CS228501B1

CS228501B1 - Method for the production of metal powder and an apparatous for producing the same

Info

Publication number: CS228501B1
Application number: CS511677A
Authority: CS
Inventors: Uld R Larson
Original assignee: Rudger Larson Konsult Ab Malne
Priority date: 1977-08-02
Filing date: 1977-08-02
Publication date: 1984-05-14

Description

Vynález se týká způsobu výroby kovového prášku a zařízení k provádění tohoto způsobu. Kovový prášek se získává rozprašováním proudu roztaveného kovu rozprašovacím médiem.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a metal powder and to an apparatus for carrying out the method. The metal powder is obtained by spraying a stream of molten metal with a spray medium.

Při takovém způsobu se proud tekutého kovu uvádí do styku s plynným nebo tekutým médiem za účelem převedení tekutého kovu do práškové formy.In such a method, the liquid metal stream is contacted with a gaseous or liquid medium to convert the liquid metal into a powder form.

Zhotovení kovového prášku z tekutého kovu kontaktem s vedeným médiem, kterým je například tlakový vzduch, dusík, argon, vodní pára nebo tlaková voda, je již známé. Tekutý kov se přivádí z nádoby, v jejímž dně je proveden otvor, opatřený alespoň jednou tryskou. Proud vytékajícího kovu procházejícího tryskami se stýká s uvedeným médiem. Styk probíhá za velké rychlosti obou složek, čímž se tekoucí proud kovu rozptýlí do jemných částeček. Ukázalo se, že kovové prášky vyrobené tímto způsobem adsorbují v průběhu jejich výroby z uvedeného média kyslík, a to hlavně na svém povrchu, a tento adsorbovaný kyslík potom reaguje se snadno oxidov atelnými prvky, kterých bylo použito pro legování kovu.The production of liquid metal powder by contact with a conducting medium, such as compressed air, nitrogen, argon, water vapor or pressurized water, is already known. The liquid metal is supplied from a container having an opening in the bottom of which has at least one nozzle. The flow of metal escaping through the nozzles contacts the medium. The contact takes place at a high velocity of both components, thereby dispersing the flowing metal stream into fine particles. The metal powders produced in this way have been shown to adsorb oxygen from said medium, especially on their surface, and the adsorbed oxygen then reacts with the easily oxidized elements used to alloy the metal.

Aby byl obsah kyslíku v legovaném kovu, zejména v legované oceli udržen na přijatelné míře, bylo dříve k přípravě kovových prášků používáno dusíku nebo argonu místoIn order to keep the oxygen content of the alloyed metal, especially the alloyed steel to an acceptable extent, nitrogen or argon was previously used to prepare metal powders instead

2 jinak běžně používané vody nebo vodní páry. To znamená, že jako rozprašovacího média bylo použito plynu, který je mnohem dražší, který způsobuje horší distribuci kovu a který má horší vlastnosti z hlediska chlazení. Pro určité účely, například pro přípravu prášku tvořeného kulovitými částicemi, se však přesto používá uvedeného plynu, a to proto, že jeho použití umožňuje získat částice kovu právě kulovitého tvaru.2 otherwise commonly used water or water vapor. That is, a gas which is much more expensive, causing a worse metal distribution and having worse cooling properties has been used as the atomizing medium. However, for certain purposes, for example for the preparation of a spherical particle powder, said gas is nevertheless used, since its use makes it possible to obtain metal particles of just spherical shape.

Při výrobě mimořádně legovaných kovových prášků s nízkým obsahem dusíku dochází k potížím v případě, je-li žádán produkt s velmi jemným zrněním. K tomu je zapotřebí většího množství plynu a do styku s vytékajícím kovem přichází tak podstatně větší množství kyslíku, který je ve zbytkových množstvích obsažen v použitém inertním plynu. To potom vede k většímu obsahu kyslíku ve vzniklém kovovém prášku. Pokud se k výrobě kovového prášku použije média, které má oxidační schopnost, jako například voda, dochází k opaku; to znamená, že větší množství vody způsobí snížení obsahu kyslíku v kovovém prášku vlivem rychlejšího průběhu ochladnutí. Ale přesto není možné ani v tomto případě dosáhnout tak malého obsahu kyslíku v kovovém prášku jako při výrobě kovového prášku za použití plynného dusíku nebo argonu.Extremely low nitrogen-containing metal powders are difficult to produce when a very fine grain product is desired. For this, a larger amount of gas is required and so much more oxygen, which is contained in the residual amounts in the inert gas used, comes into contact with the escaping metal. This in turn leads to a higher oxygen content in the resulting metal powder. When a medium having an oxidizing capacity, such as water, is used to produce a metal powder, the opposite is true; that is, a larger amount of water causes a reduction in the oxygen content of the metal powder due to the quicker cooling process. However, even in this case it is not possible to achieve as little oxygen content in the metal powder as in the production of the metal powder using nitrogen gas or argon.

Výše uvedené nedostatky nemá způsob výroby kovového prášku podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že se proud roztaveného kovu přivádí do granulační zóny, která je uzavřena kapalinovým uzávěrem a která obsahuje redukční plynovou atmosféru nacházející se nad redukční kapalinou, přičemž proud roztaveného kovu se v granulační zóně vystaví působení tlakového rozprašovacího média, načež se vzniklé částice kovu alespoň částečně ochlazují v redukční plynové atmosféře a kovový prášek se jímá v redukční kapalině.The aforementioned drawbacks have no method for producing a metal powder according to the invention, which is characterized in that the molten metal stream is fed to a granulation zone which is closed by a liquid cap and which contains a reducing gas atmosphere located above the reducing liquid. the granulation zone is exposed to a pressurized spray medium, whereupon the formed metal particles are at least partially cooled in a reducing gas atmosphere and the metal powder is collected in a reducing liquid.

Výhodně se při způsobu podle vynálezu použije rozprašovacího média s redukčními vlastnostmi.Preferably, a spray medium with reducing properties is used in the process according to the invention.

Rovněž je výhodné použít jako rozprašovacího média redukční plynové atmosféry a redukční kapaliny uhlovodíků.It is also preferred to use a reducing gas atmosphere and a hydrocarbon reducing liquid as the atomizing medium.

Jako uvedených uhlovodíků se s výhodou použije kapalné ropy, oleje, benzenu nebo silikonových uhlovodíkových sloučenin.Liquid petroleum, oil, benzene or silicone hydrocarbon compounds are preferably used as said hydrocarbons.

Výhodně má redukční plynová atmosféra nad redukční kapalinou vyšší tlak, než je tlak atmosférický.Preferably, the reducing gas atmosphere above the reducing liquid has a higher pressure than atmospheric pressure.

Při způsobu podle vynálezu se s výhodou postupuje tak, že se celá granulační zóna nejprve naplní redukční kapalinou, načež se přivede do její vrchní části redukční plynová atmosféra při současném snížení hladiny redukční kapaliny a teprve potom se přivádí do horní části granulační zóny proud roztaveného kovu.The process according to the invention is preferably carried out by first filling the entire granulation zone with a reducing liquid, then introducing a reducing gas atmosphere into the upper part of the granulating zone while lowering the reducing liquid level and only then feeding a molten metal stream to the upper part of the granulating zone.

Podstata zařízení podle vynálezu k provádění výše uvedeného způsobu spočívá v tom, že sestává z granulační komory uzavřené kapalinovým uzávěrem, nádoby na taveninu s výtokovým otvorem ústícím do horní části granulační komory, odpouštěcího ventilu nacházejícího se ve spodní části granulační komory, vstupního otvoru pro přívod redukční plynné atmosféry uspořádaného v horní části granulační komory a z alespoň jedné trysky pro přívod rozprašovacího média.The principle of the device according to the invention for carrying out the above process consists in that it consists of a granulation chamber closed by a liquid cap, a melt vessel with an outlet opening opening into the upper part of the granulation chamber, a discharge valve located at the bottom of the granulation chamber. a gas atmosphere arranged at the top of the granulation chamber and from at least one nozzle for supplying the atomizing medium.

Kapalinový uzávěr s výhodou sestává z kanálu umístěného na vnější straně granulační komory, ze spojovací trubky, která je jedním koncem ve spojení s vnitřkem granulační komory a druhmý koncem ústí do kanálu, a z ventilu uspořádaného v trubce.Preferably, the liquid closure consists of a channel located on the outside of the granulation chamber, a connecting tube which is one end in communication with the interior of the granulation chamber and the other end of the opening into the channel, and a valve arranged in the tube.

Granulační komora je s výhodou tvořena Spodním dílem otevřeným směrem nahoru a horním dílem otevřeným směrem dolů, přičemž spodní okraj horního dílu zasahuje do spodního dílu a stěny obou dílů mají vzájemný odstup k vytvoření kapalinového uzávěru ve spodním dílu granulační komory.The granulation chamber is preferably formed by a lower part open upwards and an upper part open downwardly, wherein the lower edge of the upper part extends into the lower part and the walls of the two parts are spaced apart to form a liquid closure in the lower part of the granulation chamber.

Výhodou vynálezu je, že jím lze zajistit výrobu práškového kovu s mimořádně nízkým obsahem kyslíku.An advantage of the invention is that it can ensure the production of a powder metal with an extremely low oxygen content.

Při způsobu výroby podle vynálezu je vytékající proud roztaveného kovu uváděn do styku s proudem rozprašovacího média, kterým je s výhodou plynný nebo tekutý uhlovodík, zejména jejich směsi s ropnými produkty, jakými jsou například kapalná ropa, olej a benzen. Aby byl kovový prášek chráněn před okysličením, probíhá výroba kovového prášku v uzavřené granulační komoře, která je z části naplněna kapalným médiem a udržována pod tlakem plynného redukčního média. Tím je také zabráněno nebezpečí výbuchu. Výhodou způsobu podle vynálezu je také to, že regulací množství uvedeného rozprašovacího média může být regulován obsah uhlíku ve vyrobeném kovovém prášku.In the process according to the invention, the molten metal effluent stream is contacted with a spray medium stream, which is preferably a gaseous or liquid hydrocarbon, in particular a mixture thereof with petroleum products such as liquid oil, oil and benzene. In order to protect the metal powder from oxygenation, the metal powder is produced in a closed granulation chamber which is partially filled with liquid medium and kept under pressure of the gaseous reducing medium. This also prevents the risk of explosion. It is also an advantage of the method according to the invention that by controlling the amount of said spray medium, the carbon content of the metal powder produced can be controlled.

Vynález se týká také zařízení k provádění výše uvedeného způsobu výroby kovového prášku. Toto zařízení je tvořeno zásobní nádobou roztaveného kovu, opatřenou výtokovým otvorem, která je umístěna nad horní částí granulační komory a umožňuje vytvoření proudu kovu, tekoucího do granulační komory. Granulační komora je opatřena ve spodní části výpustným ventilem a v horní části přívodem plynu a tryskou pro přívod rozprašovacího média, která je uspořádána tak, že je orientována proti proudu tekoucího kovu, aby se dosáhlo jeho rozptýlení. Ve spodní části granulační komory se nachází kapalinový uzávěr granulační komory.The invention also relates to an apparatus for carrying out the aforesaid method for producing a metal powder. The apparatus comprises a molten metal storage vessel provided with an outlet opening located above the upper portion of the granulation chamber to allow a metal stream to flow into the granulation chamber. The granulation chamber is provided at the bottom with an outlet valve and at the top with a gas inlet and a nozzle for supplying the atomizing medium, which is arranged so as to be directed upstream of the flowing metal to disperse it. At the bottom of the granulation chamber is a liquid closure of the granulation chamber.

Pro bližší objasnění způsobu a zařízení podle vynálezu jsou k popisu připojeny výkresy, na kterých obr. 1 zobrazuje schematický řez zařízením podle vynálezu, obr. 2 zobrazuje druhé možné provedení zařízení podle vynálezu, obr. 3 zobrazuje třetí možné provedení zařízení podle vynálezu a obr. 4 a 5 zobrazují křivky reprezentující obsah kyslíku a uhlíku pro různé velikosti částic kovového prášku.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 shows a schematic cross-section of a device according to the invention, FIG. 2 shows a second possible embodiment of the device according to the invention, FIG. 3 shows a third possible embodiment of the device according to the invention, and FIG. Figures 4 and 5 show curves representing oxygen and carbon content for various particle sizes of metal powder.

Granulační komora 1 je částečně naplněna redukční kapalinou 2, například olejem, s výhodou topným, s obsahem 86,8 % uhlíku, 12,5 % vodíku, 0,58 °/o síry a 0,12 % popela. Granulační komora 1 je opatřena výtokovým otvorem 12, který je spojen s nádobou 11, obsahující kovovou taveninu. V horní části granulační komory 1 se nachází vstupní otvor 3, který je určen pro přívod redukčního plynu a trysky 14 pro přívod rozprašovacího redukčního média 15, které jsou zasunuty do granulační komory 1. Provedení podle obr. 1 a obr. 2 jsou opatřena kapalinovým uzávěrem ve formě kanálu 9. Tento kanál 9 je spojen pomocí trubky β s granulační komorou 1 a je opatřen ventilem 7 tak, že otevřený konec trubky 6 je pod hladinou kapaliny 8 v kanálu 9.The granulation chamber 1 is partially filled with a reducing liquid 2, for example oil, preferably heating, containing 86.8% carbon, 12.5% hydrogen, 0.58% sulfur and 0.12% ash. The granulation chamber 1 is provided with an outlet 12 which communicates with a vessel 11 containing a metal melt. In the upper part of the granulation chamber 1 there is an inlet opening 3 which is intended for the supply of reducing gas and nozzles 14 for the supply of atomizing reducing medium 15, which are inserted into the granulation chamber 1. The embodiments according to Figs. 1 and 2 are provided with a liquid seal. in the form of a duct 9. This duct 9 is connected via a pipe β to the granulation chamber 1 and is provided with a valve 7 so that the open end of the pipe 6 is below the liquid level 8 in the duct 9.

Před započetím výroby kovového prášku se uzavře ventil 7 a odpouštěcí ventil 5, a potom se granulační komora 1 naplní až k výtokovému otvoru 12 redukční kapalinou 2. Jakmile je granulační komora 1 plně naplněna, přivádí se redukční plyn vstupním otvorem 3 a současně se sníží hladina redukční kapaliny 2 do výšky, která je pro proces výroby kovového prášku nezbytná. Potom se otevře ventil 7 a redukční plyn 4 má ve vrchní části granulační komory 1 vyšší tlak, než je tlak atmosférický. Nyní může být zahájena výroba kovového prášku. Kovová tavenina 10 z nádoby 11 vytéká výtokovým otvorem 12 ve tvaru proudu 13, který je rozptylován rozprašovacím redukčním médiem 15, které proudí z trysek 14.Before starting the metal powder production, the valve 7 and the drain valve 5 are closed, and then the granulation chamber 1 is filled up to the outlet opening 12 with reducing liquid 2. As soon as the granulation chamber 1 is fully filled, the reducing gas is supplied through the inlet 3 and at the same time reducing liquid 2 to a height necessary for the metal powder manufacturing process. The valve 7 is then opened and the reducing gas 4 has a higher pressure than the atmospheric pressure at the top of the granulation chamber 1. Metal powder production can now be started. The metal melt 10 flows out of the vessel 11 through a discharge opening 12 in the form of a stream 13 which is dispersed by a spray reducing medium 15 flowing from the nozzles 14.

Obr. 3 zobrazuje další možnou formu provedení zařízení podle vynálezu, při kterém je dosaženo funkce kapalinového uzávěru rozdělením granulační komory 1 na dvě části; do spodní části granulační komory 1 zasahuje zvon 16, přičemž obě tyto části granulační komory 1 jsou navzájem výškově posunovatelné. Když je granulační komora 1 plněna, zdvihne se spodní díl granulační komory 1 nebo se sníží zvon 16, přičemž spodní část granulační komory 1 přebírá funkci trubky 6 kapalinového uzávěru provedení podle obr. 1 a obr. 2. Výhodou uspořádání podle obrázku 3 je, že kapalinový uzávěr má větší průřez a tím je funkčně spolehlivější.Giant. 3 shows another possible embodiment of the device according to the invention, in which the function of the liquid seal is achieved by dividing the granulation chamber 1 into two parts; a bell 16 projects into the lower part of the granulation chamber 1, both of which are displaceable in height relative to one another. When the granulation chamber 1 is filled, the lower part of the granulation chamber 1 is raised or the bell 16 is lowered, while the lower part of the granulation chamber 1 takes over the function of the liquid closure tube 6 of the embodiment of Figs. 1 and 2. the liquid closure has a larger cross-section and is thus functionally more reliable.

Způsob provedení zařízení podle vynálezu není samozřejmě omezen pouze na provedení, zobrazená na připojených výkresech. Jako rozprašovacího média k výrobě kovového prášku může být například použito směsi uhlovodíků, speciálního oleje, kapalné ropy, benzenu a methanu. Mohou být použity i silikonové uhlovodíkové sloučeniny. I když silikony obsahují kyslík, ukázalo se při jejich praktickém použití, že mají v širokém rozsahu teplot stabilní viskozitu a vzhledem k tomu jsou pro způsob podle vynálezu rovněž vhodné.Of course, the embodiment of the device according to the invention is not limited to the embodiments shown in the accompanying drawings. For example, a mixture of hydrocarbons, special oil, liquid petroleum, benzene and methane may be used as the spray medium for producing the metal powder. Silicone hydrocarbon compounds may also be used. Although silicones contain oxygen, they have been shown to have a stable viscosity over a wide range of temperatures and are therefore suitable for use in the present invention.

Příklad kg roztavené oceli bylo z taviči nádoby přelito do grafitové nádoby, ze které roztavená ocel vytékala tryskou o průměru 6,5 mm. Tekoucí proud roztavené oceli byl rozprášen proudem topného oleje. Olej byl k proudu roztavené ocele přiváděn čtyřmi protilehlými tryskami směřujícími směrem dolů. Jako ochranné atmosféry bylo použito argonu. Množství oleje, použité v tomto případě, činilo 500 1. min^-1 a jeho tlak byl 0,55 MPa. Výroba prášku způsobem podle vynálezu za pomoci rozprašovacího oleje vedla k nízkému obsahu kyslíku a k urči6 tému zvýšení obsahu uhlíku v kovovém prášku. Vyrobený kovový prášek byl tvořen částicemi různých velikostí; některé byly podlouhlé a nepravidelně oválné, zatímco jiné byly kuiovité, přičemž bylo zjištěno, že menší částice byly ve větší míře kulovité, zatímco podlouhlé částice se nalézaly hlavně ve frakcích s hrubším zrněním.An example kg of molten steel was poured from a melting vessel into a graphite vessel from which molten steel flowed through a 6.5 mm nozzle. A flowing stream of molten steel was sprayed with a flow of fuel oil. The oil was fed to the molten steel stream by four opposing nozzles pointing downward. Argon was used as a protective atmosphere. The amount of oil used in this case, the first was 500 min ^-1 and the pressure was 0.55 MPa. The production of the powder by the process according to the invention with the aid of a spray oil resulted in a low oxygen content and a certain increase in the carbon content of the metal powder. The metal powder produced consisted of particles of various sizes; some were elongated and irregularly oval, while others were spherical, showing that the smaller particles were more spherical, while the elongated particles were mainly found in coarser grain fractions.

Získaný kovový prášek měl následující granulometrii:The metal powder obtained had the following granulometry:

Velikost částic —- podíl Obsah částic {%) na sítu s níže uvedenou vztaženo na celko- Particle size — fraction Particle content (%) of the sieve with the ratio below velikostí ok ((tím) v mesh size (by) in ou hmotnost prášku ou weight of powder 3360 3360 0,37 0.37 1660 1660 2,03 2.03 841 841 18,36 18.36 595 595 23,80 23.80 420 420 24,85 24.85 210 210 24,66 24.66 149 149 4,26 4.26 105 105 1,30 1.30 74 74 0,23 0.23 53 53 0,12 0.12 jemný podíl pod 53 below 53 0,02 0.02 Gelkový obsah kyslíku v jednotlivých frak- Gel content of oxygen in individual fractions cích je uveden na obr. FIG. 4; obsah uhlíku v 4; carbon content jednotlivých frakcích je individual fractions is uveden na obr. 5. shown in Fig. 5. Pro porovnání lze uvést, For comparison, že železný prášek, that iron powder, vyrobený dosud známým způsobem, mé při made in a known way, my obsahu 1,2 % Mn obsah kyslíku 7600 až content 1.2% Mn oxygen content 7600 to 10 000 ppm. Chemická analýza získaného ocelového 10,000 ppm. Chemical analysis of the obtained steel prášku poskytla následující výsledky: powder gave the following results: Prvek Element Obsah (%) Content (%) Křemík Silicon 0,57 0.57 Mangan Manganese 1,30 1.30 Fosfor Phosphorus 0,017 0.017 Síra Sulfur 0,021 0,021 Chrom Chrome 0,16 0.16 Nikl Nickel 0,03 0.03 Molybden Molybdenum 0,03 0.03 Měď Copper 0,05 0.05 Vanad Vanad 0,01 0.01 Titan Titanium 0,01 0.01 Hliník Aluminium 0,007 0.007 Kyslík Oxygen 86 ppm 86 ppm

Claims

A method for producing a metal powder by spraying a molten metal stream with a spray medium, characterized in that the molten metal stream is fed to a granulation zone which is closed by a liquid cap and which comprises a reducing gas atmosphere above the reducing liquid. The metal particles are at least partially cooled in a reducing gas atmosphere and the metal powder is collected in a reducing liquid.

2. The method according to claim 1, characterized in that a spray medium with reducing properties is used.

3. A process according to claim 1, wherein hydrocarbons are used as the atomizing medium, the reducing gas atmosphere and the reducing liquid.

4. A process according to any one of claims 1 to 3, wherein the hydrocarbon is liquid oil, fuel oil, benzene or silicone hydrocarbon compounds.

5. A method according to any one of claims 1 to 4, wherein the reducing gas atmosphere above the reducing liquid has a higher pressure than atmospheric pressure.

6. A process according to any one of claims 1 to 5, wherein the entire granulation zone is first filled with reducing liquid, followed by introducing a reducing gas atmosphere into its upper portion while reducing the level of reducing liquid, and then supplying a molten stream to the upper portion. metal.

Device for carrying out the method according to claim 1, characterized in that it comprises a granulation chamber (1) closed by a liquid cap, a melt vessel (11) with an outlet opening (12) opening into the upper part of the granulation chamber (1), a discharge valve ( 5) located in the lower part of the granulation chamber (1), the inlet opening (3) for supplying the reducing gas atmosphere arranged in the upper part of the granulation chamber (1) and at least one nozzle (14) for supplying the atomizing medium.

Device according to claim 7, characterized in that the liquid seal consists of a channel (9) located on the outside of the granulation chamber (1), a connecting tube (6) which is one end in communication with the interior of the granulation chamber (1) and the other end opens into a duct (9) and from a valve (7) arranged in the pipe (6).

Device according to claim 7, characterized in that the granulation chamber (1) is formed by a lower part open upwards and an upper part (16) open downwards, the lower edge of the upper part (16) extending into the lower part and the walls of both parts having a distance from one another to form a liquid seal in the lower part of the granulation chamber (1).