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Vorrichtung zum Gasverdüsen von sohmelzflüssigem Metall zu Pulver.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Gasverdüsen von schmelzflüssigem
Metall zu Pulver. Bekannte Verdüsungsvorrichtungen bestehen aus einem Trichter mit
einer Auslauföffnung im Boden, unter der eine Düse angeordnet ist, welche den aus
der Auslauföffnung im trichterboden ausfließenden Schmelzstrahl mit Abstand umgibt.
Auf der Unterseite der Düse sind Austritts schlitze für die Zufuhr des gasförmigen
oder flüssigen Verdüsungsmediums angeordnet, die in einem spitzen Winkel zur Senkrechten
verlaufen. Das aus 1den Austrittschlitzen der Düse austretende Verdüsungsmedium
strömt mit hoher Geschwindigkeit auf den aus der Bodenöffnung im Trichter ausfließenden
Schmelzstrahl zu und zerteilt ihn, wobei sich zunächst noch schmelzflüssige Tropfen
bilden, die b.im Herab fallen in einen Auftahmebehälter zu Pulver oder Granulat
erstarren.
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Die aus der Zerstäubungsdüse austretenden Gas- oder Flüssigkeitsstrahlen
umschließen bis zum Auftreffen auf dem Schmelzstrahl einen sich von der Düsenunterfläche
nach unten verjüngenden Raum, Bei Verwendung einer Ringsohlitzdüse wird dieser Raum
kegelförmig sein, mehrere um den Schlelzstrahl angeordnerte Flachstrahldüsen
werden
einen pyramidenförmigen Hohlraum entstehen lassen und zwei gegenüberliegende Flachstrahldüsen
verursachen die Bildung eines dachförmigen Hohlraums, in den der Schmelzstrahl einfließt.
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Es wurde beobachtet, daß ein aus dem Zwischentrichter in freiem Fall
auslaufender Schmelzstrahl nicht, wie an sich erwartet werden konnte, in dieoen
von den Verdüsungsstrahlen umschlossenen Raum hinein- und von dem Verdüsungsmedium
mitgerissen wird sondern daß beim Zusammentreffen des frei fallenden Schmelzstrahls
mit dem Verdüsungsmedium ein Teil der Schmelze nach oben zurückgerissen und gegen
die Düse geschleudert wird. Während bei Verwendung einer Flüssigkeit als Verdüsungsmedium
keine Schwierigkeiten auftraten, ergaben sich solche bei Verwendung gasförmiger
Verdüsungsmedien, Bei Verwendung von Gas als Verdüsungsmedium sind nämlich die zurückgerissenen
und auf die Düse aufgeschleuderten Metallteilchen noch flüssig, setzen sich an der
Düsenunterfläche an, erstarren und verstopfen nach und nach die Düsenöffnungen.
Dagegen sind bei Verwendung von flüssigen Verdüsungsmedien infolge ihrer besseren
Kühlwirkung die zurückgeschleuderten Metallteilchen beim Auftrteffen auf die Düse
schon erstarrt und prallen von der Düsenoberfläche wieder ab.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Auffinden geeigneter Maßnahmen,
um das Ansetzen von verdüsten Metallteilchen an der Düse beim Verdüsen einer Metallschmelze
mittels eines gasförmigen verdüsungsmediums zu Pulver wirksam zu verhindern, damit
die Düse durch Zusetzen ihrer Austrittsöffnungen für die Zufuhr des verdüsungsmediums
nicht schon nach kurzer Zeit unbrauchbar wird, zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß
vorgeschlagen, daß sn die Auslauföfftung im Trichterboden ein Rohr angesetzt ist,
das durch die Zerstäubungsdüse
hindurch nach unten geführt ist und
unterhalb des bei der Verdüsung entstehenden Druckmaximums im Bereich abnehmenden
Drucks in dem von den Gas strahlen umschlossenen Raum endet.
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Die Erfindung beruht auf der Feststellung, daß sich in dem von den
Gasstrahlen umschlossenen kegel-, pyramiden-oder dachförmigen Raum, in den der Schmelzstrahl
hineinfließt, Bereiche unterschiedlichen Drucks ausbilden.
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Genaue Messungen haben ergeben, daß sich in dem von den Gasstrahlen
umschlossenen Raum ein Überdruck ausbildet, der in einem bestimmten Abschnitt ein
Maximum aufweist.
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Die Erfindung beruht auf der Überlegung, daß der Schmelzstrahl in
den von den Gasstrahlen umschlossenen, nach unten sich verjungenden Raum zwangsgeführt
werden muß und zwar durch die Düse hindurch bis hinunter in einen Bereich abnehmenden
Drucks, in dem von der Düsenunterkante aus nach unten gesehen das Druckmaximum bereits
Uberschritten ist. Dies soll erfindungsgeaäß durch ein an die Auslauföffnung im
Boden des Trichters anschließendes Rohr erfolgen, welches durch die Zerstäubungsdüse
hindurch in den von den Gasstrahlen uischlossenen Raum hineinreicht0 Wenn oberhalb
der Austrittsöffnung des Rohres in ddm von den Gasstrahlen umschlossenen Raum ein
höherer Druck herrscht als unterhalb, kann das Zurückreißen noch schmelzflüssiger
Teilchen verhindert werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsge mäßen Vorrichtung
soll das Rohr in einem Bereich in dem von den Gasstrahlen umschlossenen Raum enden,
in dem noch ein geringer Überdruck vorhanden ist. Dadurch kann nämlich das Ansaugen
von Falschluft aus dem Rohr vor dem Beginn des Verdüsen verhindert werden. Würde
das Rohr
nämlich soweit unterhalb der Düse enden, daß es in einen
Bereich in dem von den Gasstrahlen umschlossenen Raum hineinreicht, in dem schon
ein Unterdruck herrscht, würde dies dazu führen, daß durch das Rohr Luft in den
Verdüsungsraum hineingezogen wird. Dies ist vor allen dann unerwünscht, wenn unter
nichtoxydierenden Bedingungen verdüst werden soll und zu diesem Zweck im Verdüsungsraum
eine Schutzgasatmosphäre erzeugt wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung soll das Rohr aus gegen die Schmelze beständigem Material, z.B. Quarz,
Keramik oder Cermets bestehen und mit einer wärmeisolierenden Umhüllung versehen
sein. Die wärmeisolierende Umhüllung um das Rohr soll verhindern, daß sich das von
dem Verdüsungsgas ständig angeblasene Rohr zu stark abkühlt und die durch sie fließende
Schmelze infolgedessen erstarrt und das Röhrchen zusetzt. Die Umhüllung kann z.B.
aus einem Stahlmantel bestehen, der das Rohr im Abstand umgibt. Dadurch, daß jetzt
nicht mehr das Rohr selbst sondern seine Umhüllung von dem Verdüsungsgas angeblasen
wird, kann, wenn die Umhüllung wärmeisolierend ist, eine Abkühlung des Rohres wirkungsvoll
verhindert werden.
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Anhand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.
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Fig. 1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch eine Verdüsungsvorrichtung
gemäß der Erfindung und Fig. 2 den sich unterhalb der Düse ausbildenden Druckverlauf.
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Die in Fig. 1 dargestellte Gesamtanlage für die Verdüsung einer Metallschmelse
zu Pulver besteht aus einem Trichter 1 fUr die Aufnahme einer Metallschmelze 2,
die aus einer Gießpfanne in den Trichter 1 gegossen wird. Im Boden des Trichters
1 ist eine Auslauföffnung 3 vorgesehen, in die ein Rohr 4 eingesetzt ist, durch
welches die Schmelze 2 aus dem Trichter 1 nach unten in den Auffangbehälter 3 für
das verdüste Pulver 6 ausfließen kann. Das Rohr 4 besteht aus gegen die Schmelze
beständigem Material, vorzugsweise Quarz, Keramik oder Cermets.
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Es kann vorteilhafterweise mit einer Umhüllung 7 aus wärmeisolierenden
Material versehen sein. Die Umhüllung 7 kann dabei z.B. aus keramischem Material
bestehen, oder es wird konzentrisch um das Rohr 4 mit geringem Abstand zu ihm ein
weiteres Rohr, z.B. aus Stahl, angeordnet.
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Die Ummantelung oder Umhüllung 7 schützt dann das Rohr 4 gegen Erkalten,
wenn es von dem Verdüsungsgas angeblasen wird, und verhindert so ein Einfrieren
der durch das Rohr 4 ausfließenden Schmelze 2.
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Um das Rohr 4 ist die Düse 8 angeordnet, in deren Ringraum über Leitungen
9 Verdüsungsgas zugeführt wird, welches durch die schräg nach unten in spitzem Winkel
auf den Schmelzstrahl 10 gerichtetenAustrittsschlitze 11 mit hoher Geschwindigkeit
ausströmt. Die aus den Austrittsschlitzen 11 der Düse 8 austretenden Gasstrahlen
umschließen einen kegel-, pyramiden- oder dachförmigen Hohlraum 12, in den der Schmelzstrahl
10 hineinfließt, ehe er von den Gasstrahlen getroffen und unter Bildung von Tropfen,
die bein weiteren Herabfallen in den Auffangbehälter 3 zu Pulverteilchen erstarren,
zerstäubt wird.
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Die Düse 8 kann dabei wie in Fig. 1 dargestellt, eine Ringschlitzdüse
sein, sie kann aber auch aus zwei oder mehreren um den Schmelzstrahl 10 herum angeordneten
Flachstrahldüsen bestehen.
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Wie besser aus Fig. 2 ersichtlich ist, in der die Düse 8 in größerem
Maßstab gezeichnet ist, ist das Rohr 4 durch die Düse 8 hindurch geführt und endet
in einem bestimmten Abstand unterhalb deren Unterfläche innerhalb des durch die
Gasstrahlen des Verdüsungsmediums umschlossenen Raums 12. Dabei ist die Lage der
Austrittsöffnung des Rohres 4 in dem Raum 12 erfindungsgemäß von besonderer Bedeutung.
Um dies zu verdeutlichen, ist der Druckverlauf P, gemessen entlang der Achse 13
des Rohres 4, in Fig. 2 aufgetragen. Der Kurvenverlauf P zeigt, daß der Druck in
dem von den Gasstrahlen umschlossenen Raum 12 von der Düse ß nach unten zunächst
ansteigt, ein Maximum durchläuft und dann nach unten zur Spitz des Raums 12 wieder
abnimmt.
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Der E findungsvorschlag geht nun dahin, das Rohr 4 durch die Düse
8 hindurch soweit nach unten zu führen, daß es in einem Bereich in dem Raum 12 endet,
in dem das Druckmaximum überschritten ist und abnehmender Druck herrscht.
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Tritt der Schmelzstrahl 10 aus dem Rohr 4 in diesen Bereich abnehmenden
Drucke in dem Raum 12 aus, kann vermilden werden, daß schmelzflüssiges Metall zurückgerissen
und gegen die Düse 8 geschleudert wird. Oberhalb der Austrittsöffnung des Rohres
4 in dem Raum 12 herrscht nämlich dann ein höherer Druok als unterhalb, was ein
Zuruckströmen
der Schmelze unmöglich macht. Dabei ist es vorteilhaft, das Rohr 4 in einem solchen
Bereich innerhalb des Raums 12 enden zu lassen, in dem noch ein geringer Überdruck
herrscht, damit in der Anfahrphase, bei der das Rohr 4 noch nicht durch Schmelze
gefüllt ist, ein Einsaugen von Falschluft durch das Rohr 4 in den Verdüsungsraum
verhindert wird. Um eine Oxydation des Metallpulvers zu verhindern, wird nämlich
üblicherweise der Aufnahmebehälter 5 dicht verschlossen und mit Schutzgaa gefüllt.
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Ein Einsaugen von Luft durch das Rohr 4 ist daher unerwünscht.
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Die Erfindung ist nicht auf das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel
beschränkt, insbesondere kann die beispielhaft dargestellte Ringslhlitzdüse auch
durch eine Düse anderer Konstruktion ersetzt werden. Für jede Düse muß zunächst
der Druckverlauf in dem durch die aus ihr austretenden Verdüsungsgasstrahlen umschlossenen
Raum ermittelt und, entsprechend der Lage des Druckmaximums in dem Raum 12, die
günstigste Lage des Rohres 4 festgestellt werden. Dies läßt sich durch wenige Messungen
ohne Schwierigkeit erreichen.
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Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird einmal verhindert, daß
sich die Zerstäubungedüse durch zurückgeschleudertes Metall zusetzt und zum anderen,
daß durch die vorgesehene Ummantelung des den Schmelzstrahl zuführenden Rohres die
Schmelze in dem Rohr einfriertO Dadurch wird ein störungsfreier Betrieb der Gasverdüsungs
anlage sichergestellt.