DE2121769A1

DE2121769A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Zerkleinern von vorzugsweise elektrisch leitenden Stoffen

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Publication number: DE2121769A1
Application number: DE19712121769
Authority: DE
Original assignee: WOSTOTSCHNIJ NI GORNORU
Current assignee: WOSTOTSCHNIJ NI GORNORU
Priority date: 1970-05-18
Filing date: 1971-05-03
Publication date: 1971-12-30
Also published as: FR2091759A5; DE2121769C3; DE2121769B2; SE376377B

Description

ZELLENTIKi * LUYKEN

8G00 München 22

Vostocnyj Naucno-Issledovatel'skij 3. Mai 1971

Gornorudnya Institut UdSSR

P 37 248/1 Novokuzneck/UdSSR RZ/Br

VERFAHREN UHD VORRICHTUNG ZUM ZERKLEINERN VON VORZUGSWEISE ELEKTRISCH LEITENDEN STOFFEN

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zerkleinern von vorzugsweise elektrisch leitenden Stoffen und kann im Erzbergbau, in der Schleifmittelindustrie, in der Lack- und Farbenindustrie, in der Pulvermetallurgie und anderen Industriezweigen verwendet werden.

Bekannt ist ein Verfahren zum Zerkleinern von elektrisch leitenden Stoffen, das darin besteht, daß zwischen zwei in eine isolierende Flüssigkeit, die die

enthält,

Teilchen des zu zerkleinernden Stoffes^eingetauohte Elektroden pulsierender elektrischer Strom geleitet wird. Hierbei dient der zu zerkleinernde Stoff als leitendes Medium, während die isolierende Flüssigkeit von einem elektri-

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schen Funken durchschlagen wird.

Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens besteht aus einer Elektroden enthaltenden mit isolierender Flüssigkeit und mit Körnern des zuzerKIeinernden Stoffes gefüllten Reaktionskammer (

ΪΤ-Ρ51298394Α

Die bekannte Technologie für die Zerkleinerung von Metallen und anderen elektrisch leitenden Stoffen gehört zum Elektroerosionsverfahren. Das Weeen dieses Verfahrens besteht in der örtlichen Erhitzung der Mikrovolumen der zu zerkleinernden Makroteilchen (Körner) an der» Einführungsstellen der elektrischen Funken in Teilchen, im Abreißen der Tropfen des geschmolzenen Materials und deren Erstarrung in der isolierenden Flüssigkeit· Die Energie des Stromimpulses wird bei dem beschriebenen Verfahren nicht nur für die Nutzarbeit zur Bildung von feindispersen Teilchen, sondern auch für die hauptsächlich mit dem Durchschlag und der

Zwischen^

Erhitzung der isolierenden Flüssigkeit in den «T'ai/njen zwischen den Stoffteilchen verbundenen Verluste verbraucht. Die erwähnten Verluste können einen beträchtlichen mit der Impulsenergie vergleichbaren Wert betragen. Somit ist die Durchführung des bekannten Verfahrens mit erhöhtem spezifischem Stromverbrauch (je Sonne Fertigpulver) verbunden.

Außerdem wird nach diesem Verfahren das Material bis zum pulverförmiger! Zustand (Q,05-3 A, ) zerkleinert, wobei die Teilchen des zerkleinerten Materials von sphärischer Form

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sind. Die Gewinnung von Materialien mit Teilchen größerer Körnung sowie mit splitterförmigen Teilchen gestattet die-

ses Verfahren nicht.

Bei der Zerkleinerung einiger elektrisch leitenden Materialien, beispielsweise Magnetit, ist eine unerwünschte Überzerkleinerung desselben möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zum Zerkleinern von vorzugsweise elektrisch leitenden Stoffen unter Anwendung solcher Vorbereitungsoperationen vor der Einwirkung des elektrischen Impulsstromes auf den zu zerkleinernden Stoff, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit solcher konstruktiven Ausführung der Elektroden zu schaffen, die es gestatten den spezifischen Stromverbrauch zu reduzieren und ein zerkleinertes Material von gewünschter Korngröße und Form zu erhalten.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei dem Zerkleinern von vorzugsweise elektrisch leitenden Stoffen durch Einwirkung eines elektrischen Impulsstromes das zu zerkleinernde Material gemäß der Erfindung vor der Einwirkung des elektrischen Impulsstromes zu einem Strom geformt wird, den man in die Elektrodenwirkungszone zum Dispergieren des Materials leitet.

Beim Zerkleinern von harten Stoffen ist es zweckmäßig < > vor der Formung zu einem Strom ^äiese^ zu schmelzen bzw, einen Brei aus dem zu zerkleinernden Stoff und der isolierenden Flüssigkeit zu bilden.

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Es <y das Dispergieren der meisten Stoffe <$.at zweckmäßig> in einem kompressiblen Medium vorzunehmen.

Die elektrischen Stroraimpulse können eine Dauer von 5 bis 1000 H, s haben.

Die Dauer der Stromimpulse kann man durch Induktivität des Entladungskreises ohne Änderung der Impulsenergie ändern.

Bei der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die eine Reaktionskammer mit in dieser untergebrachten Elektroden enthält, ist gemäß der Erfindung wenigstens eine Elektrode hohl ausgeführt, um die Formung des zerkleinernden Stoffes zu einem Strom und Förderung dessen in den durch die Hohlelektrode und die geerdete Elektrode gebildeten Raum zu gewährleisten.

Die Hohlelektrode kann in der Reaktionskammer höh-en verstellbar angeordnet werden.

Zweckmäßigerweise wird um jede Elektrode eine starre Abschirmung, die den Elektrodenraum abdeckt, vorgesehen.

, , . werden
IJacinsiehma ^einige Begriffe, die das Wesen der Erfindung erläu-

qriq&führt·

tern, ^Bekanntlich fließt der elektrische Impulsstrom bei der Einwirkung auf das zu zerkleinernde Material in dem aus dem Impulsgenerator, den Zuleitungen und dem Arbeitsabstand zwischen den Elektroden bestehenden Entladungskreis. Jeder

einen

Bestandteil des Entladungskreises verfügt über inneren Widerstand, der mit R₁, R₂, und R, bezeichnet werden soll. Hier-

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bei ist R₁ - der Generatorwiderstand, R_ - der Widerstand der Zuleitungen und R„ - der Widerstand des Arbeitsraumes. Es liegt auf der Hand, daß der Wirkungsgrad *) des Entladungskreises, der die in dem zwischen den Elektroden verschiedenen Potentials eingeschlossenen Arbeitsraum ausgelöste Energie (und somit die spezifischen EnergieVerluste) kennzeichnet, durch das Verhältnis

bestimmt wird.

Bei konstantem Wert von R, und R_ ist also der Wirkungsgrad des Entladungskreises dem Widerstand des Arbeitsraumes direkt proportional. Seinerseits ist letzterer von den Impulsparameterri und den Forraierungsbedingungen des Entladungskanals abhängig.

Es ist nun festgestellt, daß bei der Formierung des Entladungskanals zwischen zwei in eine isolierende Flüssigkeit, die elektrisch leitende Teilchen

eingetauchte Elektroden der Widerstand des Arbeitsraumes einen geringen Wert auiwe'isi. Bei ähnlichen Impulsparametern bedingt die Formierung des Entladungskanals für eine Breiströrnung des zu zerkleinernden Materials und der isolierenden Flüssigkeit einen um eine Größenordnung größeren Arbeitsraum als im vorhergehenden Falle. Diese Erscheinung wird dadurch .

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erklärt, daß die Strömung einen beträchtlich geringeren Querschnitt hat und in dieser erheblich weniger die Elektroden

schließende
kurz* Stromkanäle gebildet werden.

Somit ruft die Formung des zu zerkleinernden Stoffes zu einer Strömung, die man in die Elektrodenwirkungszone zum Dispergieren leitet, einen positiven Effekt hervor, der in der Reduzierung des spezifischen Stromverbrauches "besteht.

Die Schmelzetrömung des zu zerkleinernden Materials weist wegen der ungeordneten Hochtemperaturbewegung der Moleküle wie auch die Breiströmung einen hohen Widerstand auf, was einen niedrigen Stromverbrauch kennzeichnet. In dieser Verbindung sei bemerkt, daß die Benutzung der Schmelzströmung zum

von Dispergieren von Stoffen, besonders Metallen und Legierungen

beträchtlich)den positiven Effekt "verstärkt. Die Stoffzerkleinerung nach diesem Verfahren ist wie vorstehend erwähnt letzten Endes mit einer Zerschmelzung des gesamten zwischen den Elektroden eingeschlossenen Material'-volumens verbunden, wovon augenscheinlich die sphärische Form des gesamten zerkleinerten Materials zeugt, sowie mit einem Kraftaufwand beim Abreißen der zerschmolzenen Tropfen von den Makroteilchen verbunden. Aus dem vorstehend Gasagten geht hervor, daß tei der Durchführung des bekannten Verfahrens ein Teil der Energie dazu verbraucht wird, die Temperatur der festen Teilchen auf die Schmelztemperatur zu..bringen.

Wie bekannt werden die Metalle und Legierungen hauptsächlich nach dem metallurgischen Verfahren - durch Schmelzen in

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verschiedenartigen Öfen erhalten. Deshalb ist es zweckmäßig diese Schmelze zum Dispergieren nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu benutzen. In diesem Falle wird die Energie für die Störung der Kontinuität der Strömung, d.h. für das Dispergieren verbraucht und wird nicht für die Erhitzung des Materials bis zur Schmelztemperatur aufgewandt.

Ein wesentliches kennzeichnendes Merkmal der Erfindung ist, daß das Dispergieren des Materials in einem kompressiblen Lledium, beispielsweise in (Jas erfolgt. Die Erscheinung^ die das Fließen des Impulsstromes durch die Schmelzströmung begleiten, bestehen in der Störung der Strömungskontinuität, in der Entstehung einer Stoßwelle und in dem Auseinanderfliegen der gebildeten Tröpfchen mit einer Geschwindigkeit von über 100 m/sec. Beim Stoßen ge^en ein starres Hindernis in Form der Reaktionskammerwandung bzw. der speziellen Abschirmungen des Elektrodenraumes werden die Tropfen zusätzlich zerstört.

Durch Änderung der Parameter des auf die Schmelzströmung wirkenden Impulses sowie des Querschnittes der Strömung und deren Länge läßt sich ein zerkleinertes Material verschiedener Korngröße gewinnen. Durch Regeln der Kühlung der auseinanderfliegenden Tropfen und des Abstandes vom Strömungskanal zur Abschirmung kann erreicht werden, daß die Teilchen gegen die Abschirmung entweder im flüssigen oder im festen Zustand stoßen, demzufolge man zerkleinerte Teilchen entweder von sphärischer oder von splitterartiger Form erhalten kann.

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Bei der Einwirkung des elektrischen Impulses auf die Breiströmung findet ein Durchschlag der mit der isolierenden Flüssigkeit gefüllten Räume zwischen den Teilchen des zu zerkleinernden Stoffes und ein Kurzschluß der Elektroden durch den Entladungskanal, der vom Impulsstrom durchflossen wird, statt. Der Entladungskanal führt über einen Teil des zu zerkleinernden iviaterials und über die isolierende Flüssigkeit zwischen den Teilchen desselben. Die Teilchen, die vom Impulsstrom durchflossen werden, erhitzen sich auf eine Temperatur, bei welcher eine Wärmeexplosion und in gewissem Maße eine Sublimation derselben stattfindet.

Die Produkte der Wärmeexilosion stellen feindisperse Teilchen von sphärischer Form dar. Auf3erdem bildet sich in der den Entladungskanal umgebenden isolierenden Flüssigkeit ein sich schnell ausdehnender Dampfgasraum und es entsteht eine Stoßwelle, Die Stoßwelle zerkleinert einojTeil des in unmittelbarer Nähe von dem Entladungskanal befindlichen Materials, wobei Teilchen von ungeordneter Form gebildet werden. Die durch die Warmeexplosion und die Stoßwelle zerkleinerten Teilchen sowie auch die nicht zerkleinerten Teilchen in der Strömung zwischen den Elektroden beginnen sich in alle Riehtungen vom Entladungskanal zu bewegen. Es ist bereits festgestellt, daß die Bewegungsgeschwindigkeit der Teilchen von der Einführungsgeschwindigkeit der Energie in den Entladungskanal abhängt und einen V/ert von etwa 200-250 m/sec er-

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Kann
reichend Die Hartstoffteilchen werden "beim Aufprallen auf die starre Abschirmung zerstört und das zerkleinerte Material nimmt Splitterform an. Das Verhältnis der durch, die Y/ärmeexplosion und die Stoßwelle zerkleinerten Teilchen und der beim Aufprallen auf dio starre Abschirmung erhaltenen Teilchen hängt, wie Versuche gezeigt haben, von der Dauert des Stromimpulses bei gleichbleibender Energie desselben ab. Indem man die Impulsdauer auf einen gewissen Wert durch Einführen einer Induktivität in den Entladungskreis erhöht, erhält man bis 70$ abgerundeter Teilchen. Bei Verringerung der Impulsdauer durch Verminderung der Induktivität des Entladungskreises wird seine Zerreißwirkung erhöht und bei bestimmter Dauer erhält man bis 100$ Teilchen in Splitterform.

Die Möglichkeit Teilchen von verschiedener Korngröße bei der Einwirkung des Impulsstromes auf die Breiströmung

aes zerkleinernden Stoffes zu gewinnen, wird an der Arbeitsweise der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt.

Der· Zerkleinerungsmechanismus von elektrisch nichtleitenden Stoffen besteht- in folgendem. Der Entladungskanal •<vird in diesem Falle für die flüssige Komponente der Breiströmung gebildet, demzufolge in der Flüssigkeit eine Stoßwelle entsteht. Durch Einwirkung der Stoßwelle werden die in unmittelbarer Nähe vom Entladungskanal befindlichen festen Teilchen zerkleinert. Die in einer größeren Entfernung von dem Entladungskanal befindlichen Teilchen werden durch

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die Stoßwelle infolge deren Dämpfung nicht zerstört, erhalten jedoch eine Bewegungsgeschwindigkeit, die zum Entstehen von Zerstörungsspannungen in diesen beim Aufprallen auf die starre Abschirmung ausreichen kann. Da in diesem Falle eine mechanische Zerstörung der Teilchen stattfindet, so hat das zerkleinerte Material die Form von Splittern.

Zur Erläuterung der Erfindung sind der Beschreibung Zeichnungen eines konkreten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung zum Zerkleinern von Stoffen beigegeben. Es zeigen:

Fig. 1 - die erfindungsgemäße Vorrichtung, Längsschnitt durch die Elektroden;

Fig. 2 - Schnitt H-II in Fig. 1.

Die in den Zeichnungen wiedergegebene Vorrichtung besteht aus einer von dem Gehäuse 2, mit dem schrägen Boden 5, der in einen Au si au fs tut ζ en 4 übergeht, und dem elektrisch isolierenden Deckel 5 gebildeten Reaktionskammer 1 (Fig. 1 und 2) mit in dieser untergebrachten höhenverstellbaren Elektroden 6. Im Innern der Reaktionskammer 1 sind starre Abschirmungen 7 angeordnet, die den Raum 8 zwischen den Hohlelektroden 6 und geerdeten Elektroden 9, die Paare bilden, abdecken.

Die Abschirmung,' 7 und die geerdeten Elektroden 9 sind in der Reaktionskammer7mit Hilfe von Horizontalkreuzstücken 10 und Streben 11 angeordnet, wobei sowohl die Abschirmungen' als auch die geerdeten Elektroden^auswechselbar sind.

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Die Arbeitsweise der Vorrichtung am Beispiel, eines Elektrodenpaares besteht in folgendem.

Den*zerkleinerten Stoff leitet man in die Hohlelektroce 6 (Fig. 1), wo er zu einer Strömung geformt wird. Die aus der Hohlelektrode ausgehende Strömung gelangt in den Elektroder.raum 8 und erreicht die geerdete Elektrode 9. Beim Erreichen der geerdeten Elektrode 9 wirkt auf die Strömung ein Stromimpuls ein. Dank der Vifärroeexplosion des Materials und der Entstehung von Stoßwellen dispergiert die Strömung und die verkleinerten und nicht zerkleinerten Teilchen prallen mit hoher Geschwindigkeit auf die starre Abschirmung 7 auf, wobei sie zusätzlich zerkleinert werden. Alle Zerkleinerungsprodukte fallen durch Öffnungen (nicht mitgezeichnet) im norizontalkreuzstück IC (Fig. 2) auf den Schrägboden 3 und •werden aus der Reaktionskammer 1 über den Auslaufstutzen entfernt.

nachstehend seien konkrete Avs{ührungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens betrachtet.

Beispiel 1.

Eine Legierung, bestehend aus Eisen (859^) und Silizium (15^c) > deren Pulver mit einer Korngröße bis 0,10 mm und mit sphärischer Teilchenform als Schwerstoff beim Aufbereiten von schweren Suspensionen zur Anreicherung von Bodenschätzen verwendeteschmilzt man in einem Elektroschmelzofen. Die Schmelze gießt man durch die Hohlelektrode 6 (Fig. 1) von 2 mm

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Durchmesser ein. Beim Erreichen der geerdeten Elektrode 9 wirkt auf die Schmelzströrrrung ein Stromimpuls'mit einer Leistung von etwa 50 MW ein. Der Strom dispergiert unter Bildung von hauptsächlich sphärischen Teilchen mit einer Korngröße bis 0,1 nmr, die über den Auslaufstutzen 4 in den Samm·*. ler bzw. zur Klassifizierung geleitet werden. Zur Verhinderung einer Oxidierung des zerkleinerten Materials füllt man die Reaktionskammer 1 mit Edelgas, beispielsweise Argon. Der zweckmäßigste Arbeitszustand der Vorrichtung ist derjenige, bei dem die zum Kurzschließen des Elektrodenraumes durch die Strömung erforderliche Zeit dem I_mpuls-Pause-Verhültnis der Stromimpulse gleich ist.

Beispiel 2.

Teilchen der gleichen Legierung wie im Beispiel 1 mit einer Korngröße von 2_t5± 0,10 mm, die nichtkonditionell bei der Granulation der Schmelze sind, mischt man mit der iso-

StC

lierenden Flüssigkeit zusammen und fördert mit einer Pumpe in die Plohlelektrode 6 von 6 mm Durchmesser. Beim Erreichen

der geerdeten Elektrode wirkt auf die aus der Hohlelektrode £ herausfließende Breiströmung ein Stromimpuls mit einer Energie von etwa 1200 J. Das zerkleinerte Material gelangt über

u
den Auslaufstutzen zur Klassifizierung. Das konditionelle Produkt mit einer Korngröße bis 0,10 mm wird zum Trocknen und das nichtkonditionelle Produkt zum Jiachzerkleinern trans portiert. Hierbei wird die Einhaltung der gleichen Bedingun-

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gen betreffs der Güte des zerkleinerten Produktes und des zweckmäßigen Arbeitszustandes v/ie im Beispiel 1 gewünscht. Bei der Forderung des Stromimpulses "->»'* einer Induktivität von 1 bis 3 μ Il enthält das zerkleinerte Produkt 90$ Teilchen von Splitterform, wahrend es bei der Formierung desselben mit einer Induktivität von 120 ji H bis 60-70$ Teilchen von sphärischer Form mit einer Korngröße bis 63JUm enthält.

Eine übermäßige Zerkleinerung des Materials liegt praktisch nicht vor, da bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung das durch die vorhergehende Entladung zerkleinerte Material aus der Zerkleinerungszone bis zur nächstfolgenden Entladung restlos entfernt wird. Als isolierende Flüssigkeit sind auf bekannte Art verflüssigte Gase, beispielsweise Stickstoff und Argon, oder Kohlenwasserstoffe oder auch Wasser empfehlenswert.

Beispiel 3.

Grünsiliziumkarbid, dessen Teilchen in der Schleifmittel indus trie verwendet werden, zerkleinert man nach der im Be"ispiel2beschriebenen Technologie auf die gleiche Korngröße. Die Teilchen sind von Splitterform, jedoch ist diese Form der isometrischen nah.

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Claims

VA¹JIKXTASSPRuCHE:

Verfahren zur Zerkleinerung von vorzugsweise elektrisch leitenden Stoffen durch Einwirkung eines elektrischen Stromimpulses, dadurch gekennzeichn e t, daß man vor der Einwirkung des elektrischen Stromes auf das zu zerkleinernde Material dieses zu einer Strömung formt, die man in die Elektrodenwirkungszone zum Dispergieren des Materials leitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der Zerkleinerung von Hartstoffen diese vor der Formung zu einer Strömung zerschmilzt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der Zerkleinerung von Eartstoffen die Strömung als Brei aus den zerkleinerten Stoffteilchen und der isolierenden Flüssigkeit "bildet,
4, Verfahren nach Anspruch 1, 2 bzw. 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Dispergieren des Materials in einem kompressiblen Medium erfolgt.
5- Verfahren nach Anspruch 1* 2, 3 bzw. 4* dadurch gekennzeichnet* daß die elektrischen Stromimpulse eine Dauer von 5 bis IQOQ υ sec haben.
6. Verfahren nach Anspruch 5_f dadurch gekenn ze ichhe t^ daß man die Dauer der elektrischen

Strcminpulse durch die Induktivität des Entladungskreises ohne Är-derung der Impulsenergie ändert.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach

Anspruch 1,2 od«r3 mit einer Reakt ions kammer ar.it in dieser untergebrachten Elektroden da -

durch gekennzeichnet, daß zumindest eine Elektrode (6) hohl ausgeführt ist, um die Formung des zu

de-ssen

zerkleinernden Materials zu einem Strom und Zuführung

in den durch die Hohlelektrode (6) una die geerdete Elektrode (9) gebildeten Elektrodenraum (8) zu gewährleisten.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn ζ e i c h η e t, daß die Hohlelektrode (6) in der Eeaktionskarr.mer (l) höhe η verstellbar angeordnet ist.

9- Vorrichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Reaktionskammer (1) um jede Hohlelektrode (6) ein starrer Schirm (7), der

den Elektrodenraum (8) abdeckt, untergebracht ist.

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