【０００１】
本発明は、液体金属をタンディッシュから流出口を介して冷却チャンバ内へガスによって噴出させ、あるいは被覆すべき表面に粉砕粒子を推進ガスで緻密に吹き付ける金属溶湯のアトマイズ（粉粒化）方法およびこの方法を実施するための装置に関する。
【０００２】
緻密な金属皮膜を得るために既に提案されている方法においては、金属を溶湯浴から推進ガスで噴出させ、凝固しつつある溶湯粒滴を被覆すべき表面等のターゲット（基板）に付着させることによって、圧密状態の皮膜を形成する。推進媒体によって溶融金属をアトマイズする際に、通常は常温の不活性な推進ガスジェットを用いており、従来方法ではいずれも、一般に高圧のガスを多量に必要とする。アトマイズするため、そしてアトマイズされた金属粒子を緻密化するために、種々のノズル形状が提案されている。しかし、これら従来方法の経済性は一般に推進ガスの必要量と必要圧によって実質的に決まる。
【０００３】
本発明の目的は、上記のような方法において、効率的に且つ小型の装置によって、推進ガスの必要量を大幅に低減し、より微細なアトマイズを可能とし、同時に、アトマイズする金属溶湯に添加成分を付加することも可能として、溶融金属をアトマイズできるようにすることである。この目的を達成するために、本発明の方法は、金属溶湯を環状間隙を通して流出口へ導入し、この流出口へ温度２５０℃〜１３００℃、超臨界圧２〜３０バールの高温ガスを該流出口と同心円状のラバル・ノズルを介して噴出させ、上記高温ガスを超音速で、半径方向外向き成分を持たせ、または渦巻き状にして、上記溶湯に接触させる。前記従来の技術とは異なり、温度２５０℃〜１３００℃、超臨界圧２〜３０バールの高温ガスを用いることにより、推進ガスの粘性が従来よりも増大するので、剪断力がより効率的に作用して、金属溶湯がより細かく粉砕され、直径ｄ５０が１０μｍ以下の小さい粒子が得られる。同時に、通常の低温の推進ガスを用いた場合に比べて推進ガスの必要量が１／３〜１／５に低減され、金属粉末化プロセスの経済性が大幅に向上する。他の利点として、金属流出口において、温度差が小さいため金属溶湯が凝固しない。溶湯を環状間隙を通して流出口へ導入することにより、溶湯の流入量を調節することができ、それにより、環状間隙を適当に調節することにより単位時間当たりの流量を簡単に調節でき、更に、推進ガスを流出口と同心円状に導入することにより、環状間隙を画定する構造部材を第二の同心円管として、すなわち更に別の材料を注入するための注入管として用いることができる。高温ガスを超音速で、半径方向外向き成分を持たせ、または渦巻き状にして、溶湯に接触させることにより、少ない推進ガス量で大きい剪断力を伝達することができ、これにより、金属溶湯との衝突時に高温であるために粘性の高い推進ガスジェットを急速に減速して高効率かつ急速に粉砕を確実に行なうことができる。高温ガスを溶湯外皮の内部に噴出させて半径方向外向き成分を持たせて金属溶湯に接触させることにより、ガスに溶湯外皮を強制的に貫通させて溶湯外皮を引き裂いて開かせる。これによる本質的な利点として、中空の溶湯外皮を半径方向に引き裂いて開くことで、個々の粉末粒子が単一粒から成る粉末が得られる。溶湯外皮が半径方向に引き裂かれて開からるので、半径方向に均等な紐状に形成された後に、極めて均一な粒滴が形成される。単一粒から成る粉末は粉末冶金プロセス用として非常に好適である。
【０００４】
ラバル・ノズルから流出する高温ガスの流れの条件も、未膨張推進ジェットを形成するように調節できる。その結果、マッハノード間に体積膨張部分があるとそのマッハノード間の領域において圧力破裂が生じる。ジェット内の振動干渉によって、溶湯粒滴に剪断応力が負荷され、超臨界条件の増加を伴って周波数が上昇し、推進ガスジェットの軸方向におけるマッハノード間の間隔が減少する。未膨張ジェットがノズルから噴出すると直ちに膨張が起きる。このタイプの装置形態においては、被覆対象表面までの距離を極めて短くして装置を小型化することができる。望ましい態様においては、高温ガスが偏向材を介して噴出させ、偏向材の適当な調節により、ラバル・ノズルからの噴出流の有効断面積を必要に応じて調節できる。偏向材を用いたもう一つの利点として、流出する高温ガスに、半径方向外向きまたは渦巻き状の流れ成分を付加することもできる。
【０００５】
望ましい態様においては、管内に同心円状に上記高温ガス用のラバル・ノズルを配し且つ環状間隙を形成したランスを用い、例えばＣＯ、Ｈ２、Ｏ２もしくはＨ２Ｏ蒸気のような反応性ガス、および／または、例えばＮ２もしくはアルゴン、および／または、例えばＷＣ、ＴｉＣもしくはＶＣのような炭化物を、上記環状間隙を通して注入する。ラバル・ノズルを備えたランスを取り巻く管は、その下端が金属溶湯の進行に必要な環状間隙を画定し、同時に、ランスと管との間に反応性ガスおよび／または不活性ガスの注入用の環状空間を形成する。この形態はプロセスの制御にとって有利であり、金属粉末、または、例えばＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３もしくはＹ２Ｏ３および／または炭化物のような添加物を注入ガス流に混入することにより、非常に簡単な装置構造で、種々のアトマイズ要件に適合できる。
【０００６】
高温推進ガスによって噴出し且つこの噴出時に効果的にアトマイズされた金属溶湯の輻射熱を用いて高温ガスを加熱することができる。すなわち、噴出する溶湯粒子を取り巻く熱交換器内で高温ガスを加熱することが望ましい。
【０００７】
既に述べたように、高温ガスを用いることによって、非常に小さい粒子が形成されるので、極微細粒子の流れが形成され、この流れは冷却チャンバ内で下降流とは別の外向きの渦巻き状の流れとなる。この極微細粒子は更に、アトマイズされた溶湯の下降流内に吸い込まれて、アトマイズされた溶湯を急冷する一因となる。冷却作用を持ち、効率的な粒子粉砕を妨げる一因となる極微細粒子の部分を減らすために、そして、タンディッシュの流出口の領域において極微細粒子が固まることがないように、冷却チャンバ内を上昇する、凝固しつつある溶湯の極微細粒子を、溶湯の流入位置の下方で吸い出して流出ゲートから取り出す。固形添加材を注入する態様において、例えば炭化珪素、Ａｌ２Ｏ３もしくはＹ２Ｏ３を微粉末として環状空間から注入することにより、金属マトリクス複合材料あるいはセラミックス・金属複合材料を得ることができ、それにより耐摩耗性の非常に高い皮膜が得られる。これは、複数のノズルを用いた複雑な形状の装置を用いずに、単一のラバル・ノズルとこれに隣接して配置した偏向材から単に高温の推進ガスを噴出させることによって実行可能であり、燃料消費量を大幅に低減して全ての対象物を考慮しても、単に必要なことは、環状間隙を調節するために管を適当に調節できることと、注入ガスを適当に選択することである。更に、ジェット形状を望み通りに設定し且つ用いる材料と適合させるのは簡単であり、その手段は、高温ガスノズルまたは偏向材を軸方向に十分変位可能とし、および／または、偏向材を容易に交換可能とすることである。本発明の大きな利点として、金属溶湯の種類によらず効率的なアトマイズが可能であり、合金のアトマイズが可能であり、特にＦｅＶ、ＦｅＣｒ、ＦｅＷ、ＦｅＴｉ、ＦｅＭｏ等のフェロアロイのアトマイズが可能である。
【０００８】
本発明の望ましい態様においては、タンディッシュ内の圧力を１．５〜２５バールに維持し、冷却チャンバ内の圧力を１．５〜１０バールに維持する。このように圧力を維持することにより、溶湯が加圧ガスで飽和する。この加圧ガスは例えばアルゴンである。加圧ガスで飽和した溶湯は分散が促進されるので、より微細なアトマイズが可能になる。このガスの導入は、タンディッシュの底部羽口または浸漬ランスから行なうことができる。
【０００９】
本発明の方法を実施するための装置は、溶湯用のタンディッシュおよび溶湯中に浸漬する浸漬管を備え、この浸漬管が、溶湯用の流出口と推進ガス噴出用のランスとを取り巻く環状間隙を形成しており、ランスは推進ガスを噴出できるようになっている。本発明の装置の基本的な特徴は、上記高さ調節可能なランスがラバル・ノズルを備えていることであり、望ましくは、ラバル・ノズルの連続拡大領域に、または流れ方向に関して該連続拡大領域の下流側に、偏向材が高さ調節可能に配置され、ラバル・ノズルと偏向材との間の空隙断面が軸方向に沿って流出端に向かって増大し且つラバル・ノズルの最も狭い断面より大きい。ラバル・ノズルの連続拡大領域にまたは流れ方向に関して該連続拡大領域の下流側に配置された偏向材は、推進ガスの消費量を最少化するように高さ調節可能であり、望みの超音速を得るために単に必要なのは、ラバル・ノズルの内壁と偏向材との間の空隙断面積が、流出端に向かう軸方向でラバル・ノズルの最も狭い断面積よりも必ず大きく且つ軸方向に沿って増大していることである。ただし、偏向材を設けることは必ずしも必要ではなく、偏向材なしでも効率的なアトマイズが可能であることは判明しており、特に、以下で説明する本発明の望ましい態様のように、ランスの開口部がタンディッシュの流出口内で浸漬管の下端より下方であれば、良好な結果が得られる。そのために、ランスは高さ調節可能となっている。
【００１０】
添加成分を注入するのに適した環状空間を得るために、ランスの外径は浸漬管の空隙直径より小さく、ランスが浸漬管の蓋を気密状態で貫通しており、ガスおよび／または反応性金属粉末および／または添加材を供給するためのダクトが、ランスを取り囲む浸漬管の空間内に開口している。ガスおよび／または反応性金属粉末を供給するために、ダクト内に調節式絞り弁を設けることができ、それにより、ランスと浸漬管との間の体積を適当な負圧下に任意に維持することで、付加的に脈流を得ることができる。ただし、上記の絞り弁を完全に閉じておくことも可能である。
【００１１】
望ましい態様においては、偏向材が、そのジャケット上に複数の偏向表面を備えた円錐体である。偏向材をこのようにすることにより、以下で説明する望ましい態様のように、各偏向表面が、Ｓ字状に湾曲していて、その周縁方向端部が上記円錐体の基礎円の接線に対して同じ角度である。
【００１２】
以下に、実施例により本発明を更に詳細に説明する。
【００１３】
図１に、金属浴２が溶融状態で維持されている溶湯タンディッシュ１の断面図を示す。この金属浴を溶融状態に維持するために、コイル３で模式的に示したような誘導加熱装置を設けても良い。
【００１４】
金属浴中に浸漬した管４の下端とタンディッシュ４の底部との間に環状ギャップが画定されている。この管４は、両頭矢印５で示した向きに高さ方向に調節可能であり、それによって単位時間にタンディッシュ１から流出する金属溶湯の量を簡単に調節できる。
【００１５】
管４を閉鎖している蓋６を気密状態で貫通するランス７は、両頭矢印８の向きに高さを調節可能である。ランス７は高温ガスの流出端がラバル・ノズル９で構成されている。このようにラバル・ノズルの形態としたことにより、高温ガスが超臨界条件下で供給されると、連続的に拡大している断面で急速な膨張が起きることで超音速に達し、最も狭い断面で正確に音速に調節される。この連続拡大領域に配置した偏向材１０は、適当な棒材１１で両頭矢印１２の向きに軸方向に調節できる。偏向材を適当に調節することにより、ジェット形状を調節できるので、個々の有効断面がラバル・ノズル９の最も狭い箇所から軸方向に拡大しているだけで、急速膨張による超音速を確実に達成することができる。
【００１６】
ランス７から出た推進ガスは、隣接する冷却チャンバ１３に達する。冷却チャンバ１３内にはターゲット１４を配置できる。推進ガスジェットは、高温であるため適度な粘性を持っていて、流出してくる金属溶湯に超音速で衝突し、急速かつ効果的な粉砕が行なわれ、ターゲット１４に皮膜が被覆される。ターゲット１４を配置しない場合は、適度に粉砕された金属粉末が、冷却チャンバ１３内から冷却チャンバ１３の下端にある流出ゲート１５を通して引く抜かれる。凝固しつつある金属粒滴から放出される熱は、冷却チャンバを取り囲んでいる熱交換器１６を介して利用できる。低温ガスがダクト１７から熱交換器１６に供給され、高温ガスがダクト１８から引く抜かれる。高温ガスの温度が十分に高い場合には、高温ガスをダクト１８からランス７に直接供給することができる。通常の伝熱式熱交換器（図示せず）を用いて更に加熱することもできる。
【００１７】
冷却チャンバ１３の内部に設けた環状ダクト１９を介して、極微細粒子を引く抜くことができる。極微細粒子を、ダクト２０を通して篩い分け手段２１に供給し、流出ゲート２２を通して極微細粉末として放出できる。このように、放出される極微細粉末は下降流には混入せず、推進ガスジェットにより粉砕される粒滴の凝固挙動には影響を及ぼさない。
【００１８】
ランス７は管４の内壁から離して案内されており、自由な環状間隙２３が確保されている。添加材をダクト２４からこの環状間隙に注入することができる。この添加材としては、代表的には、ＣＯ、Ｈ２、Ｎ２、Ｏ２等の反応性ガスがあり、金属粒子を部分的に酸化した場合にはＨ２Ｏ蒸気も含まれる。これらの注入量は、調節式絞り弁２５によって設定できる。ガス流に乗せて流入させ得る種々の粉末状材料も、貯蔵槽２６から添加成分としてこのダクトに注入できる。分散可能な固形材として、代表的には、金属粉末、ＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３あるいはＹ２Ｏ３も、ダクト２４を介して環状間隙２３に注入することができ、これら固形材は、高温ガス流に乗って金属溶湯に注入され金属溶湯と強烈に接触する。
【００１９】
図２に、他の形態の推進ガス用ランスを示す。この形態の場合、ランス７の開口部は、タンディッシュ１の流出口内で、浸漬管４の下端よりも下方に位置している。このランスでは、ラバル・ノズル９の偏向材が省略できる。実験結果によると、推進ガス用ノズルを流出溶湯流に深く差し込むほど良好なアトマイズが行なわれることが分かった。
【００２０】
推進ガスとしては、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウムのような不活性ガスが先ず考えられるが、更に、ＣＯ、Ｈ２、あるいはこれに水蒸気を任意に混入したガスのような反応性ガスであっても、酸化性のアトマイズをしたい場合には、必要に応じて用いることができる。
【００２１】
金属溶湯としては、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｍｇの溶湯や、希土類金属の溶湯あるいはその合金の溶湯、特にＣｏ基超合金の溶湯がある。得られる粉末は、例えば熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）等の粉末冶金法に特に適しているが、金属射出成形（ＭＩＭ：Ｍｅｔａｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ）に用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、金属浴が溶融状態で維持されている溶湯タンディッシュの断面図である。
【図２】
図２は、他の形態の推進ガス用ランスを示す。[0001]
The present invention relates to a method for atomizing a molten metal, in which liquid metal is jetted out of a tundish via an outlet into a cooling chamber by a gas, or fine particles are finely sprayed with a propellant gas onto a surface to be coated. An apparatus for performing the method is provided.
[0002]
In a method that has already been proposed for obtaining a dense metal film, a metal is ejected from a molten metal bath with a propelling gas, and solidifying molten metal droplets adhere to a target (substrate) such as a surface to be coated. Thereby, a film in a compacted state is formed. When the molten metal is atomized by the propulsion medium, an inert propellant gas jet at normal temperature is usually used, and all of the conventional methods generally require a large amount of high-pressure gas. Various nozzle shapes have been proposed for atomizing and for densifying the atomized metal particles. However, the economics of these conventional methods are generally substantially determined by the required amount and pressure of the propellant gas.
[0003]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method as described above, in which the required amount of propellant gas is greatly reduced by an efficient and small-sized device, and finer atomization is enabled. To allow the molten metal to be atomized. In order to achieve this object, the method of the present invention comprises introducing a molten metal into an outlet through an annular gap, into which a hot gas having a temperature of 250 ° C. to 1300 ° C. and a supercritical pressure of 2 to 30 bar is introduced. The hot gas is ejected through a Laval nozzle concentric with the outlet, and the hot gas is brought into contact with the molten metal at a supersonic speed with a radial outward component or in a spiral shape. Unlike the prior art, by using a hot gas having a temperature of 250 ° C. to 1300 ° C. and a supercritical pressure of 2 to 30 bar, the viscosity of the propellant gas increases more than before, so that the shearing force acts more efficiently. to, the more finely ground the molten metal, the diameter d 50 is obtained following small particles 10 [mu] m. At the same time, the required amount of the propellant gas is reduced to 1/3 to 1/5 as compared with the case where a normal low-temperature propellant gas is used, and the economics of the metal powdering process is greatly improved. Another advantage is that the molten metal does not solidify at the metal outlet due to the small temperature difference. By introducing the molten metal to the outlet through the annular gap, the inflow of the molten metal can be adjusted, whereby the flow rate per unit time can be easily adjusted by appropriately adjusting the annular gap, and furthermore, the propulsion By introducing the gas concentrically with the outlet, the structural member defining the annular gap can be used as a second concentric tube, ie as an injection tube for injecting further material. By bringing the hot gas at supersonic speed, having a radially outward component, or spiraling, and contacting the molten metal, it is possible to transmit a large shear force with a small amount of propelling gas, thereby enabling Because of the high temperature at the time of collision, the viscous propellant gas jet can be rapidly decelerated to ensure high efficiency and rapid pulverization. By injecting the high-temperature gas into the inside of the molten metal shell to have a radially outward component and contact the molten metal, the gas is forcibly penetrated through the molten metal shell and the molten metal shell is torn open. The essential advantage of this is that by tearing open the hollow melt shell in the radial direction, a powder is obtained in which the individual powder particles consist of a single grain. Since the molten metal shell is torn open in the radial direction, extremely uniform droplets are formed after the molten metal shell is formed into a uniform string shape in the radial direction. Single grain powders are very suitable for powder metallurgy processes.
[0004]
The hot gas flow conditions exiting the Laval nozzle can also be adjusted to form an unexpanded propulsion jet. As a result, if there is a volume expansion portion between the Mach nodes, pressure rupture occurs in a region between the Mach nodes. Due to the vibration interference in the jet, a shear stress is applied to the molten metal droplet, the frequency increases with the increase of the supercritical condition, and the interval between the Mach nodes in the axial direction of the propulsion gas jet decreases. Expansion occurs as soon as the unexpanded jet is ejected from the nozzle. In this type of device configuration, the distance to the surface to be coated can be made extremely short to reduce the size of the device. In a preferred embodiment, the hot gas is jetted through the deflecting material, and by appropriate adjustment of the deflecting material, the effective cross-sectional area of the jet flow from the Laval nozzle can be adjusted as needed. Another advantage of using a deflecting material is that a radially outward or spiral flow component can be added to the exiting hot gas.
[0005]
In a preferred embodiment, a reactive gas such as CO, H 2 , O 2, or H 2 O vapor is provided by using a lance in which a Laval nozzle for the high-temperature gas is arranged concentrically in a tube and an annular gap is formed. , and / or, for example, N 2 or argon, and / or, for example WC, carbides such as TiC or VC, is injected through the annular gap. The tube surrounding the lance with the Laval nozzle has a lower end defining an annular gap necessary for the advance of the molten metal, and at the same time, between the lance and the tube for the injection of reactive and / or inert gas. Form an annular space. This form is advantageous for process control and is very simple by incorporating metal powder or additives such as, for example, SiC, Al 2 O 3 or Y 2 O 3 and / or carbides into the injection gas stream. With a simple device structure, it can meet various atomizing requirements.
[0006]
The high-temperature gas can be heated by using the radiant heat of the molten metal which is jetted by the high-temperature propelling gas and which is effectively atomized at the time of the jetting. That is, it is desirable to heat the high-temperature gas in the heat exchanger surrounding the ejected molten particles.
[0007]
As already mentioned, the use of a hot gas results in the formation of very small particles, so that a flow of ultrafine particles is formed, which flows in the cooling chamber in a separate outward spiral from the descending flow. It becomes the flow of. These ultrafine particles are further sucked into the descending flow of the atomized molten metal and contribute to rapid cooling of the atomized molten metal. In order to reduce the portion of ultrafine particles that have a cooling effect and contribute to the efficient grinding of particles, and to prevent the ultrafine particles from solidifying in the region of the outlet of the tundish, The ultra-fine particles of the solidifying molten metal which is rising are sucked out below the inflow position of the molten metal and taken out from the outflow gate. In the embodiment in which the solid additive is injected, for example, a metal matrix composite material or a ceramics-metal composite material can be obtained by injecting silicon carbide, Al 2 O 3 or Y 2 O 3 as fine powder from an annular space. As a result, a film having extremely high wear resistance is obtained. This can be done by simply injecting hot propellant gas from a single Laval nozzle and a deflector located adjacent to it, without the need for complexly shaped devices with multiple nozzles. Despite significantly reducing fuel consumption and considering all objects, all that is needed is to be able to properly adjust the tubing to adjust the annular gap and the proper choice of injection gas. is there. Furthermore, it is easy to set the jet shape as desired and to match the material used, the means making the hot gas nozzle or the deflecting material sufficiently displaceable in the axial direction and / or easily changing the deflecting material. It is possible. As a great advantage of the present invention, it is possible to atomize efficiently regardless of the type of the molten metal, and to atomize an alloy. .
[0008]
In a preferred embodiment of the invention, the pressure in the tundish is maintained at 1.5 to 25 bar and the pressure in the cooling chamber is maintained at 1.5 to 10 bar. By maintaining the pressure in this manner, the molten metal is saturated with the pressurized gas. This pressurized gas is, for example, argon. Since the dispersion of the molten metal saturated with the pressurized gas is promoted, finer atomization becomes possible. The introduction of this gas can take place from the bottom tuyere of the tundish or from a dip lance.
[0009]
The apparatus for carrying out the method according to the invention comprises a tundish for the melt and a dip tube immersed in the melt, the dip tube having an annular gap surrounding an outlet for the melt and a lance for jetting the propellant gas. The lance is capable of ejecting propellant gas. A basic feature of the device according to the invention is that the height-adjustable lance is provided with a Laval nozzle, preferably in the continuous expansion region of the Laval nozzle or in the flow direction. Downstream of the laval nozzle, the height of the deflector is adjustable so that the gap cross section between the Laval nozzle and the deflector increases axially toward the outflow end and is smaller than the narrowest cross section of the Laval nozzle. large. Deflectors located in the continuous expansion region of the Laval nozzle or downstream of the continuous expansion region with respect to the flow direction are height-adjustable to minimize propellant gas consumption and provide the desired supersonic speed. All that is required to obtain is that the cross-sectional area of the gap between the inner wall of the Laval nozzle and the deflecting material is necessarily larger and increases in the axial direction towards the outflow end than the narrowest cross-sectional area of the Laval nozzle It is doing. However, it is not always necessary to provide a deflecting member, and it has been found that efficient atomization can be performed without the deflecting member. In particular, as in a desirable embodiment of the present invention described below, the opening of the lance Good results are obtained if the part is below the lower end of the dip tube in the outlet of the tundish. For this purpose, the lance is adjustable in height.
[0010]
In order to obtain an annular space suitable for injecting the additional components, the outer diameter of the lance is smaller than the gap diameter of the dip tube, and the lance penetrates the lid of the dip tube in an airtight manner, and the gas and / or reactive A duct for feeding metal powder and / or additives opens into the space of the dip tube surrounding the lance. An adjustable throttle valve can be provided in the duct to supply gas and / or reactive metal powder, thereby optionally maintaining the volume between the lance and the dip tube at a suitable negative pressure. Thus, a pulsating flow can be additionally obtained. However, it is also possible to completely close the throttle valve.
[0011]
In a preferred embodiment, the deflecting material is a cone with a plurality of deflecting surfaces on its jacket. By making the deflecting material in this manner, each of the deflecting surfaces is curved in an S-shape, and its peripheral end is tangent to the tangent of the base circle of the cone, in a desirable mode described below. And at the same angle.
[0012]
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
[0013]
FIG. 1 shows a sectional view of a molten metal tundish 1 in which a metal bath 2 is maintained in a molten state. In order to maintain the metal bath in a molten state, an induction heating device as schematically shown by the coil 3 may be provided.
[0014]
An annular gap is defined between the lower end of the tube 4 immersed in the metal bath and the bottom of the tundish 4. The pipe 4 is adjustable in the height direction in the direction indicated by the double-headed arrow 5, so that the amount of the molten metal flowing out of the tundish 1 per unit time can be easily adjusted.
[0015]
The lance 7 which passes through the lid 6 closing the tube 4 in an airtight manner is adjustable in height in the direction of the double-headed arrow 8. The lance 7 has a Laval nozzle 9 at the outflow end of the high-temperature gas. By adopting the Laval nozzle configuration, when hot gas is supplied under supercritical conditions, rapid expansion occurs in the continuously expanding cross section, reaching supersonic speed, and the narrowest cross section Is adjusted to the speed of sound accurately. The deflecting member 10 arranged in this continuous enlarged area can be adjusted in the axial direction in the direction of the double-headed arrow 12 with a suitable bar member 11. By appropriately adjusting the deflecting material, the jet shape can be adjusted, so that the supersonic speed due to rapid expansion can be reliably achieved only by increasing the effective cross section of each individual section from the narrowest point of the Laval nozzle 9 in the axial direction. can do.
[0016]
The propellant gas leaving the lance 7 reaches the adjacent cooling chamber 13. A target 14 can be arranged in the cooling chamber 13. The propelling gas jet has an appropriate viscosity due to its high temperature, and collides with the outflowing metal melt at a supersonic speed to perform rapid and effective pulverization, so that the target 14 is coated with a film. When the target 14 is not disposed, the appropriately pulverized metal powder is pulled out of the cooling chamber 13 through the outflow gate 15 at the lower end of the cooling chamber 13. The heat released from the solidifying metal droplets is available via a heat exchanger 16 surrounding the cooling chamber. Cold gas is supplied from duct 17 to heat exchanger 16 and hot gas is withdrawn from duct 18. If the temperature of the hot gas is sufficiently high, the hot gas can be supplied directly from the duct 18 to the lance 7. Further heating can be performed using a normal heat transfer type heat exchanger (not shown).
[0017]
Via the annular duct 19 provided inside the cooling chamber 13, ultrafine particles can be pulled out. The ultrafine particles can be supplied to the sieving means 21 through the duct 20 and discharged as ultrafine powder through the outlet gate 22. In this way, the released ultrafine powder does not enter the downflow and does not affect the solidification behavior of the droplets ground by the propellant gas jet.
[0018]
The lance 7 is guided away from the inner wall of the tube 4 so that a free annular gap 23 is ensured. Additives can be injected into this annular gap from duct 24. The additive typically includes a reactive gas such as CO, H 2 , N 2 , and O 2 , and also includes H 2 O vapor when metal particles are partially oxidized. These injection amounts can be set by the adjustable throttle valve 25. Various powdered materials which can be carried over the gas stream can also be injected into this duct from the storage tank 26 as additional components. As a dispersible solid material, typically, a metal powder, SiC, Al 2 O 3 or Y 2 O 3 can also be injected into the annular gap 23 through the duct 24. It is injected into the molten metal along the flow and comes into intense contact with the molten metal.
[0019]
FIG. 2 shows another form of lance for propellant gas. In this case, the opening of the lance 7 is located below the lower end of the immersion tube 4 in the outlet of the tundish 1. In this lance, the deflection material of the Laval nozzle 9 can be omitted. According to the experimental results, it was found that the deeper the propellant gas nozzle was inserted into the flow of the molten metal, the better the atomization was performed.
[0020]
As the propellant gas, for example, an inert gas such as nitrogen, argon, and helium can be considered first, and further, a reactive gas such as CO, H 2 , or a gas obtained by arbitrarily mixing water vapor with CO or H 2 . Can also be used as needed if oxidizing atomization is desired.
[0021]
Examples of the metal melt include a melt of Al, Cu, Fe, Ni, Co, Ti, and Mg, a melt of a rare earth metal or its alloy, and particularly a melt of a Co-based superalloy. The resulting powder is particularly suitable for powder metallurgy such as hot isostatic pressing (HIP), but can also be used for metal injection molding (MIM).
[Brief description of the drawings]
FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a molten metal tundish in which a metal bath is maintained in a molten state.
FIG. 2
FIG. 2 shows another form of lance for propellant gas.