Sposób przeprowadzania krzepniecia kropelek stopionego rozpylanego materialu przy wytwarzaniu proszku oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób przeprowadzania krzepniecia kropelek stopionego, rozpylanego ma" terialu przy wytwarzaniu proszku przez rozpylanie stopionego materialu, wywolane dzialaniem srodka rozpy¬ lajacego zwykle w postaci plynu, który pod wysokim cisnieniem jest kierowany na strumien stopionego materia¬ lu.Przedmiotem wynalazku jest równiez urzadzenie do stosowania tego sposobu.Wymagania stawiane proszkom otrzymywanym wymienionym sposobem sa rózne, zaleznie od ich zastoso¬ wania. Podstawowe wlasciwosci sproszkowanych materialów sa okreslane ich skladem chemicznym, uziarnie- niem oraz ksztaltem i mikrostruktura poszczególnych ziarn. Sklad chemiczny jest zalezny od skladu materialu wyjsciowego oraz od wystepujacych podczas rozpylania procesów utleniania lub redukcji. Wielkosc i ksztalt ziarna sproszkowanego materialu sa przede wszystkim zalezne od tego, jak jest prowadzone rozpylanie materialu wyjsciowego. Ksztalt ziarna sproszkowanego materialu jest równiez zalezny od tego, jak rozpylone kropelki sa chlodzone. Poniewaz rozpylone kropelki materialu uderzajac o twarde przeszkody umieszczone na ich drodze, maja mozliwosc odksztalcenia sie zanim nastapi ich zakrzepniecie. Mikrostruktura ziarn jest natomiast w znacz¬ nym stopniu zalezna od tego, jak kropelki otrzymywane podczas rozpylania sa chlodzone. W takim procesie wytwarzania sproszkowanych materialów, wytworzony proszek gromadzi sie zwykle na dnie zbiornika dla czynnika chlodzacego, którym zwykle jest woda. Kapiel wodna powoduje utlenianie powierzchniowe ziaren proszku i w zwiazku* z tym czesto konieczne jest chlodzenie opadajacych kropelek rozpylonego materialu w atmosferze obojetnej, dopóki nie ulegna calkowitemu zestaleniu i ochlodzeniu tak, aby nie istnialo niebez¬ pieczenstwo ich utleniania, odksztalcenia lub zlepienia. Przy rozpylaniu materialu o niskiej temperaturze topnie¬ nia, ilosc ciepla, która musi byc odprowadzona zanim kropelki ulegna calkowitemu zestaleniu, jest bardzo znaczna. Ponadto, poniewaz czasteczki rozpylanego materialu nie powinny, przed calkowitym zestaleniem sty¬ kac sie z jakimkolwiek cialem stalym, odleglosc, na której nastepuje opadanie kropelek do chwili ich zestalenia, Jest znaczna, jesli nie zostaja zastosowane inne srodki. W zwiazku z tym, komora rozpylania musi byc bardzo wysoka.Znane sposoby wytwarzania proszku przez krzepniecie kropelek rozpylonego strumienia stopionego ima-2 81378 terialu za pomoca przynajmniej jednego strumienia plynu kierowanego pod wysokim cisnieniem na strumien tego stopionego materialu, wymagaja komory rozpylania o duzej pojemnosci. _ Celem wynalazku jest opracowanie sposobu i urzadzenia do przeprowadzania krzepniecia stopionego rozpy¬ lanego materialu dla wytworzenia proszku przez zastosowanie strumieni plynu pod wysokim cisnieniem, kiero¬ wanego na strumien tego stopionego materialu. Umozliwia to zmniejszenie w maksymalnym stopniu pojemnosci (wysokosci) komory rozpylania, a takze uzyskanie lepszego chlodzenia stopionego matrialu przez wzmocniona cyrkulacje gazu chlodzacego.Cel wynalazku zostal osiagniety przez to, ze ruchem strumienia plynu rozpylajacego powoduje sie zasysa¬ nie i cyrkulacje chlodzacego gazu obojetnego, wprowadzanego do komory rozpylania i majacego temperature nizsza od temepratury kropelek rozpylonego materialu, przy czym strumien plynu rozpylajacego kieruje sie poprzecznie w stosunku do strumienia stopionego materialu, przeznaczonego do rozpylania, zmieniajac tym J* samym kierunek tego ostatniego strumienia, na kierunek zgodny z kierunkiem strumienia plynu rozpylajacego | tak, ze gaz chlodzacy otacza kropelki przynajmniej w pierwszym okresie zestalania i odbiera od nich przynaj¬ mniej czesc ciepla przyspieszajac tym samym ich chlodzenie.Sposób wedlug wynalazku jest zasadniczo przeznaczony do stosowania przy wytwarzaniu proszków ze stali stopowych, które to proszki przeznaczone sa na wyroby spiekane pod cisnieniem. Jednakze wynalazek znajduje równiez zastosowanie do wytwarzania proszku przez rozpylanie stopionego materialu. Jednym z powodów, który czyni sposób wedlug .wynalazku szczególnie uzytecznym przy wytwarzaniu proszku ze stali stopowych jest fakt, ze przy wytwarzaniu takiego proszku, wyjatkowo wyznym jest aby proszek wytworzony tym sposobem byl calkowicie wolny od tlenków, poniewaz zwykle niemozliwym jest dokonanie odtlenienia proszku przed jego uzyciem. Sposób wedlug wynalazku umozliwia wlasnie uzyskanie proszku calkowicie wolnego od tlenków.Niemozliwosc odtlenienia gotowego proszku ma miejsce dlatego, ze stale stopowe zawieraja zwykle skladniki tworzace wyjatkowo trwale tlenki bardzo trudne w redukcji. Proszki przeznaczone do spiekania pod cisnieniem powinny równiez posiadac ziarno o ksztalcie kulistym i pozbawione jakichkolwiek nierównosci lub pecherzy¬ ków. Kulisty ksztalt ziaren i ich gladkosc upraszczaja i ulatwiaja proces spiekania. Zarówno uzyskanie proszku bez tlenków, jak równiez ziarn bez wad wewnetrznych i powierzchniowych, przy dotychczasowych sposobach, bylo niemozliwe. Sposób wedlug wynalazku pozwala na uzyskanie obu tych korzystnych efektów.Przy wytwarzaniu proszku metalowego przez rozpylanie stopionego metalu, strumien cieklego metalu jest jest zwykle rozdrabniany przez skierowanie nan jednego lub kilku strumieni czynnika rozpylajacego, zwykle czynnika plynnego, na przyklad w postaci gazu lub cieczy, albo tez mieszaniny gazu i cieczy, znajdujacego sie pod wysokim cisnieniem i skierowanego pod katem ostrym w stosunku do strumienia cieklego metalu, tak ze ten ostatni jest rozpylany na drobne czastki lub kropelki, które gromadzone po ochlodzeniu do takiego stopnia, ze ulegaja calkowitemu zestaleniu i uzyskuja temperature uniemozliwiajaca sklejanie sie wzajemne tych czasteczek.Zwykle strumienie czynnika rozpylajacego sa kierowane z kilku stron na strumien cieklego metalu tak ze wszystkie strumienie tego czynnika przecinaja sie w jednym punkcie. Jednakze, bardzo trudno jest doprowadzic do przeciecia sie strumieni czynnika rozpylajacego ze strumieniem cieklego metalu na tym samym poziomie.Zwykle wiec strumien cieklego metalu wchodzi w kontakt z jednym ze strumieni czynnika rozpylajacego w pob¬ lizu punktu przeciecia sie tych strumieni. Zostalo stwierdzone, ze takie wchodzenie strumieni czynnika rozpy¬ lajacego w strumien cieklego metalu, wplywa wyjatkowo niekorzystnie na jakosc otrzymywanego proszku meta¬ lowego i jednoczesnie stwierdzono, ze w procesie rozpylania, bardzo korzystnie wplywa na rozdrobnienie stru¬ mienia cieklego metalu, przeciecie tego strumienia cienkim, silnym strumieniem plynu rozpylajacego, majacym szerokosc wieksza od szerokosci strumienia cieklego metalu i taka energie kinetyczna, ze powoduje on zmiane kierunku strumienia metalu oraz rozprzestrzenienia ten strumien w warstwe przeplywajaca nad strumieniem cieczy rozpylajacej, a gdy w ten sposób kierunek strumienia materialu zostaje zmieniony, strumien ten zostaje przeciety drugim strumieniem cieczy rozpylajacej, majacej szerokosc wieksza od szerokosci warstwy stopionego metalu tak, ze strumien ten zostaje rodzielony na drobne kropelki.Zgodnie ze sposobem wedlug wynalazku, stosuje sie ciagla cyrkulacje gazu chlodzacego w stalej ilosci, a po odebraniu czesci ciepla zawartego w rozpylanym materiale, odbiera sie to cieplo od gazu za pomoca innego czynnika chlodzacego w wymienniku ciepla. Zgodnie z dalsza cecha sposobu, predkosc cyrkulacji gazu chlodza¬ cego uzyskana od strumienia czynnika rozpylajacego zwieksza sie przez doprowadzanie coraz wiekszej ilosci gazu do komory rozpylania pod wysokim cisnieniem w okreslonym momencie cyklu, a w innym momencie cyklu, wypompowuje sie gaz z komory. Korzystnie jest stosowac ten sam gaz obojetny zarówno jako czynnik chlodza¬ cy jak tez jako czynnik rozpylajacy. Do tego celu najlepiej nadaje sie argon. Otrzymany proszek poddaje sie \ ostatecznemu chlodzeniu badz w zlozu fluidalnym, badz tez przez wprowadzenie go na pochyla chlodzona powierzchnie, po której proszek ten zeslizguje sie w dól.81378 3 Cel wynalazku zostal równiez osiagniety przez to, ze urzadenie do stosowania sposobu wedlug wynalazku ma komore rozpylania, której górna czesc wokól strumienia cieklego metalu i strumienia czynnika rozpylajacego jest tak waska, ze dziala jak pompa strumieniowa, w której strumienie czynnika rozpylajacego powoduja zasysa¬ nie czynnika chlodzacego to znaczy odpowiedniego gazu obojetnego poprzez otwór doprowadzajacy, znajdujacy sie równiez w górnej czesci komory, przy czym dolna czesc komory posiada przynajmniej jeden otwór dla odprowadzania czynnika chlodzacego. Otwór lub otwory odprowadzajace czynnik chlodzacy sa polaczone za pomoca przynajmniej jednego przewodu rurowego, przechodzacego przez wymiennik ciepla z otworem doprowa¬ dzajacym czynnik chlodzacy tak, ze czynnik ten przeplywa w sposób ciagly przez komore rozpylania i wspom¬ niany wymiennik. W przewód prowadzacy do wymiennika ciepla wlaczona jest pompa obiegowa, powodujaca recyrkulacje czynnika chlodzacego. Urzadzenie moze równiez zawierac oddzielny przewód wyposazony w pom¬ pe obiegowa, przebiegajacy równolegle do rur przechodzacych przez wymiennik ciepla.Komora rozpylania jest odpowiednio napelniona gazem chlodzacym, chlodzonym w sposób ciagly pod* czas jego recyrkulacji przez wymiennik ciepla. Ten stale chlodzony gaz, znacznie przyspiesza czas zestalania kropelek rozpylonego materialu. Przy zastosowaniu sposobu wedlug wynalazku, komora rozpylania w urzadze¬ niu do stosowania tego sposobu, moze byc znacznie krótsza niz to mialo miejsce dotychczas, bez dodatkowego komplikowania jej budowy. Przy rozwiazaniu wedlug wynalazku, nie jest potrzebne zadne dodatkowe zródlo energii poza tym, które sluzy do recyrkulacji czynnika chlodzacego poprzez wyniennik ciepla. Oczywiscie, obieg gazu w komorze rozpylania moze byc poprawiony przez zastosowanie dodatkowej pompy obiegowej, 'dzialajacej równolegle z pompa strumieniowa. Komora rozpylania moze byc krótsza nawet jesli zastosuje sie w jej dolnej czesci zloze fluidalne, w celu ostatecznego chlodzenia proszku. W tym przypadku, kropelki rozpylo¬ nego materialu musza byc przed osiagnieciem zloza fluidalnego zestalone tylko powierzchniowo. Jest równiez mozliwe chlodzenie kropelek po ich zestaleniu przez odprowadzenie ich po pochylej, chlodzonej powierzchni, na której nastepuje chlodzenie ostateczne. Ta pochyla powierzchnia chlodzaca moze miec postac zwinietych spiralnie rur otoczonych odpowiednim plynem chlodzacym.Urzadzenie wedlug wynalazku jest uwidocznione w przykladowym wykonaniu na rysunku, na którym fig. 1 — przedstawia urzadzenie w przekroju poprzecznym, a fig. 2 — inny przyklad wykonania urzadzenia w przekroju poprzecznym.Urzadzenie (fig. 1) sklada sie z komory rozpylania 1 wyposazonej w zewnetrzny plaszcz chlodzacy 2 i wewnetrzny plaszcz chlodzacy lub wymiennik ciepla 3. Przez plaszcze chlodzace przeplywa odpowiedni czynnik chlodniczy, na przyklad woda. Plazcz chlodzacy 2 jest wyposazony v króciec 28 i wylotowy 29 dla czynnika chlodniczego, podczas gdy plaszcz wymiennika ciepla 3 posiada wlot 30 i wylot 31 dla cieplego chlodziwa. W górnej czesci komory rozpylania 1 znajduje sie zbiornik wlewowy 4 posiadajacy w dnie otwór spustowy 5, poprzez który strumien 6 stopionego materialu, i.a przyklad metalu, przeznaczonego do rozpylania, jest wprowadzany do komory rozpylania. Po obu stronach otworu spustowego znajduja sie usytuowane naprze¬ ciw siebie dwa szczelinowe otwory 7 i 8. Otwory te przebiegaja w plaszczyznach zasadniczo prostopadlych do plaszczyzny rysunku. Otwór pierwszy 7 kieruje plaski strumien 9 odpowiedniego plynu, na przyklad argonu, na splywajacy przez otwór spustowy strumien 6 pod katem 45° do osi tego ostatniego. Ten strumien 9 z pierwszego otworu szczelinowego zmusza strumien rozpylanego materialu do zmiany kierunku, a ponadto powoduje czescio¬ we rozpylenie tego strumienia na pojedyncze kropelki. Stopiony material tworzy pod wplywem strumienia 9 plynu, warstwe na górnej jego powierzchni. Strumien stopionego materialu jest nastepnie przecinany drugim strumieniem 10 plynu rozpylajacego, wyplywajacym z otworu szczelinowego 8. Strumien 10 trafia na strumien cieklego materialu w takiej odleglosci od miejsca przeciecia sie strumienia pierwszego 9 ze strumieniem rozpyla¬ nego materialu, ze wiekszosc tego ostatnego strumienia ma mozliwosc zmiany kierunku. Drugi strumien 10 plynu rozpylajacego, który jest zasadniczo równolegly do poczatkowego kierunku wyplywu strumienia cieklego materialu, zakancza czynnosc rozpylania materialu, rozpraszajac go w postaci prysznica 11 w komorze 1. Kro¬ pelki cieklego materialu sa chlodzone podczas swobodnego opadania poprzez komore i sa gromadzone w zlozu fluidalnym 12 w dolnej czesci komory 1. Kropelki stopionego materialu, które zostaly zestalone tworzac proszek, sa odprowadzane z komory 1 poprzez wylot 14, przez który odprowadzany jest równiez nadmiar argonu. Tak wiec poziom zloza fluidalnego 12 pozostaje staly.Pomiedzy dwoma chlodzacymi plaszczami 2 i 3 utworzony jest pierscieniowy kanal 15 laczacy sie po¬ przez otwór 16 z komora 1 bezposrednio nad zlozem fluidalnym 12 oraz poprzez otwór 18 z przestrzenia sasiadujaca z miejscami wzajemnego przeciecia sie strumieni 6, 9 i 10. Wokól tych miejsc przeciecia, znajduje sie dysza dlawiaca 18 tak, ze ta czesc urzadzenia dziala jak pompa strumieniowa, w której na skutek dzialania ssacego, zostanie porywany równiez plyn przeplywajacy kanalem 15. Atmosfera wewnetrzna komory 1 sklada¬ jaca sie z jakiegos gazu obojetnego, korzystnie argonu, przeplywa dzieki temu poprzez komore i z powrotem4 81378 poprzez kanal 15 pomiedzy dwoma chlodzacymi plaszczami 2 i 3, z których ostatni sluzy równiez jako wy¬ miennik ciepla. Z kolei, ze wzgledu na specjalne uksztaltowanie górnej czesci komory 1 cieply gaz bedzie odciagany z dolnej czesci komory podczas, gdy zimny gaz bedzie w sposób ciagly doprowadzany do jej górnej czesci. Chlodzenie kropelek roztopionego materialu bedzie w zwiazku z tym w znacznym stopniu przyspieszone i komora 1 bedzie mogla byc znacznie krótsza, niz to mialo miejsce wtedy, gdy koniecznym bylo chlodzenie kropelek tylko podczas swobodnego opadania. Kanal 15 moze równiez miec postac jednego lub kilku wymien¬ ników ciepla umieszczonych poza komora 1. Zloze fluidalne 12 nie jest absolutnie konieczne ale jest korzystne, poniewaz umozliwia uzyskanie jeszcze krótszego urzadzenia, a to ze wzgledu na fakt, ze kropelki przed dotarciem do tego zloza musza byc zestalone tylko powierzchniowo.Jako przyklad, jak istotna jest wysokosc komory rozpylania z punktów widzenia kosztów wytwarzania urzadzenia, mozna podac fakt, ze komora do rozpylania szybkotnacej stali przy chlodzeniu jedynie brzez swobodne opadanie, bez stosowania zadnych specjalnych srodków, powinna miec wysokosc okolo osmiil me¬ trów. Przy zastosowaniu sposobu wedlug wynalazku, wysokosc ta moze byc powaznie zmniejszona dajac znacz¬ ne zmniejszenie kosztów budowy urzadzenia.Urzadzenie pokazane na fig. 2 stanowi odmiane urzadzenia przedstawionego na fig-1, przy czym czesci tego urzadzenia podobne do czesci urzadzenia z fig. 1, sa oznaczone takimi samymi odnosnikami liczbowymi.Jednakze na fig. 2, czesc tych wspólnych odnosników zostala pominieta w celu uwypuklenia podstawo¬ wych róznic tego rozwiazania. Ciekly material wyplywajacy ze zbiornika wlewowego 4 jest rozpylany zgodnie ze sposobem opisanym przy omawianiu fig. 1, ale kropelki, które zostaly zestalone w celu utworzenia czastek proszku, nie sa ostatecznie chlodzone w zlozu fluidalnym. Zamiast tego, sa one gromadzone na pochylej, chlodzonej powierzchni 19 komory 1, skad sa odprowadzane po dalszych pochylych powierzchniach chlodza¬ cych 20 i 21, po których czastki proszku zeslizguja sie w dól, dopóki nie zostana ochlodzone w takim stopniu, ze moga byc one gromadzone przy wylocie 22 bez jakiegokolwiek ryzyka, ze nastapi ich wzajemne sklejenie sie.Proszek jest usuwany za pomoca przenosnika slimakowego 32. Poniewaz powierzcchnie chlodzace 20 i 21 sa pochylone, mozliwosc deformacji jest znacznie zmniejszona, a poniewaz ostateczne chlodzenie nastepuje pod¬ czas ciaglego przemieszczania sie czastek proszku wzdluz tych powierzchni, nie istnieje praktycznie mozliwosc ich sklejania nawet przy temperaturach, przy których w innych przypadkach takie sklejenie mialoby miejsce i stanowilo powazny problem. Denna powierzchnia 19 komory 1 jest chlodzona dolna czescia plaszcza chlodza¬ cego 2. Powierzchnie chlodzace 20 i 21, które w przypadku pokazanym na fig. 2 moga miec postac rur, moga byc wyposazone badz w oddzielny plaszczy chlodzacy, badz tez moga sie znajdowac w otoczeniu cyrkulujacego czynnika chlodniczego. Pochyle powierzchnie chlodzace moga byc zaprojektowane róznymi sposobami, na przyklad, w którym zastosowano szereg rur, jest tylko jednym z mozliwych rozwiazan.W celu przyspieszenia cyrkulacji gazów chlodzacych w komorze 1 dla lepszego chlodzenia kropelek, czesc tych gazów odprowadza sie w dolnej czesci komory poprzez przewód 23 i sprzeza sie go pod wysokim' cisnieniem za pomoca pomp 24. Nastepnie gaz ten jest zawracany pod wysokim cisnieniem do górnej czesci komory 1 poprzez przewody 25, których wyloty znajduja sie w sasiedztwie dyszy dlwiacej 18. Przewody 27 sa wyposazone w zawory upustowe 27 sluzace do odprowadzania nadmiaru argonu. Nadmiar argonu moze byc równiez usuwany z komory 1 poprzez zawór 32. Cyrkulacja gazów w komorze 1 moze byc w ten sposób znacznie zwiekszona, przy czym ilosc energii zuzywana przez pompy 24 jest stosunkowo niewielka. Ruch plynu rozpy¬ lajacego jest wykorzystywany jednoczesnie do powodowania przeplywu gazu poprzez kanal 15. Jesli gaz zmu¬ szany w ten sposób do obiegu jest doprowadzany pod cisnieniem, nalezy zwracac uwage, czy nie wplywa on niekorzystnie na proces rozpylania. Cyrkulujacy przymusowo gaz moze byc równiez doprowadzony pod cisnie¬ niem takim samym jak cisnienie panujace w komorze 1, ale wymaga to pewnych zmian w ukladzie pokazanym na fig. 2. W celu chlodzenia ogrzanego w komorze 1 gazu, przewód 25 moze byc wyposazony w plaszcz czlodzacy 26. , PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL