DE2459131A1

DE2459131A1 - Vorrichtung zum herstellen von durch die umgebungsluft nicht verunreinigtem kugeligem metallpulver

Info

Publication number: DE2459131A1
Application number: DE19742459131
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Creusot Loire SA
Current assignee: Creusot Loire SA
Priority date: 1973-12-20
Filing date: 1974-12-13
Publication date: 1975-06-26
Also published as: IT1024960B; DE7441597U; CH597948A5; JPS5834526B2; FR2255122A1; US3966374A; FR2255122B1; SE7415904L; JPS5095167A; GB1448038A

Description

Patentanwälte Dipl.-lng. R. BEE TZ sen. Dipl.-lng. K. LAMPRECHT Dr.-Ing. R. BEE TZ jr.

8 München 22, steinsdorfstr. 10 Tel. CO89) 22 72O1 /227244/295910

Telegr. Allpatent München Telex 5 22O4

7459131

31O-23.537P(23.533H)

13. 12. 1974

CREUSOT-LOIRE, Paris (Frankreich)

Vorrichtung zum Herstellen von durch die Umgebungsluft nicht verunreinigtem kugeligem Metallpulver

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Metallpulver durch Gaszerstäubung eines Metallschmelzestrahls.

Es ist bekannt, Metallpulver in großen vertikalen, allgemein "Reaktoren" genannten Behältern zu erzeugen, in die man oben einen Metallschmelzestrahl einführt, der von einem Schmelzofen unter Zwischenschaltung einer Gießpfanne herkommt. Am oberen Eingang des Reaktors wird dieser Schmelzestrahl einer kräftigen Zerstäubung durch vorzugs-

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ORIGINAL INSPECTED

weise gegenüber dem zu zerstäubenden Metall chemisch neutralen Gasstrahlen ausgesetzt, die den Metallschmelzestrahl zu feinen Tropfen zerplatzen lassen, die sich unter Bildung des Pulvers abkühlen, das man am Boden des Reaktors sammelt.

Ein sehr wesentlicher Nachteil der bekannten Reaktoren beruht auf ihrem großen Volumen und damit auf ihrem großen Raumbedarf. Man muß nämlich für einen dauernden Wärmebereich sorgen, der eine ausreichende Abkühlung der beim Eintritt in den Reaktor sehr heißen Metallmasse sichert, und die Wärme kann - abgesehen von der geringen Wärmemenge, die durch Abgabe an das neutrale Zerstäubungsgas mitgeführt wird - praktisch nur durch Wärmeleitung über die Wände des Reaktors abgeführt werden. Daher ergibt sich die Notwendigkeit einer großen Seitenfläche der Reaktoren bekannter Vorrichtungen.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Reaktoren liegt in einem verhältnismäßig hohen Gasverbrauch, der auf die Notwendigkeit zurückzuführen ist, die Metallschmelze erstarren zu lassen und genügend abzukühlen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Seitenfläche der Reaktoren und damit ihre Gesamtabmessungen merklich zu verringern und gleichzeitig dennoch eine ausreichende Abkühlung in permanentem Wärmebereich zu sichern, indem der Wärmeübergang zwischen der abzukühlenden Metallmasse und den Wänden des Behälters beschleunigt wird. ι

Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird,- ist

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eine Vorrichtung zum Herstellen von Metallpulver durch Gaszerstäubung eines Metallschmelzestrahls, die aus einem zylindro-konischen, vertikalen, von oben den Metallschmelzestrahl aufnehmenden Behälter besteht, der an seinem oberen Teil einen mit Zerstäubungsgasinjektoren ausgerüsteten Ring und eine Auslaßöffnung für mit Metallstaub beladenes Gas sowie an seinem unteren Teil einen Trichter zur Entnahme des hergestellten Metallpulvers aufweist, mit dem Kennzeichen, daß an der unteren Hälfte des zylindrischen Teils des Behälters eine zusätzliche Gaseinführungseinrichtung mit wenigstens einem Injektor zum Einführen je eines tangential zu einem theoretischen, zur Achse des Behälters konzentrischen und durch die Blasöffnung des oder der Injektoren gehenden Zylinder gerichteten Gasstrahls angebracht ist.

Wenn mehrere solche Tangentialinjektoren vorgesehen sind, sind sie sämtlich tangential zu einem und demselben theoretischen, zur Achse des Behälters konzentrischen Zylinder gerichtet und blasen das Zerstäubungsgas sämtlich gleichsinnig bezüglich der Achse dieses theoretischen Zylinders.

Diese in der unteren Hälfte des zylindrischen Teils des Behälters vorgenommene Gaseinführung weist solche geometrischen Eigenschaften auf, daß sie Verwirbelungen des Gasgemisches und des Metallpulvers, die sich in dem Behälter befinden, erzeugt, die die Häufigkeit der Stöße der Metallkörner gegen die Wand des Behälters erhöhen sowie die Wärmeaustauschvorgänge zwischen den vorhandenen Gasen und der Wand aktivieren. Bei der Erzeugung dieser Wirbel ist es die tangentiale Gaseinführung gemäß der Erfindung, die die optimale Turbulenz hervorruft.

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Nach einer besonderen Ausführungsart der Erfindung können die Tangentialinjektoren vorteilhaft nach oben geneigt sein, wobei sie mit der Horizontalebene einen Winkel zwischen 0 und 60 , vorzugsweise von etwa 30 bilden.

Nach einer anderen besonderen Ausführungsart der Erfindung können die Tangentialinjektoren ebenfalls vorteilhaft nach unten so geneigt sein, daß sie mit der Horizontalebene einen Winkel zwischen 0 und 60 , vorzugsweise von etwa 30 derart bilden, daß die Geometrie des Behälters eine Reflexion der Gasströme in die Nähe der Tangentialinjektoren zuläßt.

Gemäß einer ersten Variante der Erfindung wird das durch die Tangentialinjektoren in die untere Hälfte des zylindrischen Teils des Behälters zur Erzeugung der Wirbel eingeführte Gas dem Gasnetz zur Speisung des oberen Zerstäubungsringes entnommen.

Nach einer zweiten Variante der Erfindung wird das durch die Tangentialinjektoren in die untere Hälfte des zylindrischen Teils des Behälters zur Erzeugung der Wirbel eingeführte Gas den Gasen entnommen, die am oberen Teil des Behälters austreten und zunächst entstaubt sind.

Nach einer besonderen Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die Gasdurchsätze derart geregelt, daß der im Inneren des Behälters herrschende Druck an allen Punkten des Gaskreislaufs ständig über dem Umgebungsdruck und unter dem ferrostatischen Druck in der Gießpfanne, vorzugsweise zwischen 0 und 150 Millibar liegt.

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Nach einer anderen besonderen Funktionsweise der Vorrichtung führt man in einem vorübergehenden Stadium, wenn die Temperatur im Inneren des Behälters anormal noch ist, in die untere Hälfte des Behälters kurzzeitig ein solches verflüssigtes Gas ein, das im Inneren des Behälters nach seiner Einführung verdampft.

Wie man aufgrund der vorstehenden Angaben versteht, besteht einer der Hauptvorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung darin, die Erzeugung von Verwirbelung en des Gemisches Gas - Pulver zu ermöglichen und so die Häufigkeit der Stöße der Metallpulverkörner gegen die Wand des Behälters zu steigern, was zu einer Beschleunigung des Wärmeüberganges zwischen dem Gemisch Gas - Pulver und der Wand führt.

Ein anderer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung in ihrer zweiten Variante ist ein geringer Gasverbrauch im Vergleich mit dem von bekannten Reaktoren. Und zwar ist bei diesen letzteren der Gasdurchsatz im Zerstäubungsring so hoch, um nicht nur die Zerstäubung zu sichern, sondern auch eine ausreichende Abkühlung des Metallpulvers gewährleisten zu können, während der nur für die Zerstäubung des Metallschmelzestrahls erforderliche Gasdurchsatz erheblich niedriger liegt und bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung tatsächlich als ausreichend verwendet werden kann. Der unbedingt für die Zerstäubung nötige Gasdurchsatz kann in brauchbarer Weise mittels der Vorrichtung eingeführt werden, die in der FR-Patentanmeldung 73-43 159 vom 4. 12. 1973 der Firma "Air Liquide" beschrieben ist.

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So muß man in einem bekannten, zur Zerstäubung von 30 kg Metall je Minute geeigneten Reaktor zur Erzeugung von zerstäubtem Metall einer mittleren Korngröße von 250 Aim bei einem Verbrauch von etwa 650 g Gas je 1 kg zerstäubtes Metall einen Argonverbrauch im Zerstäubungsring in der Größenordnung von 18 bis 20 kg je Minute in Kauf nehmen, während bei dem Behälter gemäß der Erfindung der Gesamtargondurchsatz nur 200 bis 300 g je 1 kg zerstäubtes Metall beträgt.

Einer der wesentlichen Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in jedem Fall die erhebliche Verringerung der Behälterabmessungen, z. B. auf die Hälfte der linearen Maße, so daß das mit Gas zu füllende Volumen im Vergleich mit dem bekannten Volumen etwa auf 1/8 verringert ist.

Dementsprechend hat ein zur Erzeugung von 30 kg Pulver je Minute geeigneter Reaktor des bekannten Typs eine Höhe von etwa 10 m und einen Durchmesser von 2 m, während der er findung s gemäß konstruierte Behälter nur eine Höhe von 4,5 m und einen Durchmesser von 1,1m für diese Kapazität zu haben braucht.

Die Erfindung wird anhand zweier in der Zeichnung veranschaulichter Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigen:

Fig. lein Vertikalschema des ersten Ausführungsbeispiels mit Abzweigung des den Tangentialinjektoren zuzuführenden Gases vom Hauptgas speisenetz des Zerstäubungsringes,

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Fig. 2 ein Vertikalschema des zweiten Ausiührungsbeispiels mit Entnahme des den Tangentialinjektoren zuzuführenden Gases aus dem Strom der am oberen Teil des Behälters austretenden Gase nach deren Entstaubung, wobei der Entstaubung sventilator das Antriebselement der Gas zirkulation darstellt, und

Fig. 3 einen Horizontalschnitt des Behälters in der Ebene der Gaszuführrohre der beiden Tangentialinjektoren.

Nach dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 weist die Vorrichtung einen zylindro-konischen, vertikalen Behälter 1 auf, der von oben mit Metallschmelze von einem Hochfrequenzofen 2 aus gespeist wird, aus dem beispielsweise Stahlschmelze zunächst in eine Zwischengießpfanne 3 läuft, bevor sie in den Behälter 1 gelangt.

Der obere Teil des Behälters 1 weist einen Zerstäubungsring 4 auf, der beispielsweise mit 6 nicht dargestellten Injektoren ausgerüstet ist, die schräg von oben nach unten und zur Achse des Behälters hin gasförmiges Argon mit einem Druck von 12 bar blasen, wodurch der vertikal aus der Gießpfanne 3 austretende Metall-, z. B. Stahlschmelzestrahl in zahlreiche Tröpfchen zerspritzt wird.

Dieses Zerstäubungsargon wurde zunächst durch ein Druckminderventil 5 auf 12 bar entspannt, und seine Einführung in den Behälter 1 wird mittels eines Einläßventils 6 gesteuert. Das Druckminderventil 5 und das Einlaßventil 6 befinden sich in der Hauptleitung 7.

An diese Leitung 7 schließt sich eine Abzweigleitung 8 an, die

weiter zu einem Druckminderventil 9 führt, durch das Argon mit 1 bis 2 bar zwei Leitungen 10 und 11 mit Einlaßventilen 12 und 13 zugeführt wird, die in der unteren Hälfte des zylindrischen Teils des · Reaktors 1 münden, so daß die hier austretenden Gasstrahlen die erfindungsgemäß angestrebten Verwirbelungen hervorrufen. Diese beiden Leitungen 10, 11 speisen zwei tangentiale Injektoren 22 und 23, die in Horizontalansicht in Fig. 3 dargestellt und über der Horizontalen vorzugsweise um 30 geneigt sind.

Am oberen Teil des Behälters tritt mit Metallstaub beladenes Argon durch die Leitung 14 aus und gelangt in einen Entstauber 15, bevor es durch die Auslaßleitung 16 weiter abströmt.

Man sammelt das so erzeugte Metallpulver hauptsächlich im Trichter 17, der am Boden des Behälters 1 angeordnet ist, und in zweiter Linie am Boden des Entstaubers 15 im Trichter 18.

Die zweite Ausführungsart gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von der ersten nur durch das System der Speisung der Tangentialinjektoren 22 und 23 mit dem Gas, das die Wirbel erzeugt.

Dieses Gas für die Tangentialinjektoren wird in diesem Fall von der Auslaßleitung 16, die dem Entstauber 15 nachgeschaltet ist, mit niedrigem Druck abgezogen und nach Durchgang durch die von der Auslaßleitung 16 abgezweigte Entnahmeleitung 19 auf zwei Teilleitungen und 21 aufgeteilt, deren Durchsatz durch die Einlaßventile 12 und 13 gesteuert wird.

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Mit den erfindungsgemäßen Vorrichtungsvarianten erhält man ohne weiteres rundliche metallische Pulver, deren Korngröße völlig im Bereich von 10 bis 1500 um liegt, wobei der Mittelwert z.-B. in der Größenordnung von 150 um sein kann.

Selbstverständlich lassen sich, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, Varianten und Verbesserungen von Einzelheiten oder auch
die Anwendung äquivalenter Mittel vorstellen.

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Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Herstellen von Metallpulver durch Gaszerstäubung eines Metallschmelzestrahls, die aus einem zylindro-konischen, vertikalen, von oben den Metallschmelzestrahl aufnehmenden Behälter besteht, der an seinem oberen Teil einen mit Zerstäubungsgasinjektoren ausgerüsteten Ring und eine Auslaßöffnung für mit Metallstaub beladenes Gas sowie an seinem unteren Teil einen Trichter zur Entnahme des hergestellten Metallpulvers aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß an der unteren Hälfte des zylindrischen Teils des Behälters (l) eine zusätzliche Gaseinführungseinrichtung mit wenigstens einem Injektor (22, 23) zum Einführen je eines tangential zu einem theoretischen, zur Achse des Behälters (l) konzentrischen und durch die Blasöffnung des oder der Injektoren (22, 23) gehenden Zylinder gerichteten Gasstrahls angebracht ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Gaseinführungseinrichtung eine Mehrzahl von Injektoren (22, 23) zum Einführen von sämtlich tangential zu einem und demselben theoretischen, zur Achse des Behälters (l) konzentrischen Zylinder und bezüglich dessen Achse gleichsinnig gerichteten Gasstrahlen umfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tangentialinjektoren (22, 23) nach oben unter Bildung eines Winkels zwischen 0 und 60 , vorzugsweise von etwa 30 mit der Horizontalebene geneigt sind.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tangentialinjektoren (22, 23) nach unten unter Bildung eines Winkels zwischen 0 und 60 , vorzugsweise von etwa 30 mit der Horizontalebene derart geneigt sind, daß die Geometrie des Behälters (l) eine Reflexion der Gasströme in die Nähe der Tangentialinjektoren zuläßt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Zerstäubungsgas-Abzweigleitung (8, 10, 11) von der zum Zerstäubungsgasinjektoren-Ring (4) führenden Gaszuführung s-Hauptleitung (7) zu den Tangentialinjektoren (22, 23) aufweist.

6. Vorrichtpng nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine von einer das von der Auslaßöffnung des Behälters (l) kommende, mit Metallstaub beladene und danach entstaubte Gas führende Auslaßleitung (16) abgezweigte Entnahm eleitung (l9, 20, 21) als Zerstäubunqsgas-Zuführleitung zu den Tangentialinjektoren (22, 23) aufweist.

7- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdurchsätze mittels Ventilen (5, 6, 9, 12, 13; 5, 6, 12, 13) derart einstellbar sind, daß der im Inneren des Behälters (1) herrsehende Pruck ständig über dem Atmosphärendruck und unter 4^enl f errostat isehen Elruck in einer den Metallschmelzestrahl abgebenden Gießpfanne (3) haltbar ist und vorzugsweise zwischen 0 und 150 Millibar liegt. - .

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß vorübergehend, wenn die Temperatur im Inneren des Behälters (l) anormal hoch ist, kurzzeitig in die untere Behälterhälfte ein verflüssigtes Gas einführbar ist, das im Behälterinneren nach seiner Einführung verdanpfbar ist.

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