DE2108050B2 - Vorrichtung zum Herstellen von Metallpulver - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von Metallpulver, mit einer aufrecht stehenden und zumindest teilweise mit einem inerten Gas gefüllten Hauptsammelkammer, die an ihrem oberen Ende mit einer Einlaßdüse für die Zufuhr des zu zerstäubenden Metalls aus einem mit geschmolzenem Metall gefüllten Behälter und von den Metallstrahl umgebenden Inertgas und an ihrem unteren Ende mit einer Auslaßöffnung für das Metallpulver versehen ist, und mit einer mit der Hauptsammelkammer verbundenen Druckrcgeleinrichtung zur Aufrechterhaltung eines vorgegebenen Druckes in der Hauptsammelkammer.

Es ist eine Vorrichtung zum Herstellen von Metallpulver bekannt (deutsche Auslegeschrift 1 100429), bei der der mit dem geschmolzenen Metall gefüllte Behälter ein zur Atmosphäre hin offener Tiegel ist, in den das geschmolzene Metall durch ein kippbares Gefäß geschüttet wird. Hierdurch kann eine unerwünschte Oxydation auftreten. Die Zerstäubung des aus dem Tiegel austretenden Metallstrahls wird durch einen ringförmigen konischen Wasserstrahl bewirkt, in dessen Ringraum das den Metallstrahl umgebende Inertgas in einer solchen Menge eingeführt wird, daß der ilen kegelförmigen Hohlraum umgebende Wasserstrahl nicht zusammenbrechen kann. Auch wenn das für die Zerstäubung verwendete Wasser zuvor gekocht oder mit oxydationshemmenden Mitteln versehen wird, wie es aus der britischen Patentschrift 719 047 bekannt ist, hat sich in der Praxis herausgestellt, daß bei vielen zu pulverisierenden Metallen Oxydation und Verunreinigung der Pulverteilchen eintritt. Das Ausmaß von Oxydation und Verunreinigung wird dadurch weiter vergrößert, daß die Hauptsammelkammer zu einem nicht geringen Teil mit einem geschlossenen Wasservolumen aufgefüllt ist. In der Hauptsammelkammer ist ein festes Volumen des Schutzgases eingeschlossen. Beim Einsetzen der Zerstäubung erwärmt sich dieses Gasvolumen sehr sc'riiirll, so daß die mit der Hauptsammelkammer verbundene Druckregeleinrichtung anspricht, um in ihr den vorgegebenen Druck aufrechtzuerhalten. Da bei

einem festen Volumen ein derartiger TemperaUiransdeg zur Erniedrigung der Gasdichte führt, muß das ebenfalls in die Hauptsammeikammer eingespritzte Wasser einen beträchtlichen Abteil der Kühlung der zerstäubten Metallteilchen übernehmen. Insgesamt handelt es sich bei der Zerstäubung in der bekannten Vorrichtung um einen dynamischen Vorgang, bei dem sich die Zerstäubungsparameter ständig ändern, so daß Schwankungen in der Partikelgröße des Metallpulvers auftreten können. Weiterhin ist es möglich, daß die Pulverteilchen zusammensintern oder miteinander verschmelzen und daß hohle Pulverpartikel entstehen, in deren Inneren Inertgas eingeschlossen ist.

Weiterhin ist eine Vorrichtung zum Herstellen von Phtahlsäureanhydrid in Granulatform bekannt (USA.-Patentschrift 1 837 869), bei der geschmolzenes Phtahlsäureanhydrid aus einem Behälter mit Hilfe eines Sprühkopfes zersprüht wird. Zwischen dem mit dem geschmolzenen Anhydrid gefüllten Behälter und der Sammelkammer wird keine Druckdifferenz aufrechterhalten. Die Temperaturerhöhung in der Sammelkammer wird allein durch den Wärmeinhalt des zerstäubten Phtahlsäureanhydrids bestimmt. Um ein Ansetzen des Anhydridgranulats an der Innenwandung der Sammelkammer zu vermeiden, ist vorgesehen, die Außenwandung des Gefäßes mit Heizspiralen zu umgeben. Die in der Sammelkammer vorhandene Luft wird im Gegenstrom zu dem aus dem Sprühkopf austretenden Anhydrid geführt und durch eine an die Sammelkammer angeschlossene Kühleinrichtung geführt, so daß die mit dem aus dem Sprühkopf austretenden Anhydrid zusammentreffende Luft vorgewärmt wird.

Auch ist eine Vorrichtung zum Herstellen von Metallpulver bekannt (deutsche Auslegeschritt 1 176 967), bei der das zerstäubte Metall mit Hilfe von kühlem Inertgas zu Pulver abgekühlt wird. Eine besondere Kühleinrichtung ist aber nicht vorgesehen, sondern die vom Inertgas aufgenommene Wärme wird einfach an die Rohrleitungen abgegeben. Bei der bekannten Vorrichtung wird darüber hinaus das Inertgas zum Hindurchdrücken eines feinen Stroms von geschmolzenem Metall durch die Einlaßdüse benutzt. Die Beaufschlagung des Spiegels des geschmolzenen Metalls ist aber unabhängig von dem Druckaufbau in der Sammelkammer.

Schließlich ist eine Vorrichtung zum Herstellen von Metallpulver bekannt (britische Patentschrift 559 049), bei der das zu zerstäubende Metall mit Hilfe des Ineitgases aus dem Behälter herausgedrückt wird, während gleichzeitig das Inertgas den austretenden Strahl umgibt. Die Sammelkammer ist weder mit einer Kühleinrichtung noch mit einer Druckregeleinrichtung versehen.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Herstellen von Metallpulver der im Oberbegriff des vorstehenden Hauptanspruches genannten Art zu schaffen, bei der das geschmolzene Metall auch durch das Inertgas geschützt ist und beim ^o Pulvcrisicrungsvorgang möglichst wenig Inertgas an die Umgebung abgegeben wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der mit geschmolzenem Metall gefüllte Behälter in einer mit der Hauptsammeikammer in Verbindung stehenden ^fi5 Schmelzkammer angeordnet ist. die Druckregeleinrichtung auch mit der Schmelzkammer verbunden ist und den Arbeitsdruck des allein die Kühlung der Mctallpartikel bewirkenden Inertgases in der Hauptsammeikammer auf einem vorgegebenen Wertebereich unterhalb des in der Schmelzkaramer herrschenden Druckes hält, und die Hauptsammeikammer mit einer Kühleinrichtung verbunden ist, die der Hauptsammeikammer erwärmtes Gas entzieht und es gekohlt in die Hauptsammeikammer zurückfördert.

Sowohl die Hauptsammeikammer als auch die Schmelzkammer sind mit dem Inertgas gefüllt, jedoch wird in der Schmelzkammer mit Hilfe der Druckregeleinrichtung ein höherer Druck aufrechterhalten, so daß sich zwischen der Schmelzkammer und der Hauptsammeikammer eine Förderdruckdifferenz einstellt. Beim Einsetzen des Pulverisierungsvorganges führt das Eintreten des Gasstrahls in die Hauptsammelkammer zu einer Druckerhöhung. Gleichzeitig aber tritt eine Druckerhöhung infolge der Wärmezufuhr durch das geschmolzene Metall ein. Die Kühleinrichtung sorgt nun dafür, daß die Druckdifferenz zwischen der Schmelzkammer und der Hauptsammclkammcr aufrechterhalten hicibt. ohne daß die Gasdichte in der Hauptsammeikammer durch Ablassen von Inertgas herabgesetzt werden müßte, wodurch eine hinreichende Abkühlung der Metallpartikel nicht mehr gewährleistet wäre.

Daher lassen sich in der erfindungsgemäßen Vorrichtung im wesentlichen stabile Betriebsbedingungen aufrechterhalten, so daß eine optimale Zerstäubung sichergestellt ist, die zu Metallpulverpartikeln der gewünschten Größenordnung und des gewünschten Reinheitsgrades führt.

Vorzugsweise ist unterhalb der Einlaßdüse in der Hauptsamnvj!kammer eine Ablenkvorrichtung angeordnet, die einen unrichtig durch die Einlaßdüse geführten Metallstuhl abfängt und umlenkt, wodurch eine Vom-!reinigungdes bereits erzeugten Metallpulvcrs odei ein Verstopfen der Vorrichtung verhindert

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung ist gekennzeichnet durch einen zweiten Behälter mit einer Hilfssammelkammer, die mit der Auslaßöffnung in Verbindung steht und einen Träger mit einer nach unten geneigten Tragfläche, längs der die Metallpartikel unter Austausch von Wärme entlangwandern, sowie eine Zusatzkühleinrichtung enthait, die dem Träger Warme entzieht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll nun an Hand der Figuren näher beschrieben werden. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbe:- spiels,

Fi j! 2 eine vergrößerte Teilansicht der Hauptsammelkammer und der Schmelzkammer, wobei die Druckfühler und Steuereinrichtungen der Druckregeleinrichtung/ur Aufrechterhaltung der Druckdifferenz /.wischen den beiden Kammern dargestellt sind,

Fig. 3 eine schematische Teildarstellung der Einlaßdüsc zur Zerstäubung der Metallschmelze,

Fi g. 4 eine vergrößerte Teildarstellung des unteren Abschnittes der Hauptsammeikammer mit einem oberhalb der Auslaßöffnung angeordneten Ablenkkegel,

Fig. 5 eine vergrößerte Seitenansicht der in Fig. 1 gezeigten Hilfssammelkammer,

F i g. 6 einen Schnitt der in Fi g. 5 gezeigten Hilfssammelkammer längs der Linie 6-6, und

Fig. 7 einen vergrößerten Schnitt der gemäß Fig. 1 an die 1 laupisammelkammcr angeschlossenen Wärmcaustauschleitungcn.

Wie die Fig. 1 und 2 am deutlichsten zeigen, enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung mehrere miteinander verbundene Behälter, die eine Vakuumschmelzkammer 10, eine Hauptsammeikammer 12, eine Hilfssammelkammer 14 und ein Sammelgehäuse 16 bilden. Der die Schmelzkammer 10 bildende obere Behälter ist mit einer geeigneten Heizvorrichtung versehen, so daß sich ein Block des zu zerstäubenden Metalls schmelzen läßt, und enthält ferner eine Gießvorrichtung, durch die das Schmelzbad in regulierten Mengen in Gaszerstäubungseinrichtung eingegeben werden kann. Die Schmelzkammer läßt sich hermetisch abdichten, so daß die Erhitzung der zu zerstäubenden Metallcharge unter Vakuum oder in Anwesenheit einer trockenen Inertgasatmosphäre vorgenommen werden kann und dadurch eine nennenswerte Oxydation vermieden wird.

Der die Schmelzkammer 10 bildende Behälter ist über einen Flansch 18 mit dem oberen Abschnitt 20 eines länglichen Behälters, der die Hauptsammeikammer 12 bildet, verbunden. Eine Gaszerstäubungsdüse bekannter Bauart ist an oder nahe dem Verbindungsflansch 18 angeordnet, wodurch die Metallcharge unter Zerstäubung in den oberen Endabschnitt der Hauptsammeikammer in Form fein verteilter flüssiger Metalltröpfchen eingefördert wird, die während des Durchwanderns ihres nach unten führenden Bewegungspfades erstarren. Eine der verschiedenen, verwendbaren Zerstäubungsdüsen ist beispielsweise in Fig. 3 gezeigt und enthält einen Gießtrichter 22 mit einem nach unten verlaufenden Schacht 24, der mit einer Öffnung versehen ist, durch die der geschmolzene Metallstrom 26 ausgefördert und aufgespalten oder zerstäubt wird, wenn er in Berührung mit einem oder mehreren Hochdruckgasstrahlen 28 kommt, die aus mehreren Düsen 30 ausgestoßen werden, welche konvergent und in Umfangsrichlung verteilt gehaltert sind. Während eines Zerstäubungsablaufs wird das geschmolzene Metall mittels eines Tiegels 31 ständig in den Trichter nachgefüllt. An Stelle der in Fig. 3 beispielsweise gezeigten Düseneinrichtung lassen sich auch andere Gaszerstäubungseinnchtungen und andere Einrichtungen zum Aufspalten einer geschmolzenen Metallcharge in Tropfen gewünschter Größe verwenden.

Der die Hauptsammeikammer 12 bildende Behälter besteht aus dem oberen Abschnitt 20, einem mittleren zylindrischen Abschnitt 32 und einem unteren konischen Abschnitt 34, die hermetisch abgedichtet miteinander verbunden sind. Die nach unten und außen gerichtete Neigung der Wände des oberen konischen Abschnittes 20 ermöglicht ein divergentes Auseinanderströmen der zerstäubten Metallpartikel, ohne daß diese, solange sie sich noch im geschmolzenen Zustand befinden, auf die Scitenwände des Behälters auftreffen, wenn sie an einer Stelle in die Hauptsammeikammer eingespritzt werden, die im wesentlichen der Lage des die Einlaßdüse enthaltenden Vcrbindungsflansches 18 entspricht. Die geschmolzenen Metallpartikel fallen unter dem Einfluß der Schwerkraft durch den mittleren zylindrischen Abschnitt 32 nach unlen und werden dabei zunehmend abgekühlt und schließlich zu kegelförmigen Teilchen des gewünschten Größenbereichs verfestigt. Die verfestigten Metallteilchen geraten schließlich in Anlage an die Innenflächen des unteren konischen Abschnittes 34 und werden nach unten zu einer geflanschten Auslaßöffnung 36 geführt, über die sie in die Hilfssammelkammer 14 ausgefördert werden. Um eine unerwünschte Reaktion zwischen den heißen Melallpartikeln und dem die Sammelkainmer bildenden Behälter zu unterbinden, bestehen die Abschnitte 20, 32 und 34 vorzugsweise aus rostfreiem Stahl, der einer Oxydation widersteht, wenn er einer Luftatmosphäre ausgesetzt wird.

Zur weiteren Abkühlung der die Hauplsammelkammer verlassenden zerstäubten Metallpartikel ist

ίο der untere konische Abschnitt 34 vorzugsweise gekühlt, beispielsweise durch eine Reihe von Kühlschlangen 38, die in wärmeleilfähiger Berührung mit den Außenflächen des unteren Abschnittes stehen und diesem bei Umwälzung eines geeigneten Kühl-

¹S mittels durch die Kühlschlangen Wärme entziehen. Zum Kühlen des unteren Endabschnittes der Sammelkammer läßt sich normales Leitungswasser oder eines der bekannten Kältemittel verwenden.

Zusätzlich zur unmittelbaren Kühlung der Wände der Sammelkammer, beispielsweise durch die Kühlschlangen 38, wird ein weiterer Wärmeentzug von dem in der Hauptsammeikammer befindlichen Inertgas durch zwei Wärmeaustauschleitungen (s. Fig. 1 und 7) erreicht, die in Längsrichtung des mittleren

»5 zylindrischen Abschnittes 32 verlaufen und sich im wesentlichen diametral gegenüberliegend angeordnet sind.

Jede der Wärmeaustauschleitungen ist von identischer Bau- und Betriebsweise, und daher wird lediglieh eine einzige Wärmeaustauschschleife im einzelnen beschrieben. Wie Fig. 1 zeigt, sind zwei geflanschte Einlaßstutzen 40 mit dem oberen Ende des mittleren zylindrischen Abschnitts 32 verbunden und stehen mit dem Inneren der Hauptsammelkammer an einer Stelle in Verbindung, die derjenigen Stelle entspricht, an der das Inertgas die höchste Temperatur hat. Das Inertgas wird über die beiden Einlaßbtutzen in eine U-förmige Leitung 42 gesaugt (s. Fig. 7), die einen konischen Filter 44enthält, der äu-Serst feinkörnige, im Gas mitgeführte Metallpulverpartikcl zurückhält. Das gefilterte Gas strömt anschließend über die Wärmeaustauschflächen eines Wärmelausch-Rohrbündels 46, das über die Versorgungsleitungen 48 an eine Kühlmittelquelle angeschlossen ist, die beispielsweise Wasser oder ein bekanntes Kältemittel enthält.

Das Absaugen des inerten Wärmeaustauschgases aus dem oberen Ende der Hauptsammeikammer, das zu einer Gasströmung durch den Filter und das Wärmeaustauschbundel führt, wird durch ein Unterdruckgebläse ei leicht, das einen Lüfter SO und einen Motor 52 enthält, die in Axialrichtung im unteren Abschnitt der U-förmigen L-eitung 42 angeordnet sind, wie Fig. 7 am deutlichsten zeigt. Das gekühlte und gefilterte, vom Gebläse ausgeförderte Gas strömt nach unten und in die Auslaßstutzen 54 (s. Fig. U. die am unteren linde des mittleren zylindrischen Abschnittes 32 befestigt sind und mit der Hauptsammeikammer, in die das gekühlte Gas befördert wird, in Verbindung stehen. Die Kühlschlcifen sorgen somii fur cine ständige Umwälzung und Kühiung des War mciauseh-lncrtgascs im Gegenstrom zur Flioßrich tung des Metaüpulvcrs. Der durch da* Gebläse in je der Warmcaustauschschlcifc erzeugte üntcrdrucl sorgt fm eine Druckvcrrringcrung des Incrtgascs an oberen linde der Hauptsammclkammcr, was sich un teislut/cnd auf die Stabilisierung des aus dem Trichte :«usflulknden Mctallslroms 26 und auf die Unterbin

dung eines unregelmäßigen Betriebsverhaltens und/ oder Verstopfens der Zerstäubungsdüse auswirkt.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ferner vorzugsweise ein gelochter Ablenkkegel 56 vorgesehen (s. Fig. 4), der im unteren Endabschnitt der Hauptsammeikammer an der geflanschten Auslaßöffnung 36 angeordnet ist. Der Ablenkkegel 56 dient zum Abfangen und Aufspalten und/oder Ablenken eines nach unten strömenden, geschmolzenen Metallstrahls, wie er bei einer unerwünschten Störung der Gaszerstäubungsdüse entsteht, wodurch das geschmolzene Metall, das sich andernfalls mit bereits angesammelten Metallpulverpartikeln verschmelzen und agglomerieren würde, an einem unmittelbaren Betreten der Hilfssammelkammer 14 gehindert wird. Der Ablenkkegel 56 ist derart ausgebildet, daß die verfestigten Metallpartikel während des normalen Betriebs durch die darin vorgesehenen öffnungen wandern und nach unten in die Hilfssammelkammer gelangen. Infolge der besonderen, in Fig. 1 gezeigten Anordnung ist die Düsenöffnung 18, in der die Gaszerstäubungseinrichtung angeordnet ist, ferner vertikal fluchtend gegenüber der geflanschten Auslaßöffnung 36, über der der Ablenkkegel liegt, angeordnet. Der Ablenkkegel kann gegenüber der in Fig. 4 gezeigten Lage nach oben in einen Bereich der Hauptsammelkamnier verschoben sein, an dem die auf den Kegel auftreffenden Metallpartikel soweit erstarrt sind, daß sie beim Auftreffen auf die Maschen des Ablenkkegels nicht merklich verformt werden.

Nach dem Durchwandern des Ablenkkegels und der Auslaßöffnung 36 der Hauptsammeikammer gelangen die verfestigten Metallpartikel in die Hilfssammelkammer, die durch einen schräg geneigten, zylindrischen Behälter 58 gebildet wird, der an seinem oberen Π nde mit einer geflanschten Einlaßöffnung 60 versehen ist, die dichtend mit der geflanschten Auslaßöffnung 36 verbunden werden kann. An seinem unteren oder im Sinne der Fig. 1 und 5 rechts gelegenen Ende ist der Behälter 58 dichtend mit einem Sammeltrichter 62 verbunden, in den das gekühlte Metallpulver ausgefördert wird. Wie Fig. 5 zeigt, ist die Wandung des Behälters 58 vorzugsweise mit einer öffnung 64 versehen, über der eine Leuchte 66 dichtend angeordnet ist, so daß das Innere der Hilfssammelkammer 14 beleuchtet und das gesammelte Metallpulver über eine Inspektionsöffnung 68 betrachtet werden kann, die in einer geflanschten, dichtend am oberen Ende des Behälters 58 befestigten Klappe 70 ausgebildet ist.

Wie die Fig. 5 und 6 am deutlichsten zeigen, ist im Inneren des zylindrischen Behalters 58 eine gekühlte Platte 72 angeordnet, die mit einer entsprechenden Neigung nach unten zum Sammeltrichter 62 verläuft. Die Deckfläche der Platte ist im wesentlichen eben ausgebildet und verläuft quer zum zylindrischen Behälter 58, wobei die Längskanten mit einer geeigneten, nachgiebigen Dichtung 74 versehen sind, so daß ein Hindurchtreten von Pulverpartikeln nach unten zwischen den Längskanten der gekühlten Platte verhindert wird. Die gekühlte Platte 72 verläuft im wesentlichen über die gesamte Länge des zylindrischen Behälters 58 und ist am oberen Ende mit einer Prallplatte 76 versehen, die unmittelbar unter der Einlaßöffnung 60 liegt. Die Prallplatte 76 besteht aus einem abriebfesten Material, das einem Abrieb, der sich aus dem Auftreffen der Metallpartikel ergibt, widersteht. Wie Fig. 6 zeigt, ist die gekühlte Platte 72 ferner mit mehreren Kühlschlangen 78 versehen, die in unmittelbarer Wärmeaustauschberührung mit der Plattenunterseite stehen und durch die ein geeignetes Kühlmittel umgewälzt wird, das über die Versorgungsleitungen 80 zu- und abgeführt wird, die durch die Unterseite des zylindrischen Behälters 58 über abgedichtete Öffnungen nach oben verlaufen.

Die verfestigten Metallpartikel treffen bei ihrem Eintritt in die Hilfssammelkammer zunächst auf die

ίο Oberfläche der Prallplatte 76 auf und rollen anschließend auf der Deckfläche der Kühlplatte nach unten, wobei sie in unmittelbarer Wärmeleitberührung mit der Kühlplatte stehen, wodurch eine weitere Abkühlung der Metallpartikel erreicht wird. Die gekühlten Metallpartikel fallen von dem unteren Rand der Kühlplatte und sammeln sich im Sammeltrichter 62, der über einen flexiblen Balg 82 mit der geflanschten Einlaßöffnung 84 auf der Oberseite des Sammelgehäuses 16 verbunden ist. Am unteren inneren Ende der Einlaßöffnung 84 ist ein Stellschieber 86 angeordnet, in dessen Öffnungslage das im Sammeltrichter befindliche Metallpulver ausgefördert wird, so daß es gesiebt und klassifiziert und anschließend hermetisch abgedichtet verpackt werden kann, bevor es aus dem Sammelgehäuse entnommen wird. Während der Entnahme des Metallpulvers aus dem Sammelgehäuse kann der Stellschieber oder abnehmbare Flansch 86 geschlossen werden, so daß der übrige Teil der Anlage von der Luftatmosphäre isoliert wird.

Mit der insoweit beschriebenen Vorrichtung läßt sich eine Gaszerstäubung der Metallschmelze während einer beträchtlichen Betriebsdauer durchführen, ohne daß eine Überhitzung des Wärmeaustausch-Inertgases in der Hauptsammeikammer auftritt, so daß instabile Betriebsbedingungen unterbunden werden, die eine Proauktion von Metallpulver mit nichtoptimalen Eigenschaften zur Folge haben. Um sicherzustellen, daß der richtige Gasdruckunterschied zwischen der Schmelzkammer und der Hauptsammelkammer aufrechterhalten wird und die zur Aufrechterhaltung des richtigen Druckunterschiedes erforderliche Inertgaszufuhr und -entnahme durchgeführt wird, ist eine Regeleinrichtung vorgesehen, die den Gasdruck in diesen Kammern abtastet. Wie Fig. 2 am deutlichsten zeigt, ist die Schmelzkammer 10 mit einem einstellbaren Hochdruck-Entlüftungsventil 88 versehen, das Gas an die Umgebung ausströmen läßt, wenn der Innendruck der Schmelzkammer einen vorgegebenen Maximalwert übersteigt. Normalerweise wird in der Schmelzkammer ein Überdruck von etwa 0.14 bis 0,21 ata aufrechterhalten. Der in dei Schmclzkammer tatsächlich vorhandene Druck kanr an einem Druckanzeigegerät 90 abgelesen werden Die Schmelzkammer ist ferner mit einem Druckfühlei 92 versehen, der einen geeigneten Druckschalter bekannter Bauart enthalten kann und mit einem Vergleichsrclais 94. einem Inertgas-Füllventil 96 und ei nem Niederdruck-Incrtgaseinlaßventil 98 elektriscr verbunden ist. In ähnlicher Weise ist im Inneren dei Hauptsammelkammei 12 ein Druckfuhler 100 ange ordnet, der elektrisch mit dem Vergleichsre!?is 94 um einem Incrtgas-Füllventil 102 verbunden ist. Du Hauptsammelkammcr selbst steht mit einer A isaug cinrichiung in Verbindung (s. Fig. 2), die einen Zy klonabscheider 104 enthält, der an seinem Ausganj an ein Vakuum-Eckventil 106 angeschlossen ist, des sen Auslaß mit einem automatischen Druckregelventi 108 verbunden ist, das elektrisch an das Vergleichsre

lais 94 angeschlossen ist. Das automatische Druckregelventil ist an seinem Auslaß mit dem Einlaß eines Gebläses 110 verbunden, das den Auslaß des automatischen Druckregelventils mit Unterdruck beaufschlagt, so daß sich aus der Hauptsammeikammer in Abhängigkeit von der Schaltlage des automatischen Regelventils 108 Inertgas absaugen läßt.

Wenn während des Betriebs das zu zerstäubende Metall in die Schmelzkammer eingegeben wurde, wird die gesamte Vorrichtung abgedichtet und bis zu einem Druck von vorzugsweise weniger als 2 X 10" mm Hg evakuiert. Vorzugsweise wird das Schmelzen des Metallblocks gewöhnlich durchgeführt, während die Vorrichtung unter Vakuum steht, und daraufhin wird die Vorrichtung vor Durchführung des Ausgießens der Metallschmelze wieder mit einem geeigneten Inertgas, beispielsweise Argon, bis 7u einem Druck von etwa 0,14 bis 0,21 ata gefüllt. Dies wird durch Betätigen und öffnen der Inertgas-Füllventlle 96 und 102 erreicht. Zu diesem Zeitpunkt, also unmittelbar z° vor Zufuhr der Metallschmelze zur Gaszerstäubungseinrichtung, herrscht in der Schmelzkammer und der Hauptsammeikammer der gleiche Druck. Da jedoch ein Differenzdruck zwischen der Schmelzkammer und der Hauptsammeikammer von Vorteil für die ERzielung eines gleichförmigen Arbeitsverhaltens der Zerstäubungsdüse und einer Stabilisierung des zerstäubten Metallstrahls ist, wird das Vergleichsrelais 94 so eingestellt, daß ein vorgegebener Druckunterschied, beispielsweise 0,07 bis 0,14 ata zwischen der Schmelzkammer und der Hauptsammeikammer erreicht wird.

Unmittelbar vor dem Gießvorgang wird das Gebläse 110 eingeschaltet und das Vakuum-Eckventil 106 geöffnet, so daß Inertgas aus der Hauptsammeikammer in einem Mengenstrom abgesaugt wird, der von der Schaltlage des durch das Vergleichsrelais 94 gesteuerten automatischen Druckregelveniils 108 abhängt. Unter der Annahme, daß die erneute Füllung der Schmelzkammer und der Hauptsammeikammer zunächst bis zu einem Druck von 0,21 ata durchgeführt und das Vergleichsrelais auf einen Druckunterschied von 0,14 ata eingestellt wurde, saugt die mit der Hauptsammeikammer verbundene Entnahmevorrichtung Inertgas, aus der Haupisammclkarr.rricr ab, so daß diese vorgegebenen Betriebsbedingungen aufrecht erhalten werden. Gleichzeitig mit dem Einschalten des Drucksteuergebläses 110 wird unter Druck stehendes Inertgas den Düsen 30 der Zerstäubungseinrichtung (F i g. 3) zugeführt und Kühlmittel durch die Schlangen 38, die Wärmeaustausch-Rohrbündel 46 und die Kühlleitungen 78 geführt und die Axialgebläse in den Kühlschleifen werden eingeschaltet, so daß das Inertgas über die Kühlschleifen umgewälzt wird.

Bei Einsetzen des Gießvorganges wird die Schmelzkammer 10 infolge des Füllens des Trichters 22 von der Hauptsammeikammer 1.2 getrennt, und daraufhin wird zusätzliches Inertgas durch Betätigung des Inertgas-Einlaßventils 98 in die Schmelzkammer eingegeben, um während der gesamten Betriebszeit den vorgegebenen Druckpegel, beispielsweise 0,21 ata in der Schmelzkammer aufrecht zu erhalten. Während der Durchführung der Gaszerstäubung der Schmelze sucht sich infolge der Temperaturerhöhung des Gases in der Hauptsammeikammer und infolge der Zufuhr von zusätzlichem Inertgas in die Hauptsammelkammer über die Düsen 30 der Gaszerstäubungseinrichtung ein Druck in der Hauptsammeikammer aufzubauen, und dieser Druckaufbau wird ständig durch den Druckfühler 100 überwacht, der mit dem Vergleichsrelais 94 in Verbindung steht, das seinerseits die Betätigung des automatischen Druckregelventils 108 steuert, so daß der Hauptsammeikammer die richtige Gasmenge entnommen wird. Während der stetigen Zerstäubung der Schmelze wird das Inertgas ständig durch die beiden Wärmeaustauschschleifen geführt, die mit dem Inneren der Hauptsammelkaminer in Verbindung stehen, so daß der Druckaufbau und gleichzeitig die Menge des entnommenen Inertgases äußerst klein gehalten werden und gleichzeitig sichergestellt wird, daß eine ausreichende Dichte des Inertgases aufrechterhalten wird, so daß sich eine zufriedenstellende Kühlung der flüssigen Metallpartikel ergibt.

Insgesamt schafft die Erfindung also eine Vorrichtung zum Herstellen von Metallpulver äußerst hohen Reinheitsgrades, die einen Behälter mit einer Hauptsammelkammer enthält, welche mit einem Inertgas gefüllt ist, das als Wärmeaustauschmedium dient, um die in die Kammer eingespritzten, flüssigen Metallpartikel abzukühlen und zu verfestigen. Die Vorrichtung enthält ferner Wärmeaustauschleitungen zum Kühlen und Umwälzen des Wärmeaustauschgases durch die Hauntsammelkammer und eine gekühlte ,Hilfssammelkammer, in der die kugelförmigen Pulverteilchen weiter abgekühlt werden. Geeignete Steuervorrichtungen sind zum Aufrechterhalten der richtigen Druckpegel in der Vorrichtung vorgesehen, wodurch sich Metallpulver mit optimalen physikalischen Eigenschaften herstellen lassen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Herstellen von Metallpulver, mit einer aufrechtstehenden und zumindest teilweise mit einem Inertgas gefüllten Hauptsammeikammer, die an ihrem oberen Ende mit einer Einlaßdüse für die Zufuhr des zu zerstäubenden Metalls aus einem mit geschmolzenem Metall gefüllten Behälter und von den Metallstrahl umgebendem Inertgas und an ihrem unteren Ende mit einer Auslaßöffnung für das Metallpulver versehen ist, und mit einer mit der Hauptsammelkammer verbundenen Druckregeleinrichtung zur Auf rechcerhaltung eines vorgegebenen Druckes in der Hauptsammeikammer, dadurch gekennzeichnet, daß der mit geschmolzenem Metall gefüllte Behälter (22) in einer mit der Hauptsammeikammer (12) in Verbindung stehenden Schmelzkammer (10) angeordnet ist, die Druckregeleinrichtung (94, 100, 102, 104, 106, 108, 110) auch mit der Schmelzkammer (10) verbunden ist und der Arbeitsdruck des allein die Kühlung der Metallpartikel bewirkenden Inertgases in der Hauptsammeikammer (12) auf einem vorgegebenen Wertebereich unterhalb des in der SthmelzkamiTKτ (10) herrschenden Druckes hält und die Hauptsammeikammer (12) mit einer Kühleinrichtung (12, 44, 46 48. 50) verbunden ist, die der Hauptsammelkammer erwärmtes Gas entzieht und es gekühlt in die Hauptsammelkammer zurückfordert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung (42, 44, 46, 48, 50) das Gas am oberen Ende der Hauptsammelkammer (12) absaugt und das gekühlte Gas am unteren Ende in die Kammer zurückführt.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Wärmeabfuhr vom Behälter mindestens ein Teil (34) der Behälterfläche mit einem Kühlmittel in Wärmeaustauschkontakt steht.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßdüse (18, 22, 24. 26) senkrecht fluchtend über der Auslaßöffnung (36) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet, durch eine unterhalb der Einlaßdüse (18, 22, 24, 26) in der Hauptsammelkammer (12) angeordnete Ablenkvorrichtung (5b), die einen unrichtig durch die Einlaßdüse geführten Metallstrahl abfängt und umlenkt.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung eine außerhalb des Behälters verlaufende Strömungsmittelleitung (42), die an ihren Enden mit dein oberen bzw. unteren Kammerende in Verbindung steht, eine in der Leitung angeordnete Wärmetauscheinrichtung (46). die mit dem vorbeiströmenden Gas in Wärmetauschkontakt steht und diesem Wärme entzieht, und ein Gebläse (50) enthält, das Gas vom oberen Abschnitt der Hauptsammelkammer (12) in die Leitung (42) und an der Wärmetausche' ι ichtung (46) vorbeisaugt und das gekühlte Gas anschließend in den unteren Abschnitt der Kammer (12) zurückführt.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden

Ansprüche, gekennzeichnet durch einen zweiten Behälter (58) mit einer Hilfssammelkammer (14), die mit der Auslaßöffnung (36) in Verbindung steht und einen Träger (72) mit einer nach unten geneigten Tragfläche, längs der die Metallpaiü/iel unter Austausch von Wärme entlang wandern, sowie eine Zusatzkühleinrichtung (78, 80) enthält, die dem Träger (72) Wärme entzieht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Sammeltrichter (62), der mit dem Auslaßende der Hilfssammelkammer (14) in Verbindung steht und die aus dieser ausgeförderten, gekühlten Metallpartikel sammelt.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckregeleinrichtung (94, 100, 102, 104, 106, 108, 110) DruckfühJer (92, 100), die den Gasdruck in der Hauptsammelkammer (12) und der Schmelzkammer (10) abtasten und eine Stellvenlilcinr ichtung (108) aufweist, die die der Haupt Sammelkammer (12) entnommene Gasmenge reguliert.