Estudio experimental y simulación del proceso de producción de polvos metálicos mediante atomización con gas

Résumé

En la base de la industria pulvimetalúrgica se encuentra la fabricación de los polvos metálicos, cuyas características influirán en la calidad del producto final. La producción de esta clase de polvos puede llevarse a cabo mediante diversos métodos, de los cuales la atomización con gas constituye uno de los procesos más atractivos e importantes. El empleo de aire, nitrógeno, argón o helio como gas para fragmentar una corriente fundida se denomina atomización con gas y es un proceso muy eficaz y ampliamente utilizado para producir polvos metálicos finos y esféricos. CEIT está equipado con una unidad de atomización con gas de flujo confinado que permite una amplia libertad para modificar las condiciones de atomización. El presente trabajo de investigación está centrado en analizar teórica y experimentalmente el proceso de la atomización con gas para lograr una mejor comprensión del mismo. El flujo de gas en ausencia del líquido ha sido modelado y simulado con un programa de Dinámica de Fluidos Computacional y se ha realizado una gran cantidad de atomizaciones experimentales con distintos metales y aleaciones para analizar la influencia que tienen las diferentes variables operacionales, los parámetros geométricos y las propiedades físico-químicas del caldo en las características de los polvos resultantes. Concretamente se ha analizado el efecto de la presión de entrada del gas, la materia prima, el tipo de gas de atomización empleado, el tamaño de la garganta y la geometría de la parte divergente de la tobera de expansión del gas, el diámetro y la longitud de la buza, el sobrecalentamiento y la sobrepresión aplicada. Las técnicas de Anemometría de Hilo Caliente y de Velocimetría por Imágenes de Partícula han permitido medir la velocidad del gas en la cámara de atomización. Además, también se presenta un estudio que evalúa y compara la precisión de ciertas correlaciones empíricas para predecir el tamaño medio de partícula de los polvos atomizados experimentalmente. Los resultados obtenidos han demostrado que las técnicas de Dinámica de Fluidos Computacionales son capaces de predecir correctamente las características principales del flujo de gas y se ha observado que el parámetro con el que mejor se correlacionan los tamaños medios de los polvos es la relación entre los caudales volumétricos de gas y de metal. Además, se ha comprobado la alta reproducibilidad de la unidad de atomización disponible del CEIT y se ha corroborado que, cuanto más baja es la tensión superficial del material a atomizar, más finos son los polvos resultantes.