DE2121769C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Zerkleinerung von vorzugsweise elektrisch leitendem Material - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich a«jf ein Verfahren zur Zerkleinerung von vorzugsweise elektrisch leitendem Material durch elektrische Entladungen, wobei das vorher zerkleinerte vorzugsweise gekörnte Material in einem isolierenden Fluid als Brei durch die Entladungszone strömt und auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (DE-AS 12 98 394) ist das vorzerkleinerte elektrisch leitende Material in einer isolierenden Flüssigkeit dispergiert, die zwischen zwei darin eintauchenden Elektroden hindurch umgewälzt wird. Die an die Elektroden angelegte pulsierende Hochspannung: führt zu Entladungen die hauptsächlich quer zur Strömungsrichtung der Dispersion verlaufen. Obwohl bei dieser verschiedentlich abgewandelten Technologie der elektrischen Materialzerkleinerung stets ein möglichst guter Wirkungsgrad und eine genaue Reproduzierbarkeit der Korngröße und Form angestrebt wurde (DE-AS 12 18 855, DE-AS 12 99 209), blieben gerade in dieser Hinsicht Wünsche offen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zerkleinerung von vorzugsweise elektrisch leitenden Stoffen durch Einwirkung eines elektrischen Stromimpulses anzugeben, die den elektrischen Wirkungsgrad zu verbessern und ein zerkleinertes Material von gewünschter Korngröße und Form zu erhalten gestatten.

Dies wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäB dadurch erreicht, da3 der Brei durch eine der Elektroden hindurch auf die von seitlichen Abschirmungen umgebene andere Elektrode zuströmt und daß die Dauer der an die Elektroden angelegten Stromimpulse auf einen Wert zwischen 5

und 1000 usec eingestellt wird.

Vorteilhaft erfolgt die Behandlung des Breis mit Stromimpulsen in einem kompressiblen Medium.

Eine bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, die eine Reaktionskammer mit in dieser angeordneten Elektroden enthält, ist dadurch gekennzeichnet, daß zumindestens eine Elektrode in an sich bekannter Weise als Hohlelektrode ausgeführt ist zwecks Zuführung des zu zerkleinernden Materials in die Entladungszone und daß in der Reaktionskammer um jede Hohlelektrode herum ein starrer Schirm angeordnet ist, der den Elektrodenraum abdeckt

Mit der Erfindung wird von der überraschenden Tatsache Gebrauch gemacht, daß der Wirkungsgrad des

is Ep.tladungskreises, der dem Widerstand des Arbeitsraumei direkt proportional ist, erheblich größer wird, wenn erfindungsgemäß der Entladungspfad entlang der Strömung verläuft wodurch sich ein prinzipiell anderer Entladungspfadquerschnitt ergibt als beim StanJ der

M Technik, bei dem der Entladungspfad quer zur Strömung verläuft Dadurch, daß die Breiströmung durch die Elektrode einen beträchtlich geringeren Querschnitt erhält werden nämlich in der Strömung weniger die Elektroden kurzschließende Stromkanäle gebildet Dies führt zu einer Reduzierung des spezifischen Stromverbrauches.

Bei der Einwirkung des elektrischen Impulses auf die Breiströmung findet ei;» Durchschlag in dein mit dem Fluid gefüllten Raum zwischen den Teilchen des zu zerkleinernden Materials statt wobei der Entladungskanal über einen Teil des zu zerkleinernden Materials und durch das Fluid zwischen den Teilchen verläuft Die Teilchen, die vom Impulsstrom durchflossen werden, erhitzen sich auf eine Temperatur, bei welcher eine Wärmeexplosion und in gewissem Maße eine Sublimation derselben erfolgt.

Die Produkte der Wärmeexplosion sind feindisperse Teilchen sphärischer Form. In dem den Entladungskanal umgebenden Fluid bildet sich ein sich schnell ausdehnender Dampfgasraum, und es entstek: eine Stoßwelle. Diese Stoßwelle zerkleinert einen Teil des in unmittelbarer Nähe von dem Entladungskanal befindlichen Materials, wobei Teilchen von ungeordneter Form gebildet werden. Die durch die Wärmeexplosion und die Stoßwelle zerkleinerten Teilchen sowie auch nichtzerkleinerte Teilchen in der Strömung zwischen den Elektroden beginnen dabei sich in alle Richtungen vom Entladungskanal weg zu bewegen. Dabei wurde festgestellt, daß die Bewegungsgeschwindigkeit der

so Teilchen von der Zuführungsgeschwindigkeit der Energie zum Entladungskanal abhängt und einen Wert von etwa 200 bis 250 m/sec erreichen kann. Die Mat°rialteilchen werden beim Aufprall auf die starre Abschirmung zerstört, und das zerkleinerte Material nimmt Splitterform an. Das Verhältnis der durch die Wärmeexplosion und die Stoßwelle zerkleinerten Teilchen und der beim Aufprallen auf die starre Abschirmung erhaltenen Teilchen hängt von der Dauer des Stromimpulses bei gleichbleibender Energie ab.

Indem man die Impulsdauer auf einen gewissen Wert durch Einführen einer Induktivität in den Entladungskreis erhöht, erhall man bis zu 70% abgerundete Teilchen. Bei Verringerung der Impulsdauer durch Verminderung der Induktivität des Entladungskreises

(.5 wird die Zerreiüwirkung erhöht, und bei bestimmter Dauer erhält man bis zu 100% Teilchen in Splitterform.
Der Zerkleinerungsmechanismus von elektrisch nichtleitenden Materialien besteht in folgendem: Der

Entladungskanal wird in diesem Falle im Fluid gebildet, demzufolge im Fluid eine Stoßwelle entsteht. Durch die Einwirkung der Stoßwelle werden die in unmittelbarer Nähe vom Entladungskanal befindlichen festen Teilchen zerkleinert Die in einer größeren Entfernung vom Entladungskanal befindlichen Teilchen werden durch die Stoßwelle infolge deren Dämpfung nicht zerstört, erhalten jedoch eine Bewegungsgeschwindigkeit, die zum Entstehen von Zerstörungsspannungen in diesen beim Aufprallen a»f die starre Abschirmung ausreichen kann. Da in diesem Falle hauptsächlich eine mechanische Zerstörung der Teilchen stattfindet, hat das zerkleinerte Material die Form von Splittern.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Zerkleinern von Stoffen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Längsschnitt durch die Elektroden,

F i g. 2 einen Schnitt H-H in F i g. 1. Die Vorrichtung besteht aus einer Reaktionskammer !, die von einem Gehäuse 2 mit schrägem Boden 3, der in einen Auslaufstutzen 4 übergeht, und einem elektrisch isolierenden Deckel 5 gebildet wird. In der Reaktionskammer 1 sind höhenverstellbare Elektroden 6 angeordnet sowie starre Abschirmungen 7 vorgesehen, die den Raum 8 zwischen den Hohlelektroden 6 und geerdeten Elektroden 9 abschirmen. Die Abschirmungen 7 und die geerdeten Elektroden 9 sind in der Reaktionskammer mit Hilfe von Horizontalkreuzstükken 10 und Streben 11 befestigt, wobei sowohl die Abschirmungen 7 als auch die geerdeten Elektroden 9 auswechselbar sind.

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt: Das zu zerkleinernde Material leitet man in dem Fluid als Brei durch die Hohlelektrode 6. Die aus der Hohlelektrode 6 austretende Breiströmung gelangt in den Elektrodenraum 8 und erreicht die geerdete Elektrode 9. Beim Erreichen der geerdeten Elektroden 9 wirkt auf die Breiströmung ein Stromimpuls ein. Infolge der Wärmeexplosion :m Material und der Entstehung von Stoßwellen erfolgt eine weitere Dispergierung, und zerkleinerte und nichtzerkleinerte Teilchen fallen mit hoher Geschwindigkeit auf die starre Abschirmung 7 auf, wobei sie zusätzlich zerkleinert werden. Die Zerkleinerungsprodukte fallen durch öffnungen (nicht dargestellt) im Horizontalkreuzstück IC (F i g. 2) auf den Schrägboden 3 und werden aus der Reaktionskammer 1 über den Auslaufstutzen entfernt.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand von Beispielen der Zerkleinerung von verschiedenen Materialien erläutert:

Beispiel 1

Eine Legierung, bestehend aus Eisen (85%) und Silizium (15°/o), deren Pulver mit einer Korngröße bis 0,10 mm und mit sphärischer Teilchenform als Schwerstoff beim Aufbereiten von schweren Suspensionen zur Anreicherung von Bodenschätzen verwendet wird, schmilzt man in einem Elektroschmelzofen. Die Schmelze gießt man durch eine Hohlelektrode 6 vor

ίο 2 mm Durchmesser. Beim Erreichen der geerdeten Elektrode 9 wirkt auf die Schmelzströmung ein Stromimpuls ein. Die Schmelzströmung dispergiert unter Bildung von hauptsächlich sphärischen Teilchen mit einer Korngröße bis 0,1 mm, die über den Auslaufstutzen 4 in den Sammler bzw. zur Klassifizierung geleitet werden. Zur Verhinderung einer Oxidierung des zerkleinerten Materials füllt man die Reaktionskammer 1 mit Edelgas, beispielsweise Argon. Teilchen dieser Legierung mit einer Korngröße von 2,5 ± 0,10 mm, die bei der Granulation der Schmelze noch zu groß sind, mischt man sodann r?it isolierender Flüssigkeit zu einem Brei und fördert diesen mit einer Pumpe in eine Hohlelektrode 6 von 6 mm Durchmesser. Beim Erreichen der geerdeten Elektrode 9 wirkt auf den aus der Hohlelektrode 6 herausströmenden Brei ein elektrischer Stromimpuls mit einer Energie von etwa 1200 J. ein. Das zerkleinerte Material gelangt über den Auslaufstutzen 4 zur Klassifizierung. Das gewünschte Produkt mit einer Korngröße bis 0,10 mm wird zum Trocknen und der Rest zum Nachzerklainern transportiert Bei der Bildung der Stromimpulse mit einer Induktivität von 1 bis 3 μΗ enthält das zerkleinerte Produkt 90% Teilchen von Splitterform, während bei der Bildung desselben mit einer Induktivität von 120 μΗ 60 bis 70% der Teilchen sphärische Form mit einer Korngröße bis zu 63 μπι erhalien.

Eine übermäßige Zerkleinerung des Materials liegt praktisch nicht vor, da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das durch die vorhergehende Entladung zerkleinerte Material bis zur nächstfolgenden Entladung restlos aus der Zerkleinerungszone entfernt wird. Als isolierendes Fluid sind in bekannter Art verflüssigte Gase, beispielsweise Stickstoff und Argon oder Kohlenwasserstoffe oder auch Wasser verwendbar.

Beispiel 2

Grünsiliziumkarbid, dessen Teilchen in der Schleifmittelindustrie verwendet werden, zerkleinert man nach der im Beispiel 1 beschriebenen Technologie auf die gleiche Korngröße. Die Teilchen sind von Splitterform, jedoch ist die Form nahezu isometrisch.

Hierzu 1 Blatt ZeichnuP'isn

Claims (3)

Patentansprüche;

1. Verfahren zur Zerkleinerang von vorzugsweise elektrisch leitendem Material durch elektrische Entladungen, wobei das vorher zerkleinerte vorzugsweise gekörnte Material in einem isolierenden Fluid als Brei durch die Entladungszone strömt, dadurch gekennzeichnet, daß der Brei durch eine der Elektroden hindurch auf die von seitlichen Abschirmungen umgebene andere Elektrode zuströmt und daß die Dauer der an die Elektroden angelegten Stromimpulse auf einen Wert zwischen 5 und 1000 usec eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung des Breis mit Stromimpulsen in einem kompressiblen Medium erfolgt

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine Reaktionskararr.er mit darin angeordneten Elektroden enthält, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Elektrode (6) in an sich bekannter Weise als Hohlelektrode: ausgeführt ist zwecks Zuführung des zu zerkleinernden Materials in die Entladungszone und daß in der Reaktionskammer um jede Hohlelektrode (6) herum ein starrer Schirm (7) angeordnet ist, der den Elektrodenraum (8) abdeckt