Spôsob výroby zrnitého materiálu

Číslo patentu: E 272

Dátum: 13.02.2003

Autori: Rajner Walter, Walcher Martin

Je ešte 7 strán.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

SPÓSOB VÝROBY ZRNITÉHO MATERIÁLU OPIS Vynález sa týka spôsobu riadenej výroby zmitého materiálu z taveninyJe známa výroba zmitého materiálu ztavenín materiálov ako sú plastické hmoty,prírodné materiály, sklá a tiež kovy. Po malých zrnách týchto materiálov pri tom dopyt stále rastie.Doteraz známymi metódami a procesmi sa produkuje zmítý materiál, ktorý sa môže nazývať tiež prášok, granulát, krupica apodobne. Pre zjednodušenie ho v následnom texte budeme nazývať prášok. Takéto prášky sa používajú napr. pri vstrekovaní, pri výrobe legúr,pri výrobe kompozitných materiálov, sintrovacích materiálov, katalyzátorov, náterových látok a lakov, pri výrobe pien atď.Po práškoch s malými rozmermi a s určitým tvarom zŕn za nízke ceny je na trhu veľký dopyt. Doteraz boli takéto prášky medzi iným vyrábané tak, ako je to popísané V patente WO 01/62987, kde tekuté taveniny ako oxidické trosky, sklá alebo taveniny kovu boli pomocou vysokotlakej plynovej expanzie nárazovo rozprašované do priestoru napr. pomocou rotujúcich platní, ktoré vzniknuté kvapky rozprašovali atakto ich zmenšovali (Rotating Disc Method),alebo pomocou valcov (Roller Atomization), pri ktorých roztavené kvapky kovu dopadaj ú na rotujúce valce, z týchto valcov sú odrážané a počas letu tuhnú. Ďalší typický spôsob rozprašovania predstavuje rozprašovanie pomocou vody. Masovo sa používa rozprašovanie pomocou plynu. Pri tomto procese sú používané trysky ako Lavalova tryska, v ktorej je tavenina najprv vysoko zrýchlená, na základe tohto zrýchlenia má na výstupe z trysky Vysokú rýchlosť a V priestore okamžite expanduje a rozprašuje sa.Vrakúskom patente 2987350 firmy Eckart Werke je popísaný typický prípad, pri ktorom je tavenina expandujúca na výstupe ztrysky ďalej rozdeľovaná včase výstupu z trysky prúdom plynu, pričom vznikajú jemné kvapôčky taveniny, ktoré pri ochladení tuhnú a tvoria prášok. Známe sú spôsoby pri ktorých tavenina materiálu expanduj e po výstupe z jednej trysky súčasne s plynom. Nevýhodou tohto spôsobu bolo, že bol ťažko ovládateľný,musel byť často prerušovaný anemohol byť využívaný ako kontinuálny spôsob výroby. Náklady na energie u tohto spôsobu boli vysoké.Z patentu firmy Pacific Metals Co.Ltd., W 0 99/ 1 1407 je známa výroba kovového prášku pomocou rozprášenia roztaveného kovu. Počas tejto výroby je prúdiaci kov na konci trysky rozprášený tým, že V strede trysky je okolo neho laminárny prúd plynu ana výstupe z kužeľovitej trysky sa k týmto dvom prúdom pridáva prúd tekutiny, ktorý zosilňuje rozprašovanie. Pri tomto procese sa musí k prúdu plynu dodatočne pridávať prúd tekutiny čo činí tento proces ešte zložitejším.Z EP-A-1038976 je známy postup, pri ktorom rozprášené kvapky taveniny vo vnútri rozprašovacieho lúča pomocou ďalšieho spálenia horúcich plynov po výstupe z rozprašovacej trysky vo vnútri chladiacej komory sú ešte raz zohriate, čím sa zlepší rozdelenie kvapiek taveniny zohriatím od zhorených plynov, tým sa zlepší jemnosť vyrobeného prášku. Tento spôsob výroby je veľmi náročný na energiu, lebo si vyžaduje chladenie stien chladiacej komory a pri výrobe čiastočiek malých rozmerov musia byť urobené zložité opatrenia.Nevýhodou známych spôsobov bolo tiež to, že pri nastavenom pomere plyn/tekutina vznikalo spektrum vyrábaných častíc určitého tvaru aveľkosti atoto spektrum sa nedalo ničím ovplyvňovať.Pre vynálezcu vyplynula úloha vytvoriť kontinuálne pracujúci, efektívny spôsob výroby prášku z taveniny materiálu, ktorý umožňuje riadiť veľkosť a tvar častíc.Táto vynálezecká úloha bude riešená spôsobom so znakmi uvedenými V patentovom nároku l. Ďalšie výhodné riešenia vyplývajú zo závislých nárokov.Neočakávaným bolo zistenie, že spôsobom podľa vynálezu sa pomocou dvakrát nastaveného pomeru plyn/tavenina pri prvom kroku miešania v tavenine a náhlej expanzii na výstupe z trysky dá ovládať spektrum veľkosti zrn a to vzhľadom na strednú veľkosť častíc aj vzhľadom na spektrum celkového rozloženia častíc, pričom pri rovnakej spotrebe plynu môžu byť získané menšie častice, ako pri spôsoboch, pri ktorých je plyn prívádzaný iba jedenkrát.V prvom kroku miešania pridaním väčšej dávky plynu k tavenine sa zmenšuje priemerná veľkosť častíc.Pomer hmotnostných prietokov obidvoch fáz GLR m 3 z mlíq (pomer plyn/tekutina) je definovaný nasledujúcimi faktormil) vstupné priemery do miešacej komory Ag. prípadne Am2) na vstupe priľahlé pretlaky pogas, prípadne pojgq.Obidva faktory môžu byť podmienečne vynálezom regulované, aby sa zabezpečil stály pomer GLR počas tryskania. Vplyv GLR na jemnosť prášku je ukázuje obrázok 4. Z neho je zrejmé, že pomocou regulácie vstupných priemerov Agas, prípadne Am, alebo priľahlých pretlakov pqgas prípadne pQJiq, obidva zodpovedajú hmotnostnému prietoku obidvoch komponent, môže byť riadená jemnost čiastočiek.Prídavok ďalších plynov na výstupe z trysky vedie k získaniu ešte jemnej šieho materiálu. Ktomu je dôležité poznať pomery prúdov v miešacej komore. Podľa rýchlosti tekutej alebo plynnej fázy ( Vuąj m 1 / A) sa môžu vytvorit rôzne režimy prúdenia.Pri spôsobe popísanom vo vynáleze sa pracuje s prúdom bublin, alebo kruhovýrn prúdom. Nastaviteľné rýchlosti plynu J G a tekutiny J L v prázdnej trubici sú uvedené v diagrame na obr.7 a sú pre odbomíka zrejmé.Počas práce v miešacej komore plynová fáza vytvára prúd malých bublin, ktoré v dôsledku znižovania tlaku expandujú a v mieste najväčšieho znižovania tlaku (v oblasti výstupu z trysky) sa rozprasknú. Pritom sa kontinuálna tekutá fáza rozkladá do ligamentov,ktoré sa V druhom kroku rozpadajú na kvapky. Kritická veľkosť kvapky pre tento Sekundárny rozpad je relatívne Weberovo číslo Wem (pozri Wallis, G.B r.l 969, One- Dimensional Two-Phase Flow, New York, Mc. GRAW-HILL)vrelv gas- vh-q je relatívna rýchlosť medzi plynom a tekutinou ( m/sec) dm, priemer kvapky tekutiny (m)pgas hustota plynu (kg/mB)o povrchové napätie taveniny (N/rn)Pre sekundámy rozpad kvapky platí že We ,ej 12-13Napríklad, aby sa pri veľkostí vodnej kvapky ddmp 50 m dosiahol na výstupe z trysky sekundámy rozpad kvapky, je potrebná relatívna rýchlosť medzi kvapkou a okolitým plynom okolo 125 m/s, ale kvôli limitujúcej dvojfázovej rýchlosti zvuku ju nie je možno dosiahnuť. Pri použití vonkajšej zmesi sa na prekvapenie dosiahne požadovaná rýchlosť pomocou ktorej sú ligmenty a kvapky na výstupe z trysky nízkoenergeticky rozprašované. Priemer čiastočiek prášku je možné riadiť pomocou rýchlosti plynu vonkajšej zmesi. Vyššie uvedený vzťah medzi bezrozmerným Weberovým číslom platí pre všetky kvapaliny aj pre kovy. To znamená, že aj Cu, Al, Zn, Sn a ďalšie môžu byť spracované týmto spôsobom.V nasledujúcej tabuľke sú kritické rýchlosti, ktorésú potrebné na sekundárne rozprášenie kvapky kovu s priemerom 50 m.Pri rozprašovaní kovov a iných materiálov je ďalej potrebné vziať do úvahy- čas potrebný na rozprášenie sekundámej kvapky materiálov, ktoré sa tavia pri vysokých teplotách je často dlhší ako čas, ktorý potrebuje kvapka na stuhnutie. Aj z tohto dôvodu sa pri čistej vnútornej zmesi nedosiahne vhodná jemnosť kvapky ( prášku).- pri stúpajúcom prietoku plynu vmiešacej komore sa bubliny združujú avytvárajú pozdĺž stien komory ztekutiny kruhový ñlm, plyn prúdi do jadra komory avytrháva so stúpajúcou rýchlosťou (napr. pri znížení tlaku) z tohto filmu kvapky tekutiny.- na výstupe trysky prítomný ñlm tekutiny (rozpadový mechanizmus popísaný pri prúde bublín, podobne aj pri kmhovom prúde) je tu naopak vystavený zvonku dodanému sekundámemu vzduchu, ktorým sa dosahuje potrebný dobrý výsledok rozprášenia, ako je to vidiet na obr. 8.- podľa vynálezcami predkladanćho spôsobu je možné riadiť tvar častíc. Okrúhle častice sa získavajú pri použití inertných plynov. Podlhovaste častice sa vyskytujú hlavne pri použití horúceho plynu (vzduch). Tvar častíc je veľmi dôležitý, je jedným z hlavných parametrov určujúcich použitie vyrobeného prášku.- vyrobením defmovanej neoddeliteľnej zmesi taveniny a plynu, ktorá po pridaní ďalšieho plynu expanduje, získame neočakávane lepšie rozdrobenie kvapiek materiálu, lepšiu reguláciu tvaru kvapiek a nastaviteľné spektrum veľkosti zŕn. Ďalším neočakávaným zistením bolo, že spotreba energie pri tomto spôsobe môže byť voči známym spôsobom plynovćho rozprašovania, pri ktorých sa používa viac plynu pri vyšších tlakoch, podstatne znížená.- prednostne expanduje neoddeliteľná zmes tavenina/plyn z rozprašovacej jednotky so zvýšením rýchlosti kvapky tekutiny o 30-100 krát voči dopravnej rýchlosti kvapky z nádoby tavenia do nádoby zachytenia. Častice plynu sa kvôli ich nízkej hmote zrýchlia ešte podstatne viacej, spôsobujú tak rozšírenia vystupujúceho lúča azlepšujú rozprášenie Na zlepšenie je možne previesť expanziu cez rozprašovanie vnútornej zmesi materiálu v priestore so zníženým tlakom. Aby sa ochladenie urýchlilo, môže priestor byť chladený.- hlavne pre kovové taveniny môže byť výhodou neoddeliteľnú zmes materiálu a plynu zostaviť v pomere plyn/roztavený materiál od 0,05 do 15, prednostne od 0,5 do 3,najvýhodnejšie od 0,3 do 1,5 kg plyn/ kg roztavený materiál.Ako materiál sa ponúka roztaviteľná plastická hmota - granuláty zplastíckej hmoty potrebné pre vstrekovacie stroje, atd. Okrem toho rozprašovania schopné materiály, ďalej recyklovaný materiál azneho vyrobený granulát môže byť použitý napr. ako prísada do cementu a pod. Ďalšie vhodné materiály sú kovy ako Zn, Ni, Al, Ag, Mg, Si, Ca, Cu, Ni, Mo,Pb, Ti, Sn, Li, Be, W, Fe, Co, Cr, Mn, Be a hlavne ich zliatiny.Kovy vo forme práškov majú rôzne použitie napr. pri liati kovov, vstrekovaní, pre výrobu kompozitov, katalyzátorov, náterových látok a farieb.Pri všetkých týchto možnostiach použitiaje zrejmé, že aj tvar častíc hrá podstatnú úlohu. Okrúhle častice majú iné sypné správanie asypný uhol ahodia sa napr. lepšie k úplnému vypĺňaniu foriem bez dutín a sú ľahšie transportovateľné na základe ich nižšieho vnútorného trenia, ako podlhovasté častice alebo častice nepravidelného tvaru, ktoré majú voči sebe vyššie trenie, čo je ale požadované pre rôzne iné formy použitia, napr. pri výrobe výliskov,alebo vytláčaní tyčí.V spôsobe podľa vynálezu môžu byt ako taveniny použité rôzne materiály ako sklo,tavenia schopná keramika a kovy na rozprašovanie dýzou. Okrem toho môžu byt použité aj tavenia schopné prírodné materiály ako masti a vosky, ktoré sú pri teplote okolia tuhé.Ako plyny sa hodia plyny vhodné pri rozprašovaní materiálu dýzou, ktoré sa zdajú odborníkom najvhodnejšie. V prípade že oxidácia hrá iba vedľajšiu rolu, môže byť ako plyn použitý cenovo výhodný vzduch, ale aj inertný plyn a každý iný druh plynu, ktorý nereaguje s rozprašovaným materiálom, napr. dusík alebo argón. Charakteristickým je plyn vybraný zo skupiny inertných plynov ako hélium, argón, dusík, ktoré ovplyvňujú tvar častíc, alebo čiastočne s taveninou reagujúcich plynov ako dusík, vzduch, kysličnik uhličitý, kysličnik uhoľnatý, vodná para, spaliny a ich zmesi, pričom priradenie plynu k inertným plynom závisí od druhu materiálu rozprašovaného dýzou, čo je pre odborníka zrejmé.Spalné plyny obsahujú predovšetkým in situ vyrobené spaliny. Pod pojmom in situ vzniknutou spalinou sa rozumie plyn, ktorý sa vytvorí v tavenine z horľavých komponentov napr. pri primiešaní uhľovodíkov do taveniny, ktorá obsahuje aj oxidácie schopné komponenty, napr. komponenty s obsahom kyslíka. Pri spaľovaní sa odrazu niekoľkonásobne zväčší objem plynu a zmes plynu a taveniny sa zvíri.Pri typickom použití tohto spôsobu sa roztaviteľné častice neoddeliteľnej zmesi počas expanzie pri výstupe z trysky zrýchlia 5 - 100 krát, pričom dochádza k ich spevneniu. Typická rýchlosť častice v zmesi, ktorá je potrubím vedená do zmiešavacej komory je 0,1 m/s a pri rozprašovaní tryskou je tak zrýchlená na 50-100 m/s.Častice plynu zmesi sú na základe ich malej hmotnosti zrýchlené až 1000 násobne.Ďalšie ciele, znaky avýhody vyplývajú znasledujúceho popisu az nárokov spoločne s priloženými obrázkami, na ktorých je znázornenáobr.l schematické zobrazenie krokov procesuobr.2 čiastočný pohľad použiteľného usporiadania na realizáciu procesu podľa vynálezu.obr.3 pohľad v reze na trysku použitú v spôsobom podľa vynálezuobr.4 výsledky rozprašovania zmesi hliníka a vzduchu tryskou bez dodatočného prísunu vzduchu na výstupe z tryskyobr.5 výsledky rozprašovania zmesi hliníka a vzduchu tryskou s dodatočným prísunom vzduchu na výstupe z tryskyobr.6 schematické zobrazenie profilov prúdeniaobr.7 profil prúdu v závislosti od rýchlosti plynu a tekutiny v prázdnej rúre a v zmiešavacej komoreobr. 8 porovnanie rozprašovania hliníka a vzduchu tryskou s prísunom a bez prísunu vzduchu na výstupe z trysky - pri rovnakom absolútnom množstveNásledne budú popísané prednostné formy realizácie vynálezu, ktoré však nie sú obmedzené len na toto použitie. Podľa tohto vynálezu môžu byt rozprašovane tiež iné tavenia

MPK / Značky

MPK: B22F 9/08, C21B 3/00, B01J 2/02

Značky: materiálů, zrnitého, výroby, spôsob

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/15-e272-sposob-vyroby-zrniteho-materialu.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Spôsob výroby zrnitého materiálu</a>

Podobne patenty