Распыление порошка представляет собой механический процесс, используемый для получения мелкодисперсных порошков из расплавленного металла. Он включает в себя разбиение потока расплавленного металла на мелкие капли, которые затвердевают в частицы порошка. В результате распыления получаются сферические металлические порошки с контролируемым распределением частиц по размерам. В этом обзоре рассматриваются ключевые аспекты оборудования для распыления порошков.
Типы оборудования для распыления порошка
Существует несколько основных типов распылительного оборудования, используемого в промышленном производстве порошков:
| Оборудование | Описание |
|---|---|
| Распыление газа | Поток расплавленного металла распыляется струями инертного газа под высоким давлением. |
| Распыление воды | Поток расплавленного металла, разбитый струями воды под высоким давлением |
| Центробежное распыление | Расплавленный металл выливается или скатывается с края вращающегося диска. |
| Ультразвуковое распыление | Высокочастотные вибрации, воздействующие на расплавленный поток |
| Плазменное распыление | Плазменная дуга плавит и распыляет металл на мелкие капли. |
Распыление газа и распыление воды являются наиболее распространенными промышленными методами. Центробежное, ультразвуковое и плазменное распыление имеют более специализированные применения. Выбор зависит от таких факторов, как распыляемый материал, требуемые характеристики порошка, производительность и стоимость.
Характеристики процесса распыления
Ключевые характеристики процесса распыления порошка различными методами:
| Характеристика | Типовой диапазон |
|---|---|
| Давление газа | 2-8 МПа |
| Водяное давление | 10-150 МПа |
| Расход газа | 0,5-3 м3/мин/мм2 |
| Диаметр диска | 100-1000 мм |
| Скорость диска | 10000-50000 об/мин |
| Частота | 20–60 кГц |
| Плазменная мощность | 30-80 кВт |
Более высокое давление газа и воды приводит к образованию более мелких частиц порошка. Более высокие скорости диска и более высокие частоты также позволяют получить более мелкие порошки. Диапазоны отражают промышленную практику для обычных металлов, таких как сталь, алюминий, медные сплавы.
Контроль размера частиц порошка
Распределение частиц по размерам является важнейшим показателем качества распыленных порошков. Основными факторами, контролирующими размер частиц порошка, являются:
- Давление распыляющей жидкости – более высокое давление создает более мелкие частицы
- Скорость потока распыляющей жидкости – более высокий поток дает более мелкие частицы
- Скорость потока расплавленного металла – более низкий поток металла дает более мелкий порошок.
- Конструкция распылительного сопла – геометрия сопла влияет на размер капель
- Относительная скорость диска/сопла – более быстрое относительное движение приводит к образованию более мелких капель.
- Свойства материала – вязкость, поверхностное натяжение влияют на фрагментацию.
Тщательный контроль этих параметров позволяет производить порошок с заданным гранулометрическим составом. Например, газораспыленный стальной порошок с D50 10-100 мкм.
Области применения распыляемых металлических порошков
Распыленные порошки находят применение во многих отраслях и приложениях:
| Промышленность | Приложения |
|---|---|
| Порошковая металлургия | Компоненты прессования и спекания, сырье MIM |
| Аддитивное производство металлов | Струйная печать на переплете, сырье DED |
| Термические напыляемые покрытия | Нанесение покрытий проволочно-дуговым, плазменным, газопламенным напылением |
| Сварка | Присадочный материал для дуговой сварки порошковой проволокой |
| Пайка | Паяльные пасты и преформы |
| Электроника | Проводящие пасты и чернила |
| Автомобильная промышленность | Фрикционные материалы, порошковая ковка |
Сферические распыленные порошки обеспечивают превосходную сыпучесть и смешиваемость, необходимые для многих методов обработки порошков. Тщательный контроль распределения порошка по размерам оптимизирует производительность.
Проектирование системы распыления порошка
Ключевыми элементами при проектировании системы распыления являются:
- Доставка металла – Промежуточное устройство, разливочная емкость, индукционная направляющая или вращающийся электрод
- атомайзер – Конструкция форсунок, количество форсунок, расположение форсунок.
- Распылительная среда — Газораспределительный коллектор, водяные насосы и сантехника
- Коллекция порошков – Циклонные сепараторы, рукавные фильтры, скрубберы
- Системные элементы управления – Датчики давления, температуры и расхода и контуры управления
Дополнительными соображениями являются локализация, защитные блокировки, обращение с порошком и его хранение. Системы могут быть спроектированы по индивидуальному заказу для производства большинства металлических сплавов.
Технические характеристики оборудования для распыления
Типовые характеристики промышленных систем распыления газа и воды:
| Параметр | Типовые диапазоны |
|---|---|
| Производственные мощности | 10-5000 кг/ч |
| Давление распыляющего газа | 2-8 МПа |
| Распыление потока газа | 0,5-3 Нм3/мм2 |
| Водяное давление | 10-150 МПа |
| Размер сопла | внутренний диаметр 2–8 мм |
| Тип сопла | Прямой, сужающийся-расходящийся |
| Эффективность циклона | >95% при 10 мкм |
| Эффективность рукавного фильтра | >99,9% при 1 мкм |
Производительность, давление и детали сопла зависят от сплава, желаемого размера частиц и производительности. Система специально разработана для конкретного применения.
Установка и эксплуатация
Важные соображения по установке и эксплуатации оборудования для распыления порошка:
- Надлежащие фундаменты и опоры для динамического оборудования
- Виброизоляция для минимизации передачи на конструкции
- Надежные блокировки газовых, водяных и электрических систем.
- Приборы мониторинга и контроля технологических переменных
- Сдерживание избыточного распыления и пыли в рабочих зонах
- Эксплуатация дымопылеулавливающего оборудования
- Протоколы безопасности при обращении с расплавленным металлом и его распылении.
- Калибровка и обслуживание систем газа/воды
- Процедуры остановки и очистки для предотвращения отложений
Стартапы должны следовать тщательно разработанным процедурам. Обучение персонала имеет решающее значение для безопасной эксплуатации и обслуживания системы.
Требования к техническому обслуживанию
Для оптимального времени безотказной работы и качества порошка необходимо регулярное техническое обслуживание:
- Проверьте распылительные форсунки – замените изношенные или поврежденные форсунки.
- Проверьте вращающиеся пластины на центробежных распылителях – отремонтируйте или замените их.
- Очистка циклонов для сбора порошка и рукавных фильтров
- Проверка калибровки датчиков давления, расхода и температуры.
- Проверьте работу аварийных запорных клапанов и блокировок.
- Следите за чистотой распыляющего газа – влага может вызвать окисление
- Очистите линии подачи и промковш, чтобы избежать скопления металла.
- Смажьте и проверьте двигатель привода вращения и подшипники.
Установите график и процедуры технического обслуживания с учетом часов работы и критичности.
Выбор поставщика оборудования для распыления
Ключевые факторы при выборе поставщика системы распыления:
- Опыт распыления конкретного сплава
- Возможность спроектировать полную систему
- Широкий выбор доступных конструкций форсунок и конфигураций распылителей.
- Гибкость для удовлетворения потребностей в производительности и размере частиц.
- Предлагается установка, обучение и послепродажная поддержка.
- Местное присутствие или партнерство на целевом рынке
- Соответствие применимым нормам и стандартам
- Рекомендации и кейсы по аналогичным проектам
- Стоимость и сроки доставки
Оценивайте поставщиков на основе технических знаний, а не только стоимости оборудования. Опытный партнер помогает обеспечить успех.
Анализ затрат на системы распыления
Оборудование для распыления имеет высокие капитальные затраты, но позволяет производить порошок по конкурентоспособным ценам:
| Система | Диапазон капитальных затрат | Ценовой диапазон порошка |
|---|---|---|
| Распыление газа | $500,000 – $5,000,000 | 1ТП4Т5-50/кг |
| Распыление воды | $200,000 – $2,000,000 | 1ТП4Т2-20/кг |
| Центробежное распыление | $50,000 – $500,000 | 1ТП4Т10-100/кг |
| Ультразвуковое распыление | $100,000 – $1,000,000 | 1ТП4Т50-500/кг |
| Плазменное распыление | $200,000 – $2,000,000 | 1ТП4Т20-200/кг |
Затраты зависят от мощности, строительных материалов, средств контроля. Мелкие порошки требуют премиальной цены. Требовать больших объемов производства, чтобы оправдать капитальные вложения.
Плюсы и минусы методов распыления порошка
Сравнение преимуществ и ограничений различных методов распыления:
| Метод | Преимущества | Недостатки |
|---|---|---|
| Распыление газа | Самое узкое распределение частиц, инертная атмосфера | Высокие капитальные затраты, высокий расход газа |
| Распыление воды | Более низкая стоимость оборудования, малый размер частиц | Возможно окисление, требуется сушка |
| Центробежное распыление | Простой дизайн, легкое масштабирование | Широкое распределение частиц, неправильная форма. |
| Ультразвуковое распыление | Не требуются жидкости, низкие эксплуатационные расходы | Ограниченные сплавы и скорость производства |
| Плазменное распыление | Очень мелкие частицы из чистого металла | Высокое энергопотребление, низкий выход порошка |
Выберите метод на основе приоритетных факторов, таких как размер частиц, атмосфера, стоимость, совместимость сплавов. Не существует единого лучшего варианта для всех сценариев.
Ключевые выводы о технологии распыления порошка
- Широкий выбор вариантов оборудования для получения мелкодисперсных металлических порошков из расплавленных сплавов.
- Наиболее распространено распыление газа и воды; доступны специализированные методы
- Контроль динамики потоков жидкости и металла определяет конечный размер частиц.
- Сферические порошки с оптимизированным распределением частиц обеспечивают расширенные возможности применения.
- Требуются значительные капиталовложения, но цены на порошок могут их поддержать.
- Партнерство с опытным поставщиком имеет решающее значение для успешного проекта атомизации.
Тщательная разработка процесса и проектирование позволяют получить порошок с характеристиками, соответствующими потребностям применения.
Часто задаваемые вопросы по оборудованию для распыления порошка
Вопрос: Какие металлы и сплавы можно распылить в порошок?
О: Большинство стандартных сталей, алюминиевых сплавов, медных сплавов и никелевых суперсплавов можно распылять. Также возможны тугоплавкие металлы, такие как вольфрам и тантал. Ограничения связаны с температурой плавления, реакционной способностью и вязкостью.
Вопрос: Каковы типичные давления распыления газа и скорости потока?
A: Давление газа варьируется от 2 до 8 МПа для воздуха или инертных газов, таких как азот и аргон. Расход варьируется от 0,5 до 3 Нм3/мин/мм2 площади отверстия сопла, в зависимости от целевого давления и размера частиц.
Вопрос: Насколько маленькими можно сделать частицы путем распыления?
Ответ: Распыление газа и воды позволяет получать порошки размером до 5-10 микрон. Специализированные методы, такие как ультразвук или плазма, могут генерировать субмикронные частицы. Меньшие размеры имеют гораздо более низкую производительность.
Вопрос: Насколько стабильно распределение частиц по размерам?
Ответ: Хорошо спроектированные системы распыления могут обеспечить CV 5-10% при нормальном распределении частиц по размерам. Более жесткое распределение возможно, но требует тщательной разработки и контроля процесса.
Вопрос: Сколько порошка можно произвести в процессе центробежного распыления?
Ответ: Центробежные распылители относительно компактны и дешевле. Производственная мощность колеблется от 10 до 100 кг/ч, подходит для небольших объемов специальных сплавов.
Вопрос: Что определяет капитальные затраты на систему распыления?
Ответ: Ключевыми факторами являются обрабатываемый сплав, размер и целевое распределение частиц, производительность, контроль и конструкционный материал. Система газового распыления производительностью 500 кг/ч стоит около $1-2 миллионов.
Вопрос: Какие меры предосторожности необходимы при распылении порошка?
Ответ: Крайне важно использовать надлежащие средства индивидуальной защиты при работе с горячим металлом и распыленным порошком. Сдерживание избыточного распыления, надлежащая вентиляция, оборудование для мониторинга газов и пыли, а также схемы аварийной остановки помогают снизить риски.
Вопрос: Какое обслуживание требуется распылительному оборудованию?
О: Форсунки, вращающиеся пластины и циклоны-сборщики со временем изнашиваются и требуют замены. Шланги, клапаны, датчики и насосы необходимо регулярно обслуживать. Правильный запуск и остановка предотвращают образование отложений. Обучение персонала протоколам имеет жизненно важное значение.
Вопрос: Как осуществляется обработка и хранение порошка после распыления?
Ответ: Порошок следует быстро переместить из коллекторов в герметичные контейнеры, чтобы ограничить воздействие и окисление. Контроль влажности имеет решающее значение. В стандартную комплектацию входит отдельное хранилище с комнатной температурой, системой пожаротушения и взрывоотводом.
Вопрос: Какие стандарты применяются к проектированию систем распыления?
Ответ: Универсальных стандартов не существует, но применимые нормы и стандарты для сосудов под давлением и стандарты материалов диктуют выбор конструкции. Проконсультируйтесь с опытными поставщиками, знакомыми с местными правилами и требованиями. Получите юридический и нормативный совет при установке новых опасных систем.
