сприятливим з точки зору якості для завантаження у капсули є, згідно з винаходом, продування порошку у збірнику потоком газу, спрямованим знизу вгору, оскільки при цьому досягається не тільки однорідність порошкової суміші, але й щільне пакування зерен порошку Окислення поверхні зерен порошку і внутрішнього продування інертним газом при гарячому пресуванні у непористі вироби можна уникнути, якщо приготування металевого порошку та його завантаження у капсули виконується в умовах виключення доступу повітря і, ВІДПОВІДНО, при наявності надлишкового тиску інертного газу в системі З точки зору найвищих вимог до якості виробу та оптимальних умов забезпечення якості та ВІДПОВІДНОСТІ технічній документації доцільно на першій стадії способу виконати розпилення розплаву одної партії або плавки з одержанням металевого порошку і останній після відповідної підготовки завантажити, принаймні, в одну капсулу і закрити в ній, після чого на наступній стадії відкрити очисні отвори та з'єднання в окремих частинах пристрою і виконати очищення пристрою від залишків порошку, після чого герметично закрити згадані отвори та з'єднання і підготувати пристрій для розпилення наступної партії розплаву Нижче суть винаходу пояснено більш детально на прикладі рисунку, що стосується лише одного варіанту втілення винаходу Перед поясненнями подано перелік позицій на рисунку Перелік позицій 1 Розплавлений метал 2 Металургійний резервуар 21 Пристрій для переміщення розплаву 3 Розпилювальна камера 31 Кришка верхнього очисного люку 4 Перехідний патрубок 5 Висхідна труба 51 Перехід до дезінтегратора 6 Дезінтегратор 61 Відхиляючий клапан 62 Кришка дезінтегратора 7 Сепаратор 71 Збірник грубих фракцій 8 Збірник 81 Від СІЧНИЙ орган 82 Кришка збірника 9 Капсула 10 Система трубопроводів газу під тиском 11 Насос 12 Вузол газових сопел 13 Патрубок подачі транспортного газу 14 Подача газу для перемішування 15 Трубопровід зворотного газу 16 Фільтр 17 Охолоджувач газу 18 Фільтр тонкої очистки Як схематично показано на малюнку, розплавлений метал підготовляють у металургійному резервуарі 2 і за допомогою сопла подають у вигляді тонкого струменю в розпилювальну камеру З Струмінь металу за допомогою струменю газу з високою кінетичною енергією, який надходить у верхню частину розпилювальної камери 3 через вузол газових сопел 12, розпилюють, і зерна порошку, що утворюються при цьому, надходять у перехідний патрубок 4 За допомогою потоку газу, який надходить із системи трубопроводів 10 через патрубок 13, порошок подають у висхідну трубу 5, яка через перехід 51 з'єднана з дезінтегратором 6 Розпилювальний і транспортний газ із дезінтегратора трубопроводом 15 зворотного газу через фільтр 16, охолоджувач 17 і фільтр 18 тонкої очистки надходить у насос 11 Металевий порошок із дезінтегратора 6 надходить у відхиляючий клапан 61, через який грубі фракції порошку надходять у збірник 71 грубих фракцій, а потім надходить у сепаратор 7 ЦІЛЬОВІ фракції порошку, відділені в сепараторі 7, надходять у збірник 8, де порошок, принаймні, періодично гомогенізують за допомогу газу, який подають через патрубок 14 За допомогою ВІДСІЧНОГО органу 81 порошок, виготовлений із одної плавки металу 1 або одної порції металу завантажують в одну або кілька капсул 49067 10 Для очищення пристрою, наприклад, з метою реходу 51 або аналогічної деталі та відкривання переробки однакової за складом плавки металу 1, кришки 62 дезінтегратора забезпечує можливість передбачено очисні отвори з кришками, які щільно очищення висхідної труби 5 і дезінтегратора 6 від закриваються Для цього розпилювальна камера З залишків порошку Стосовно сепаратора 7 та збіробладнана кришкою 31 верхнього очисного отвоника 8 така ж можливість забезпечується демонру, а зі сторони виходу може бути відкрита шляхом тажем ВІДПОВІДНИХ кришок демонтажу перехідного патрубка 4 Демонтаж пе if ФІГ. ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71