DE2340401A1

DE2340401A1 - Verfahren zur metallpulvergewinnung durch zerstaeuben eines stroms einer metallschmelze und zerstaeuberduese zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2340401A1
Application number: DE19732340401
Authority: DE
Inventors: Iwan M Fedortschenko; Alexandr B Medwedowskij; Jurij I Naida; Oleg S Nitschiporenko
Original assignee: I MATERIALOWEDENIJA AKADEMII N
Current assignee: I MATERIALOWEDENIJA AKADEMII N
Priority date: 1973-08-09
Filing date: 1973-08-09
Publication date: 1975-02-20

Description

8000 M ;;nc'i:n 22

Zv.üibr.'jLkenötr. 6

Ordena Trudovogo Krasnogo Znaneni

Institut Problem Materialovedenija P 50 4-21/2

Akademii Nauk Ukrainskoj SSR, 9. ^ugust 1973

Kiew/UdSSR RZ/HD

Verfahren zur ivietallpulvergewinnunp; diircti Zerstäuben eines Stroms einer Metallschmelze und Zerstäuberdüse zur Durchfuhr ung des Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf die Pulvermetallurgie und insbesondere auf Verfahren zur Metallpulvergewinnung durch Zerstäuben von Metallschmelzen und auf diesbezügliche Zerstäuberdüsen,

Zur Zeit ist die Metallpulvergewinnung durch Zerstäuben von Metallschmelzen sehr verbreitet.

Das Verfahren zur Metallpulvergewinnung durch Zerstäuben beruht darauf, daß man einen Strahl bzw· eine Reihe von Strahlen einer Metallschmelze bis auf einen staubförmigen Zustand durch Ströme eines unter Druck zugeführten Gas- bzw. Wassermediums zerkleinert, welches in folgenden al3 energietragendes Medium bezeichnet wird·

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AlIe zur Zeit bekannten Varianten des Verfahrens zur Metallpulvergewinnung durch Zerstäuben sehen die Z_Ufuhr der Schmelze in der Art von Strahlen mit einem nindOaerschnitt vor. Das energietragende Medium wird in Strahlen sowohl mit einem Rund- als auch mit einem Flachquerschnitt zugeführt· Dabei können das Schmelzprodukt und das energietragende Medium sowohl in einzelnen, als auch in mehreren Strahlen mit einem Rundquerschnitt zugeführt werden.

Es ist eine Reihe von Zerstäuberdüsentypen für Metallschmelzen vorhanden·

α vs

Es sind Zerstäuberdüsen allgemein bekannt, welche einem System aus zwei konzentrisch angeordneten Düsen bestell en, von welchen die eine, und zwar die innere, eine runde Austrittsöffnung hat und die Austrittsöffnung der zweiten, der äußeren Düse als Ringspalt ausgebildet ist, der zur öffnung der Innendüse konzentrisch ist. Die ^nnendüse mit der runden Austrittsöffnung dient zur Zufuhr der Metallschmelze in einem Einzelstrahl mit Rundquerschnitt· Die zweite Düse mit dem Ringaustrittsspalt sichert die Zufuhr eines Stroms des enerjgietragenden Mediums in einem Strahl, der den Strahl der Schmelze konzentrisch umgibt (zum Beispiel Zerstäuberdüsen nach den USA-Patenten 2968062 und 3430289 λ

Es sind auch Zerstäuberdüsen bekannt, welche einen zentral angeordneten zylindrischen Kanal zur Zufuhr der Metall-

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schmelze und Düsen zur Zufuhr des energietragenden Mediums aufweisen, welche um die Austrittsb'ffnung des Kanals zur

Zufuhr der Metallschmelze und mit einer Neigung in bezug auf denselben angeordnet sind (zum Beispiel die ZerstäuberÄüse nach dem USA-Patent 2956304 λ

Diese Zerstäuberdüsen sichern die Zufuhr der Schmelze auch in der Art eines Einzelstrahls mit Rundquerschnitt und des energietragenden Mediums in der Art mehrerer Strahlen mit Bundquerschnitt, die den Strahl der Schmelze umgeben·

Es sind noch Zerstäuberdüsen für Metallschmelzen bekannt, die aus zwei dem Wesen nach parallelen Düsen zur Zufuhr des energietragenden Mediums und einer Reihe senkrechter Kanäle zur Zufuhr der Schmelze bestehen, die zvtffefchen diesen parallelen Düsen angeordnet sind, dabei weist eine jede Düse eine Reihe von AustrLttsbohrungen auf, die nach deren Länge ausgeführt sind. Diese Zerstäuberdüsen sichern die Zufuhr der Schmelze und des energietragenden Mediums in einer Reihe von Strahlen mit Rundquerschnitt (zum Beispiel die Zerstäuberdüse nach dem USA-Patent 3ΟΟ92Ο5).

Außerdem sind Zerstäuberdüsen bekannt, die eine Reihe senkrechter Kanäle zur Zufuhr der Schmelze aufweisen, die zwischen zwei Düsen mit Spaltaustrittsb'ffnungen zur Zufuhr des energietragenden Mediums in der Art von Flachstrahlen

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-4-angeordnet sind (zum Beispiel USA-Patent 3509733).

Der gemeinsame Hauptnachteil des oben beschriebenen Verfahrens und der erwähnten Zerstäuberdüsen besteht darin, daß dabei Schmelzerstrahlen von einem runden Querschnitt verwendet werden. Es liegt auf der Hand, daß die leistung dieses Verfahrens und der Zerstäuberdüsen vom Durchmesser der Schmelze^strahlen abhängt: je s^^Qe^ der Durchmesser ist, desto höher ist die Leistung. Gleichzeitig verschlechtert eine Vergrößerung des Strahldurchmessers die Korngrößenverteilung des Silvers·¹ Damit ein Pulver mit einem ausreichend hohen Gehalt an fein disperser Fraktion gewonnen wird, ist man gezwungen, den Durchmesser des Schmelzenstrahls bedeutend zu vermindern· Das setzt einerseits die Leistung des Verfahrens durch die entsprechende Verminderung des Schaelzenverbrauchs pro Zeiteinheit herab; andererseits führt eine Verminderung des Strahlendurchmessers ein Metallerstarren in den Austrittsöffnungen der Düsen herbei, wobei das Erstarren um so wahrscheinlicher ist, je kleiner ist der Strahlendurchmesser· Ein solches Erstarren ruft eine Unstabilität des Zerstäubungsvorgangs hervor.

Der Zweck der Erfindung liegt In der Beseitigung der angegebenen Nachteile des bekannten Verfahrens zur Metallpulvergewinnung durch Zerstäuben und der Zerstäuberdüsen

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für Metallschmelzen·'

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfah-

It

ren zur Metallpulvergewinnung durch die optimale Änderung der Form des zwecks Zerstäubung zugeführten Strahls der Metallschmelze zu vervollkommnen sowie eine solche Zerstäuberdüse zu entwickeln, welche es ermöglicht, Strahlen der Schmelze mit der erforderlichen Form zu erhalten·

Die gestellte Aufgabe i3t dadurch gelöst, daß im Verfahren zur Metallpulvergewinnung durch Zerstäuben einer Metallschmelze durch Ströme eines energietragenden Mediums erfindungsgemäß der Strom der Metallschmelze in der Art eines Strahls zugeführt wird, der im Querschnitt eine längliche Form aufweist.

Da3 ermöglicht, die Stabilität des Schmelzenstrahls bedeutend herabzusetzen und dadurch die Wirksamkeit der Zerstäubung zu erhöhen sowie gibt die Möglichkeit, die Strahlbreite teoretlsch gesehen unbegrenzt zu vergrößern, womit eine Steigerung der Leistung des Verfahrene erzielt wird.

Konkret kann der Strahl der Schmelze eine flache Form haben. Bei dieser Strahlenform i3t es zweckmäßig, daß die Strombreite des energietragenden Mediums größer, als die Breite des Strahls der Schmelze ist*

In Übereinstimmung mit dem Verfahren hat die Zerstäuberdüse zwei Düsen zur Zufuhr des energietragenden Mediums, die beiderseits mindestens eines Kanals zur Zufuhr der

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Metallsohmelze angeordnet sind, dabei haben die Austrittsöffnungen der Düsen und des Kanals die Form von geraden Spalten, die dem Wesen nach parallel zueinander angeordnet sind.

Es ist zweckmäßig, daß die Austrittespalte der Düsen für die Zufuhr des energietragenden Mediums eine größere t&nge als der Austrittsspalt des Kanals für die Zufuhr der Metallschmelze haben,

Nachstehend wird eine ausführliche Beschreibung einer

. Au3führungsform der Erfindung mit Hinweisen auf die ^N Zeichnungen angeführt, es zeigen:

Fig. 1 - Einrichtung zur Metallpulvergewinnung durch Zerstäuben einer Schmelze, in welche eine erfindungsgemäß ausgeführte Zerstäuberdüse eingebaut ist (senkrecht Querschnitt);

Fig. 2 -*'Ansicht nach Pfeil "A" der Fig. 1 (es ist kein Sammelbehälter für Pulver eingezeichnet).

Die Einrichtung enthält eine aus einem feuerfesten Stoff ausgeführte Schale 1 (Fig. l) für die Metallschmelze, eine Zerstäuberdüse 2 (Fig. 1 und 2) und einen Behälter 3 (Fig. l), in welchem die Schmelzeprodukte zerstäubt und das Pulver gesammelt wird. Gleichzeitig ist . der Behälter 3 der tragende Teil der Einrichtung.

Die Zerstäuberdüse 2 besteht aus einer zentral ange-

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ordeten Hülse 4 mit einem Spaltkanal 5 und aus zwei Düsen 6 (Fig. 1 und 2) auch mit Spaltenformaten Austrittsöffnungen,

2>ie

Die Hülse 4 ist in der Schale 1 fest eingepreßt. Körper der Düsen 6 stützen sich auf Wandungen des Behälters 3 und sind mit diesen durch Bolzen gekuppelt (es sind keine Bolzen eingezeichnet.

Der Kanal 5 dient zur Zufuhr des Schmelzenstrahls·

Die Düsen 6 dienen zur Zufuhr des energietragenden Mediums, ^n dieser Ausführungsvariante der Einrichtung sind Überschalldüsen nach Laval verwendet, welcher für ein gasförmiges energietragendes Medium ausgelegt sind.

Obwohl in diesem konkreten Fall ein Gas verwende t wird, kann als energietragendes Medium auch Wasser verwendet wetrden. Dabei ist die Düse dementsprechend zu ändern· In dieser Beschreibung wird keine ausführliche Beschreibung einer Wasserdüse gegeben, weil deren prinzipielle Ausführung allgemein bekannt ist und deren Auswahl bzw. Anwendung keine Schwierigkeiten hervorrufen.

Die Austrittsöffnungen des Kanals 5 und der Düsen 6 sind flache Spalte , welche zueinander parallel sind, wobei es empfehlenswert ist, die Austrittsspalte 8 der Düsen 6 langer auszubilden, als den Austrittsspalt 9 des Kanals 5· Zweckmäßigerweise hat die Länge "1 ^" dee Spaltes 8 mindestens das 1,2-fache der Länge "I₂" des Spaltes

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9 des Kanals 5 zu betragen.

Die Breite "a" der Spalte 8 der Düsen 6 wird geregelt, indem man Aufsätze 11a auswechselt, die auf den Körpern der Düsen 6 mittels Schrauben 12 befestigt werden, Die Breite ⁿbⁿ des Austrittsspaltes 9 des Kanals 5 kann geändert werden, indem die Hülse 4 durch eine andere Hülse mit dem Kanal des entsprechenden Querschnitts ersetzt wird. Praktisch schlägt man dafür die Hülse aus und preßt eine neue ein·

Die Breite des Schmelzenstrahls wird durch die erforderliche Leistung bestimmt; je größer die Leistung sein soll, desto breiter soll der Strahl sein· Praktisch ist die Strahlbreite nur durch konstruktive Möglichkeiten begrenzt .

Die Dicke des Schmelzenstrahls wird in Abhängigkeit von den physikalisch-chemischen Eigenschaften des zu zerstäubenden Metalls (je höher der Schmelzpunkt, kleiner die Wärmekapazität und höher die Wärmeleitfähigkeit sind, desto größer kann die Strahldicke sein) sowie von der Pulverkörnung gewählt (je feiner die erforderliche Körnung ist, desto dünner soll*der Strahl sein).

Die Zufuhr des energietragenden Mediums in die Düsen 6 erfolgt über Rohrleitungen I^ und Stutzen 11. Die Rohrleitungen kommunizieren mit H_ochdruckquellen (nicht eingezeichnet)·

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Die Pulvergewinnung erfolgt auf folgende Weise,

Die Schmelze eines Metalls wird aus der Schale 1 über den Kanal 5 in der Art eines flachen Strahls, dessen Breite und Dicke sinngemäß durch die Länge ¹¹I₂" und die Breite ^wb^w des Spaltes 9 bestimmt sind, im Selbstfluß der Zerstäubungszone zugeführt, welche durch die Wandung des Behälters 3 begrenzt ist. Hier wird der Schmelzenstrahl durch Strahlen des energietragenden Mediums zerkleinert, welche aus den Düsen 6 durch die Austrittsspalte 8 einströmen.

Dank dem Umstand, daß die Austrittsabschnitte der Düsen 6 bekannterweise in einem Winkel in bezug auf den Kanal 5 angeordnet sind, wird ein Zusammentreffen der Strome des energietragenden Mediums untereinander und mit dem Strahl der Metallschmelze erzielt· Der Wert dieses Winkels wird aus der Vl ei zahl der bekannten ausgewählt, er übt keinen wesentlichen Einfluß auf das Verfahren aus. Wie bekannt, beträgt dieser Winkel gewöhnlich iwhatn5 cW 75°,

Im wesentlichen dank der flachen Form des Schmelzenstrahls erfolgt im Behälter 3 unter Einwirkung von flachen, aus zwei in bezug auf den Schmelzenstrahl gegenüberliegenden Seiten gerichteten Strahlen des energietragenden Mediums eine intensive Zerstäubung des Schmelzenstrahls· 2ur Steigerung der Intensität wie auch zur Gleichmäßigkeit der Zerstäubung trägt der Umstand bei, daß die B_reite der Strahlen

des energietragenden Mediums die Breite des Strahls der

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Schmelze übersteigt·

Die zerstäubten Teilchen des Schmelzproduktes kühlen sich ab, indem sie sich im Behälter 5 niederschlagen. Der Behälter 3 dient auch als Sammler für das gewonnene Pulver.

In der beschriebenen Variante des Verfahrens und der Zerstäuberdüse ist die Zufuhr des energietragenden Mediums in flachen Strahlen vorgesehen. Dadurch werden Bedingungen für deren gleichmäßigere Wechselwirkung mit dem Strahl der Schmelze erzielt. Nichtsdestoweniger ist eine Ausnutzung eines Strahls mit rundem Querschnitt, einer Reihe solche/r Strahlen bzw» anderer bekannter Ströme möglich· Wie Versuche gezeigt haben, wird dabei praktisch die PuI-vergüte beeinträchtigt.

Das beschriebene Verfahren zur Metallpulvergewinnung zeichnet sich durch eine hohe Wirksamkeit und eine hohe Ausbeute von mindestens 85$ Teilchen mit der Größe bis 100 mkm und bis 9O5S Teilchen mit der Größe bis 160 mkm aus.

Von uns sind Versuche mit der Zerstäubung von Schmelzen verschiedener Metalle und zwar Zinn, Bronze und Zink durchgeführt· Bedingungen und Ergebnisse der Zerstäubung sind in

f 0 toe "v den

der Tafel zusammengestellt.

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Metall Querschnitt des Druck, Korngrößenverteilung in mkm

Schmelzprodukt- atü Ober 100 100 70 vtnUr 5O

Strahls (mm χ mm) kis 7O &$ 50

Zinn 2x15

Zinn 3 x 10

Bronze 3 x 15

Bronze 4,5x 10

Zink 3 x 10 4 14,9 23,4 38,7 23

4	5,3	10,4	27,6	56,7
4	15	18,6	20,8	40,6
8	5,8	10,7	20,4	64,1
8	12,5	20	30,9	38,8

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Claims

P 50 421/2 9. ^a

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PATENTANSPRÜCHE

1· Verfahren zur Metallpulvergewinnung durch Zerstäuben eines Stroms einer Metallschmelze durch mindestens einen Strom eines energie tragenden Mediums, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom der Metallschmelze in der Art eines Strahls zugeführt wird, der im Querschnitt e/ne längLiche Form aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl der Metallschmelze eine flache Form aufweist,
3. Verfahren nach Anspruch iod** 2_t dadurch gek ennzeichnet, daß die Breite des Stroms des energietragenden Mediums größer, als die Breite des

Strahls der Metallschmelze ist·
4. Zerstäuberdüse zur Verwirklichung des Verfahrens nach Anspruch lodtr 2, dadurch gekennzeioh net, daß sie zwei Busen (β) zur Zufuhr des energietragenden Mediums aufweist, beiderseits des Kanals (5)

zur Zufuhr der Metallschmelze ar^eordne£e)Wbei die

Austrittsöffnungen der Düsen (6) und des Kanals (5) die Form von geraden Spalten (8 und 9) aufweisen. ^parallel zueinander angeordneten^

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ORIGINAL WSPECTED

5· Zerstäuberdüse nach Anspruch 4 zur Verwirklichung des Verfahrens nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsspalte (8) der Düsen (6) zur Zufuhr ^es energietragenden Mediums eine größere Länge Cl^) als die Länge (I₂) des Austrittsspaltes (9) des Kanals (5) zur Zufuhr der Metallschmelze aufweisen.

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