Оборудование для распыления газа

Распыление газа является одним из ключевых процессов, используемых для получения тонких металлических порошков с точным контролем размера частиц. В данном руководстве представлен полный обзор оборудования для распыления газа, включая принципы работы, типы, области применения, конструктивные особенности, поставщиков, монтаж и эксплуатацию.

Как работает газовая атомизация?

При газовом распылении высокоскоростные газовые струи разбивают расплавленный металл на мелкие капли, которые застывают в виде частиц порошка. В таблице приведены основные принципы:

Основным преимуществом газовой атомизации является возможность управления гранулометрическим составом путем регулирования технологических параметров. Это делает ее пригодной для производства порошков для перспективных применений.

Типы газовых распылителей

Существуют два основных типа систем распыления газа:

Атомайзеры с замкнутым циклом

• Распыление происходит в закрытой камере, присоединенной непосредственно к форсунке для заливки металла
• Позволяет использовать инертную/контролируемую атмосферу
• Ограниченная гибкость конструкции

Атомайзеры свободного падения

• Поток расплавленного металла свободно проходит через камеру распыления
• Обеспечивает большую гибкость при проектировании
• Открытость атмосфере

В данной таблице приводится сравнение этих двух типов:

Основные компоненты

Основные компоненты газового распылителя включают в себя:

• Плавильно-заливочный агрегат
• Камера распыления
• Подача газа высокого давления
• Система сбора порошка
• Системы контроля температуры
• Консоль управления

Области применения газовой атомизации

Порошки, распыляемые газом, находят применение во многих ответственных областях:

Возможность точного контроля размера и морфологии частиц делает порошки, полученные методом газового распыления, идеальными для производства современных материалов.

Конструктивные особенности газовых распылителей

Правильное проектирование имеет решающее значение для достижения требуемых характеристик порошка. К ключевым факторам относятся:

Газ для распыления

• Тип газа - инертный (Ar, N2) или реактивный (O2, N2+H2)
• Давление и расход газа

Конструкция форсунки

• Диаметр сопла, форма, количество сопел
• Конфигурация сопел - кольцевые щелевые или дискретные сопла

Камера распыления

• Форма и размер камеры
• Свободное падение или закрытая конструкция

Система сбора

• Конструкция коллекторной воронки
• Разделение тонких и грубых порошков
• Минимизация окисления

Скорость охлаждения

• Температура и давление газа
• Расстояние между соплом и приемной воронкой

Автоматизация

• Системы управления для безопасной, повторяемой работы
• Мониторинг и регистрация данных

Правильное проектирование имеет решающее значение для достижения желаемых характеристик, таких как размер, форма и микроструктура частиц.

Поставщики систем газовой атомизации

Существует множество производителей оборудования, которые разрабатывают и создают системы распыления газа. Вот некоторые из основных поставщиков:

Покупателям необходимо оценивать поставщиков на основе:

• Опыт и репутация в отрасли
• Опыт успешных инсталляций
• Гибкость в проектировании и настройке
• Послепродажное обслуживание и поддержка

Цены варьируются от примерно $500 тыс. до более чем $2 млн. в зависимости от мощности, возможностей и индивидуальной комплектации.

Установка и эксплуатация

Для газовых распылителей очень важны правильные процедуры установки и эксплуатации. Ниже приведены основные соображения:

• Фундаменты должны быть рассчитаны на вибрацию в процессе эксплуатации
• Все коммуникации, такие как электропитание, инертный газ, охлаждающая вода, должны быть соответствующим образом подключены.
• Системы управления должны быть откалиброваны перед использованием
• Первоначальный ввод в эксплуатацию должен производиться с использованием низкотемпературных металлов
• Обучение операторов необходимо для обеспечения безопасности и правильного выполнения процедур
• Необходимо планировать профилактическое обслуживание в соответствии с рекомендациями поставщика

Для обеспечения требуемых характеристик порошка необходим постоянный контроль и анализ гранулометрического состава и морфологии.

Техническое обслуживание и устранение неисправностей

Регулярное техническое обслуживание является важнейшим условием надежной работы газового распылителя:

Встречающиеся проблемы и советы по их устранению:

Строгий график профилактического обслуживания и процедуры мониторинга являются важнейшим условием минимизации времени простоя. Персонал должен быть должным образом обучен методам поиска и устранения неисправностей.

Выбор поставщика газовых атомайзеров

Ниже приведены основные соображения при выборе поставщика газовых распылителей:

Техническая экспертиза

• Опыт разработки распылителей для конкретных металлов или сплавов
• Возможность достижения желаемого размера и морфологии частиц
• Понимание таких требований, как работа с инертными веществами, защитные атмосферы

Персонализация

• Возможность изменения конструкции с учетом производственной мощности, характеристик порошка
• Интеграция дополнительных функций, таких как дегазаторы, легирующие добавки

Качество

• Постоянное производство порошка в соответствии с техническими требованиями
• Надежное оборудование с минимальным временем простоя
• Репутация высококачественного производства

Сервис

• Техническая поддержка при установке, запуске и эксплуатации
• Программы обучения операторов
• Наличие запасных частей и сервисного обслуживания

Ценообразование

• Общая стоимость, включая вспомогательное оборудование, средства управления, опции
• Анализ экономической эффективности пользовательских функций
• Послепродажное обслуживание и контракты на техническое обслуживание

Для выбора подходящего газового распылителя важно определить приоритетность основных требований и сравнить поставщиков.

Плюсы и минусы газовой атомизации

Преимущества

• Отличный контроль размера и морфологии частиц
• Применяется для широкого спектра сплавов
• Возможна работа в инертных условиях для минимизации окисления
• Непрерывное производство порошка с высокой производительностью
• Автоматизированная работа для обеспечения безопасности и стабильности

Ограничения

• Высокие капитальные и эксплуатационные затраты
• Ограниченная гибкость при изменении сплава
• Порошки могут потребовать вторичной обработки
• Не подходит для некоторых реактивных сплавов
• Для работы требуется квалифицированный персонал

Газовое распыление является предпочтительным методом производства порошков, когда необходим точный контроль над их характеристиками.

Газовая атомизация в сравнении с альтернативными методами

Сравнение с распылением воды

• Более плотное распределение частиц по размерам при газовом распылении
• Более низкое содержание кислорода по сравнению с распылением воды
• Более высокая инвестиционная стоимость по сравнению с распылением воды
• Ограниченный диапазон сплавов по сравнению с распылением воды

Сравнение с плазменным распылением

• Более мелкие размеры порошка достигаются за счет плазменного распыления
• Более дорогие по сравнению с системами газового распыления
• Ограниченные производственные возможности при плазменном распылении
• Аналогичные возможности работы в инертной атмосфере

Сравнение с электродной индукционной плавкой

• Более низкая производительность по сравнению с газовым распылением
• Ограниченная возможность контроля размера и формы частиц
• Простой и низкозатратный процесс по сравнению с распылением газа
• Применяется только для легкоплавких металлов

Газовое распыление обеспечивает наилучший баланс между контролем размера частиц и приемлемой производительностью для многих ответственных задач порошковой металлургии.

Перспективы развития технологии газовой атомизации

Перспективы развития газового распыления выглядят позитивно благодаря нескольким тенденциям:

• Расширение использования аддитивного производства стимулирует спрос на мелкодисперсные порошки
• Потребность в индивидуальных характеристиках порошков для перспективных материалов
• Разработка новых конструкций форсунок для распыления газа
• Расширение ассортимента сплавов, включая оксиды металлов
• Интеграция автоматизации и IoT для улучшения мониторинга процессов
• Использование газового распыления для получения микроструктурированных частиц
• Внедрение газового распыления в развивающихся странах

Оборудование для газового распыления будет и дальше развиваться, чтобы соответствовать требованиям к порошкам, предъявляемым новыми технологиями и современными материалами.

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Вопрос: Какой наименьший размер частиц можно получить при газовом распылении?

О: Газовые распылители позволяют получать порошки размером до 5 микрон за счет оптимизации таких параметров, как давление газа, конструкция сопла и расстояние до сборника. Однако скорость производства значительно снижается при очень тонких размерах.

Вопрос: Насколько необходим контроль и управление при эксплуатации газового распылителя?

О: Необходим непрерывный контроль температуры, давления газа и распределения порошка по размерам. Для контроля и регулирования всех параметров процесса обычно используются автоматизированные программируемые логические системы управления.

Вопрос: Какое техническое обслуживание необходимо проводить на оборудовании для распыления газа?

О: Форсунки, газовые линии и фильтры нуждаются в регулярном осмотре и замене в случае их засорения. Необходимо проверять линии водяного охлаждения. Плавильный агрегат требует ежегодного капитального ремонта. Правильное техническое обслуживание сводит к минимуму время простоя.

Вопрос: Как быстро можно переключать газовые распылители между различными сплавами?

О: Переналадка сплава занимает 1-2 дня в зависимости от последовательности материалов. Сопла и линии должны быть очищены, чтобы избежать перекрестного загрязнения между порошками сплавов.

Вопрос: Какие меры безопасности необходимы при распылении газа?

О: Обязательно наличие надлежащих средств защиты персонала, газовых мониторов, аварийного отключения и обучения правилам техники безопасности. Работа с инертным газом также повышает безопасность.

Вопрос: Какова типичная производственная мощность промышленных газовых распылителей?

О: Производительность в зависимости от конструкции и размера сопла составляет от 50 кг/час для настольных лабораторных установок до более 1000 кг/час для высокопроизводительных промышленных газовых распылителей.

Вопрос: Какие знания и опыт необходимы для правильной эксплуатации оборудования для распыления газа?

О: Персонал должен быть подготовлен в таких областях, как заливка расплава, обработка порошка, контрольно-измерительные приборы, механические системы и поиск неисправностей. Знания в области металлургии также очень полезны.

узнать больше о процессах 3D-печати