Stroj za atomizacijo vode v kovinskem prahu s 100–400 mesh

Prah, pripravljen z vakuumsko zračno atomizacijo, ima prednosti visoke čistosti, nizke vsebnosti kisika in fine velikosti delcev prahu. Po letih nenehnih inovacij in izboljšav se je tehnologija praška z vakuumsko zračno atomizacijo razvila v glavno metodo za proizvodnjo visokozmogljivih kovinskih in zlitin v prahu ter postala vodilni dejavnik pri podpori in spodbujanju raziskav novih materialov in razvoja novih tehnologij. Urednik je predstavil načelo, postopek in opremo za mletje prahu z vakuumsko zračno atomizacijo ter analiziral vrste in uporabo praška, pripravljenega z vakuumsko zračno atomizacijo.

Metoda atomizacije je metoda priprave prahu, pri kateri hitro premikajoča se tekočina (atomizacijski medij) udari ali kako drugače razbije kovinsko ali zlitinsko tekočino v drobne kapljice, ki se nato kondenzirajo v trdni prah. Atomizirani delci prahu nimajo le popolnoma enake homogene kemične sestave kot dano staljeno zlitino, temveč zaradi hitrega strjevanja tudi izboljšajo kristalno strukturo in odpravijo makrosegregacijo druge faze. Pogosto uporabljen atomizacijski medij je voda ali ultrazvok, ki se imenuje atomizacija z vodo in plinska atomizacija. Kovinski prahovi, pripravljeni z atomizacijo z vodo, imajo visok izkoristek in ekonomičen izkoristek, hitrost hlajenja pa je hitra, vendar imajo prahovi visoko vsebnost kisika in nepravilno morfologijo, običajno kosmiče. Prah, pripravljen s tehnologijo ultrazvočne atomizacije, ima majhno velikost delcev, visoko sferičnost in nizko vsebnost kisika ter je postal glavna metoda za proizvodnjo visoko zmogljivih sferičnih kovinskih in zlitin v prahu.

Tehnologija vakuumskega taljenja z visokotlačno plinsko atomizacijo združuje visokovakuumsko tehnologijo, tehnologijo taljenja pri visokih temperaturah, visokotlačno in visokohitrostno plinsko tehnologijo ter je izdelana za potrebe razvoja prašne metalurgije, zlasti za proizvodnjo visokokakovostnih zlitin, ki vsebujejo aktivne elemente v prahu. Ultrazvočna/plinska atomizacija z prahom je nova tehnologija hitrega strjevanja. Zaradi visoke hitrosti ohlajanja ima prah značilnosti prečiščevanja zrn, enakomerne sestave in visoke topnosti v trdnih snoveh.

Poleg zgoraj navedenih prednosti ima kovinski prah, proizveden z vakuumskim taljenjem in visokotlačno plinsko atomizacijo, še naslednje tri značilnosti: čist prah, nizka vsebnost kisika; visok izkoristek finega prahu; visoka sferičnost videza. Strukturni ali funkcionalni materiali, izdelani iz tega prahu, imajo številne prednosti pred običajnimi materiali glede fizikalnih in kemijskih lastnosti. Razviti prahovi vključujejo prah superzlitin, prah zlitin za termično brizganje, prah bakrovih zlitin in prah nerjavečega jekla.

1 Postopek in oprema za mletje prahu z vakuumsko zračno atomizacijo

1.1 Postopek mletja prahu z vakuumsko zračno atomizacijo

Metoda vakuumske atomizacije zraka v prahu je nov tip postopka, ki se je v zadnjih letih razvil v industriji proizvodnje kovinskega prahu. Ima prednosti lahke oksidacije materialov, hitrega kaljenja kovinskega prahu in visoke stopnje avtomatizacije. Specifičen postopek je, da se po taljenju in rafiniranju zlitine (kovine) v indukcijski peči staljena kovinska tekočina vlije v toplotnoizolacijsko maso in vstopi v vodilno cev in šobo, tok taline pa se atomizira s pretokom plina pod visokim tlakom. Atomiziran kovinski prah se strdi in usede v atomizacijskem stolpu ter pade v zbiralnik prahu.

Oprema za atomizacijo, ultrazvočno atomiziranje in pretok kovinske tekočine so trije osnovni vidiki procesa atomizacije plina. V opremi za atomizacijo vbrizgani ultrazvočni atomizator pospešuje in interagira s tokom vbrizgane kovinske tekočine, da tvori pretočno polje. V tem pretočnem polju se tok staljene kovine razbije, ohladi in strdi, s čimer se dobi prah z določenimi lastnostmi. Parametri opreme za atomizacijo vključujejo strukturo šobe, strukturo katetra, položaj katetra itd., atomizacijski plin in njegovi procesni parametri vključujejo ultrazvočne lastnosti, tlak vstopnega zraka, hitrost zraka itd., pretok kovinske tekočine in njegovi procesni parametri pa vključujejo lastnosti pretoka kovinske tekočine, pregrevanje, premer toka tekočine itd. Ultrazvočna atomizacija doseže namen prilagajanja velikosti delcev prahu, porazdelitve velikosti delcev in mikrostrukture z prilagajanjem različnih parametrov in njihovo koordinacijo.

1.2 Oprema za vakuumsko zračno atomizacijo in pulverizacijo

Trenutna oprema za vakuumsko atomizacijo in pulverizacijo vključuje predvsem tujo in domačo opremo. Oprema, izdelana v tujini, ima visoko stabilnost in visoko natančnost krmiljenja, vendar so stroški opreme visoki, stroški vzdrževanja in popravil pa visoki. Domača oprema je nizka, stroški vzdrževanja so nizki in vzdrževanje je priročno. Vendar pa domači proizvajalci opreme običajno ne obvladajo osnovnih tehnologij opreme, kot so atomizacijske šobe in atomizacijski postopki. Trenutno ustrezni tuji raziskovalni inštituti in proizvodna podjetja strogo hranijo tehnologijo zaupno, specifičnih in industrializiranih procesnih parametrov pa ni mogoče dobiti iz ustrezne literature in patentov. Zaradi tega je izkoristek visokokakovostnega prahu prenizek, da bi bil ekonomičen, kar je tudi glavni razlog, zakaj moja država ni mogla industrijsko proizvajati visokokakovostnega prahu, čeprav obstaja veliko proizvodnih enot za aerosolni prah in znanstvenoraziskovalnih enot.

Struktura naprave za ultrazvočno atomizacijo in pulverizacijo je sestavljena iz naslednjih delov: srednjefrekvenčne indukcijske talilne peči, zadrževalne peči, sistema za atomizacijo, rezervoarja za atomizacijo, sistema za zbiranje prahu, ultrazvočnega sistema za dovod vode, sistema za vodno hlajenje, krmilnega sistema itd.

Trenutno se različne raziskave o aerosolizaciji osredotočajo predvsem na dva vidika. Po eni strani se preučujejo parametri strukture šobe in značilnosti curka. Namen je pridobiti razmerje med poljem zračnega toka in strukturo šobe, tako da ultrazvok doseže hitrost na izhodu šobe, medtem ko je ultrazvočni pretok majhen, in zagotoviti teoretično osnovo za načrtovanje in obdelavo šobe. Po drugi strani pa se preučuje razmerje med parametri procesa atomizacije in lastnostmi prahu. Cilj je preučiti vpliv parametrov procesa atomizacije na lastnosti prahu in učinkovitost atomizacije na podlagi posameznih šob, da se optimizira in vodi proizvodnja prahu. Z eno besedo, izboljšanje produktivnosti finega prahu in zmanjšanje porabe plina vodita razvojno smer tehnologije ultrazvočne atomizacije.

1.2.1 Različne vrste šob za ultrazvočno atomizacijo

Razpršilni plin poveča hitrost in energijo skozi šobo, s čimer učinkovito razbije tekočo kovino in pripravi prah, ki ustreza zahtevam. Šoba nadzoruje pretok in vzorec toka razpršenega medija ter igra ključno vlogo pri stopnji učinkovitosti razprševanja in stabilnosti procesa razprševanja ter je ključna tehnologija ultrazvočnega razprševanja. V zgodnjem procesu razprševanja s plinom se je običajno uporabljala struktura šobe s prostim padom. Ta šoba je preproste zasnove, ni jo enostavno blokirati, postopek krmiljenja pa je relativno preprost, vendar njena učinkovitost razprševanja ni visoka in je primerna le za proizvodnjo prahu z velikostjo delcev 50-300 μm. Za izboljšanje učinkovitosti razprševanja so bile kasneje razvite omejevalne šobe ali tesno povezane razpršilne šobe. Tesna ali omejevalna šoba skrajša razdaljo leta plina in zmanjša izgubo kinetične energije v procesu pretoka plina, s čimer se poveča hitrost in gostota plinskega toka, ki interagira s kovino, in poveča izkoristek finega prahu.

1.2.1.1 Obodna režasta šoba

Visokotlačni ultrazvok vstopi v šobo tangencialno. Nato se z veliko hitrostjo izvrže in tvori vrtinec.