DE1061298B - Verfahren und Vorrichtung zum Verblasen von schmelzfluessigen nichtmetallischen Stoffen mit hohem Schmelzpunkt - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zum Verblasen von schmelzflüssigen nichtmetallischen Stoffen mit hohem Schmelzpunkt Für die Zerkleinerung fester Stoffe, die durch Erhitzen in einen schmelzflüssigen Zustand gebracht werden können, ist es bekannt, die Zerkleinerung durch einen Gas- oder Dampfstrom vorzunehmen, der mit genügendem Druck in einen Strahl des schmelzflüssigen Stoffes hineingeleitet wird und dadurch die Zerkleinerung bewirkt. Dieses Verblaseverfahren ist sowohl bei Metallen üblich, beispielsweise zur Herstellung von Metalipulvern zu pulvermetallurgischen Zwecken, oder auch zur Herstellung von Zusatzstoffen für Schwertrüben. In der gleichen Weise werden aber auch keramische Stoffe, also Metalloxyde und ihre Gemische, durch Verblasen zerkleinert, sei es zu Körnungen oder Pulvern oder zu Fasern, etwa bei Herstellung der sogenannten Schlackenwolle oder Mineralwolle.
• Bei allen bisher bekannten Verfahren, bei denen ein Gas- oder Dampfstrahl auf einen schmelzflüssigen Stoff einwirkt, wird der Gasstrahl in den Schmelzgutstrahl hinein gerichtet, so daß die beiden Strahlen unter entsprechendem Druck zusammenprallen. Bei den ersten Anlagen wurde der Gasstrahl von der Seite her auf den von einer Rinne abfließenden Schmelzgutstrahl gerichtet, daß sich die Achsen beider Strahlen etwa unter einem rechten Winkel schneiden. Weiterhin sind dann Verfahren bekanntgeworden, insbesondere auf dem Gebiet der Metallzerkleinerung, bei denen Ringdüsen verwendet wurden, wobei der aus der Düse austretende Strahl kegelförmig nach innen geführt und die Kegelspitze in die Achse des Schmelzgutstrahles gerichtet wurde. Allen bekannten Ausführungsformen gemeinsam ist also der Gedanke der Prallzerkleinerung, bei dem die einem Gas- oder Dampfstrahl innewohnende Energie durch unmittelbares Auftreffen auf den Schmelzgutstrahl die Zerkleinerung herbeiführen soll.
• Die Erfindung betrifft ebenfalls das Verblasen schmelzflüssiger Stoffe, beispielsweise von Metalloxyden, zu Körnern, Pulvern oder Fasern mittels einer den Strahl umgebenden Blasevorrichtung. Sie beruht im Gegensatz zu den bekannten Verfahren auf der für dieses Gebiet erstmaligen Erkenntnis, daß eine ausgezeichnete Zerteilung des Schmelzgutstrahles erreichbar ist, wenn man das Schmelzgut in einen Vakuumwirbel einführt. Dementsprechend besteht das Verfahren nach der Erfindung darin, daß das Schmelzgut durch ein innerhalb eines aus Gas- oder Dampfstrahlen gebildeten kegelförmigen Raumes befindliches Vakuum bzw. die dabei auftretenden Wirbel unter Vermeidung des unmittelbaren Zusammenpralles zwischen Schmelzgutstrahl und Blasmittelstrahl zerteilt wird. Die Erfindung umfaßt auch die Ausbildung einer für das Verfahren verwendbaren Ringdüse, die in an sich bekannter Weise aus einem sich konisch erweiternden Durchlaufkanal für den Schmelzstrom und -einer diesen Kanal umschließenden Ringkammer fiir die Zufuhr des Blasmittels besteht und die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Austrittsdüse des Blasmittels konisch nach außen erweitert ist.
• Zur näheren Erläuterung der Erfindung sowie ihrer Einzelheiten und ihrer Vorteile ist in der Zeichnung schematisch ein Beispiel für eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Düse dargestellt.
• Abb. 1 zeigt dabei einen senkrechten Schnitt in der Achsenebene, Abb. 2 eine Aufsicht auf die Vorrichtung, teilweise mit einer Schnittdarstellung.
• Die Mittelöffnung der Vorrichtung a, die von dem Schmelzgutstrahl b von oben nach unten durchflossen wird, ist von der kegelig ausgebildeten Wand c umgeben. An den oberen Teil dieser Wand schließt sich außen eine Ringkammer d an, an den unteren Teil die eigentliche Düse e. Das in die Ringkammer d unter Druck eingeleitete Gas strömt also durch die Düse e nach unten aus. Bei dem Beispiel wird die Innenwandung der Ringdüse von dem Mantelkörper c und die Außenwandung von einem besonderen Ring f gebildet, der mit einem Schraubengewinde in die Wandung der Ringkammer d eingesetzt ist, so daß durch Verschrauben des Ringes die Spaltbreite der Düse e einstellbar ist. Die Mittellinie zwischen der Innenwandung und Außenwandung der Düse ist durch die strichpunktierte Linie g angedeutet, aus der hervorgeht, daß der die Düse verblasende Strahl schon durch die Form der Düse gezwungen wird, einen sich erweiternden Kegelmantel zu bilden. Bei ausreichendem Druck im Ringraum d bildet sich auf diese Weise in dem vom Gasstrahl umhüllten Raums. ein kräftiges Vakuum, das den Schmelzgutstrahl b zerreißt und seine Teile in die durch die Pfeile i angedeutete Richtung schleudert. Das Vakuum im Raum h saugt auch durch die Ringöffnung a einen Luftstrom an, der durch den Pfeil k in Abb. 1 angedeutet ist. Dieser Luftstrom ist durchaus erwünscht, denn er verhindert, daß der Strahl b vorzeitig schon innerhalb des Ringraumes zerreißt und daß sich Teile des Schmelzgutes etwa in der Nähe der Düsenmündung an den Teilen der Vorrichtung ansetzen können.
• Die zerteilendeWirkung des Düsenstrahles läßt sich erheblich steigern, wenn dem aus der Düse austretenden Strahl zusätzlich ein Drall aufgezwungen wird, also eine Bewegungskomponente in tangentialer Richtung, wie dies auch schon bei Vorrichtungen bekannt ist, bei denen ein unmittelbarer Zusammenprall von Schmelzgutstrahl und Blasmittelstrahl herbeigeführt wird. Ein solcher Drall würde auch eine starke kegelförmige Erweiterung des Strahles hervorrufen, wenn die Mittelfläche der Ringdüse etwa auf einem Zylindermantel liegen würde, denn die aus der Düse austretenden Gas teilchen werden dann durch die beim Drall gegebene Zentrifugalkraft sofort nach dem Verlassen der Düse nach außen gerissen. Zur Erzeugung des Dralls können entweder Leitflächen benutzt werden; bei dem dargestellten Beispiel sind solche Leitflächen m unmittelbar vor dem Düsenkanal e angeordnet, die das zu den Düsen strömende Gas zu einer schraubenförmigen Bewegung zwingen. Ferner kann auch der Drall dadurch hervorgerufen werden, daß die Gaseinlässe in die Ringkammer in tangentialer Richtung angeordnet werden, wie dies aus Abb. 2 erkennbar ist Hier sind vier am Umfang verteilte Zuleitungen vorgesehen, von denen die beiden Zuleitungen n an eine Druckluftquelle und die beiden Zuleitungen o an eine Dampfquelle angeschlossen sind. Auf diese Weise entsteht in der Ringkammer d ein starker Wirbel, der sich auch auf die Bewegung des Gemisches in der Düse überträgt. Diese Anordnung hat außerdem den Vorteil, daß die Zusammensetzung und der Druck des Gemisches in der Ringkammer leicht geregelt werden können. Ein Gemisch von Wasserdampf und Luft hat sich für den Betrieb der Düse als besonders zweckmäßig erwiesen, da der Wasserdampf dabei zum Teil zu einem Wassernebel kondensiert, so daß das aus der Düse austretende Gemisch ein hohes spezifisches Gewicht aufweist und damit für die Zerteilung des Schmelzgutstrahles die nötige Energiemenge leicht zur Verfügung gestellt werden kann.
• Von den mit dem Verfahren verbundenen Vorteilen sind besonders folgende hervorzuheben. Die Zerteilung des schmelzflüssigen Gutes erfolgt unter dem Einfluß des Vakuumwirbels schon bevor das schmelzflüssige Gut mit dem Zerstäuberstrahl unmittelbar in Berührung kommt. Dies bedeutet, daß das Schmelzgut sich während der Zerteilung noch völlig in flüssigem Zustand befindet, also der Zerteilung keinen besonderen Widerstand entgegensetzen kann. Bei den bisher üblichen Prallverfahren ist dieser Vorteil nicht erzielbar, denn wenn der Gas- oder Dampfstrahl direkt auf den noch zusammenhängenden Schmelzgutstrahl gerichtet wird, findet an der Berührungsstelle sofort eine Abkühlung statt, also auch eine gewisse Erstarrung, die die Verteilung erschwert. Damit ergibt sich, daß das Verfahren nach der Erfindung mit besonderem Vorteil auch für Stoffe mit sehr hohem Schmelzpunkt, beispielsweise auch für die Zerteilung von Korundschmelzen und ähnlichen Metalloxydschmelzen eingesetzt werden kann.
• Bei der Anwendung des Verfahrens für das Verblasen von schmelzflüssigen Metalloxyden wurde gefunden, daß durch eine entsprechende Abstimmung der Düsenstrahlenergie einerseits und der Zufuhr des schmelzflüssigen Oxyds andererseits ein pulvriges Erzeugnis herstellbar ist, das aus annähernd kugelförmigen Einzelkörnern besteht und einen hohen Anteil feinster Körnung von nur wenigen Tausendstel Millimetern Durchmesser aufweist. Nach Zerlegung des Erzeugnisses in Fraktionen gleicher Korngröße, beispielsweise durch eine an sich bekannte Schwimmsichtung, kann dieses Erzeugnis unmittelbar für Polierzwecke eingesetzt werden, also ohne daß noch eine Mahlung vorgenommen wird. Das Vermeiden des Mahlvorganges bedeutet dabei nicht nur eine beträchtliche Kostenersparnis, sondern auch eine wesentliche Verbesserung der Eigenschaften des Erzeugnisses, denn beim Polieren, insbesondere bei der Herstellung optischer Linsen, ist die Verwendung von Pulvern unerwünscht, deren Einzelkörner durch zersplitternde Mahlung scharfe Spitzen oder Kanten aufweisen, die beim Polieren zu Kratzspuren führen können. Die Entstehung eines Pulvers mit kugelförmigen Körnern dürfte bei dem Verfahren nach der Erfindung damit erklärbar sein, daß schon vor der Berührung des schmelzflüssigen Strahles mit dem aus der Düse austretendem Dampf-Gas-Gemisch eine vollständige Zerteilung des Gutes noch im Zustand der Schmelzflüssigkeit erfolgt, wobei dann die Oberflächenspannung der Flüssigkeit die Kugelform herbeiführt, die dann erhalten bleibt, da unmittelbar nach der Zerteilung die Erstarrung durch Wärmeabgabe an die Umgebung eintritt.
• Ein weiterer Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung liegt darin, daß der Grad der Zerteilung ohne weiteres durch entsprechende Regelung des Gasdruckes vor der Düse einstellbar ist. Einer Druckerhöhung steht hier keine durch das Verfahren bedingte Grenze entgegen, wie dies bei den bekannten Verfahren der Fall ist, bei denen aus einer Ringdüse ein sich kegelförmig verjüngender Strahl auf die Mitte des Schmelzgutstrahles gerichtet wurde. Wenn man bei diesen bekannten Verfahren nämlich eine Druckerhöhung vornahm, so erfolgten an der Prallstelle lediglich eine Druckerhöhung und ein Rückstau, der zu einem Zurückspritzen des schmelzflüssigen Gutes in Richtung auf die Düse und zu Verstopfungen in der Düse und am Düsenring führte. Jedenfalls konnte bei den bekannten Verfahren die Leistung nicht ohne weiteres durch eine Druckerhöhung im Gasstrahl gesteigert werden, während bei dem Verfahren nach der Erfindung, bei dem die Zerteilung nicht durch Prallwirkung, sondern nur durch den Vakuumwirbel erfolgt, die Leistung durch Druckerhöhung vor der Düse stetig gesteigert werden kann. Dabei ist auch der Zerteilungsgrad in den weitesten Grenzen leicht einstellbar, also lediglich durch die Regelung des Düsenquerschnitts, des Druckes vor der Düse, der Gas- und Dampfmenge und des Durchsatzes an schmelzflüssigem Gut. Es ergeben sich dabei auch verhältnismäßig gleichmäßige Korngrößen und gleichmäßige Formen für die einzelnen Teilchen, und zwar bei ziemlich niedrigem Aufwand an Gas bzw.
• Dampf.

Claims (3)

1. PATENEEANSPROCEXE 1. Verfahren zum Verblasen von schmelzflüssigen nichtmetallischen Stoffen mit hohem Schmelzpunkt, beispielsweise von Elektrokorund oder ähnlichen harten und hochschmelzenden Metalloxyden oder Karbiden, zu feinsten Teilchen durch Zerstäuben eines frei fallenden Strahles des geschmolzenen Ausgangsstoffes mit einer den Strahl umgebenden Ringdüse, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmelzgut durch ein innerhalb eines aus Gas-oder Dampfstrahlen gebildeten kegelförmigen Raumes befindliches Vakuum bzw. die dabei auftretenden Wirbel unter Vermeidung des unmittelbaren Zusammenpralles zwischen Schmelzgutstrahl und Blasmittelstrahl zerteilt wird.
2. 2. Ringdüse zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, bestehend aus einem sich konisch erweiternden Durchlaufkanal für den Schmelzstrom und einer diesen Kanal umschließenden Ringkammer für die Zufuhr des Blasmittels, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsdüse (e) der Ringkammer (d) in Austrittsrichtung des Blasmittels konisch nach außen erweitert ist.
3. 3. Ringdüse nach Anspruch 2, in der als Blasmittel ein Gas-Dampf-Gemisch zu verwenden ist, dadurch gekennzeichnet, daß an der dem Düsenkörper vorgeschalteten Ringkammer (d) für den Dampf und das Gas getrennte, tangential in die Kammer einmündende Einlaßrohre (n, o) vorgesehen und für beide Anteile getrennte Regelvorrichtungen angeordnet sind, wobei also die Mischung erst in der Ringkammer (d) erfolgt.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 514 623, 839 438 ; USA.-Patentschrift Nr. 1 501 449.

   In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 917 226.