Вимушений теплообмін і швидкість охолодження крапель при одержанні металевих порошків розпилюванням розплаву водою
The production of high-quality metal powders is one of the important stages of the technological process for the production of metal products using the powder metallurgy method. Among the wide variety of methods for making powders, in terms of efficiency and productivity, the spraying of melts with...
Збережено в:
| Дата: | 2023 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Physico-technological Institute of Metals and Alloys
2023
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://www.metalsandcasting.com/index.php/mcu/article/view/47 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Metal and Casting of Ukraine |
Репозитарії
Metal and Casting of Ukraine| _version_ | 1859471913044148224 |
|---|---|
| author | Терновий, Ю. Ф. Пригунова, Адель Панова, В. О. |
| author_facet | Терновий, Ю. Ф. Пригунова, Адель Панова, В. О. |
| author_sort | Терновий, Ю. Ф. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2023-05-23T05:00:01Z |
| description | The production of high-quality metal powders is one of the important stages of the technological process for the production of metal products using the powder metallurgy method. Among the wide variety of methods for making powders, in terms of efficiency and productivity, the spraying of melts with high-pressure water is favorably distinguished, in which the geometric shape and microstructure of particles significantly depend on the cooling rate, which is associated with the peculiarities of heat transfer in the melt drop – water – gas phase system. However, experimental confirmation of one or another mode of heat transfer is not possible, which is associated with the small size of particles, the number of which in 1 cm3 of the spray zone is about 107. The influence of the thermal physics of the sputtering process on the solidification rate of metal droplets is analyzed. Based on the analysis of the known regularities and phenomena of heat and mass transfer, the heat transfer coefficients, the heat flux density for various heat transfer modes, as well as the contribution of the conductive, convective and radiation components of heat transfer are estimated. It is shown that the fraction of heat transfer by radiation is no more than 0.1 %. It has been theoretically proven that droplets are cooled in the bubble mode of water boiling. For tool steel, the particle cooling rate calculated on the basis of the heat transfer coefficient in the developed bubble mode is about 106 K/s. Such a cooling rate during bubble or pseudobubble boiling is provided when the resulting vapor film is "torn off" by the water flow, simulating "pseudobubble" cooling. The formation of a cellular structure of powders, which is observed in practice during spraying with water under pressure, confirms the correctness of the theoretical calculations. The results of the work can be used to substantiate the thermal regimes for obtaining powders with various structures, including amorphous ones. |
| first_indexed | 2026-03-12T15:50:05Z |
| format | Article |
| id | oai:oai.metalsandcasting.com:article-47 |
| institution | Metal and Casting of Ukraine |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-03-12T15:50:05Z |
| publishDate | 2023 |
| publisher | Physico-technological Institute of Metals and Alloys |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:oai.metalsandcasting.com:article-472023-05-23T05:00:01Z Forced heat exchange and cooling rate of drops at producing metal powders by melt water atomization Вимушений теплообмін і швидкість охолодження крапель при одержанні металевих порошків розпилюванням розплаву водою Терновий, Ю. Ф. Пригунова, Адель Панова, В. О. high pressure water spraying heat transfer forced convection heat transfer coefficient boiling bubble regime cooling rate розпилення водою високого тиску теплопередача вимушена конвекція коефіцієнт тепловіддачі кипіння бульбашковий режим швидкість охолодження The production of high-quality metal powders is one of the important stages of the technological process for the production of metal products using the powder metallurgy method. Among the wide variety of methods for making powders, in terms of efficiency and productivity, the spraying of melts with high-pressure water is favorably distinguished, in which the geometric shape and microstructure of particles significantly depend on the cooling rate, which is associated with the peculiarities of heat transfer in the melt drop – water – gas phase system. However, experimental confirmation of one or another mode of heat transfer is not possible, which is associated with the small size of particles, the number of which in 1 cm3 of the spray zone is about 107. The influence of the thermal physics of the sputtering process on the solidification rate of metal droplets is analyzed. Based on the analysis of the known regularities and phenomena of heat and mass transfer, the heat transfer coefficients, the heat flux density for various heat transfer modes, as well as the contribution of the conductive, convective and radiation components of heat transfer are estimated. It is shown that the fraction of heat transfer by radiation is no more than 0.1 %. It has been theoretically proven that droplets are cooled in the bubble mode of water boiling. For tool steel, the particle cooling rate calculated on the basis of the heat transfer coefficient in the developed bubble mode is about 106 K/s. Such a cooling rate during bubble or pseudobubble boiling is provided when the resulting vapor film is "torn off" by the water flow, simulating "pseudobubble" cooling. The formation of a cellular structure of powders, which is observed in practice during spraying with water under pressure, confirms the correctness of the theoretical calculations. The results of the work can be used to substantiate the thermal regimes for obtaining powders with various structures, including amorphous ones. Одержання якісних металевих порошків є одним з важливих етапів технологічного процесу виробництва металовиробів методом порошкової металургії. Серед великого різноманіття способів виготовлення порошків за економічністю і продуктивністю вигідно відрізняється розпилення розплавів водою високого тиску, при якому геометрична форма та мікроструктура частинок суттєво залежать від швидкості охолодження, що пов’язано з особливостями теплообміну в системі крапля розплаву – вода – газова фаза. Проте експериментальне підтвердження того чи іншого режиму теплообміну не представляється можливим, що пов’язано з малим розміром частинок, кількість яких у 1 см3 зони розпилення складає близько 107. У роботі проаналізовано вплив теплофізики процесу розпилення на швидкість тверднення крапель металу. На підставі аналізу відомих закономірностей та явищ тепломасопереносу оцінено коефіцієнти тепловіддачі, щільність теплового потоку для різних режимів теплообміну, а також внески кондуктивної, конвективної і радіаційної складових тепловіддачі. Показано, що частка передачі тепла випромінюванням становить не більше 0,1 %. Теоретично підтверджено, що охолодження крапель відбувається в бульбашковому режимі кипіння води. Для інструментальної сталі швидкість охолодження частинок, що розрахована на основі коефіцієнта тепловіддачі при розвиненому бульбашковому режимі, складає порядка 106 К/с. Така швидкість охолодження при бульбашковому або псевдобульбашковому кипінні забезпечується, коли парова плівка, що утворюється, «зривається» водяним потоком, імітуючи охолодження «псевдобульбашками». Формування коміркової структури порошків, яке спостерігається на практиці під час розпилення водою під тиском, підтверджує правильність теоретичних викладок. Результати роботи можуть бути використаними для обґрунтування теплових режимів отримання порошків з різною структурою, у тому числі аморфною. Physico-technological Institute of Metals and Alloys 2023-05-23 Article Article Рецензована Стаття application/pdf https://www.metalsandcasting.com/index.php/mcu/article/view/47 Metal and Casting of Ukraine; Vol. 29 No. 1 (2021): Metal and Casting of Ukraine Метал та лиття України ; Том 29 № 1 (2021): Метал та лиття України 2706-5529 2077-1304 uk https://www.metalsandcasting.com/index.php/mcu/article/view/47/47 Авторське право (c) 2023 Метал та лиття України |
| spellingShingle | розпилення водою високого тиску теплопередача вимушена конвекція коефіцієнт тепловіддачі кипіння бульбашковий режим швидкість охолодження Терновий, Ю. Ф. Пригунова, Адель Панова, В. О. Вимушений теплообмін і швидкість охолодження крапель при одержанні металевих порошків розпилюванням розплаву водою |
| title | Вимушений теплообмін і швидкість охолодження крапель при одержанні металевих порошків розпилюванням розплаву водою |
| title_alt | Forced heat exchange and cooling rate of drops at producing metal powders by melt water atomization |
| title_full | Вимушений теплообмін і швидкість охолодження крапель при одержанні металевих порошків розпилюванням розплаву водою |
| title_fullStr | Вимушений теплообмін і швидкість охолодження крапель при одержанні металевих порошків розпилюванням розплаву водою |
| title_full_unstemmed | Вимушений теплообмін і швидкість охолодження крапель при одержанні металевих порошків розпилюванням розплаву водою |
| title_short | Вимушений теплообмін і швидкість охолодження крапель при одержанні металевих порошків розпилюванням розплаву водою |
| title_sort | вимушений теплообмін і швидкість охолодження крапель при одержанні металевих порошків розпилюванням розплаву водою |
| topic | розпилення водою високого тиску теплопередача вимушена конвекція коефіцієнт тепловіддачі кипіння бульбашковий режим швидкість охолодження |
| topic_facet | high pressure water spraying heat transfer forced convection heat transfer coefficient boiling bubble regime cooling rate розпилення водою високого тиску теплопередача вимушена конвекція коефіцієнт тепловіддачі кипіння бульбашковий режим швидкість охолодження |
| url | https://www.metalsandcasting.com/index.php/mcu/article/view/47 |
| work_keys_str_mv | AT ternovijûf forcedheatexchangeandcoolingrateofdropsatproducingmetalpowdersbymeltwateratomization AT prigunovaadelʹ forcedheatexchangeandcoolingrateofdropsatproducingmetalpowdersbymeltwateratomization AT panovavo forcedheatexchangeandcoolingrateofdropsatproducingmetalpowdersbymeltwateratomization AT ternovijûf vimušenijteploobmíníšvidkístʹoholodžennâkrapelʹprioderžannímetalevihporoškívrozpilûvannâmrozplavuvodoû AT prigunovaadelʹ vimušenijteploobmíníšvidkístʹoholodžennâkrapelʹprioderžannímetalevihporoškívrozpilûvannâmrozplavuvodoû AT panovavo vimušenijteploobmíníšvidkístʹoholodžennâkrapelʹprioderžannímetalevihporoškívrozpilûvannâmrozplavuvodoû |