DE2109209C3 - Vorrichtung zur Herstellung von Pellets aus der Schmelze - Google Patents
Vorrichtung zur Herstellung von Pellets aus der SchmelzeInfo
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Description
40
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Pellets durch Aufschmelzen des Ausgangsmaterials
im Vakuum oder unter Schutzgas und nachfolgende Verfestigung einzelner Schmelzentropfen, bestehend
aus mindestens einem Ladungsträgerstrahl-Erzeuger, einer Materialzuführungs-Vorrichtung, einem
Schmelzenbehäher mit Abtropfeinrichtung und einer unterhalb der Abtropfeinrichtung angeordneten Kühlfläche,
nach Patent 20 12 213.
Bei dem Gegenstand des vorstehend genannten Patentes wird aufgeschmolzenes und in einem Schmelzenbehälter
gesammeltes Metall über eine am Schmelzenbehälter befindliche Abtropfeinrichtung in Tropfenform
einer bewegten Kühlfläche zugeführt, auf dieser in Form von Pellets verfestigt und nachfolgend entfernt.
Es wurde dargelegt, daß die Verwendung eines besonderen Schmelzenbehälters zwischen dem aufzuschmelzenden
Material und der Kühlfläche erhebliche Vorteile in bezug auf die Gleichmäßigkeit der erzeugten
Pellets und auf die lange Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Anlage besitzt.
Die vorliegende Erfindung geht von der Aufgabe aus, die im Hauptpatent beschriebene Vorrichtung noch
weiter zu verbessern. Es hat sich nämlich gezeigt, daß auf Grund des im Schmelzenbehäher befindlichen
schmelzflüssigen Metalls bei ungleichmäßiger Betriebsweise der Vorrichtung gelegentlich mit Störungen zu
es ist Sinn und Zweck der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die sogenannte Tropfrate und damit die
Menge der dem Schmelzenbehäher pro Zeiteinheit entnommenen Schmelze möglichst konstant zu halten.
Da die Tropfrate im wesentlichen von der überlaufenden Menge des Behälterinhalts und diese wiederum vom
Stand des Flüssigkeitsspiegels abhängt, läßt sich unschwer ableiten, daß der Flüssigkeitsspiegel innerhalb
sehr enger Grenzen einreguliert we-den muß. Dies bedingt bei gleichförmiger Entnahme auch eine
gleichförmige Zugabe an aufgeschmolzenem Material.
Nun läßt sich aber die zugeführte Materialmenge auf Grund von unvermeidlichen Toleranzen in der Dosierung
nicht völlig konstant halten. Bei einer Chargierung des Schmelzenbehälters mit Schrcttstücken läßt es sich
beispielsweise nicht vermeiden, daß die Schrottstiicke unterschiedliche Größe haben. Bei einer Chargierung
über eine beispielsweise aus Schrottstücken gepreßte Abschmelzelektrode ergeben sich auf Grund von
unvermeintlichen Inhomogenitäten in dieser Abschmelzelektrode ebenfalls Schwankungen im Zufluß
geschmolzenen Materials. Wird aber pro Zeiteinheit eine größere Menge an Material in den Schmelzenbehäher
eindosiert als wie es der durchschnittlichen Entnahme pro Zeiteinheit entspricht, so steigt der
Schmelzenspiegel etwas an. Bei stoßweiser Chargierung bildet sich außerdem eine Wellenfront aus, die sich
gleichmäßig über die Schmelzenoberfläche auszubreiten trachtet
Um die Auswirkungen eines ungleichförmigen Betriebs erkennen zu können, muß man die physikalischen
Vorgänge bei der Bildung eines Tropfens beim Überlaufen eines Behälters berücksichtigen. Beim
Steigen eines Flüssigkeitsspiegels innerhalb eines Behälters bildet sich zunächst auf Grund der dem
Behälterinhalt eigentümlichen Oberflächenspannung ein Meniskus aus. Überschreitet dieser ein gewisses
Maß, oder wird anderweitig eine Störung eingeleitet, so fließt ein Teil des im Meniskus befindlichen Materials ab.
Es ist einem solchen Vorgang eigentümlich, daß nicht nur so viel Material abfließt, bis der ursprüngliche
Gleichgewichtszustand wieder hergestellt ist, sondern daß sich der einmal eingeleitete Überlaufvorgang
fortsetzt, bis der Meniskus wesentlich weniger Flüssigkeit enthält als unmittelbar vor dem Beginn des
Überlaufens. Dies führt dazu, daß der erste überlaufende Tropfen ein regelrechtes Rinnsal an Schmelze hinter
sich herzieht. 1st die Kühlfläche, auf der sich der Tropfen zu einem Pellet verfestigen soll, eine rotierende Walze,
so führt der beschriebene Vorgang dazu, daß sich ein erstarrter Schmelzenstrang mehrmals um die Walze
wickelt, von allein nicht mehr abgelöst werden kann und damit den Vorgang blockiert.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die vorstehend aufgezeigten Nachteile zu beseitigen und
eine Vorrichtung zu schaffen, mit der unabhängig von der Genauigkeit und Sorgfalt bei der Chargierung des
Schmelzenbehälters ein störungsfreier Betrieb bei
gleichzeitiger Erzeugung möglichst gleichförmiger
Pellets möglich ist. Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß der Schmelzenbehälter im Bereich der Schmelzbadoberfläche mit
einem Kühlkörper versehen ist, durch weichen der S Schmelzsee in Zonen unterteilbar ist, wobei sich der Ort
der Materialzufuhr auf der einen Seite und die Abtropfeinrichtung (17/19) auf der anderen Seite des
Kühlkörpers befinden.
Der Begriff» im Bereich der Schmelzbadolerfläche«
ist nie!« so eng auszulegen, daß die in der Schmelzbadoberfläche liegende Ebene und der Kühlkörper eine
gemeinsame Schnittfläche aufweisen. Es ist ebensogut denkbar, daß der Kühlkörper durch eine wulstförmige
Erhebung auf dem Boden des Schmelzenbehälters gebildet wird, wobei sich die Erhebung quer zur
Strömungsrichtung der Schmelze bis in die Nähe ihrer Oberfläche erstreckt Besonders vorteilhaft ist es
jedoch, wenn der Kühlkörper ein von ^iner Kühlflüssigkeit durchströmtes Rohr ist, dessen Achse sich parallel
zur Schmelzbadoberfläche und quer zur Strömungsrichtung der Schmelze erstreckt und das von der Schmelze
mindestens teilweise benetzt ist Bei der Anordnung eines kühlmitteldurchströmten Rohres quer zur Strömungsrichtung und damit parallel zur Abtropfeinrich-
tung ergibt sich aus nachstehend noch näher aufgezeigten Gründen dann ein zusätzlicher Vorteil, wenn der
Abstand »a« des Kühlkörpers von der Abtropfeinrichtung veränderbar ist
Die Wirkungsweise der erfindungsgemäß verbesserten Vorrichtung ist folgende: Durch die Unterteilung
des Schmelzenbehälters in verschiedene Zonen entsteht ein Strömungsengpaß, der auf Instabilitäten insbesondere im Bereich der Schmelzenoberfläche eine dämpfende
Wirkung ausübt. Bei konstanter Tropfrate und konstanter Materialzufuhr bewegt sich der Inhalt des Schmelzenbehälters mit sehr geringer Geschwindigkeit vom
Ort der Materialzufuhr bis zur Abtropfeinrichtung. Hierbei ist die Behinderung durch den Strömungsengpaß unerheblich. Bei plötzlichen Schwankungen der
Materialzufuhr hingegen pflanzt sich die Störung zunächst nur bis zu dem Kühlkörper fort Wird die
Schmelzenoberfläche durch den Kühlkörper in Form eines Rohres unterbrochen, so kommen spätestens an
dieser Stelle wellenförmige Störungen zum Stillstand. Bei der Unterteilung des Schmelzenbehälters bzw. der
Schmelze bilden die in den einzelnen Zonen befindlichen Schmelzenmengen einzelne schwingungsfähige
Gebilde, deren Amplitude und Frequenz erheblich geringer ist als bei einem Schmelzenbehälter ohne so
Unterteilung. Auf diese Weise wird es ermöglicht den Schmelzenbehälter mit einer Oszillationsvorrichtung zu
versehen, durch die dem Schmelzenbehälter Vertikalschwingungen, beispielsweise um eine Schwenkachse,
aufgezwungen werden. Derartige Vibrationen verringern die Oberflächenspannung und fördern die Bildung
einzelner, kleinerer Tropfen und damit Pellets.
Der erfindungsgemäße Kühlkörper bildet auch vorzugsweise die Trennlinie zwischen Zonen unterschiedlicher Oberflächenbeheizung des Schmelzsees
durch Ladungsträgerstrahlen. Die Zone des Schmelzenbehälters, in der die Materialzufuhr erfolgt wird
beispielsweise auf eine höhere Temperatur, beispielsweise beim Aufschmelzen von Titan auf 1800 bis 20000C
erhitzt, während die an die Abtropfeinrichtung angrenzende Tropfzone auf eine niedrigere Temperatur,
beispielsweise auf 1700 bis 18000C eingestellt werden
kann. Unmittelbar an den Tropfrinnen kann dann die
Schmelze örtlich und gezielt wieder überhitzt werden.
Die unterschiedliche Aufheizung der Schmelze stellt nämlich eine Möglichkeit dar, Tropfengröße und
Tropfrate an jeder Tropfrinne in der gewünschten Richtung zu beeinflussen. Bei höherer Schmelzentemperatur nimmt die Oberflächenspannung und aamit die
Tropfengröße ab und umgekehrt
Es wurde bereits ausgeführt daß es vorteilhaft ist, den
Abstand »a« zwischen Kühlkörper und Abtropfeinrichtung veränderbar zu gestalten. Hierdurch ist es
zusätzlich möglich, Tropfengröße und Tropfrate zu beeinflussen, wobei die Ursachen wiederum in dem
Zusammenwirken zwischen Oberflächentemperatur, Oberflächenspannung, Schwingungscharakteristik, Oszillationsfrequenz und überstehender Flüssigkeitsmenge (Meniskus) zu suchen sind. Obwohl diese Zusammenhänge außerordentlich komplexer Natur sind, läßt sich
doch durch einfaches Ausprobieren und Variieren der einzelnen Parameter der gewünschte Erfolg erreichen.
Vor allem aber läßt sich durch die erfindungsgemäße Vorrichtung über den gesamten Betriebsbereich mit
hoher Sicherheit verhindern, daß von einem Schmelzentropfen lange Rinnsale von Schmelze nachgezogen
werden, die sich als Bänder auf einer Kühitrommel aufwickeln und den Arbeitsablauf zum Stillstand
bringen.
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäSen Vorrichtung und deren Wirkungsweise seien nachfolgend
an Hand der F i g. 1 bis 3 näher beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 einen Querschnitt durch die wesentlichsten Teile einer Vorrichtung, nämlich Schmelzenbehälter mit
Kühlkörper, Ladungsträgerstrahlerzeuger und Kühlfläche,
F i g. 2 eine Draufsicht auf den Schmelzenbehälter mit Kühlkörper gemäß F i g. 1 und
F i g. 3 einen Querschnitt durch einen Schmelzenbehälter mit einem Kühlkörper in der Bodenzone.
In F i g. 1 ist mit 10 ein doppelwandiger Schmelzenbehälter in Form einer Pfanne bezeichnet, dessen
Zwischenraum von einem Kühlmedium U durchströmt ist Der Schmelzenbehälter ist bis zur tiefsten Stelle
seines Randes mit einem Schmelzsee 12, im vorliegenden Falle aus Titan, gefüllt Oberhalb des Schmelzenbehälters und seitlich außerhalb seines Randes befindet
sich eine Zuführvorrichtung für das hakenförmige Ausgangsmaterial 13, die der Einfachheit halber in der
Zeichnung nicht dargestellt und außerdem Stand der Technik ist Der Rand des Schmelzenbehälters besitzt
an einer Seite eine Absenkung 16, die sich in einer Tropfrinne 17 fortsetzt Die Tropfrinne ist dabei Teil
einer schiefen Ebene und läuft an ihrer tiefsten Stelle in eine Tropf nase 19 aus.
Im Bereich des Schmelzenspiegels 20, und zwar etwas in diesen eintauchend, ist über die gesamte Länge des
Schmelzenbehälters 10 senkrecht zur Zeichenebene ein
Kühlkörper 60 in Form eines Rohres angeordnet, dessen Innenraum von einer Kühlflüssigkeit 61 durchströmt ist Der Kühlkörper besteht aus Kupfer und setzt
während des Betriebes an seiner Unterseite eine Lage 62 aus erstarrtem Metall (Titan) an. Der gleiche
Vorgang kann auch auf der Innenseite des Schmelzenbehälters U beobachtet werden, auf der sich eine
erstarrte Lage 63 aus ehemals geschmolzenem Metall angesetzt hat Derartige erstarrte Lagen werden auch
mit dem Fachausdruck »Skull« belegt.
Durch den Kühlkörper 60 wird der Schmelzsee 12 im
Schmelzenbehälter 10 in zwei Zonen 64 und 65 unterteilt die durch den Spalt zwischen den Lagen 62
und 63 miteinander in Verbindung stehen. Das Einschmelzen von zugeführtem Material erfolgt in der
Zone 64, die als Tropfen 36 abgezogene Schmelzenmenge wird unmittelbar der Zone 65 entnommen. Es bildet
sich eine schwache Strömung in Richtung des Pfeils 66 aus.
Der Abstand »a« des Kühlkörpers 60 von der Absenkung 16 und damit das Volumen in der Zone 65
sind veränderbar ausgebildet. Zu diesem Zweck befindet sich am Schmelzenbehälter 10 eine Lasche 67
und am Kühlkörper 60 eine Lasche 68, die durch Langlöcher miteinander in Verbindung stehen. Die
Langlöcher sind dabei so gewählt, daß sowohl eine Verschiebung des Kühlkörpers in horizontaler Richtung
als auch in vertikaler Richtung (Pfeil 69) möglich ist. Oberhalb der Zone 64 befindet sich ein Elektronenstrahl-Erzeuger
21, der einen vollbeschleunigten, fokussierten Elektronenstrahl 22 erzeugt. Der Elektronenstrahlerzeuger
21 ist ferner mit einer nicht dargestellten Vorrichtung zur periodischen Ablenkung des Elektronenstrahls
ausgerüstet, mit der es möglich ist, die gesamte Oberfläche der Schmelze in der Zone 64 nach
Art eines Zeilenrasters abzutasten. Einzelheiten des Elektronenstrahlerzeugers sind Stand der Technik und
sollen daher an dieser Stelle nicht näher beschrieben werden.
Tropfrinne und -nase 19 bilden zusammen die sogenannte Abtropfeinrichtung. Dieser und der Schmelze
in der Zone 65 ist ein weiterer Elektronenstrahlerzeuger 25 zugeordnet, der den gleichen Aufbau wie der
Elektronenstrahlerzeuger 21 besitzt. Er bestreicht im wesentlichen die Tropfrinne 17 und den Teil des
Schmeizenspiegels bis zum Kühlkörper 60. Senkrecht unterhalb der Tropfnase 19 befindet sich eine
flüssigkeitsgekühlte Kühlfläche 29, die die Form einer Walze hat. Die Kühlfläche 29 bewegt sich in
Abhängigkeit von der Tropffrequenz der Abtropfeinrichtung mit einer solchen Geschwindigkeit, daß die auf
ihr auftreffenden und zu Pellets erstarrenden Tropfen 30 einander gerade nicht berühren. Die oszillierende
Bewegung des Schmelzenbehälters 10 wird mittels einer rotierenden Exzenterscheibe 70 bewirkt, auf der — im
einzelnen nicht dargestellt — der Schmelzenbehälter
ίο sich mit einem Widerlager abstützt.
In F i g. 2 sind die gleichen Details wie in F i g. 1 mit
gleichen Bezugszeichen versehen. Der Schmelzenbehälter 10 ist mit vier gleichen Tropfrinnen 17 versehen, die
in einer Reihe nebeneinander angeordnet sind. Parallel zu dieser Reihe verläuft der Kühlkörper 60, der unter
Aufrechterhaltung der Parallelität in Richtung des Pfeils 71 verschiebbar ist. Die gesamte Zone 65 zwischen dem
Kühlkörper und dem Ende der Tropf rinne 17 wird durch rasterförmige Ablenkung der Elektronenstrahlen 40
durch die Elektronenkanone 25 beaufschlagt.
Fig.3 zeigt einen Ausschnitt aus dem Schmelzenbehälter
10 gemäß Fig. 1, jedoch mit dem Unterschied. daß sich der Kühlkörper am Boden des Schmelzenbehälters
befindet. Der Kühlkörper 60a wird in diesem Falle durch eine wulstförmige Erhebung der oberen aus
Kupfer bestehenden Wandung des Schmelzenbehälters
10 gebildet. Die Erhebung erstreckt sich analog dem rohrförmigen Kühlkörper 60 in F i g. 2 über die gesamte
Ausdehnung quer zur Strömungsrichtung der Metallschmelze. Die Konstruktion vereinfacht sich dadurch,
daß das im Schmelzenbehälter befindliche Kühlmedium
11 gleichzeitig die Kühlung des Kühlkörpers 60a mit übernimmt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Vorrichtung zur Herstellung von Pellets durch Aufschmelzen des Ausgangsmaterials im Vakuum
oder unter Schutzgas und nachfolgende Verfestigung einzelner Schmelzentropfen, bestehend aus
mindestens einem Ladungsträgerstrahlerzeuger, einer Materialzuführungsvorrichtung, einem
Schmelzenbehälter mit Abtropfeinrichtung und einer unterhalb der Abtropfeinrichtung angeordneten
Kühlfläche, nach Patent 2012 213, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzenbehälter
(10) im Bereich der Schmelzbadoberfläche (20) mit einem Kühlkörper (60/6Oa) versehen ist, durch
welchen der Schmelzsee (12) in Zonen (64, 65) unterteilbar ist, wobei sich der Ort der Materialzufuhr
auf der einen Seite und die Abtropfeinrichtung (17/19) auf der anderen Seite des Kühlkörpers
befinden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (60/6Oa) ein von einer
Kühlflüssigkeit (61) durchströmtes Rohr ist dessen Achse sich parallel zur Schmelzenoberfläche (20)
und quer zur Strömungsrichtung (66) der Schmelze erstreckt und das von der Schmelze mindestens
teilweise benetzt ist
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand »a« des
Kühlkörpers (60) von der Abtropfeinrichtung (17/19) veränderbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf dem Boden des Schmelzenbehälters
(10) eine kühlmitteldurchströmte wulstförmige Erhebung (60a) befindet, die sich quer zur
Strömungsrichtung bis in die Nähe des höchstmöglichen Flüssigkeitsstandes erstreckt
rechnen ist Anlaß für Störungen ist beispielsweise eine ungleichförmige Chargierung des Schmelzbehälters; die
Auswirkung wird begünstigt durch eine unvermeidliche physikalische Eigenschaft der Schmelze, die man als
Oberflächenspannung bezeichnet Darüber hinaus neigt der flüssige Inhalt des Schmelzenbehälters zu Schwingungen,
die verschiedene Ursachen haben können, einschließlich einer gewollten Oszillation des Schmelzenbehälters
zur Herabsetzung eier Oberflächenspan-
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19712109209 DE2109209C3 (de) | 1971-02-26 | Vorrichtung zur Herstellung von Pellets aus der Schmelze | |
FR7109035A FR2084646A5 (de) | 1970-03-14 | 1971-03-12 | |
JP1431471A JPS5138669B1 (de) | 1970-03-14 | 1971-03-15 | |
GB1296288D GB1296288A (de) | 1970-03-14 | 1971-04-19 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19712109209 DE2109209C3 (de) | 1971-02-26 | Vorrichtung zur Herstellung von Pellets aus der Schmelze |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2109209A1 DE2109209A1 (en) | 1972-09-07 |
DE2109209B2 DE2109209B2 (de) | 1976-02-26 |
DE2109209C3 true DE2109209C3 (de) | 1976-10-14 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2853442A1 (de) * | 1977-12-14 | 1979-06-21 | United Technologies Corp | Verfahren zum entfernen von nichtmetallischen einschluessen aus einer metallcharge und geraet zur durchfuehrung des verfahrens |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2853442A1 (de) * | 1977-12-14 | 1979-06-21 | United Technologies Corp | Verfahren zum entfernen von nichtmetallischen einschluessen aus einer metallcharge und geraet zur durchfuehrung des verfahrens |
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