Đồ án Xưởng sản xuất bột kẽm kim loại bằng phương pháp phun kim loại nóng chảy

ạng của hạt không đồng nhất. Phun bằng khí: hình dạng hạt là hình cầu. Hạt hình cầu được đặc trưng bởi tỷ trọng đong và độ chảy lớn. Các yếu tố ảnh hưởng đến hạt hình cầu. Sức căng của bề mặt kim loại lỏng phải lớn Độ quá nhiệt phải lớn Nhiệt độ của nước phải cao (nước phun) Phun bằng khí (khí trơ) thường tốc độ làm nguội nhỏ Nếu phun bằng nước tốc độ phun phải nhỏ Phun bằng nước góc α phải lớn Độ dài H phải lớn. Trong trường hợp chung: Sức căng bề mặt lớn giọt kim loại lỏng có xu thế trở nên hình tròn, ứng suất lực để tạo lên các hạt cầu không tính đến các điều kiện động, biÓu thị bằng công thứ [1] σ = 2γ/R (2) R: Bán kính giọt kim loại lỏng γ: Sức căng mặt ngoài. Nếu R càng nhỏ thì γ càng lớn. Trong trường hợp sức căng mặt ngoài không đổi dễ nhận được hạt hình cầu có kích thước lớn. Trong trường hợp tác nhân phun có nhiệt độ lớn, xu thế tạo giọt nhiều hơn. Nếu tốc độ làm nguội không lớn. Nhiệt độ của các tác nhân lớn dẫn tới tốc độ dính kết tăng. Thời gian để cho tác động cầu hoá sức căng mặt ngoài ngắn, bột có hình dạng phức tạp. Thành phần của hợp kim cũng như các phản ứng tương hỗ trên bề mặt tạo ra của các kim loại lỏng có thể làm thay đổi đến đáng kể đến sức căng bề mặt. Trong trường hợp đó, có thể nhận bột Ýt cầu. [1] Có thể tính đến ảnh hưởng của Si đến hình dáng bột đối với trường hợp thép không gỉ. Nếu thêm 0,5 ữ 1% Si vào kim loại lỏng sẽ phun được bột hình cầu. Ngược lại nếu hàm lượng Si từ 2 ữ 2,5% sẽ không tạo được hạt hình cầu mà có hình dạng phức tạp. Trong trường hợp phun bằng khí hình dạng hạt bột thay đổi nhiều trước hết là khí trơ Ar, N2 nếu tác nhân là không khí việc tạo màng Ô xít ảnh hưởng dạng cầu phụ thuộc vào kim loại và hợp kim sử dụng. Nếu nhiệt độ của kim loại lỏng cao, ∆tS0 lớn nhất, thì hạt có xu hướng hình cầu nhiều hơn. Trong trường hợp phun bằng nước áp xuất cao tèc độ tác nhân phun lín thì dạng bột sẽ Ýt cầu. Lực dính lớn, quá trình tôi nhanh cũng không cho dạng hình cầu. Thời gian tôi càng nhỏ nếu lưu lượng nước phun càng lớn. Góc α cũng ảnh hưởng đến hình dạng hạt bột. Trong trường hợp vòi phun nước góc α = 1000 hạt có xu hướng cầu hoá nhiều hơn. Nếu góc α nhỏ hơn 800 không tạo cầu bên cạnh đó khoảng cách H tương ứng với độ dài rơi của hạt bột cũng có ảnh hưởng đến hình dáng hạt bột tập trung lại trong một thùng đựng dung dịch thường là nước nếu khoảng ách H càng lớn thì hạt bột có dạng hình cầu nhiều hơn. I.3.2.3: Thành phần hoá học. Như ta đã biết ưu điểm cơ bản là khả năng tạo bột hợp kim trong đó mỗi hạt có thành phần mong muốn bằng phương pháp phun cũng giảm được hiện tượng thiên tích mà các phương pháp luyện kim cổ điển và các phương pháp khác không có được. Tuy nhiên các phản ứng hoá học có thể thay đổi theo kích thước hạt, hạt càng nhỏ rất dễ chịu tác động của phản ứng sau. Phản ứng của hạt kim loại lỏng với tác nhân phun. Phản ứng của hạt kim loại lỏng với môi trường tôi. Hiệu ứng có tác động đến kích thước và hình dáng thường là phản ứng oxy hoá, các bua hoá, nitơric hoá. Các phản ứng này không thể tránh được rất dễ xảy ra ở nhiệt độ cao. I.3.2.4: Cấu trúc tế vi. Cấu trúc tế vi của hạt bột sẽ quyết định tính chất của hạt bộ. [1] Bột thép phun thường có cấu trúc tôi, trước khi tạo hình và thêu kết, do đó bột nhận được phải ủ. Cấu trúc tế vi của bột thường rối loạn, trước hết nó thể hiện cấu trúc làm nguội nhanh, có mật độ nhánh cây cao, ở giữa các nhánh cây có hiện tượng vi thiên tích của nguyên tố hợp kim. Các khuyết tật như lệch mặt và lỗ trống có mật độ lớn. Đối với hạt lớn thì Ýt có trường hợp tạo đơn tinh thể mà thường đa tinh. Những khuyết tật này làm tăng động lực của quá trình thiêu kết. Sự tồn tại của các lỗ xốp có thể làm tăng tính khả Ðp. Ngược lại các tạp chất có hại như: S, P, As ở dạng oxit.v.v… bị nhiễm bẩn từ nồi đùng, do mài mòn của ống phun với tác nhân phun ảnh hưởng rất quan trọng. Hình 3: Cấu trúc tế vi của hạt bột. Màng oxit bề mặt có ảnh hưởng quá trính thiêu kết. Ở trên ta đã phân tích một số yếu tố có ảnh hưởng đến tính năng của bột. Sau đây là giá trị của một số thông số cơ bản rót ra từ thực nghiệm. Các thông số này có thể thay đổi (đối với qúa trình phun bằng nước hoặc không khí) [1] Lưu lượng KL n, chảy (chỉ có một dòng chảy): 4,5 – 90 kg/phút Lưu lượng nước (VL) 110 – 300 lít/phút Tốc độ nước (v) 70 – 230 m/giây Áp suất nước (p) 5,5 – 21 Mpa Lưu lượng khí (Vg) 1 – 14 m3/phót Áp suất khí (pg) 350 – 8400 Kpa Tốc độ khí (vg) 20 m/s – siêu âm Độ quá nhiệt ∆tso 75 – 150oC I.3.3: CƠ CHẾ CỦA QUÁ TRÌNH PHUN. Tuy phát triển nhiều phương pháp tạo bột khác nhau, phương pháp phun truyền thống bằng nước và khí vẫn chưa được nghiên cứu nhiều về lý thuyết. Có nhiều tài liệu mô tả về thực nghiệm và có một số công trình thực nghiệm đã được công bố. Phần lớn các nghiên cứu đó được áp dụng làm sạch bề mặt và sơn, dựa trên những thực nghiệm đó rất khó giải thích các hiện tượng liên quan đến quá trình phun bột ở nhiệt độ cao. Trước hết ta tìm hiểu các tác nhân ảnh hưởng đến quá trình phun. Trong phương pháp truyền thống, tác nhân được sử dụng thông dụng nhất là nước và khí. I.3.3.1 Hình dáng của nước và khí khác nhau. Dòng nước Hình dáng, nguyên tắc cấu tạo của hai dòng nước gặp nhau ở dạng V, hai phương án này được áp dụng phun cho bột thép và sắt hoặc cho hợp kim thép không gỉ hợp kim Ni, Co (hình 4) Hình 4: Dạng dòng hình chữ V Hình 5 cho mặt cắt của 4 dòng tác nhân cho hình chóp. Trong trường hợp này kim loại bị phun sẽ giữ lại trong thể tích của hình chóp. Cấu trúc này có nhiều ưu điểm hơn nếu tăng số lượng dòng tác nhân dẫn đến tạo ra cấu trúc hình nón côn. Hình 5: Dạng dòng phun hình nón côn Hình 5 còn cho thấy trường hợp dòng kim loại lỏng không trùng với trục của hình chóp. Thực vậy trong quá trình phun nước với lưu lượng lớn, áp suất lớn, các điều kiện về áp suất và tốc độ nguội nhanh dẫn đến dòng kim loại bị nguội nhanh. Trong trường hợp đó phải dừng dòng nước phun để điều chỉnh lại dòng chảy. Nếu hiện tượng đó xảy ra thì hiệu qủa của phun giảm tuy nhiên ngay cả truờng hợp đó xảy ra thì phun bằng nước có những ưu điểm sau. Dễ điều chỉnh lưu lượng nước. Dừng quá trình phun bằng cách điều chỉnh van. Hơn nữa có thể điều chỉnh các mỏ để thay đổi góc α và cấu trúc như trên có thể tạo bột hình cầu. Có mỏ có 8 đầu phun, mỗi đầu như vậy có thể tạo ra một dòng xoáy trong thiết bị phun có nhiều vòi như vậy. Việc tăng công suất phụ thuộc vào số lượng đầu phun. Ví dụ: 3 ữ 6 đầu có công suất đạt được 1270 kg/giờ. Từ 12 ữ 14 đầu phun công suất đạt được 5420 kg/giờ. Khoảng cách F từ chỗ kim loại thoát đến chỗ gặp nhau của dòng kim loại lỏng với dòng tác nhân là 100 ữ 180mm. Với khoảng cách như vậy có thể giảm tối đa sự mất năng lượng phun. Khi góc giữa hai dòng chất lỏng α=90o thì hạt hình thành có xu hướng cầu hoá. Đối với góc α<90o bột sẽ Ýt cầu hơn vì quá trình làm nguội quá nhanh. Với góc α nhỏ hơn rất nhiều thì càng khó giữ kim loại ở trong hình nón đó, lúc này cần phải tăng áp suất nước. Nếu góc α=100o hoặc hơn, xu hướng tạo bột cầu nhiều hơn đồng thời sự dính cũng nhiều hơn quá trình khống chế kích thước rất khó khăn. Sau đây là một số thông số thực nghiệm cho bột thép không gỉ [1]. Nhiệt độ kim loại lỏng 1510oC Đường kính dòng kim loại lỏng 7mm Lưu lượng kim loại lỏng 22 kg/ph Góc 100o Số lượng đầu phun 8 Áp suất nước 90 MN/m2 Lưu lượng nước (cho 1 má) 3,4 lít/s Tốc độ nước 113 m/s * Dòng khí: Hai dạng phun bằng khí được áp dụng trong thùc tế được trình bày trên hình 6. Trong sơ đồ (a) trường hợp kim loại lỏng rơi tự do qua lỗ thoát, khoảng cách trước khi gặp dòng khí là khoảng cách chân không. Điều này chúng ta xác nhận đuợc là do xuất hiện (nấm hoặc ô) kim loại tạo bởi giọt kim loại lỏng vừa được phun ra. Hiện tượng này cũng có thể thấy khi phun bằng nước . Hình 6: Dạng phun bằng khí Đối với trường hợp (b) Ýt sử dụng. Phun bằng nước mà phun bằng khí khoảng cách giữa lỗ thoát và điểm tập trung dòng khí thường nhỏ. Ngay sau khi thoát ra khỏi lỗ tháo kim loại có thể phun thành bột. Động năng tạo ra nhanh vì khoảng cách từ đầu mỏ phun đến điểm tập trung còn chưa lớn. Về sự tiêu hao năng lượng hệ thống này có nhiều ưu điểm. Tuy nhiêncũng có những nhược điểm khi tốc độ nguộiquá lớn kim loại lỏng đóng rắn ngay sau khi ra khỏi lỗ thoát do đó quá trình phun phải dừng lại. I.3.3.2: Sự ổn định của dòng kim loại lỏng. Theo thực nghiệm, sự ổn định của dòng kim loại lỏng phụ thuộc vào chiều dài và đường đi của dòng kim loại trước khi gặp dòng phun. Nếu đường đi dài dòng kim loại trở nên rối loạn. Mặt khác sự ổn định của dòng kim loại lỏng có thể tăng cùng với sự thay đổi đường kính lỗ thoát. Nếu tỷ số giữa độ dài trên đường kính lỗ thoát giảm thì quá trình chảy sẽ là dòng chảy tầng và dòng kim loại sẽ ổn định. Để quá trình phun có hiệu quả cần nghiên cứu tỷ số L/D hợp lý khi đó sự phá vỡ dòng kim loại dễ dàng hơn. Trong trường hợp đó tốc độ chảy của dòng kim loại. V= a (3) g: Gia tốc trọng trường Hệ sè P: Áp suất tác dụng lên dòng Po: Áp suất khí quyển S: Tỷ trọng của kim loại lỏng Marotta [1] đã chỉ ra rằng ngay trong trường hợp không có tác nhân phun, do tiếp xúc với không khí bên ngoài mà kim loại lỏng có thể chảy ra ở dạng sóng. Quá trình này sẽ tạo ra các thanh hoặc thỏi kim loại mảnh. Sau đó dưới tác dụng của sức căng mặt ngoài dòng kim loại này bị xé nhỏ tạo thành giọt hình cầu. Theo DABROTKI và GION [1] sự suất hiện các thanh nhỏ mảnh là một giai đoạn của quá trình tạo bột. Hình 7: Hình dạng chảy tự do của dòng kim loại lỏng. Thời gian để phân chia các thanh này rất nhỏ khoảng 10-4s vì lý do vậy chúng ta có cảm giác giọt kim loại được tạo ra thẳng từ khối kim loại lỏng. Trước khi xét đến tác dụng của tác nhân phun việc nghiên cứu quá trình rối loạn qua lỗ tháo là cần thiết song quá phức tạp. Phương pháp phân tích được trình bày bởi SINGO và TENDONKA [1] là làm rối yểu dòng kim loại chảy. Việc nghiên cứu đã được tiến hành đối với dung dịch chảy qua ống thoát và có hình dáng thay đổi. Cơ sở lý thuyết là tạo ra dòng chảy lỏng có tính chảy rối nhỏ và kiểm tra qua các thông số của quá trình phun. Phương trình của quá trình chảy rối có biên độ tăng có thể biểu diễn q = qxteà’tcos() (4) qxt: Biên độ ban đầu của chảy rối à’: Tốc độ tăng của biên độ n : Số sóng x : Khoảng cách theo hướng chảy a : Bán kính của dòng chảy Có nhiều hiện tượng chảy rối, mỗi thành phần đó có thể biểu diễn bằng phương trình này, nhưng chỉ có phần chảy rối với biên độ tăng của biên độ lớn nhất à’ mới có khả năng xé nhỏ các thanh hoặc ống kim loại nhỏ thành bột. Độ dài sóng: (5) RAYLIS biến đổi phương trình (4) có tính đến điều kiện ổn định của dòng kim loại lỏng và độ nhớt của nó. Độ ổn định xác định bằng năng lượng bề mặt và dạng hình học của mặt cắt dòng kim loại lỏng . Về mặt định lượng nó có thể biểu diễn như sau: Pi = (6) Pi : Độ ổn định của dòng kim loại : Sức căng bề mặt b : Bán kính Tổng hợp lại phương trình được biểu diễn dưới hệ trục toạ độ cực: PI = (7) hàm mặt cắt của dòng kim loại lỏng. Việc giải phương trình này được thực hiện bằng các tỷ số a/b khác nhau. I.3.3.3: Quá trình phun kim loại lỏng. * Các giai đoạn của quá trình phun: Xét trường hợp dòng khí với tốc độ lớn chảy qua hệ thống nhiều đầu phun. Tác dụng giữa các dòng phun khác nhau gây ra mét gra điện áp âm hướng về phía dưới. Khi Êy sẽ tạo ra một khối dung dịch lỏng hình côn có đỉnh là điểm gặp nhau của dòng khí. Hình côn có được rộng ra dưới tác dụng của sức căng mặt ngoài và độ chảy nhớt của kim loại lỏng. Song song với điều đó dưới tác dụng của trọng lực dòng kim loại hướng về vùng tốc độ của vùng khÝ lớn nhất. Do tác dụng của dòng khí các giọt kim loại tách ra khỏi khối kim loại lỏng một cách hỗn độn. Như vậy khối côn lớn bị xÐ ra và một khối côn nón khác tạo nên ngay lập tức. Quá trình cứ xÈy ra liên tục như vậy. Nhìn chung, trong phun kim loại lỏng với tác nhân là dòng khí có thể chia ra làm 3 giai đoạn: Giai đoạn 1: Quá trình xÐ sơ bộ khối kim loại lỏng. Giai đoạn 2: Phân chia và xÐ nhá các sợi kim loại vừa được tạo ra ở giai đoạn 1. Giai đoạn 3: Đóng rắn, đông đặc hạt bột. * Các quá trình diễn ra trong các giai đoạn gồm có. Qúa trình 1: quá trình tạo sóng do tác động của sự chảy rối, sóng tạo ra trên bề mặt của dòng kim loại lỏng. Quá trình :2 quá trình chia cắt các sóng trên tạo ra các sợi kim loại do tác động của lực cắt quá trình sóng của quá trình 1. Quá trình 3: cắt các sợi kim loại đó thành giọt hay là phun sơ bộ. ở giai đoạn này dưới tác dụng của sức căng bề mặt ngoài tăng. Bột nhận được có hình dạng không cầu. Quá trình 4: Biến dạng và biến mỏng các giọt hoặc kéo dài các sợi kim loại mỏng khác nhau. Xuất hiện các hạt bột nhỏ hơn, quá trình này là phun thứ cấp. Quá trình 5: quá trình dính kết giữa các hạt bột, các công trình của GONTON khẳng định rằng quá trình phun thứ cấp xÈy ra khi các hạt bột tạo ra khi gặp dòng khí có vận tốc lớn ( sau khi sẽ quấn côn kim loại). Các quá trình tạo bột khi phun thể hiện ở hình 8. * Sự dính kết giữa các hạt. Sự dính kết giữa các hạt với nhau ở quá trình 5 của chế độ phun có tầm quan trọng lớn đến hình dạng phân bố hạt và kích thước hạt. Điều này làm giảm hiệu quả của quá trình phun (hiện tượng này xảy ra trong các trường hợp khác nhau cùng với sự dính kết giữa các hạt khác nhau. Xác suất của sự dÝnh kết tăng cùng với sự tăng tốc độ rơi của hạt). Sự dính kết tăng dẫn đến hàm lượng khí trong hạt cũng tăng lên. Hiện tượng dính kết xÈy ra ở giai đoạn phun sơ bộ do mật độ hạt rất lớn, nhiệt độ làm nguội còn cao nên khả năng dính kết tăng lên. Hình 8: Các giai đoạn tạo bột khi phun. I.3.3.4: Mô hình toán học của quá trình phun. * Mô hình dựa trên quá trình xÐ nhỏ dòng kim loại nóng chảy. - Phun sơ bộ: Sự phân tích toán học dựa trên dòng chảy dưới dạng sóng, nếu xét một dòng kim loại nóng chảy, mỗi sự rối loạn sẽ dẫn đến sự tạo thành sóng. Nếu mật độ sóng mà lớn hơn chu vi của dòng kim loại thì dòng kim loại đó không ổn định và sẽ bị chia nhá ra. Về mặt toán học ta có thể xác định được chuẩn số và sự bất ổn định này như sau [1]. (8) Tnong đó: : Độ dài sóng của một rối loạn hay một dòng bất ổn D : Đường kính của dòng kim loại lỏng Chuẩn số này có giá trị duy nhất trong điều kiện thống kê. Khi tính đến các rối loạn khác nhau có thể gây ra sự phá vỡ cân bằng của một dòng dung dịch nóng chảy hình trụ và kết hợp phương trình chuyển động của Lagrang. Phương trình của RAYLIS đưa ra thời gian phun với điều kiện kim loại nóng chảy có độ nhớt thấp. t = (9) q: thông số bằng thông số này xác định mức bất ổn của dòng kim loại nóng chảy. a : Biên độ cuối cùng của một rối loạn sóng. Tong đó: ao : Biên độ đầu của sóng SL : Tỷ trọng của dung dịch Đ : Đường kính dòng kim loại nóng chảy. γ : Sức căng mặt ngoài của kim loại nóng chảy. Mỗi rối loạn sóng tương ứng một đại lượng q khác nhau, đối với giá trị q lớn quá trình phun sẽ rễ dàng hơn (chú ý với thì biên độ rối loạn tăng liên tục đến giá trị với giá trị này dòng kim loại bị gãy ra thành các sợi mảnh). VÊBE [1]. đã tiến hành tính toán xuất phát từ phương trình RAYLIS và có tính đến tác động của lực va đập không khí lên dòng chất lỏng chuyển động. Mặt khác dòng chất lỏng đó cũng bị tác động những lực từ bên ngoài. Đồng thời những điều kiện xé nhỏ dòng kim loại cũng được xác định, có nhiều sự thay đổi so vói phương trình RAYLIS. VEBE đã tìm được và kiểm nghiệm (trong trường hợp phun bằng khí) là giá trị q (đối với trường hợp rối loạn) sẽ tăng nhanh khi. q = 0,343 hay tỷ số4,51. Trong trường hợp đó quan hệ giữa đường kính sợi mảnh của dòng kim loại d1 và đường kính hạt bột nhận được sẽ bằng: d1 = 0,53d. Một phép tính gần đúng với các điều kiện thực nghiệm được LLE tiến hành vào năm 1933 đã dưa ra kết luận sau: Thể tích của hạt bột tạo ra khi phun sơ bộ bằng thể tích của cột kim loại lỏng có đường kíng bằng d và chiều dài là độ dài sóng rối loạn gần nhất. Phương trình nhận được sẽ là: (10) dmax : đường kính lớn nhất của hạt bột. Năm 1940 TAYLO (TLTK 1) đã qua phân tích đưa ra công thức tính đường kính trung bình của hạt bột. (11) : hằng số : độ dài (12) Những tính toán gần đây đã đưa ra các phương trình gần với thực tế hơn nhiều. Rất nhiều các thông số được tính đến để biểu thị đường kính của hạt, bao gồm 4 thông số quan trọng sau: ; ; ; : Tốc độ động của kim loại nóng chảy VS : Tốc độ âm thanh của khí M : Chỉ số MaS Tổng quát lại, L= f (S, M, N) và đường kính hạt bột là. (13) Phương trình này được xác định trong trường hợp dòng khí thổi vào theo hướng song song với dòng kim loại nóng chảy. Tất nhiên phương trình này không thể áp dụng để phân tích dòng nước hoặc dòng khí xÐ dòng kim loại lỏng dưới 1 góc . Trong trường hợp có một thành phần vuông góc với dòng kim loại lỏng và chính thành phần này trực tiếp cắt đứt mối liên kết của chất lỏng đang chảy. TAYLO và LOVIS đã phân tích trạng thái bất ổn định của kim loại lỏng bị các yếu tố tác động theo phương vuông góc với chiều chảy. Mô hình khác đã được KUMA và LACXIMIGRA xây dựng lên [1]. mô hình này dựa trên sự cắt một sóng rối loạn nhưng có tính đến lực mà thời điểm tác động của dòng khí với tốc độ lớn vào dòng kim loại lỏng. Phương trình cân bằng các lực đó sẽ bằng: (14) Hay bằng: (15) Trong đó: SL : Tỷ trọng của dung dịch nóng chảy. Qg và QL : Lưu lượng khí và dung dịch . àl : Độ nhớt của dung dịch. Vg và VL : Tốc độ khí và tốc độ dung dịch. Bán kính của dòng kim loại có thể biểu diễn bằng công thức: (16) R: Bán kính lỗ tháo kim loại. : nửa góc tạo bởi dòng kim loại và dòng khí. Mô hình này như các mô hình trên chỉ đúng trong từng trường hợp dung dịch có sức căng mặt ngoài nhỏ. * Phun thứ cấp và đóng rắn kim loại: Sù phụ thuộc đường kính hạt vào các điều kiện động học khác dẫn đến các hạt kim loại có thể chịu thêm quá trình phun nhỏ tiếp theo. Khi tính đến tác dụng của khí động học, sức căng mặt ngoài, độ nhớt của dòng kim loại lỏng: GOOCDON [1] đã xác định được điều kiện tới hạn của một hạt khi nã phun bởi dòng khí có tốc độ lớn. Đường kính tới hạn sẽ là: (17) Trong đó: V: Tốc độ tương đối của của giọt kim loại ( kết quả của quá trình phun sơ cấp). Yếu tố thời gian cũng đóng vai trò quan trọng trong phun thứ cấp, thực vậy dựa trên phương trình (16) đường kính của giọt kim loại lỏng d > dc thời gian ngắn được tạo ra trong thời gian ngắn nhất. Thời gian này phải ngắn hơn thời gian làm nguội cần thiết để cho quá trình kết tinh được bắt đầu. Do đó ta có: Td < tc + ts Tc: thêi gian làm nguéi của giọt từ nhiệt độ nóng chảy. là nhiệt độ trung gian giữa nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ quá nhiệt. Ts: thời gian cần thiết để làm nguội kim loại lỏng theo GOOCDON thời gian phun có thể xác định như sau: (18) Hạn chế của phương trình này là tính chất vật lý như sức căng mặt ngoài, độ nhớt phải giả thiết là không thay đổi trong thời gian phun hoặc nhiệt độ của giọt kim loại đó phải giảm theo tèc độ không đổi và , cũng phải giảm như vậy. Thời gian tc có thể xác định theo công thức: (19) Trong đó : Cp : Tỉ nhiệt kim loại. TL : Nhiệt độ của giọt kim loại lỏng. Tg : Nhiệt độ của khí. Tm : Nhiệt độ nóng chảy của kim loại. hc : Hệ số chuyển nhiệt có thể được biểu thị (20) Trong đó: kg : Độ dẫn nhiệt của khí. Re : Chỉ số RAYLOL. Pr: Chỉ số Plang. Đối với các hạt (ban đầu) bị xÐ nhỏ với sức căng mặt ngoài dẫn đến xu hướng làm cho cầu hoá hạt bột. Nếu quá trình làm nguội (tốc độ làm nguội) chưa đủ để cho độ nhớt tăng đáng kể, giọt kim loại chưa đóng vai trò chủ đạo trong việc cầu hoá. Mặt khác nếu thời gian cầu hoá hạt bột ngắn so với thời gian đóng rắn thì hạt bột có xu hướng trở nên hình cầu. Nếu thời gian đó dài bột sẽ có dạng không cầu. Dựa trên những kết luận trên NIPROTRENCO và NAIDA [1] đã rót ra công thức tính thời gian cầu hoá và thời gian làm nguội cho hạt bột là : tsph và tsoI : Trong đó: (21) r1: Bán kính của bột trước khi có dạng cầu. r2 : Bán kính của bột khi có dạng hình cầu. Thường có chỉ số r2 / r1 sấp sỉ 10 v: thể tích của hạt bột. Thời gian làm nguội của hạt kim loại có nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ bắt đầu đóng rắn có thể biểu thị trên cơ sở phương trình (18 ) như sau; (22) Trong phương trình này có tính đến hệ số truyền nhiệt đối lưu. Ngược lại trong phương trình (20) một phần nhiệt không tính đến đó là nhiệt bức xạ. Nói chung cả hai phương trình (21) và (22) đều rất quan trọng có thể áp dụng cho quá trình phun. Công thức tính tsph và tsol cũng đúng trong trường hợp phun với tác nhân là 1> >>1 Giá trị của tỷ số này phụ thuộc lưu lượng của dòng khÝ và các thông số khác. Khi tính lưu lượng dòng cần phải xét đến tỷ số thể tích và thể tích hơi nước tạo ra: Trường hợp này lượng hơi nước lớn tạo ra ở nhiệt độ cao càng lớn dẫn đến hiệu quả làm nguội có kém đi. Đối với bột Fe và Cu thời gian làm nguội tsol sẽ lớn hơn thời gian cầu hoá tsph 103 lần hay tỷ số >>1. Đối với bột Al và bột Zn thì tỷ số trên khoảng 10 - 15 lần còn bột chì và thiếc tỷ số sấp sỉ 0,1. Căn cứ vào tỷ số đó thì bột sắt và bột đồng có xu hướng dễ cầu hoá hơn ngược lại bột chì và thiếc có dạng không cầu. Dạng Ýt cầu của bột nhôm và kẽm là trung gian giữa hai trường hợp trên (do có tính đến phản ứng ôxy hoá giữa nhôm và kẽm rất mạnh làm mất đi tính cầu hoá của bột). Nếu sức căng mặt ngoài giảm, thời gian cầu hoá sẽ tăng do đó dạng của hạt bột cũng Ýt cầu. Cũng như vậy nếu nhiệt độ quá nhỏ và tỷ số giữa lưu lượng tác nhân là lưu lượng kim loại cao sẽ không đạt được bột hình cầu. Trong nhiều trường hợp hệ số truyền nhiệt hc cũng có ảnh hưởng đến thời gian làm nguội. Điều này sẽ giải thích tại sao bột không cầu khi làm nguội bằng nước với những hạt nhỏ mịn. I.3.3.5: Ảnh hưởng của các thông số đến kích thước trung bình của bột. Kích thước của hạt bột là một yêu cầu quan trọng trong công nghệ tạo bột, các thông số có ảnh hưởng rất lớn, rất phức tạp đến kích thước trung bình của hạt. * Ảnh hưởng của áp suất. KÝch thước của bột cũng giảm với sức căng mặt ngoài của kim loại lỏng và giảm cùng với sự tăng tốc độ của tác nhân phun. Trong thực tế, với dạng hình học của đầu phun nước và khí xác định thì tốc độ tác nhân phun phụ thuộc vào áp suất. Vì vậy thông số này khống chế trực tiếp đến sự phân bố kích thước hạt. Trong trường hợp phun bằng khí, tốc độ của khí khoảng 300m/s ở thời điểm ra, áp suất khoảng 1,9 lần lớn hơn áp suất bên ngoài. vì vậy lưu lượng khí khí sẽ phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ khí [1] . x (23) Trong đó : a: Mặt cắt ngang của ống phun với Cp tỷ nhiệt khí ở P = const CV tỷ nhiệt khí ở V = const P: áp suất khí trong buồng thu bôi: ví dô trong trường hợp phun bằng Ni to với k= 1,4 lưu lượng là; A = 4.106 (g/s) (24) * Ảnh hưởng của góc phun đến đường kính trung bình dm của hạt có thể xác định theo phương trình: (25) GRANGON đề xuất phương trình sau đây (góc ở đỉnh dòng tác nhân phun là ) [1] . dm = (26) V: tốc độ khí và góc nhỏ hơn hoặc bàng 600 để tránh hiện tượng các sợi dính vào nhau. * Ảnh hưởng của nhiệt độ tác nhân phun. Trong các tài liệu hiện có về phun bột không đề cập nhiệt độ của tác nhân phun khi tác nhân là nước. Theo LNPUATRENCC [1] thì tác động qua lại giữa nước và kim loại lỏng như sau. Trong khi phun bằng nước thì chuyền nhiệt nhanh hơn bằng khí do nó có gradien nhiệt độ lớn. Xuất hiện một lớp hơi mỏng xung quanh bột và lớp hơi này làm giảm điều kiện truyền nhiệt. Phương trình toán học chỉ ra rằng ảnh hưởng nhiệt độ của nước gây ra sù thay đổi đến hệ số truyền nhiệt. Tỷ số giữa hơi và nước ở vùng dòng khí gặp kim loại lỏng sẽ xác định hình dáng của hạt bột kim loại. Tỷ số này phụ thuộc vào nhiệt độ kim loại lỏng, vào áp suất nước và dạng hình học của hệ thống phun. * Ảnh hưởng của nhiệt độ kim loại lỏng đến đường kính trung bình của bột. Tăng nhiệt độ quá nhiệt độ quá nhiệt của dòng kim loại lỏng thì hiệu quả phun tăng chậm. Tuy nhiên đường kính trung bình của bột có giảm, thực vậy độ nhớt giảm cùng với nhiệt độ còn sức căng mặt ngoài tăng. Sự thay đổi này có thể tính được dễ dàng khi đưa thông số này vào phương trìng( 25) thì thu được kết quả Ýt thay đổi . Thấy rằng nếu càng lớn, hoạt tính của kim loại lỏng khi tiếp xúc tác nhân phun vào môi trường xung quanh cũng lớn. Đây là một vấn đề trở ngại và cần phải xác định nhiệt độ tối ưu cho từng kim loại riêng biệt. * Ảnh hưởng của các thông số khác đến đường kính trung bình. Trong trường hợp phun bằng khí, khoảng cách giữa vòi phun và kim loại lỏng nhỏ, thì đại lượng dm giảm vì tốc độ của khí là lớn thất. Các nghiên cứu tiến hành phun bột bằng khí ở nhiệt độ bình thường đã chỉ ra rằng, nếu tỷ trọng của khí giảm và tốc độ của khí tăng bột kim loại nhận được có kích thước lớn. * Ảnh hưởng của sự dính kết đến hình dáng hạt bột . Hiện tượng dính kết trong phun là một yếu tố không thể bỏ qua được đối với sự thay đổi kích thước bột. Hiện tượng này rất quan trọng nhất là phun bằng nước . Tuy nhiên trường hợp này Ýt người nghiên cứu. Hiện tượng dính x