AT524161B1

AT524161B1 - Herstellung eines metallpulvers

Info

Publication number: AT524161B1
Application number: ATA50757/2020A
Authority: AT
Inventors: Rimmer Dipl -Ing Dr Karl
Original assignee: Karl Rimmer Dipl Ing Dr
Priority date: 2020-09-08
Filing date: 2020-09-08
Publication date: 2023-04-15
Also published as: WO2022053488A1; AT524161A1; EP4204171A1

Abstract

Vorrichtung (1) zur Herstellung eines Metallpulvers umfassend - einen Tundish (2) zum Herstellen einer Schmelze (3), - einen eine Drehachse (4) aufweisenden Drehteller (5), welcher Drehteller (5) in einer Fließrichtung (6) der Schmelze (3) gesehen nach dem Tundish (2) angeordnet ist, wobei der Drehteller (5) rotierbar ist, um die Schmelze (3) auf einer Oberfläche (5a) des Drehtellers (5) zu zerstäuben, - eine mit dem Tundish (2) fluidisch verbundene Düse (7) zum Ausgießen der Schmelze (3) auf den Drehteller (5), - eine die Düse (7) zumindest abschnittsweise umgebende Primärgasdüse (8) zur Stabilisierung der Schmelze (3) und - eine zwischen dem Tundish (2) und dem Drehteller (5) angeordnete Sekundärgasdüse (9). Um eine verbesserte Vorrichtung (1) zur Verfügung zu stellen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass zumindest ein Auslass (9a) der Sekundärgasdüse (9) in einer, bezogen auf die Drehachse (4), radialen Richtung (10) zumindest abschnittsweise weiter außen als der Drehteller (5) angeordnet ist, um auf die zu Metallpartikeln (11) erstarrte zerstäubte Schmelze (3), die den Drehteller (5) verlässt, einzuwirken.

Description

Beschreibung

HERSTELLUNG EINES METALLPULVERS

GEBIET DER ERFINDUNG

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines Metallpulvers umfassend

- einen Tundish zum Herstellen einer Schmelze,

- einen eine Drehachse aufweisenden Drehteller, welcher Drehteller in einer Fließrichtung der Schmelze gesehen nach dem Tundish angeordnet ist, wobei der Drehteller rotierbar ist, um die Schmelze auf einer Oberfläche des Drehtellers zu zerstäuben, und

- eine mit dem Tundish fluidisch verbundene Düse zum Ausgießen der Schmelze auf den Drehteller

- eine die Düse zumindest abschnittsweise umgebende Primärgasdüse zur Stabilisierung der Schmelze und

- eine zwischen dem Tundish und dem Drehteller angeordnete Sekundärgasdüse.

[0002] Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Metallpulvers.

STAND DER TECHNIK

[0003] Metallpulver können mit verschiedenen Verfahren hergestellt werden. Neben den physikalischen Verfahren, wie mechanische Zerkleinerung, Verdampfen und Kondensation, kommen auch chemische und physikalisch-chemische Verfahren, wie chemische Reaktion, Reduktion 0der Zersetzung von Metallverbindungen und Elektrolyse, zur Anwendung.

[0004] Zur besonders präzisen Herstellung von Metallpulvern kommen gattungsgemäße Vorrichtungen zum Einsatz, mittels welchen ein physikalisches Verfahren, nämlich die zentrifugale Zerstäubung, durchgeführt wird. Hierbei wird ein schnell rotierender Drehteller eingesetzt, wobei Schmelze auf den mit einer bestimmten Geschwindigkeit rotierenden Drehteller auftrifft, aufgrund der Zentrifugalkraft vom Drehteller weggeschleudert und in kleine Tröpfchen zerrissen wird, welche Tröpfchen anschließend zu Metallpartikeln erstarren.

[0005] CA 2170206 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines Metallbulvers, wobei das Verfahren drei grundlegende Schritte umfasst, nämlich

- Zerstäuben einer Metallschmelze mit einem Gas, um Tröpfchen zu erzeugen,

- Zerteilen der Tröpfchen in feine Partikel mittels einer schnell rotierenden Scheibe,

- schnelles Abkühlen der feinen Partikel mit einem Kühlmittel.

AUFGABE DER ERFINDUNG

[0006] Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Vorrichtung zur Herstellung eines Metallpulvers zur Verfügung zu stellen. Insbesondere sollen die Metallpartikel eine möglichst definierte Form und/oder Größe aufweisen, wobei die Größe auf einfache Art einstellbar sein soll. Gemäß einer weiteren Aufgabe der Erfindung sollen bestehende gattungsgemäße Vorrichtungen leicht nachrüstbar sein.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0007] Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zur Herstellung eines Metallpulvers umfassend - einen Tundish zum Herstellen einer Schmelze,

- eine mit dem Tundish fluidisch verbundene Düse zum Ausgießen der Schmelze auf den Drehteller,

- eine zwischen dem Tundish und dem Drehteller angeordnete Sekundärgasdüse, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass

zumindest ein Auslass der Sekundärgasdüse in einer, bezogen auf die Drehachse radialen Richtung zumindest abschnittsweise weiter außen als der Drehteller angeordnet ist, um auf die zu Metallpartikeln erstarrte zerstäubte Schmelze, die den Drehteller verlässt, einzuwirken.

[0008] Als Metallpulver, welches Metallpartikel umfasst, werden sowohl Metallpulver eines einzelnen Metalls als auch von Legierungen und von Gemischen angesehen, wobei das/die Metall(e) insbesondere aus der Gruppe Al, Zn, Sn, Fe, Mg, Zr, W, Sb, Ni, Cu, Ag, Au ausgewählt werden.

[0009] Der Tundish ist beheizbar, um ein Erkalten der Schmelze zu verhindern sowie eine für das Zerstäuben günstige Temperatur zu garantieren. An einem in Fließrichtung der Schmelze gesehen unteren Ende des Tundish ist die Düse vorgesehen, mittels welcher die Schmelze vom Tundish auf den rotierenden Drehteller ausgegossen werden kann, wobei das Ausgießen mittels Schwerkraft erfolgt. Beim Auftreffen auf den rotierenden Drehteller zerstäubt die Schmelze und erstarrt nachfolgend zu Metallpartikeln.

[0010] Wie bereits erwähnt rotiert der Drehteller, wodurch die zur Zerstäubung der Schmelze erforderliche Zentrifugalkraft entsteht. Bei Rotieren des Drehtellers bei konstanter Umdrehungszahl pro Zeiteinheit, bspw. U/min, ist die Geschwindigkeit des Drehtellers an einem äußersten Rand höher als radial innerhalb. Dies führt dazu, dass je nach Auftreffen der Schmelze in einem Bereich des Drehtellers anders geformte bzw. anders große Tröpfchen und damit in weiterer Folge anders geformte bzw. anders große Metallpartikel entstehen. Des Weiteren lassen sich Größe und Form der Metallpartikel bei einem gleich bleibendem Auftreffbereich der Schmelze auf dem Drehteller auch über die Umdrehungszahl pro Zeiteinheit steuern - bei geringerer Umdrehungszahl pro Zeiteinheit entstehen nämlich anders geformte bzw. anders große Metallpartikel als bei höherer Umdrehungszahl pro Zeiteinheit.

[0011] Der Drehteller der erfindungsgemäßen Vorrichtung rotiert zwischen 50.000 U/min und 90.000 U/min, insbesondere zwischen 55.000 U/min und 70.000 U/min, wodurch besonders feine Metallpartikel entstehen.

[0012] Es ist vorstellbar, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung in zumindest einer Kammer angeordnet ist. Es ist allerdings auch möglich, dass sich der Tundish in einer Kammer, nämlich einer Ofenkammer, befindet und der Drehteller in einer separaten Kammer, nämlich einer Zerstäubungskammer, angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Kammer bzw. sind die Kammern gasdicht, um ein Eindringen von Luft zu verhindern, welche Luft zu Oxidationen in der Schmelze bzw. in den Metallpartikeln führen könnte.

[0013] Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Primärgasdüse sowie eine Sekundärgasdüse aufweist, aus welchen jeweils zumindest ein Gasstrom ausgegeben wird. Um unerwünschte Reaktionen der Schmelze bzw. der Metallpartikel zu verhindern, handelt es sich bei dem Gas für die Gasströme um Luft oder ein Inertgas, vorzugsweise N2, H2, CO, CO2, He, Ar, Kr, Xe oder ein Gemisch davon.

[0014] Der aus der Primärgasdüse austretende Gasstrom umgibt die Düse zumindest abschnittsweise und dient der Stabilisierung der aus der Düse austretenden Schmelze. Die Schmelze wird direkt nachdem sie aus der Düse ausgetreten ist zumindest abschnittsweise vom Gasstrom umhüllt, wodurch sie einerseits von der Düse zum Drehteller hin geführt wird und andererseits vor unerwünschten Reaktionen geschützt wird.

[0015] Der aus dem Auslass der Sekundärgasdüse austretende Gasstrom trifft in radialer Richtung gesehen nach dem Drehteller auf die bereits zumindest teilweise erstarrten und vom Drehteller weggeschleuderten Metallpartikel und dient einerseits der weiteren Abkühlung dieser. Andererseits können die Metallpartikel mittels dieses Gasstroms zielgerichtet vom Drehteller in eine Umgebung weggeführt und vor unerwünschten Reaktionen geschützt werden.

[0016] Des Weiteren ist es vorstellbar, dass mittels des aus dem Auslass der Sekundärgasdüse austretenden Gasstroms eine Größe und/oder eine Form der Metallpartikel auf einfache Art und Weise einstellbar ist. D.h. neben der Umdrehungszahl pro Zeiteinheit des Drehtellers sowie neben dem Auftreffbereich der Schmelze auf dem Drehteller kann auch der Gasstrom der Sekundärgasdüse zur (weiteren) Einstellung der geometrischen Eigenschaften der Metallpartikel dienen.

[0017] Durch die Anordnung der Sekundärgasdüse zwischen dem Tundish und dem Drehteller können bestehende Vorrichtungen zur Herstellung eines Metallpulvers leicht nachgerüstet werden, ohne dass die Bauweise bestehender Vorrichtungen stark verändert werden müsste.

[0018] Auch die Geometrie des Drehtellers dient der Einstellung einer möglichst definierten Form und/oder Größe der Metallpartikel. Deshalb ist in einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen, dass ein Abstand, der parallel zur Drehachse ist, zwischen der Oberfläche des Drehtellers und einer normal auf die Drehachse stehenden Normalebene, in welcher Normalebene ein Auslass der Düse liegt, in radialer Richtung monoton fallend ist.

[0019] D.h. die zum Tundish weisende Oberfläche des Drehtellers der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zumindest abschnittsweise positiv gekrümmt und/oder zumindest abschnittsweise linear steigend. Selbstverständlich ist auch nicht ausgeschlossen, dass die Oberfläche des Drehtellers zumindest abschnittsweise parallel zur Normalebene, d.h. in einem Betriebszustand der erfindungsgemäßen Vorrichtung horizontal, verläuft.

[0020] Aus dem zuvor Gesagten ergibt sich somit, dass die zum Tundish weisende Oberfläche des Drehtellers zumindest abschnittsweise konkav ausgebildet ist. D.h. der Drehteller weist in einem inneren Bereich zumindest eine Vertiefung auf. Natürlich ist auch nicht ausgeschlossen, dass der Drehteller vom inneren Bereich radial nach außen mehrere Vertiefungen aufweist - die Oberfläche eines solchen Drehtellers wäre somit wellenartig ausgebildet.

[0021] Ist der Abstand zwischen der Oberfläche des Drehtellers und der Normalebene radial nach außen monoton fallend, trifft die aus der Düse austretende Schmelze üblicherweise in einer Vertiefung des Drehtellers auf dessen Oberfläche auf. Die zumindest partiell zu Metallpartikeln erstarrte Schmelze wird zumindest teilweise von der Oberfläche des Drehtellers radial nach außen in Richtung der Sekundärgasdüse, insbesondere in Richtung des Auslasses der Sekundärgasdüse, weggeschleudert. Jene Metallpartikel, welche entweder von einer dem Drehteller zugewandten Oberfläche der Sekundärgasdüse in Richtung des Drehtellers zurückgeschleudert werden oder gar nicht vom Drehteller weggeschleudert werden und auf dessen Oberfläche verbleiben, werden durch die Rotation des Drehtellers radial nach außen getragen und gelangen aufgrund der monotonen Steigung der Oberfläche des Drehtellers in Richtung des Auslasses der Sekundärgasdüse. D.h. die Geometrie des Drehtellers dient der zumindest abschnittsweisen Führung der Metallpartikel zum Auslass der Sekundärgasdüse.

[0022] Es ist vorstellbar, dass hierbei die Formgebung der Metallpartikel im Wesentlichen bereits auf der zum Tundish weisenden Oberfläche des Drehtellers erfolgt und der aus der Sekundärgasdüse austretende Gasstrom - wenn überhaupt - lediglich geringfügig die Größe und/oder die Form der Metallpartikel beeinflusst.

[0023] In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Abstand, der parallel zur Drehachse ist, zwischen der Oberfläche des Drehtellers und einer normal auf die Drehachse stehenden Normalebene, in welcher Normalebene ein Auslass der Düse liegt, in radialer Richtung monoton steigend ist.

[0024] D.h. die zum Tundish weisende Oberfläche des Drehtellers der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zumindest abschnittsweise negativ gekrümmt und/oder zumindest abschnittsweise linear fallend. Selbstverständlich ist auch in diesem Fall nicht ausgeschlossen, dass die Oberfläche des Drehtellers zumindest abschnittsweise parallel zur Normalebene, d.h. in einem Betriebszustand der erfindungsgemäßen Vorrichtung horizontal, verläuft.

[0025] Aus dem zuvor Gesagten ergibt sich somit, dass die zum Tundish weisende Oberfläche

des Drehtellers zumindest abschnittsweise konvex ausgebildet ist. D.h. der Drehteller weist in einem inneren Bereich zumindest eine Erhöhung auf. Natürlich ist auch nicht ausgeschlossen, dass der Drehteller vom inneren Bereich radial nach außen mehrere Erhöhungen aufweist - die Oberfläche eines solchen Drehtellers wäre somit wellenartig ausgebildet.

[0026] Da die aus der Düse austretende Schmelze in einer Erhöhung des Drehtellers auf dessen Oberfläche auftrifft, ist es vorstellbar, dass die zum Tundish weisende Oberfläche des Drehtellers die Größe und/oder die Form der Metallpartikel lediglich geringfügig beeinflusst und die Formgebung der Metallpartikel im Wesentlichen mittels des aus der Sekundärgasdüse austretenden Gasstroms erfolgt.

[0027] In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass der Drehteller einen inneren Bereich und einen äußeren Bereich aufweist, wobei sich die zum Tundish weisende Oberfläche des inneren Bereichs entlang der radialen Richtung erstreckt und die zum Tundish weisende Oberfläche des äußeren Bereichs in einem Winkel von 5° bis 60°, bevorzugt von 15° bis 45°, besonders bevorzugt von 25° bis 35°, zur zum Tundish weisenden Oberfläche des inneren Bereichs angeordnet ist. D.h. die zum Tundish weisende Oberfläche des äußeren Bereichs kann zum Tundish hinweisend geneigt sein oder vom Tundish wegweisend geneigt sein.

[0028] Abhängig davon, ob die zum Tundish weisende Oberfläche des äußeren Bereichs zum Tundish hinweisend oder vom Tundish wegweisend geneigt ist, ist die zum Tundish weisende Oberfläche des Drehtellers abschnittsweise konkav oder konvex ausgebildet. D.h. der Drehteller weist zumindest eine Vertiefung oder zumindest eine Erhöhung auf.

[0029] In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass der Abstand zwischen der Normalebene und der Oberfläche des Drehtellers und/oder ein Abstand zwischen einer weiteren normal auf die Drehachse stehenden Normalebene, in welcher weiteren Normalebene ein Auslass der Sekundärgasdüse liegt, und der Oberfläche des Drehtellers zur Einstellung der Größe und/oder Form der Metallpartikel adjustierbar ist. D.h. es ist einerseits vorstellbar, dass mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung die beiden Abstände jeweils unabhängig voneinander variiert werden. Andererseits ist es auch vorstellbar, dass die beiden Abstände gemeinsam, d.h. voneinander abhängig, einstellbar sind.

[0030] Abhängig von der Art der Schmelze, insbesondere von der Zusammensetzung, sowie von der zu erzielenden Größe und Form der Metallpartikel können die beiden Abstände adjustiert werden, um immer das optimale Endprodukt zu erzielen.

[0031] In der Regel liegt im Betriebszustand der Vorrichtung der Auslass der Düse zum Ausgießen der Schmelze, weiter unten als der Auslass der Sekundärgasdüse.

[0032] In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Ausblasrichtung der Sekundärgasdüse parallel zur Drehachse ist. Dadurch wird einerseits sichergestellt, dass die vom Drehteller kommenden Metallpartikel nicht wieder auf diesen zurückgeschleudert werden und andererseits, dass die Metallpartikel weiter abgekühlt werden. Außerdem lässt sich dadurch Größe und/oder Form der Metallpartikel am einfachsten einstellen.

[0033] Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn der aus dem zumindest einen Auslass der Sekundärgasdüse austretende Gasstrom möglichst gleichmäßig auf die vom Drehteller weggeschleuderten Metallpartikel einwirkt, weshalb in einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen ist, dass der Auslass der Sekundärgasdüse zumindest abschnittsweise ringförmig ausgebildet ist und den Drehteller zumindest abschnittsweise umfänglich umgibt. Die zumindest abschnittsweise ringförmige Ausbildung des Auslasses der Sekundärgasdüse sorgt für einen besonders gleichmäßigen und konstanten Gasstrom. Des Weiteren lassen sich beim ringförmigen Auslass Blaskraft sowie Luftstrom besonders einfach regeln bzw. einstellen. Bevorzugt weist die Sekundärgasdüse zumindest einen durchgehend ringförmig ausgebildeten Auslass auf.

[0034] In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Ausblasrichtung der Primärgasdüse auf die aus der Düse austretende Schmelze weist. Dadurch ist die Schmelze, deren Fließrichtung - wie bereits erwähnt - der Schwerkraft folgt, zwischen dem Austritt

aus der Düse und dem Auftreffen auf den Drehteller gezielt beeinflussbar.

[0035] Durch den Gasstrom kann die Fließrichtung der Schmelze derart beeinflusst / abgelenkt werden, dass diese auf einen bestimmten Bereich des Drehtellers auftrifft. Einerseits kann hierfür sowohl die Stärke des Gasstromes sowie der Winkel, in dem der Gasstrom auf die Schmelze auftrifft, variiert werden. Auch kann dadurch die Größe und/oder die Form der Metallpartikel beeinflusst bzw. eingestellt werden. Wenn die Schmelze nämlich in einem Bereich am Rand des Drehtellers auftrifft, entstehen auf Grund der höheren Geschwindigkeit und der stärker wirkenden Zentrifugalkraft kleinere Tröpfchen und damit kleinere Metallpartikel, während im Fall, dass die Schmelze zentraler auf den Drehteller auftrifft, durch die geringere Geschwindigkeit und die daraus resultierende geringere Zentrifugalkraft größer Tröpfchen und damit größere Metallpartikel entstehen.

[0036] In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Durchmesser der Düse, insbesondere des Auslasses, zur Dosierung der Schmelze einstellbar ist.

[0037] Typischerweise weist die Düse, insbesondere der Auslass der Düse, einen Durchmesser von 1 mm bis 5 mm auf. Der entsprechende Durchmesser muss einerseits groß genug sein, um ein Verstopfen des Auslasses durch Schmelze zu verhindern, und andererseits muss der Durchmesser an die zu erzielende Form und/oder Größe der Metallpartikel angepasst werden. Je mehr Schmelze durch die Düse, insbesondere durch den Auslass, pro Zeiteinheit durchtritt, desto größer sind die vom Drehteller weggeschleuderten Metallpartikel.

[0038] Um die vom Drehteller in die Umgebung weggeschleuderten Metallpartikel zu klassieren, ist in einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen, dass die Vorrichtung einen Sichter umfasst, wobei der Sichter in Fließrichtung der Schmelze gesehen nach dem Drehteller angeordnet ist. Dabei kann sich der Sichter innerhalb der zumindest einen Kammer, in welcher u.a. Tundish und Drehteller angeordnet sein können, befinden oder aber auch räumlich getrennt von der zumindest einen Kammer angeordnet sein.

[0039] Bei dem Sichter handelt es sich im Rahmen der Erfindung um eine Vorrichtung zur Klassierung von Metallpartikeln nach einem definierten Kriterium wie der Partikelgröße. Das Sichten nutzt üblicherweise die unterschiedlichen Massenkräfte und Strömungswiderstände der verschieden großen Metallpartikeln in einem Medium, etwa in einem Luftstrom.

[0040] Zur Lösung der eingangs beschriebenen Problemstellung ist auch ein Verfahren zur Herstellung eines Metallpulvers vorgesehen, welches folgende Schritte umfasst:

- Schmelzen mindestens eines Metalls in einem Tundish,

- Ausgießen einer Schmelze aus dem Tundish mittels einer Düse auf einen rotierenden Drehteller,

- Stabilisieren der Schmelze mittels eines auf die Schmelze gerichteten Gasstroms aus einer die Düse zumindest abschnittsweise umgebenden Primärgasdüse,

- Zerstäuben der Schmelze durch das Auftreffen auf den rotierenden Drehteller,

- Erstarren der zerstäubten Schmelze zu Metallpartikeln,

- Einwirken eines weiteren Gasstroms auf die den Drehteller verlassenden Metallpartikel, welcher weitere Gasstrom aus einer zwischen dem Tundish und dem Drehteller angeordneten Sekundärgasdüse austritt, wobei zumindest ein Auslass der Sekundärgasdüse in einer, bezogen auf die Drehachse, radialen Richtung zumindest abschnittsweise weiter außen als der Drehteller angeordnet ist, um auf die zu Metallpartikeln erstarrte zerstäubte Schmelze, die den Drehteller verlässt, einzuwirken.

[0041] Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich wie folgt zusammenfassen: Das mindestens eine Metall wird im Tundish geschmolzen, um eine Schmelze zu erhalten, welche im Anschluss über die Düse auf den rotierenden Drehteller ausgegossen wird. Vom Austritt der Schmelze aus der Düse bis zum Auftreffen der Schmelze auf dem rotierenden Drehteller wird die Schmelze mittels des auf die Schmelze gerichteten Gasstrahls stabilisiert. Im Zuge des Auftreffens der Schmelze auf den rotierenden Drehteller wird die Schmelze auf Grund der wirkenden Zentrifugalkraft wieder vom rotierenden Drehteller weggeschleudert und in Tröpfchen zerstäubt, welche

nachfolgend zu Metallpartikeln erstarren. Nachdem die Metallpartikel den Drehteller verlassen, wirkt ein weiterer Gasstrom auf diese ein, bspw. um die Metallpartikel zu kühlen und/oder eine Größe und/oder Form der Metallpartikel einzustellen.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

[0042] Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung ist beispielhaft und soll den Erfindungsgedanken zwar darlegen, ihn aber keinesfalls einengen oder gar abschließend wiedergeben.

[0043] Dabei zeigt:

[0044] Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines Metallpulvers.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

[0045] Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Herstellung eines Metallpulvers, welche Vorrichtung 1 einen Tundish 2, einen Drehteller 5, eine Düse 7, eine Primärgasdüse 8 sowie eine Sekundärgasdüse 9 aufweist, wobei die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 in einer gasdichten Kammer (nicht dargestellt) angeordnet ist.

[0046] Der Tundish 2 dient der Herstellung einer Schmelze 3, wobei an einem in einer Fließrichtung 6 der Schmelze 3 gesehen unterem Ende des Tundish 2 eine mit dem Tundish 2 fluidisch verbundene Düse 7 angeordnet ist, welche für das Ausgießen der Schmelze 3 aus dem Tundish 2 auf den Drehteller 5 geeignet ist.

[0047] In Fließrichtung 6 der Schmelze 3 gesehen ist der Drehteller 5 also nach dem Tundish 2 und nach der Düse 7 angeordnet. Des Weiteren rotiert der Drehteller 5 mit 60.000 U/min um eine Drehachse 4, um die auf einer Oberfläche 5a des Drehtellers 5 auftreffende Schmelze 3 zu zerstäuben und in Form von Tröpfchen, welche Tröpfchen nachfolgend zu Metallpartikeln 11 erstarren, wegzuschleudern.

[0048] Die Düse 7 weist einen Auslass 7a auf, dessen Durchmesser einstellbar ist, wobei der Durchmesser in diesem Ausführungsbeispiel in einem Bereich von 1 mm bis 5 mm adjustierbar ist.

[0049] Die Düse 7 wird in diesem Ausführungsbeispiel vollumfänglich von einer, hier also im Querschnitt ringförmigen, Primärgasdüse 8 umgeben. Des Weiteren weist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 eine Sekundärgasdüse 9 auf, welche zwischen dem Tundish 2 und dem Drehteller 5 angeordnet ist, wobei sich ein ringförmiger Auslass 9a der Sekundärgasdüse 9 in einer, bezogen auf die Drehachse 4 radialen Richtung 10 weiter außen als der Drehteller 5 befindet.

[0050] Sowohl aus der Primärgasdüse 8 als auch aus der Sekundärgasdüse 9 tritt jeweils ein Gasstrom aus, wobei in diesem Ausführungsbeispiel Ar austritt, um unerwünschte Reaktionen der Schmelze 3 bzw. der Metallpartikel 11 zu verhindern.

[0051] Der aus der Primärgasdüse 8 austretende Gasstrom dient der Stabilisierung der Schmelze 3, wobei eine Ausblasrichtung 8a auf die aus der Düse 7, insbesondere aus dem Auslass 7a, austretende Schmelze 3 weist. Mittels des Gasstroms wird die Schmelze 3 vollumfänglich umhüllt, wodurch die Schmelze 3 von der Düse 7 zum Drehteller 5 hin geführt wird.

[0052] Der aus dem Auslass 9a der Sekundärgasdüse 9 austretende Gasstrom trifft wiederum in radialer Richtung 10 gesehen nach dem Drehteller 5 auf die vom Drehteller 5 weggeschleuderten Metallpartikel 11 auf, wobei eine Ausblasrichtung 9b parallel zur Drehachse 4 ist. Der Gasstrom der Sekundärgasdüse 9 dient einerseits der (weiteren) Abkühlung der Metallpartikel 11 sowie andererseits der zielgerichteten Wegführung der Metallpartikel 11 vom Drehteller 5 in eine Umgebung.

[0053] In diesem Ausführungsbeispiel weist die Oberfläche 5a des Drehtellers 5 eine konkave

Form auf. Der Drehteller 5 weist einen inneren Bereich 5b und einen äußeren Bereich 5c auf, wobei sich die zum Tundish 2 weisende Oberfläche des inneren Bereichs 5b entlang der radialen Richtung 10 erstreckt und die zum Tundish 2 weisende Oberfläche 5a des äußeren Bereichs 5c in einem Winkel a von 25° zur zum Tundish 2 weisenden Oberfläche 5a des inneren Bereichs 5b angeordnet ist, wodurch der Großteil der Metallpartikel 11 zum Auslass 9a der Sekundärgasdüse 9 befördert wird.

[0054] Um Größe und Form der Metallpartikel einzustellen ist sowohl ein Abstand 13 zwischen einer Normalebene 12, in welcher der Auslass 7a der Düse 7 liegt, und der Oberfläche 5a des Drehtellers 5 als auch ein Abstand 15 zwischen einer weiteren Normalebene 14 und der Oberfläche 5a des Drehtellers 5 adjustierbar, wobei die Normalebene 12 und die weitere Normalebene 14 jeweils normal auf die Drehachse 4 stehen.

[0055] Des Weiteren weist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 einen Sichter (nicht dargestellt) zur Klassierung der Metallpartikel 11 auf, wobei der Sichter räumlich getrennt von der Kammer angeordnet ist.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 Vorrichtung zur Herstellung eines Metallpulvers 2 Tundish

3 Schmelze

4 Drehachse

5 Drehteller 5a Oberfläche 5b innerer Bereich 5c äußerer Bereich 6 Fließrichtung 7 Düse 7a Auslass 7b Durchmesser 8 Primärgasdüse 8a Ausblasrichtung 9 Sekundärgasdüse 9a Auslass 9b Ausblasrichtung 10 radiale Richtung 11 Metallpartikel 12 Normalebene 13 Abstand zwischen der Oberfläche 5a und der Normalebene 12 14 weitere Normalebene 15 Abstand zwischen der Oberfläche 5a und der weiteren

Normalebene 14

a Winkel

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung (1) zur Herstellung eines Metallpulvers umfassend

- einen Tundish (2) zum Herstellen einer Schmelze (3),

- einen eine Drehachse (4) aufweisenden Drehteller (5), welcher Drehteller (5) in einer Fließrichtung (6) der Schmelze (3) gesehen nach dem Tundish (2) angeordnet ist, wobei der Drehteller (5) rotierbar ist, um die Schmelze (3) auf einer Oberfläche (5a) des Drehtellers (5) zu zerstäuben,

- eine mit dem Tundish (2) fluidisch verbundene Düse (7) zum Ausgießen der Schmelze (3) auf den Drehteller (5),

- eine die Düse (7) zumindest abschnittsweise umgebende Primärgasdüse (8) zur Stabilisierung der Schmelze (3) und

- eine zwischen dem Tundish (2) und dem Drehteller (5) angeordnete Sekundärgasdüse (9),

dadurch gekennzeichnet, dass

zumindest ein Auslass (9a) der Sekundärgasdüse (9) in einer, bezogen auf die Drehachse

(4), radialen Richtung (10) zumindest abschnittsweise weiter außen als der Drehteller (5)

angeordnet ist, um auf die zu Metallpartikeln (11) erstarrte zerstäubte Schmelze (3), die den

Drehteller (5) verlässt, einzuwirken.

2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand (13), der parallel zur Drehachse (4) ist, zwischen der Oberfläche (5a) des Drehtellers (5) und einer normal auf die Drehachse (4) stehenden Normalebene (12), in welcher Normalebene (12) ein Auslass (7a) der Düse (7) liegt, in radialer Richtung (10) monoton fallend ist.

3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand (13) der parallel zur Drehachse (4) ist, zwischen der Oberfläche (5a) des Drehtellers (5) und einer normal auf die Drehachse (4) stehenden Normalebene (12), in welcher Normalebene (12) ein Auslass (7a) der Düse (7) liegt, in radialer Richtung (10) monoton steigend ist.

4. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehteller (5) einen inneren Bereich (5b) und einen äußeren Bereich (5c) aufweist, wobei sich die zum Tundish (2) weisende Oberfläche (5a) des inneren Bereichs (5b) entlang der radialen Richtung (10) erstreckt und die zum Tundish (2) weisende Oberfläche (5a) des äußeren Bereichs (5c) in einem Winkel (a) von 5° bis 60°, bevorzugt von 15° bis 45°, besonders bevorzugt von 25° bis 35°, zur zum Tundish (2) weisenden Oberfläche (5a) des inneren Bereichs (5b) angeordnet ist.

5. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (13) zwischen der Normalebene (12) und der Oberfläche (5a) des Drehtellers (5) und/oder ein Abstand (15) zwischen einer weiteren normal auf die Drehachse (4) stehenden Normalebene (14), in welcher weiteren Normalebene (14) ein Auslass (9a) der Sekundärgasdüse (9) liegt, und der Oberfläche (5a) des Drehtellers (5) zur Einstellung der Größe und/oder Form der Metallpartikel (11) adjustierbar ist.

6. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausblasrichtung (9b) der Sekundärgasdüse (9) parallel zur Drehachse (4) ist.

7. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (9a) der Sekundärgasdüse (9) zumindest abschnittsweise ringförmig ausgebildet ist und den Drehteller (5) zumindest abschnittsweise umfänglich umgibt.

8. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausblasrichtung (8a) der Primärgasdüse (8) auf die aus der Düse (7) austretende Schmelze (3) weist.

9. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser (7b) der Düse (7), insbesondere des Auslasses (7a), zur Dosierung der Schmelze (3) einstellbar ist.

10. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) einen Sichter zur Klassierung der Metallpartikel (11) umfasst, wobei der Sichter in Fließrichtung (6) der Schmelze (3) gesehen nach dem Drehteller (5) angeordnet ist.

11. Verfahren zur Herstellung eines Metallpulvers umfassend folgende Schritte:

- Schmelzen mindestens eines Metalls in einem Tundish (2),

- Ausgießen einer Schmelze (3) aus dem Tundish (2) mittels einer Düse (7) auf einen rotierenden Drehteller (5),

- Stabilisieren der Schmelze (3) mittels eines auf die Schmelze (3) gerichteten Gasstroms aus einer die Düse (7) zumindest abschnittsweise umgebenden Primärgasdüse (8),

- Zerstäuben der Schmelze (3) durch das Auftreffen auf den rotierenden Drehteller (5),

- Erstarren der zerstäubten Schmelze (3) zu Metallpartikeln (11),

- Einwirken eines weiteren Gasstroms auf die den Drehteller (5) verlassenden Metallpartikel (11) welcher weitere Gasstrom aus einer zwischen dem Tundish (2) und dem Drehteller (5) angeordneten Sekundärgasdüse (6) austritt, wobei zumindest ein Auslass (9a) der Sekundärgasdüse (9) in einer, bezogen auf die Drehachse (4), radialen Richtung (10) zumindest abschnittsweise weiter außen als der Drehteller (5) angeordnet ist, um auf die zu Metallpartikeln (11) erstarrte zerstäubte Schmelze (3), die den Drehteller (5) verlässt, einzuwirken.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen