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Verfahren und Vorrichtungen zum Herstellen von Metalipuivern Die
Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zum Herstellen von Metallpulvern,
bei denen geschmolzenes Metall mit einem Turm mit Hilfe eines zyklonähnlichen spiralförmigen
Fludstroms, der mittels einer Zerstäubungsdüsenvorrichtung erzeugt wird, zerstäubt
wird. Das zerstäubte Metall wird in Form eines Pulvers mit Hilfe einer unter dan
Turm angeordneten hin- und herbewegbaren Fördervorrichtung gesammelt.
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Die bis jetzt bekannten Verfahren und Vorrichtungen zum Herstellen
von Metalipulvern beruhen gewöhnlich auf der Verarbeitung einzelner Chargen, wobei
ein Strom von geschmolzenei Metall durch einen auftreffen den Gasstrom oder sich
drehende Scheiben oder dergleichen §tzerkleinert" oder teilweise zerstäubt wird.
Die aus dem zerstäubten Metall bestehenden Tröpfchen werden in einen mit einer Flüssigkeit,
z*BO Wasser, gefüllten Behälter geleitet, in dem sie erstarren und slch am Boden
absetzen, wo sie gesammelt werden. Dann muß das Me-Metallpulver dem Behälter entnommen
und getrocknet werden. Die ausbeute von feinkörnigem Metallpulver ist bei diesen
Verfshren im allgemeinen gering, und die Pulverteilohen sind porös und haben eine
unregelmäßige Form. Ferner haben sich diese
Verfahren bei der Verarbeitung
verhältnismäßig leichter Metallegierungen, z.B. Legierungen mit hohem Mangangehalt,
in der Praxis nicht bewährt.
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Verfahren und Vorrichtungen zum Zerstäuben von Metall sind zoBJ aus
den folgenden U0S.A.-Patentschriften bekamt: 1 501449, 1 635653, 1938876, 2006891,
2306449, 2 956 304, 2 968 062 und 3 093 315.
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Die bis jetzt bekannten Metallzerstäubungsdüsen umfassen gewöhnlich
eine Düse zum Abgeben des geschmolzenen Metalls und eine sich längs ihres Umfangs
erstreckende ringförmige Gasausgleichskammer. Das Gas wird von der Kammer über eine
ringförmige Düse quer zum Ausgang der das geschmolzene Metall aufnehmenden Düse
abgegeben, wie es in Fig. 2 der U.S.A.-Patentschrift 2 006 891 hei 18a gezeigt ist,
um gegenüber dem Metallauslaß einen Unterdruck zu erzeugen. Durch diesen Unterdruck
wird das Metall in den kegelförmigen Gas strom gezogen, der ein teilweises Zerstäuben
des Metalls bewirkt. Soweit bekannt, werden solche Düsen in der Industrie nur bei
mit einem Flud arbeitenden Vorrichtungen zum Verarbeiten von Chargen benutzt.
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Gemäß der Erfindung sollen nunmehr ein Metallzerstäubungsver ahren
und eine Metallzerstäubungsvorrichtung geschaffen werden, die es ermöglichen, trockene
Metallpulver direkt aus geschmolzenem Metall zu erzeugen, ohne daß es erforderlich
ist, das Pulver in einem mit einer Flüssigkeit gefüllten Absetzbehälter zu sammeln0
Ferner sieht die Erfindung eine Metallzerstäubungsdüse vor, die ein aus dichten
kutelförmigen Teilchen bestehendes Metallpulver erzeugt, das im trockenen Zustand
gesammelt werden kann. Weiterhin sieht die Erfindung eine Metallzerstäubungsdüse
vor, mittels deren die zerstäubten Teilchen in einem spiralförmigen zyklonartigen
Strom suspendiert werden, der durch einen Gaso strom erzeugt wird, damit das Pulver
im trockenen Zustand gesammelt werden kann, und um die Pulverteilchen einer Scherwirkung
auszusetzen, die zum Entstehen runder, saubererer
und dichterer
Pulverteilchen führt. Gemäß einem weiteren Merkmal sieht die Erfindung eine Metallzerstäubungsvorrichtung
vor, bei der die zerstäubten Metallteilchen zusätzlich suspendiert werden und das
Pulver im trockenen Zustand gesammelt wird. Ferner sieht die Erfindung ein Verfahren
zum Erzeugen dichter trockener Metallpulver aus geschmolzenem Metall mittels eines
kontinuierlichen Prozesses vor, Weiterhin sieht die Erfindung ein Verfahren zum
Herstellen trockener Metallpulver vor, die von Oxidationsprodukten relativ frei
sind.
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Allgemein gesprochen umfaßt die erfindungsgemäße Düse zum Zerstäuben
geschmolzenen Metalls eine das geschmolzene Metall nach unten abgebende Düse mit
einer nahe ihrem unteren Ende angeordneten Austrittsöffnung und eine gleichachsig
mit der Düse angeordnete ringförmige Gaskammer mit einer allgemein ringförmigen
Austrittsöffnung, die das untere Ende der das geschmolzene Metall aufnehmenden Dpse
umgibt. Die ringförmige Gaskammer ist nahe ihrem äußeren Rand mit mindestens zwei
tangentialen Gaseinlässen versehen, und der Querschnitt der Gaskammer verkleinert
sich in Richtung auf ihre hustrittsöffnung.
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Die tangentialen Gaseinlässe wirken additiv, so daß sie in der Gaskammer
eine schnelle Wirbelbewegung hervorrufen, und die Verkleinerung des Querschnitts
der Kammer in Richtung auf ihren ringförmigen Auslaß fülift zu einer Steigerung
der Strömungsgeschwindigkeit des Gases in der Weise, daß nahe dem Auslaß der Düse
für das geschmolzene Metall ein umgekehrter Zyklon entsteht bzw. eine Tornadowirkung
hervorgerufen wird0 Der Ausdruck t'Uornadowirkungn dient hier zur Charakterisierung
der Wirkung des Gases, denn die sich hierbei ergebenden Bedingungen sind den bei
einem umgekehrten natprlichen Zyklon oder Tornado bestehenden bedingungen analog.
Beispielsweise ist die Strömungsgeschwindigkeit des Gases in der Mitte des Wirbels
praktisch gleich Null, und der Gasdruck nimmt von einem Maximum in der Mitte des
Wirbels bis auf ein Minimum am Umgang des wirbelförmigen Gasstroms
ab.
Das geschmolzene Metall wird aus der Austrittsöffnung der Düse abgesaugt und dem
unter einem niedrigen Druck stehenden sich wirbelförmig bewegenden Gas strom zugeführt,
in dem es zerstäubt und suspendiert wird. Da in der Mitte des Gasstroms ein höherer
Druck herrscht und die Strömungsgeschwindigkeit praktisch gleich Null ist, wird
das Hindurchströmen von Metall durch den mittleren Teil des Gasstroms weitgehend
verhindert, so daß im wesentlichen die gesamte austretende Metallmenge zerstäubt
und suspendiert wird. Ferner bewirkt der spiralformige Zyklon, daß die zerstäubten
Teilchen aufeinander abrollen und eine Scherwirkung aufeinander ausüben, so daß
man in Erfüllung der Aufgabe der Erfindung ein Metall pulver erhält, das sich aus
dichten runden Teilchen zusammensetzt, Das Suspendieren der zerstäubten Teilchen
ermöglicht das Erstarren des geschmolzenen Metalls, bevor die Teilchen mit der Seitenwand
oder dem Boden der Zerstäubungskammer in Berührung kommen, und es verhindert ein
Zusammenbacken der Teilchen am Boden der Kammer0 Bei den bis jetzt bekannten Zerstäubungsvorrichtungen
können die zerstäubten Teilchen ungehindert aus er Zerstäubungsvorrichtung herausfallen,
so daß man eine mit einer Flüssigkeit gefüllte Sammelvorrichtung oder ergleichen
vorsehen muß.
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Die Metallzerstäubungsvorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt eine
Zerstäubungskammer mit einem offenen unteren Ende, Zerstäubungsdüsenmittel, die
mit dem oberen Ende der Kammer in Verbindung stehen, und eine unter dem offenen
unteren Ende der Lammer angeordnete hin- und herbewegbare Sammelvorrichtung. Die
Zerstäuberdüsenmittel umfassen eine das geschmolzene Metall aufnehmende Düse, die
im oberen Ende der Kammer mündet, und eine Zerstäubungsgasdüse, mittels deren das
Metall aus der Metallabgabedüse abgesaugt wird, um in der Zerstäubungskammer zerstäubt
zu werden. Die zerstäubten Teilchen fallen auf die sich hin- und herbewegende Sammelvorrichtung,
die die zerstäubten Teilchen so lange im suspendierten Zustand hält, daß ein Zusammenbacken
verhindert wird und das Metallpulver im trockenen Zustand gesammelt
werden
kann.
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Bei der erfindungsgemäßen hin- und herbewegbaren Sammelvorrichtung
handelt es sich um eine sich schwingend bewegende Fördervorrichtung, durch die die
Teilchen suspendiert und gleichzeitig aus dem Raum unter der Zerstäubungskammer
abgeführt werden, um ein Zusammenbacken zu verhindern und die Ubertragung von Wärme
zwischen den Teilchen zu verringern. Die Fördervorrichtung kann nach außen abgeschlossen
sein und eine nicht oxidierend wirkende Atmosphäre enthalten, damit eine Oxidation
der relativ heißen zerstäubten Metallteilchen verhindert wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen trockener Metallpulver
direkt aus geschmolzenem Metall umfaßt Maßnahmen, um ein unter Druck stehendes Gas
in tangentiäler Richtung in eine ringförmige Kammer einzuleiten, die ähnlich wie
die oben beschriebene Gasdüse mit einer engen ringförmigen Austrittsdüse versehen
ist, durch die nahe der Düsenöffnung eine Zyklonwirkung hervorgerufen wird0 Der
nächste Schritt besteht im Abgeben geschmolzenen Metalls an den Gasstrom des Zyklons
derart, daß das geschmolzene Metall zerstäubt wird und die zerstäubten Teilchen
suspendiert werden, um dichte runde Metallpulverteilchen zu erzeugen, die im trockenen
Zustand gesammelt werden können. Schließlich werden die Metallteilchen gleichzeitig
suspendiert und aus dem Raum unter der Austrittsdüse der Gaskammer mit Hilfe einer
hin- und herbewegbaren Fördervorrichtung abgeführt, um die Teilchen zu sammeln und
ein Zusammenbacken zu verhindern. Das Verfahren kann ferner Maßnahmen umfassen,
um ein nicht oxidierend wirkendes Gas in eine die hin- und herbewegbare Fördervorrichtung
umgebende Umschließung einzuleiten und so eine Oxidation des zerstäubten Pultrors
zu verhindern und den Wärmeübergang zu unterstützen.
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Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden
im folgenden an Hand schematischer Zeichaungen an einem Außtührungsbeiapiel näher
erläuterte
Fig0 1 zeigt eine erfindungsgemäße Zerstäuüerdüse im
Grundriß0 Fig. 2 zeigt die Zerstäuberdüse nach Fig. 1 im Längsschnitt.
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Fig. 3 veranschaulicht in einem Längsschnitt die durch eine erfindungsgemäße
Zerstäuberdüse hervorgerufene Zyklon-Wirkung, Fig. 4 ist eine Seitenansicht der
Zerstäubervorrichtung nach der Erfindung.
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Fig. 5 zeigt die Oberseite der Zerstäubervorrichtung nach Fig. 4o
Fig. 6 zeigt in einem größeren Maßstab teilweise in einer Seitenansicht und teilweise
im Längsschnitt den oberen Teil der Zerstäubervorrichtung nach Fig. 4 einschließlich
der Zerstäuberdüse.
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In Fig. 1 und 2 ist. eine Ausfuhrungsfrom erfindungsgemäßer Zerstäuberdüsnmittel
dargestellt. Die das geschmolzene Metall aufnehmende Düse 20 kann einteilig aus
einem keramischen oder feuerfesten Werkstoff hergestellt sein, der der Temperatur
des geschmolzenen Metalls standhält. Die gemäß Fig. 2 allgemein konische Düse 20
hat eine becherförmige Öffnung 22, der das zu zerstäubende Metall zugeführt wird,
und eine ihrem unteren Ende benachbarte Austrittsöffnung 24. Bei dieser Ausführungsform
ist die Austrittsöffnung mit einem konischen Einsatz stück 26 versehen, durch das
das geschmolzene Metall durch eine ringförmige Öffnung 30 am Rand der Austrittsöffaung
geleitet wird. Das Einsatzstück ist in der Austrittsöffnung durch eine Brücke 28
unterstützt. Die Aufgabe des konischen Düseneinsatzstücks besteht darin, die Durchsatzgeschwindigkeit
der Düsenöffnung zu erhöhen, ohne den Abstand zwischen dem austretenden geschmolzenen
Metall und der Austrittsöffnung 32 der Gaskammer 34 zu vergrößern;
hierauf
wird im folgenden näher eingegangen.
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Die Gaskammer 34 ist durch zwei Düsenkörperteile 36 und 38 und einen
Abstandsring 40 abgegrenzt. Die Bauteile 36 und 38 sowie der Abstandsring 40 können
aus einem beliebigen Werkstoff bestehen, der den auftretenden Gasdrücken standhält.
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Die Gasdüsenbaugruppe ist durch mehrere Schrauben 42 und Mutter 44
zusammengehalten. Die das Metall aufnehmende Düse, die keinem Druck ausgesetzt ist,
braucht nicht befestigt zu sein0 Gemäß Fig. 1 weist die Gaskammer zwei Gaseinlässe
46 auf, die nahe dem-äußeren Rand der Gaskammer tangential in ihr münden, und gemäß
Fig. 2 verkleinert sich der Querschnitt der Gaskammer in Richtung auf ihre ringförmige
Austrittsöffnung 32. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß die Gaseinlässe 46 additiv
wirken und in der Kammer einen sich mit hoher Geschwindigkeit bewegenden Wirbel
erzeugen, und der sich gemäß Fig. 2 in Richtung auf die ringförmige Austrittsöffnung
32 verkleinernde Querschnitt der Gaskammer führt zu einer weiteren Erhöhung der
Strömungsgeschwindigkeit des Gases, so daß sich um die Achse der ketalldüse 24 ein
Zyklon ausbildet, Der Abstandsring 40 ist vorgesehen, um die Herstellung der Gaskammerteile
36 und 38 zu erleichtern, und um das Einstellen der Breite der Gasaustrittsöffnung
32 zu ermöglichen.
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Man kann die Breite dieser Austrittsöffnung dadurch variieren, daß
man Abstandsringe von unterschiedlicher Höhe verwendet oder nicht dargestellte Beilegringe
hinzufügt oder entfernt. Der Abstandsring kann auch einen Bestandteil des eine oder
anderen der Bauteile 36 und 38 bilden, und schließlich ist es möglich, den ganzen
Gasdüsenkörper aus einem einzigen Rohteil herzustellen.
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Der Zerstäubungsvorgang und die Wirkung des dabei entstehenden Zyklons
wird im folgenden an Hand von Fig. 3 beschrieben, wo eine abgeänderte Ausführungsform
der Zerstäu berdüsenmittel nach Fig. 1 und 2 dargestellt i3t. Die Ausftihrungsform
nach Fig. 3 umfaßt eine das geschmolsene Metall a.ls;ehmende Düse 50 mit einer damit
aus einem Btüo besteenden
Pfanne 52 zum Aufnehmen von geschmolzenem
Metall und einem konischen Düsenabschnitt 54, der nahe seinem unteren Ende eine
Austrittsöffnung 56 aufweist0 Die Gaskammer 58 ist durch zwei Bauteile 60 und 62
abgegrenzt, die auf beliebige bekannte-Weise, zçB. mit Hilfe eines Klebemittels
oder dergleichen, miteinander verbunden sein können0 Die Gaskammer umfaßt entsprechend
der Anordnung nach Fig. 1 zwei tangentiale Gaseinlässe 64, und ihr Querschnitt verkleinert
sich in Richtung auf eine ringförmige Austrittsöffnung 66, die am unteren äußeren
Ende 68 durch die ketallaufnahmedüse 50 abgegrenzt ist.
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über die tangentialen Einlässe 64 wird ein unter Druck stehendes
Flud zugeführt, so daß in der rammer 58 ein sich mit einer hohen Geschwindigkeit
bewegender Wirbel erzeugt wird. Bei dem Flud handelt es sich vorzugsweise um ein
nicht oxidierend wirkendes Gas, z.B. um Stickstoff oder ein chemisch neutrales Gas
wie Argon, damit eine Oxidation des Metalls verhindert wird, doch ist es in bestimmten
Fällen auch möglich, Luft oder sogar Flüssigkeiten zu verwenden. Die Verkleinerung
des Querschnitts der Gasksmmer führt zu einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit
des Gases, so daß sich um die Achse der ketallabgabedüse 50 ein Zyklon 70 ausbildet.
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Die Merkmale dieses Zyklons sind in Figo 3 durch Druck- und Geschwindigkeitskurven
veranschaulicht, wobei p den Druck, v die Strömungsgeschwindigkeit und L den Abstand
von der Achse der Metallabgabedüse bezeichnet0 Die Druckkurve 72 in Figo 3 läßt
erkennen, daß der Druck an der Achse des Zyklons, die wegen des symmetrischen Aufbaus
der Vorrichtung mit der Achse der ketallabgabedüse zusammenfällt, am höchsten ist0
Gemäß Fig. 3 nimmt der Druck auf ein Minimum am Umfang 74 des Zyklons ab, wo ein
Deilvakuum vorhanden ist. Umgekehrt ist die Strömunsgeschwindigkeit des Gases am
Umfang 74 des Zyklons am höchsten, und sie nimmt entsprechend der Geschwindigkeitskurve
76 ab, bis an der Achse des Zyklons praktisch die Geschwindigkeit Null erreicht
wird.
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Das geschmolzene Metall an der Düsenöffnung 56, das dem Druck der
Atmosphäre ausgesetzt ist, wird in die Unterdruckzone am Umfang des Zyklons 74 hineingesaugt,
wie es in Fig. 3 durch Pfeile 78 angedeutet ist, und es wird durch die spiralförmige
Bewegung des Gases in dem Zyklon suspendiert. Diese Wirkungsweise muß von der Wirkungsweise
einer Zerstäuberdüse mit Gas zufuhr unterschieden werden, bei der das Gas lediglich
am Auslaß der ketallabgabedüse vorbeigeblasen wird, so daß in der Düsenöffnung ein
Unterdruck erzeugt wird, wie es auf ähnliche Weise bei der Luft geschieht, die an
der Tragfläche eines Flugzeugs vorbeiströmt und einen Auftrieb erzeugt. Bei einer
solchen Düse fällt das Metall frei aus der Düsenöffnung herab, und die entstehenden
Teilchen sind porös und haben eine unregelmäßige Form. Durch die Zyklonwirkung der
irfindungsgemäßen Düse werden die Zerstäubten Teilchen in einem hinreichenden Ausmaß
suspendiert, so daß sie im trockenen Zustand gesammelt werden können, wobei die
zerstäubten Metallteilchen aufeinander abrollen und eine Scherwirkung ausüben, so
daß dichte kugelförmige Teilchen entstehen. Im wesentlichen die gesamte Metallmenge
wird in die spiralförmige Strömung des Zyklons hineingezogen und daher zerstäubt,
weil längs der Achse des Zyklons ein vergleichsweise höherer Druck herrscht, während
die Strömungsgeschwindigkeit praktisch gleich Null ist.
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Der Flud- oder Gasstrom muß in der Gaskammer eine kritische Geschwindigkeit
erreichen, wenn eine stabile Zyklonwirkung aufrechterhalten bleiben soll, Diese
Geschwindigkeit richtet sich nach der Dichte des Fludes und der Atmosphäre unter
der Zerstäubungsvorrichtung, in der der Zyklon erzeugt werden soll. Eine solche
kritische Geschwindigkeit wird bei der erfindungsgemäßen Gaskammer durch die Verwendung
von zwei additiv wirkenden Gaseinlässen in Verbindung mit dem sich nach innen verkleinernden
querschnitt der Gaskammer erzielt.
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Es sei Jedoch bemerkt, daß man auch eine größere Zahl tangentialer
Einlässe vorsehen und die Form der Gaskammer entsprechend abändern konnte Die Erfahren
hat jedoch gezeigt,
daß der Winkel zwischen den Wänden 80 und 82
der konischen ringförmigen Gaskammer nach Fig. 3 vorzugsweise kleiner ist als 150.
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Es gibt verschiedene konstruktive Einzelheiten und Beziehungen, die
die Ausbeute, die Teilchengröße und die Qualität des mit Hilfe der erfindungsgemäßen
Vorrichtungen erzeugten Metallpulvers beeinflussen. Beispielsweise richtet sich
der durch den Umfang des Zyklons 74 definierte Kegelwinkel des Zyklons nach der
Strömungsgeschwindigkeit des Gases und dem Kegelwinkel der ringförmigen Gaskammer
58. Nimmt man an, daß die Gasgeschwindigkeit konstant ist, wird der Kegelwinkel
des Zyklons um so kleiner, je kleiner der Legelwinkel der Gaskammer bzw. Je größer
die Neigung des Kegelmantels ist. Daher kann man den Kegelwinkel des Zyklons dadurch
variieren, daß man die Gasgeschwindigkeit und/oder den Kegelwinkel der Gaskammer
unter Berücksichtigung des Durchmessers und der Höhe der Zerstäubungskammer variiert.
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Die das geschmolzene Metall aufnehmende Düse und die Gaskammer sind
so ausgebildet, daß das Metall in unmittelbarer Nähe des Auslassee der Gaskammer
austritt, um zu gewährleistern, daß das Metall in die spiralfbrmige Strömung des
Zyklons hineingezogen und zerstäubt wird. Düsenöffnungen, deren Durchmesser kleiner
ist als etwa 9,5 mm können gemäß Fig. 3 kreisrund sein, doch sind größere Düsenöffnungen,
wie sie bei hohen Durchsatzgeschwindigkeiten erforderlich sind, gemäß Fig. 1 und
2 vorzugsweise ringförmig. Die Verwendung ringförmiger dosen wird bei hohen Durchsatzgeschwindigkeiten
bevorzugt, um die gewünschte Wechselwirkung zwischen dem geschmolzenen Metall und
dem Gas zu gewährleisten, und da die Metallteilchen bei einem gegebenen Gasdruck
um so feiner werden, Je dünner der Metall strom ist.
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Das untere Ende der das Metall aufnehmenden Düse ragt nach unten
über die ringförmige Austrittsöffnung der Gaskammer hinaus, um ein Zurückblasen
von Gas durch die Metallabgabedüse, ein Umkehren der Strömungsrichtung des Metalls
und ein
Erstarren von Metall an der Düsenöffnung zu verhindern.
Durch eine zu große Verlängerung der Metallabgabedüse wird jedoch die Ausbeute an
etallpulver beeinträchtigt, denn gemäß der vorstehenden Deschreibung soll der Auslaß
der Ketallabgabedüse vorzugsweise der Austrittsöffnung der Gaskammer nahe benachbart
sein. Es wurde festgestellt, daß die Metallabgabedüse nach unten über die Austrittsöffnung
der Gaskammer vorzugsweise um etwa 0,8 bis 1,6 mm hinausragen soll, damit eine optimale
ausbeute an feinen Metallteilchen erzielt wird. Die vorspringende untere Außenkante
90 der Düse 50 ist vorzugsweise scharf, um ein Ansetzen von Metall zu verhindern,
durch das der Strömungsverlauf bei dieser Ausführungsform nachteilig beeinflußt
und der Wirkungsgrad verringert werden könnte.
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Auch die Breite der Gasaustrittsöffnung beeinflußt die Teilchengröße
und die Ausbeute an MetallpulverX Es hat sich gezeigt, daß bei den Ausführungsformen
nach Fig. 1 bis 3 der optimale Bereich zur Gewinnung feinkörniger Metallpulver zwischen
etwa 0,125 und 0,635 mm liegt. Wenn man Gasaustrittsöffnungen verwendet, deren Breite
in diesem Bereich liegt, wird eine Einschnürung- und Ausgleiswirkung'hervorgenifen,
die sich als erwünscht erwiesen hat0 Zwar kann man Gaskammern mit größeren Austrittsöffnungen
verwenden, doch ist die Metallpulverausbeute im Bereich kleiner Teilchendurchmesser
nicht so groß, und bei größeren Öffnungen besteht die Gefahr, daß sich die beschriebene
Zyklonwirkung nicht aufrechterhalten läßt. Sieht man kleinere Öffnungen vor, besteht
andererseits die' Gefahr, daß es nicht möglich, eine Gasmenge ausströmen zu lassen,
die genügt, um die Zyklonwirkung aufrechtzuerhalten. Die ringförmige Gaskammer kann
sich von einer Einlaßzone mit einer Ilöhe von etwa 6,5 mm aus nach innen gleichmäßig
verjüngen, doch ist es auch möglich, spiralförmige oder anders geformte Kammern
mit einem sich nach innen verkleinernden Querschnitt vorzusehen, Die untere Fläche
der Gaskammer soll so gestaltet sein, daß sie nicht in der. Bahn des aus der Metalldüse
austretenden zerstäubten Metalls liegt Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
ist die
Unterseite der Gaskammer so geformt, daß sie nach unten
in Richtung auf die Achse der Vorrichtung geneigt ist. Die Austrittsöffnung der
Gaskammer kann auch in der in Fig. 2 bei 32 gezeigten Weise profiliert sein, um
einen zügigen Übergang zwischen der Kammer und dem Zyklon zu gewahrleisten. Die
Beziehung zwischen dem Einlaßdurchmesser er Gaskammer und dem Durchmesser des Auslasses
beeinflußt ebenfalls die Strömungsgeschwindigkeit des Gases und daher auch die Ausbeute
an Metailpulver. Bei jeder erheblichen Vergrößerung dieses Verhältnisses werden
jedoch die günstigen Wirkungen durch die auftretende Reibung verringert.
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Zwei weitere Faktoren, die die Ausbeute und die Teilchengröße beeinflussen,
sind der druck des Gases am Düseneinlaß und die Temperatur des metalls. Der Gasdruck
ist umgekehrt proportional zur mittleren Teilchengröße des Içietallpulvers.
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Zwar konnte mit Erfolg mit Drucken von etwa 7 bis 50 atü gearbeitet
werden, doch lassen sich sehr feine Teilchen erst bei einem Druck von etwa 70 atü
und mehr erzielen. Die Temperatur des metalls muß so hoch sein, daß ein vorzeitiges
Erstarren des Metalls in der Düsenöffnung verhindert wird; ist das Metall jedoch
zu heiß1 können die zerstäubten Teilchen nicht erstarren, bevor sie gesammelt werden0
Die verbesserten Ergebnisse, die sich mit Hilfe erfindungsgemäßer Zerstäubungsdüsen
erzielen lassen, werden durch das folgende Beispiel veranschaulicht.
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Eine Nickellegierung, bei der es sich um die Sorte i 4777 handelte,
wurde bei einer Temperatur von etwa 1170° unter Verwendung von Stickstoff unter
einem I)ruck von etwa 42 atü zerstäubt. Die Öffnung der ketalldüse hatte einen Durchmesser
von etwa 6,5 mm, und es wurde eine Gasaustrittsöffnung mit einer Breite von etwa
0,25 mm verwendet. Hierbei wurde ein Metallpulver aus dichten und runden Teilchen
im trockenen Zustand gesammelt, und 52S der Teilchen lagen unter 100 Maschen je
Zoll.
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Fig. 4 bis 6 zeigen eine Aus£ührungsform einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zum Zerstäuben von Metall. Diese Vorrichtung umfaßt eine Metallzerstäubungskammer
100 mit einem offenen unteren Ende 102, eine mit dem oberen Ende der Kammer in Verbindung
stehende Zerstäuberdüsenanordnung 104 und eine hin- und herbewegbare Sammelvorrichtung
106 zum gleichzeitigen Suspendieren und Sammeln des aus dem offenen Ende der Kammer
100 austretenden Metallpulvers.
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Die Zerstäuberdüsenanordnung 104 kann, wie in Fig. 6 gezeigt, ähnlich
ausgebildet sein wie die an Hand von Fig. 1 bis 3 beschriebenen Ausführungsformen,
und daher sind die betreffenden Teile in Fig. 6 mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet
Die Zerstäubungskammer 100 bildet eine Umschließung, in der sich das Zerstäuben
abspielt. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel umfaßt die Kammer 100 eisen
oberen, nach unten divergierenden konischen Abschnitt 108, der gemäß Fig. 6 die
Zerstäuberdüsenanordnung aufnimmt, einen zylindrischen Abschnitt 110 und einen unteren,
nach unten konvergierenden konischen Abschnitt 112. Der nach unten divergierende
konische Abschnitt 108 dient in erster Linie dazu, den Raumbedarf zu verringern
und Werkstoff einzusparen, und er hat eine konische Form, so daß er einen Raum abgrenzt,
in dem mit Hilfe der Zerstäuberdüse ein konischer Zyklon erzeugt werden kann0 Der
nach unten konvergierende untere konische Abschnitt 112 trägt dazu bei, das zerstäubte
Metallpulver der hin- und herbewegbaren Sammelvorrichtung 106 zuzuführen. Der zylindrische
Abschnitt 110 ist mit einer in Scharnieren gelagerten Tür 114 versehen, damit das
Innere der Vorrichtung zur Untersuchung und Reinigung zugänglich ist, und die Kammer
100 wird durch vier senkrecht angeordnete Doppel-T-Träger 116 unterstützt.
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Die hin- und herbewegbare Sammelvorrichtung 106 ist so ausgebildet,
daß sie die zerstäubten Teilchen suspendiert und sie im trockenen Zustand sammelt.
Bei dieser Ausführungsform
umfaßt die hin- und herbewegbare Sammelvorrichtung
eine schwingend bewegbare Fördervorrichtung, die nach außer abgeschlossen ist, um
das Oxidieren der Pulverteilchen zu verhindern. Die Fördervorrichtung 118 ist durch
mehrere Blattfedern 120 unterstützt. Die Antriebskraft wird auf die Federanordnung
durch eine zwangsläufig antreibbare Exsenterwelle 122 übertragen, die durch einen
Motor 124 antreibbar ist. Wenn die Fördervorrichtung durch die Exzenterwelle 122
in schwingenden Bewegung in waagerechter Richtung versetzt wird, bewirkt sie, daß
die zerstäubten Teilchen gleichzeitig suspenäiert werden und sich längs der Fördervorrichtung
bewegen. Hierbei werden die Teilchen längs der Fördervorrichtung regelrecht nach
vorn geworfen, wenn die Bördervorrichtung auf den Blattfedern 120 Schwingungen ausführt.
Das Suspendieren der zerstäubten Metallteilchen verhindert ein Zusammenbacken und
eine übertragung von Wärme zwischen den Teilchen, und gleichzeitig wird verhindert,
daß die Teilchen mit den gerade erst zerstäubten Teilchen in Beruhrung kommen. Bei
dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die schwingend bewegbare Fördervorrichtung
von einer Abdeckung 126 umschlossen, die mit dem offenen Ende 102 der Zerstäuberkammer
durch einen Faltenbalg 128 verbunden ist. Ein nicht oxidierend wirkendes Gas, z.B.
Stickstoff oder ein chemisch neutrales Gas wie Argon, kann in die Umschließwig eingeleitet
werden, um ein Oxidieren der relativ heißen Metallpulverteilchen zu verhindern.
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Die Zerstäuberdüsenanordnung 104 ist gemäß Fig. 6 in dem oberen,
nach unten divergierenden konischen Abschnitt 108 der Kammer durch eine R hmenkonstruktion
130 unterstützt.
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Eine gesonderte Pfanne oder ein Becher 132 steht mit der konischen
Öffnung 22 der das geschmolzene Metall aufnehmenden Düse in Verbindung und ist durch
die Rahmenkonstruktion 130 unterstützt. Die Pfanne 132 ist durch eine Deckplatte
134 festgelegt, die mit dem konischen Kammerabschnitt 108 durch ein unter Federspannung
stehendes Verriegelungsteil 136 verbunden ist.
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Das geschmolzene Metall wird der Pfanne 132 zugeführt, die ähnlich
wie die Düse 22 aus einem keramischen oder feuerfesten Werkstoff bestehen kAnn Dxas
geschmolzene Metall wird über die Düsenöffnung 24 abgegeben, in deren Nähe es durch
das aus der Gaskammer 34 ausströmende Flud zerstäubt wird0 Wenn eine Zerstäuberdüse
ähnlich den an Hand von Fig. 1 bis 3 beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird,
werden die zerstäubten Metallteilchen durch den spiralförmigen Gas strom des Zyklons
suspendiert und in die Form dichter kugelförmiger Pulverteilchen gebracht. Die zerstäubten
Teilchen werden durch den spiralförmigen Gasstrom der schwingenden Fördervorrichtung
106 zugeführt. Ein Teil der zerstäubten Teilchen trifft auf die nach unten konvergierende
konische Wand der Kammer auf und wird durch sie der Fördervorrichtung zugeführt.
Die Teilchen werden dann durch die nach außen abgeschlossene Bördervorrichtung 106
gleichzeitig suspendiert und zu einer nicht dargestellten Verpackungsstation gefördert.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum direkten Erzeugen trockener Metallpulver
aus geschmolzenem Metall wurde bereits in Verbindung mit den Zerstäuberdüsenmitteln
und der Lerstäubervorrichtung nach der Erfindung beschrieben0 Allgemein gesprochen,
umfaßt das Verfahren Maßnahmen, um ein unter Druck stehendes Gas tangetial in eine
ringförmige Rammer einzuleiten, die eine enge ringförmige Austrittsdüse besitzt,
um in der Wähe der Düsenöffnung einen Zyklon zu erzeugen0 Das geschmolzene Metall
wird der spiralförmigen Strömung des Zyklons zugeführt, damit es zerstäubt wird
und die Teilchen suspendiert werden, die dann im trockenen Zustand gesammelt werden
können. Dann werden die Teilchen gleichzeitig suspendiert und mit Hilfe einer hin-
und herbPFwegbaren Fördervorrichtung oder dergleichen aus dem Raum unter der Austrittsdüse
der Gaskammer abgeführt, um ein Zusammenbacken der Pulverteilchen zu verhindern.
Ferner kann das Verfahren Maßnahmen umfassen, um ein nicht oxidierend wirkendes
Gas in eine Umschließung der hin- und herbewegbaren Fördervorrichtung einzuleiten,
um so Linie e Oxidetion der Pulverteilchen zu verhindern und die
Abführung
von Wärme zu unterstützen.
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Für jeden Fachmann liegt es auf der Hand, daß man bei den beschriebenen
Ausführungsformen der Zerstäuberdüsenmittel, der Vorrichtung und des Verfahrens
zum Erzeugen trockener Ketallpulver im Rahmen der Erfindung die verschiedensten
Abänderungen vorsehen kann0 Beispielsweise kann man jede auf bekannte Weise ausgebildete
Metalldüse verwenden. Die vorstehend beschriebene Metalldüse kann als konvergierende
Düse bezeichnet werden, doch ist es auch möglich, eine divergierende oder eine zuerst
konvergierende und dann divergierende Düse zu benutzen. Ferner ist gemäß der Beschreibung
das geschmolzene Metall in der Düse nur dem Druck der Atmosphäre ausgesetzt, doch
kann man die Metalldüse auch mit einem Druck beaufschlagen, um die Durchsatzgeschwindigkeit
zu erhöhen, Eine Anordnung zum Aufbringen von Druck kann auch dann benutzt werden,
wenn das geschmolzene Metall sehr leicht oxidiert, und in einem solchen Fall kann
man der Anordnung ein unter Druck stehendes, nicht oxidierend wirkendes Gas zuführen.
Ferner sei bemerkt., daß die an Hand von Fig. 4 bis 6 beschriebene Zerstäubungsvorrichtung
in erster Linie zur Verwendung in Verbindung mit Zerstäuberdüsenmitteln konstruiert
wurde, die in der Kammer einen Zyklon erzeugen, doch können die Grundgedanken der
Erfindung auch bei Düsenanordnungen bekannter Art angewendet werden.
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Patentansprüche: