Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania prosz¬ ków stalowych o duzej gestosci pozornej z proszków roz-* pylanych woda dla formowania wyrobów ze stalowych spieków.Znane sa rózne sposoby wytwarzania proszków metalo¬ wych. Mozna je wytwarzac przez wydzielanie elektroli¬ tyczne, lub bezposrednia redukcje tlenków metali, badz tez redukcje halogenków metali, lub z proszków rozpy¬ lanych woda pod cisnieniem, np. wody i gazów obojet¬ nych.Przy wytwarzaniu duzych ilosci proszków stalowych znaczna oplacalnosc wykazuje sposób redukcji tlenków metali i otrzymywanie proszków z proszków rozpylanych woda, przy czym ta druga zapewnia uzyskanie proszków stalowych o nizszej zawartosci metaloidów. Ponadto prosz¬ ki stalowe otrzymywane z proszków rozpylanych woda cechuja sie lepsza sypkoscia, dzieki czemu mozliwe jest zwiekszenie wydajnosci produkcji elementów z prosz¬ ków spiekanych.Znane sa sposoby wytwarzania proszków stalowych, na przyklad w opisie patentowym Stanów Zjednoczo¬ nych nr 3 325 277 przedstawiono taki sposób. Mimo, ze ma on szereg zalet technicznych, to wlasnosci mechanicz¬ ne wytwarzanych w ten sposób proszków sa ograniczone.W sposobie znanym z tego opisu patentowego Stanów Zjednoczonych nr 3 325 277 niezbedne rozdrabnianie wykonuje sie w mlynie bijakowym udarowo doprowadza¬ jac ziarna do poczatkowej wielkosci, jaka mialy po zato¬ mizowaniu. 10 15 20 25 30 Pozorna gestosc dostepnych na rynku proszków me¬ talowych otrzymywanych z proszków rozpylanych woda przewaznie zawiera sie w granicach od 2,8 do 3,2 g/cm3.Ciezar ten wyznacza sie okreslajac ciezar proszku w na¬ czyniu miarowym. Proszek wsypuje sie do naczynia mia¬ rowego przez zwezke o srednicy 25,4 mm i dlugosci 31,75 mm umieszczona 254 mm nad górna powierzchnia na¬ czynia o pojemnosci 25 cm3.W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych nr 3 597188 przedstawiono sposób wytwarzania proszku zeliwnego o duzej pozornej gestosci. Jednakze stosowanie tego sposobu jest ograniczone do proszków gruboziar¬ nistych, które sa kruche ze wzgledu na wysoka zawar¬ tosc wegla. Poniewaz proszki wytwarzane na drodze ato- mizacji wodnej w swej masie sa bardziej drobnoziarnis¬ te niz 0,177 mm, to proces ten jest nieoplacalny, bowiem wymaga odrzucania wiecej niz polowy wstepnie wytwo¬ rzonych proszków. Nie bez znaczenia jest fakt, ze nie na¬ daje sie on do produkcji proszków stalowych, to jest ta¬ kich, w których zawartosc wegla jest mniejsza od okolo 1,7%.Celem niniejszego wynalazku jest opracowanie sposobu wytwarzania proszków stalowych z proszków rozpyla¬ nych woda o pozornej gestosci wiekszej od 3,2 g/cm3, korzystnie wiekszej od 3,4 g/cm3.Dalszym celem wynalazku jest opracowanie sposobu wytwarzania proszków z proszków stalowych rozpyla¬ nych woda o pozornej gestosci równej lub wiekszej od 3,2 g/cm3, których wieksza czesc stanowia proszki otrzy¬ mane z proszków rozpylanych woda. 113721113 721 l 4 Zazwyczaj tez takie wytopy moga zawierac az 0,8%; (C), lecz nie mniej niz 0,15% (C); zawartosc wegla w proszkach z proszków rozpylonych woda obniza sie nas¬ tepnie przez wyzarzanie w atmosferze odweglania. 5 Rozpylanie strumieniem wody pod wysokim cisnieniem powoduje gwaltowne schladzanie kropel cieklego metalu podczas wczesnej fazy procesu rozpylania proszków woda Dlatego tez nawet w przypadku stosowania stali o sto¬ sunkowo niskiej zawartosci wegla (tj. eliminujacej po- 10 trzebe odweglania) w procesie rozpylania proszków woda konieczne jest ciagle wyzarzanie proszków ze wzgledu na uplastycznienie i obnizenie zawartosci tlenu (do war¬ tosci ponizej 0,2%). Poczatkowa zawartosc tlenu w prosz¬ kach z proszków rozpylanych woda na ogól znacznie prze- 15 wyzsza 0,2% i* wynosi okolo 1,0%. W wyniku tej wyso¬ kiej zawartosci tlenu i takiemu uksztaltowaniu ziarn, prosz¬ ki z proszków rozpylanych woda maja duza pozorna ges¬ tosc, to jest ponad 3,2 g/cm3. Jednakze po niezbednym wyzarzeniu i redukcji zawartosci tlenu, pozorna gestosd 20 bedzie zawierac sie w granicach od 2,8 do 3,2 g/cm3.Wyzarzanie prowadzi sie przy temperaturze 636 °C do 909 °C w atmosferze redukujacej takiej jak wodór, lub zdysocjonowany amoniak. W ciagu czasu wystarczajacego do uzyskania zadanego uplastycznienia i redukcji zanie- 25 czyszczen. Obróbka ta nie tylko oczyszcza proszek sta¬ lowy, lecz równiez powoduje zbrylanie sie ziarn, wywo¬ lujac koniecznosc rozdrobnienia spieku na proszek.Uziarnienie proszku zatomizowanego woda okresla sie na drodze znanej analizy sitowej. Stosuje sie ja nastepnie 30 do wyznaczania wspólczynnika ziarnistosci proszku. Stwier¬ dzono ze zbyt grubych ziarn proszków rozpylanych woda nie mozna rozdrobnic na tyle aby osiagnac zadany cel.Dla uzyskania niezbednego rozdrobnienia konieczne jest zeby przynajmniej 80% ziarn a najlepiej ponad 95% 35 ziarn proszków rozpylonych woc^ bylo drobniejszych od 0,177 mm. Mimo, ze istnieje wiele róznych sposobów wyznaczania wartosci wspólczynnika ziarnistosci, zgod¬ nie z niniejszym wynalazkiem, wartosc te okresla sie nas¬ tepujaco. Najpierw wyznacza sie skumulowany procent 40 wagowy ziarn, które pozostaja na sitach: 0,148; 0,105; 0,074; 0,062; 0,044 oczek sita, wedlug polskiej normy i frakcji pozostalej. Nastepnie sumuje sie skumulowane procenty i dzieli przez 100. Tak wiec wzrost wspólczynni¬ ka ziarnistosci odzwierciedla grubsze uziarnienie^ zas 45 niewielki wspólczynnik ziarnistosci jest wskaznikiem drob¬ nego uziarnienia. Na przyklad, wspólczynnik ziarnistosci proszku obliczono w sposób nastepujacy: % Jeszcze innym celem tego wynalazku jest dostarczenie sposobu wytwarzania proszków stalowych, które jedno¬ czesnie cechuja sie duza pozorna gestoscia i wytrzyma¬ loscia przed spiekaniem i który to sposób umozliwi prze- prowadzenie takiego rozdrabniania, które umozliwi dos¬ tosowanie finalnej gestosci pozornej do okreslonych wy¬ magan w zaleznosci od uziarnienia proszku wstepnego rozpylanegowoda. v Cel wynalazku zostal osiagniety przez to, ze dostar¬ cza sie rozpylony woda proszek stalowy o okreslonym uziarnieniu, którego co najmniej Sb % zrarn jest drobniej¬ szych od 0,177 mm a uziarnienie charakteryzuje sie wspól¬ czynnikiem ziarnistosci o wartosci od 2,0 do 4,0, nastep¬ nie wyzarza sie proszek w temperaturze zawartej w gra-, nicach od 760 °C do 1150°C w czasie zapewniajacym uzys¬ kanie uplastycznienia proszku i zmniejszenie w nim za¬ wartosci^ tlenu do wartosci ponizej 0,2% wagowo, przy czym w wynilcutego wywazania nastepuje zbrylanie prosz¬ ku a riastepnis* dostarcza sie wyzarzony spieczony w brylki proszek do mlyna tarczowego pracujacego z predkoscia od okolo 200 do 5000 obr/min. i przy odstepie pomiedzy tarczami o granicach od okolo 2,54 do 25,4 mm przy czym stosuje sie tak duza predkosc obwodowa v tarcz, tak maly odstep G pomiedzy nimi, ze brylki rozciera sie na pro¬ szek do formowania o pozornej gestosci wiekszej od 3,2 g/cm3, bardziej drobnoziarnisty, zasadniczo w calosci od 0,177 mm. ' . . ' W sposobie wedlug wynalazku predkosc obwodowa V i odstep G pomiedzy tarczami mlyna Uzaleznia sie od wartosci wspólczynnika ziarnistosci proszku zgodne z nierównoscia: 0,30 KZ—1,28 .10-5v+2,87 .10-2LG +1,93 .' .10-6vKZ+4,00 .10-ny2—3,96 .10-^yLG 1,04 Stosuje sie 'zawartosc wegla w proszku rozpylonym woda mniejsza od 0,15% a temperature wyzarzania za¬ warta pomiedzy 750 °C-^ 1040°C. Gdy wspólczynnik ziarnistosci rozpylonego woda proszku jest wiekszy od okolo 2,5 to predkosc v i odstep G pomiedzy tarczami mlyna sa uzaleznione od wartosci wspólczynnika ziarnis¬ tosci zgodne z nierównoscia: 0,30 KZ—l,28.10-5v + +2,87 .10-2LG + 1,93 .10-6VKZ+4,00 .lO-ny2—3,96 . ,10-6vLGl,24 dla uzyskania proszku o pozornej ges¬ tosci wiekszej od 3,4 g/cm3. Co najmniej 95% proszku roz¬ pylonego woda jest bardziej drobnoziarnistego od 0,177 mm przy czym wieksza jego czesc jest bardziej drobnoziarnis¬ ta od 0,074 mm.Sposób wedlug wynalazku zostal zilustrowany w przy¬ kladzie wykonania na wykresach, na których fig. 1 przed¬ stawia wykres obrazujacy wplyw uziarnienia, predkosci tarcz i odstepu 127/2032 mm miedzy nimi — na pozorna gestosc, fig. 2 — wykres obrazujacy wplyw uziarniania, predkosci tarcz i odstepu 127/8182 mm miedzy nimi na pozorna gestosc, przy czym na osi rzednych przedsta¬ wiono wartosci pozornej gestosci proszku a na osi odcie¬ tych ilosc obrotów tarcz na minute.Sposób wedlug wynalazku znajduje zastosowanie do rozpylanych woda proszków stalowych praktycznie do¬ wolnego pochodzenia. Proszki stalowe z proszków roz¬ pylonych woda przewaznie zawieraja zanieczyszczenia glównie w postaci' tlenków, które trzeba usunac przed uzyciem proszku do produkcji wyrobów.Aby uzyskac proszki stalowe o maksymalnej scisliwos¬ ci, pozadane jest ponadto ustalenie zawartosci wegla w proszkach finalnych ponizej 0,1%, a najlepiej ponizej 0,01 %. Jednakze w praktyce nie dazy sie na ogól do tego, aby wstepny wytop stali mial tak niska zawartosc wegla.Tabela 4 ' oczka sita wg pol¬ skiej normy w mm 0,148 0,105 0,074 0,062 0,044 Frakcjai ozostala J^ % ziarn za¬ trzymanych na sicie 2,4 5,3 16,1 4,9 12,9 58,4 100,0 Skumulowany [ % ziarn za¬ trzymanych na 1 sicie 2,4 7,7 1 23,6 [ 28,7 ' 41,6 l 100,0 | 204,2 [ A zatem wspólczynnik ziarnistosci tego proszku wynosi 204,2/100 lub 2,04. ,' lb 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60113 721 5 W procesie wedlug wynalazku' mozna efektywnie wy¬ korzystywac rozpylone woda ziarna proszku o wspólczyn¬ niku ziarnistosci okolo 2,0 do 4,0. Przy znanym wspólczyn¬ niku ziarnistosci i po wyzarzeniu proszku mozna ustalic cykl rozdrabniania tak, aby dopasowac wlasnosci do okres¬ lonych wymagan. Wymagane rozdrobnienie uzyskuje sie 1 stosujac mlyn tarczowy. W wyniku wyzarzania ziarna spiekaja sie tworzac bryly. W razie potrzeby przed wpro¬ wadzeniem do mlyna zbrylony spiek najpierw roz¬ drabnia sie na kawalki, przewaznie mniejsze od 254 mm.W mlynie tarczowym rozdrabnianie nastepuje miedzy tarczami, które na ogól obracaja sie, albo w plaszczyznie pionowej, albo w poziomej. Material wsypuje sie w po¬ blizu srodka tarczy, po czym pod dzialaniem sily odsrod¬ kowej przemieszcza sie on na zewnatrz do rozcierajacej plytowej czesci tarczy i nastepnie jest wyladowywany./ Zgodnie z wynalazkiem, uzywa sie znanych ciernych plyt rozcierajacych. Wspomniany wyzej odstep miedzy tarczami stanowi odleglosc pomiedzy plytami rozcieraja¬ cymi. Mlyn tarczowy jest szczególnie przydatny do rea¬ lizacji sposobu wedlug niniejszego wynalazku, poniewaz stwierdzono, ze zapewnia kontrolowanie i wczesniejsze ustalanie stopnia rozdrobnienia, który jest przede wszystkim funkcja odstepu miedzy tarczami i predkosci obwodowej #punktu na promieniu srednim rm plyt rozcierajacych.W mlynie tarczowym miejsce geometryczne plyt rozcie¬ rajacych tworzy pierscien, tj. • dwa kola wspólsrodkowe.Odleglosc od srodka plyty rozcierajacej, tj. od srodka do okregu wewnetrznego wynosi n, odleglosc od srodka do czesci obwodowej plyty rozcierajacej tj. od srodka do okregu zewnetrznego — r2. Stad promien sredni jest rów¬ ny (ri+r2):2.Poniewaz predkosc obwodowa v jest równa iloczynowi predkosci katowej o i promienia, to predkosc obwodowa punktu na prcmieniu srednim mozna latwo okreslic na podstawie ilosci obrotów na min. plyt rozcierajacych, a zatem, jezeli przykladowo plyty rozcierajace o promie¬ niu rm=3048 mm obracaja sie z predkoscia 3CC0 obr/ /min. predkosc obwodowa v bedzie v = co .r lub v = 3000 .277 .3048 = 18288 .10377 mm/min Przy zastosowaniu regresji statystycznej i po przepro- 0 wadzeniu technicznej analizy interpretacyjnej, stwier¬ dzono, ze wplyw powyzszych zmiennych na pozorny ciezar wlasciwy proszku finalnego daje sie opisac równa¬ niem: Pozorna gestosc (g/cm3) = 2,16+0,30 KZ—1,28 .10-5V+ -f-12,87 .10-*LG+ 1,93 .10-6VKZ+4,00 .10-»v2—3,96 . .10-*vLG, gdzie! KZ -— wspólczynnik ziarnistosci proszku zatomizowa¬ nego woda przed wyzarzaniem,. v — predkosc obwodowa - punktu na srednim promieniu plyt rozcierajacych w"mm/ /min. LG — logarytm odstepu miedzy tarczami w mm.Za pomoca tego równania mozna zatem ustalic cykl rozdrabniania tak, aby wlasnosci proszku finalnego dos¬ tosowac do okreslopych wymagan.W celu lepszego zrozumienia wynalazku sporzadzono wykresy fig. 1 i fig. 2 dla laboratoryjnego mlyna tarczo¬ wego o srednicy 3302 mmv majacego promien sredni 1349 mm. Ze wzgledu na latwosc interpretacji, to jest unikniecie niewygodnych liczb, predkosc obwodowa v przeksztalcono na obr/min tego mlyna tarczowego. Na¬ ft lezy jednak miec navuwadze fakt, ze.wykresy te maja zas¬ tosowanie wylacznie do mlyna o rm = 1349 mm.W praktyce korzystne jest stosowanie mlyna o wiekszej srednicy. W takim przypadku krzywe na fig. 1 i 2 uleg- 5 lyby przesunieciu w strone mniejszych obr/min, ponie¬ waz predkosc obwodowa v (przy danych obr/min) by¬ laby odpowiednio wyzsza. Z reguly takie mlyny pracuja przy predkosciach okolo 200+5000 obr/min i odstepie miedzy tarczami od ok. 2,54— do 25,4 mm. io Poslugiwanie sie wykresami na fig 1 i 2 zostanie objas¬ nione na przykladzie proszków o wspólczynniku ziarnis¬ tosci: Proszek 0,149 0,105 0,074 0,062 0,044 pozostaly KZ A ,10,4 18,0 26,0 6,2 15,3 14,1 3,29 B 4,4 9,5 21,0 6,0 17,0 41,6 2,52 Gdyby uzy'o proszku (A) i gdyby mlyn pracowal przy odstepie miedzy tarczami 127/2032 mm (fig. 1), to moz¬ na stwierdzic np. ze pozorna gestosc 3,2 g/cm3 i 3,45 g/cm3 daloby sie uzyskac odpowiednio przy predkosciach 2500 obr/min i 3650 obr/min.Efekt zmniejszenia odstepu miedzy tarczami mozna oce¬ nic porównujac fig. 2 z fig. 1. W przypadku uzycia tego samego proszku (A) podobne gestosci moznaby osiagnac przy znacznie mniejszych predkosciach obrotowych. Tak wiec predkosc zaledwie 1600 obr/min pozwala na uzys¬ kanie proszku o pozornej gestosci 3,2 g/cm3, zas predkosc 2775 obr/min —¦ o pozornej gestosci 3,45 g/cm3.W przypadku proszku (B) z natury drobniejszego, uzys¬ kanie duzej pozornej gestosci w mlynie o malej srednicy staje sie klopotliwe. Nie mniej jednak przy zmniejszeniu odstepu miedzy tarczami do 127/8128 mm (fig. 2) te same wartosci pozornej gestosci otrzymuje sie przy predkosci tarczy odpowiednio 3225 obr/min i 4550 obr/min.Na podstawie podanych wyzej przykladów (lub sa¬ mego równania procesu) mozna stwierdzic, ze pozorna gestosc rosnie, gdy wartosc wspólczynnika ziarnistosci proszku z proszku rozpylonego woda jest wieksza, gdy zwieksza sie predkosc tarcz mlyna lub zmniejsza sje od¬ step miedzy tarczami. Stwierdzono ponadto, ze przy tem¬ peraturze od 636 °C do 909 °C mozna nieznacznie zwiek¬ szyc pozorna gestosc przez zmniejszenie temperatury wyzarzania. Jednakze wywoluje to koniecznosc wydlu¬ zenia czasu wyzarzania. Praktycznym kompromisowym wyjsciem z tej sytuacji jest osiaganie duzej pozornej ges¬ tosci w mozliwie krótkim czasie wyzarzania. Najkorzyst¬ niej zatem jest wyzarzac przy temperaturze od 773 °C do 864 CC.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania proszków stalowych o duzej gestosci pozornej z proszków rozpylanych woda dla for¬ mowania wyrobów ze stalowych spieków, znamienny tym, ze dostarcza sie zatomizowany woda proszek sta¬ lowy o okreslonym uziarnieniu, którego co najmniej 80% ziaren jest drobniejszych od 0,177 mm, a uziarnienie cha¬ rakteryzuje sie wspólczynnikiem ziarnistosci o ^wartosci od 2,0 do 4,0 nastepnie wyzarza sie proszek w tempera¬ turze zawarte! w granicach od 636 °C do 909 °C w czasie zapewniajacym uzyskanie uplastycznienia proszku i zmniej¬ szenie w nim zawartosci tlenu do wartosci ponizej 0,2% wagowego, przy czym w wyniku tego wyzarzania naste¬ puje zbrylanie proszku a nastepnie dostarcza sie wyza¬ rzony spieczony w brylki proszek do mlyna tarczowego pracujacego z predkoscia od okolo 200 do 5000 obr/min. 25 30 35 40 45 50 55 60113 721 8 i przy odstepie miedzy tarczami w granicach od okolo 2,54 do 25,4 mm, przy czym stosuje sie predkosc obro¬ towa v tarcz i odstep miedzy nimi G Jakie, ze brylki roz¬ cieraja sie na proszek do formowania o pozornej gestosci wiekszej od 3,2 g/cm3, bardziej drobnoziarnisty, zasad¬ niczo w calosci od 0,177 mm. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze pred¬ kosc obwodowa v i odstep G miedzy tarczami mlyna uza¬ leznia sie od wartosci wspólczynnika ziarnistosci proszku zgodnie z nastepujaca nierównoscia: 0,30 KZ—1,28 .10-5V+2,87 .10-2LG + 1,93 .10-6VKZ + +4,00 .10-nv2—3,96 .10-6VLG 1,04. 3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze za¬ wartosc wegla w proszku rozpylonym woda jest mniejsza 10 od 0,15%, a temperatura wyzarzania jest zawarta pomie¬ dzy 750 °C^ 1040 °C. 4. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze wspól¬ czynnik ziarnistosci rozpylonego woda proszku jest wiek¬ szy od okolo 2,5 a predkosc v i odstep G miedzy tarcza¬ mi mlyna sa uzaleznione od wartosci wspólczynnika ziar¬ nistosci zgodnie z nastepujaca nierównoscia: 0,30 KZ—1,28 .10-5V+2,87 .10-2LG + 1,93 .10-6VKZ + +4,00.10-nV2—3,96.10-6VLG 1,24 dla uzyskania prosz¬ ku o pozornej gestosci wiekszej od 3,4 g/cm3. 5. Sposób wedlug zastrz. 2 albo 4, znamienny tym, ze co najmniej 95 % proszku rozpylonego woda jest bar¬ dziej drobnoziarnistego od 0,177 mm, przy czym wieksza czesc jest bardziej drobnoziarnista od 0,074 mm.FIG. A 1000.1500 2000 2500 3000 3500 4000 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 LDD Z-d 2, z. 84/1400/82, n. 95+20 egz.Cena 100 zl PL