DE2755657A1 - Verfahren zum rundschmelzen von magnetisch weichen ferriten - Google Patents

Verfahren zum rundschmelzen von magnetisch weichen ferriten

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DE2755657A1 DE19772755657 DE2755657A DE2755657A1 DE 2755657 A1 DE2755657 A1 DE 2755657A1 DE 19772755657 DE19772755657 DE 19772755657 DE 2755657 A DE2755657 A DE 2755657A DE 2755657 A1 DE2755657 A1 DE 2755657A1
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Description

VAVtNTANWALT
DfPL INQ. QERHARU l-~. HIEBSCH
D-7700 SINQEN/HOHENTWIEL
ERZBERQER STR. 5a
SCHWEIZERISCHE ALUMINIUM AG, ChippiS Verfahren zum Rundschmelzen von magnetisch weichen Ferriten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Rundschmelzen von magnetisch weichen Ferriten, insbesondere von Magnetit, in einem Strahl heisser Gase.
In verschiedenen Gebieten der Industrie werden runde Ferrit-Teilchen mit Durchmesser bis zu 200 um angewendet. Ausschlaggebend für die Anwendbarkeit sind gewisse Materialeigenschaften dieser Teilchen, wie geringe magnetische Remanenz, mechanische Festigkeit, Oberflächenhärte, womöglich vollkommene Rundform und Homogenität. Eine bekannte und angewandte Methode zum Herstellen von runden Magnetit-Teilchen ist das Rundschmelzen in einem Strahl von heissem Gas, z.B. Plasma. Die bisherigen Methoden sind aber mit verschiedenen Nachteilen behaftet. Bei Anwendung eines Gasstromes mit niedrigem Enthalpieinhalt pro Masseneinheit oder niedriger Wärmeübergangszahl ist die notwendige Verweilzeit der Teilchen im Gasstrahl zu gross, es kommt zum Zusammenstossen der an der Oberfläche schmelzflüssigen Teilchen und zur Agglomeration. Als Folge ist das Ausbringen an runden Teilchen gering und man muss eine aufwendige
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-St-
Trennung von nicht agglomerierten und agglomerierten Teilchen nachschalten. Aus denselben Gründen (niedrige Wärmeleitfähigkeit des Gases) werden die Partikel verhältnismässig langsam abgekühlt, was zu magnetisch härteren Teilchen führt. Infolge der langsamen Aufheiz - und Abkühlvorgänge gelangt oxidierendes Gas aus der Umgebung des Gasstrahles in das Strahlinnere und wenigstens ein Teil eines Ferritteilchens wird zu nichtmagnetischem Eisenoxid oxidiert. Die Verhütung dieser Nachteile mit Vorrichtungen und Verfahren nach dem Stand der
Technik verlangt die Anwendung einer dichten, mit kostspieligem Schutzgas gefüllten Apparatur.
Somit haben sich die Erfinder die Aufgabe gestellt, ein
Verfahren zu schaffen, dass es gestattet, Ferrit bis 200 yum und mehr Durchmesser gleichmässig rundzuschmelzen, und zwar unter Beibehaltung der magnetischen Eigenschaft und des
Kornspektrums der Partikel im Ausgangszustand.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die zum Rundschmelzen bestimmten Teilchen mittels einem Trägergasstrom in einer Rohr - oder Schlauchleitung bis in die
Nähe eines heissen, mittels eines Plasmagenerators in einem Reaktor erzeugten Gasstrahles mit mindestens 5o kW Leistung, welcher zum überwiegenden Teil aus Wasserdampf besteht, geführt werden, wobei unmittelbar vor dem Verlassen dieser
Leitung der überv/iegende Teil des Trägergasstromes nach dem
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-2Γ-
Prin^.ip ripr Fliehkrafttrennung vom Pulver abgetrennt wird, und die Teilchen in den heicsen Gasstrahl geschleudert und in den heissen Zonen des Strahles aufgeschmolzen werden, worauf die Teilchen in kälteren Strahlzonen wieder erstarren und anschliessend gesammelt und kontinuierlich aus dem Reaktor ausgetragen werden.
Zur Erzeugung des Strahles heisser Gase werden Plasmageneratoren, insbesondere Gleichstromplasmageneratoren verwendet. Als besonders geeignet zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens haben sich flüssigstabilisierte Plasmabrenner erwiesen. Derartige Brenner sind an sich bekannt und beispielsweise in der US-PS 3 712 996 und der US-PS 3 665 244 beschrieben. Die Leistung eines dermass erzeugten Plasmastrahls liegt vorzugsweise über 100 kW, insbesondere über 150 kW.
Als Anode werden in derartigen Plasmageneratoren üblicherweise rotierende Kupferscheiben eingesetzt. Obwohl diese auch zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeignet sind, hat sich herausgestellt, dass der Einsatz von rotierenden Eisenanoden besonders günstig ist. Aberodierte Eisenpartikel werden mit dem Plasmastrahl mitgerissen und gelangen so in das aufzuschmelzende Gut, doch wird das magnetische Verhalten des Gutes dadurch nicht oder nur unwesent-
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-H-
lieh verändert. Bei Einsatz der Kupferancden kann unter Umständen eine Beeinträchtigung der magnetischen Eigenschaften des Gutes erfolgen.
Der an den Plasmageneratoren angrenzende Reaktor zur Durchführung des erfindungsgeraässen Verfahrens, muss infolge der in seinem Innenraum herrschenden hohen Temperaturen feuerfest ausgekleidet sein. Er weist Oeffnungen auf, welche einerseits zum Einführen der Pulvertransportleitungen und anderseits zum Austragen des rundgeschmolzenen Gutes dienen.
Ueberraschend hat sich gezeigt, dass durch die Verwendung von Wasserdampf als Hauptbestandteil des Plasmagases die gewünschten magnetischen Eigenschaften des rundgeschmolzenen Ferrites, das sind magnetische Weichheit und hohe Sättigungsmagnetisierung, wesentlich besser sind als bei anderen, aus thermodynamischen Gründen wenigstens ebenso geeigneten Gasen wie z.B. CO. Obwohl die mechanistischen Ursachen dieses Verhaltens der Ferrite zur Zeit noch nicht abgeklärt sind, nimmt Wasserdampf in der Palette der aus thermodynamischen Gründen geeigneten Gase eine einzigartige, bevorzugte Stellung ein. In einigen Fällen zeigte der rundgeschmolzene Ferrit ein noch besseres magnetisches Verhalten als das Ausgangsprodukt. Ein derartiges Verhalten trat bei Parallel-
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Versuchen mit CO-Plasmagasen bestehend aus CO mit weiteren Zusätzen in keinem Fall auf.
Die erfindungsgemäss erforderte minimale Leistung des Plasmastrahls garantiert eine minimale Verweilzeit der Partikel in einer genügend heissen Zone des Strahles, d.h. die geforderte Minimalleistung bewirkt primär eine genügende Erhöhung der pro Zeiteinheit ausgestossenen Plasmagasmenge und damit deren Geschwindigkeit. Durch diese erhöhte Geschwindigkeit des Plasmagases wird die zum Aufschmelzen notwendige Verweilzeit der Partikel in den heissen Zonen des Strahls vermindert - erhöhter Wärmeübergang Gas - Partikel durch Invektion aufgrund der höheren Geschwindigkeitsdifferenz. Somit wird ein gleichmässiges Durchschmelzen der Partikel gewährleistet. Dieses gleichmässige Durchschmelzen ist auch auf eine Verlängerung und eine Verbreitung des Plasmastrahles als Folge der verhältnismässig hohen Leistung und daraus auf eine Vergrösserung des, die zum Schmelzen notwendige Temperatur von etwa 2000 aufweisenden Strahlvolumens zurückzuführen.
Durch den hohen Geschwindigkeitsgradienten des Gases in axialer Richtung innerhalb des Strahles liegt anderseits die mittlere Verweilzeit eines Partikels unterhalb der Zeitlimite oberhalb der ein Zusammenstossen der Partikel im schmelzflüssigen Zustand wahrscheinlich wird. Dadurch wird erreicht, dass durch ein Rundschmelzen nach dem erfindungsgemassen
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Verfahren kein feststellbarer Anteil an vergröbertem, das heisst agglomeriertem Korn entsteht. Es wird somit erreicht, dass die Korngrossenverteilung des rundgeschmolzenen Gutes nur unwesentlich von derjenigen des Eduktes abweicht.
Damit die Ferritpartikel eine zur Durchführung des Verfahrens genügend grosse Äustrittsgeschwindigkeit aus der Transportleitung erreichen, ist einerseits eine verhältnismässig grosse Menge an Transportgas notwendig, .wobei aber anderseits nach Möglichkeit kein Transportgas in den Plasmastrahl gelangen soll, wo es kühlend auf den Plasmastrahl und oxidierend auf die Ferritpartikel wirken könnte. Eine hohe Geschwindigkeit des Transportstromes ist ferner notwendig, um ein präzises "Einschiessen" des Partikelstromes in Form eines kollimierten Strahles sicherzustellen. Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der Partikelstrom vor Eintritt in den Gasstrahl mittels dem an sich bekannten Prinzip der Fliehkrafttrennung vom Trägergasstrom abgetrennt wird. Der gebündelte Pulverstrahl tritt mit einer Geschwindigkeit aus der Zuleitung, deren Komponente in Strahlrichtung des Plasmagases grosser als Null ist.
Als Transportgas kann ein beliebiges Gas eingesetzt werden, wobei als einzige Bedingung gilt, dass das Gas aus ver-
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ständlichen Gründen bei Raumtemperatur nicht korrosiv auf die verwendeten Apparaturen und den Ferrit wirken darf. Vorzugsweise wird Luft eingesetzt.
Gerüäss einer verteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemässen Verfahrens ist vorgesehen, dass zu erschmelzende Ferritpulver mittels zwei, vorzugsweise drei Transportströmen, welche radial und axial symmetrisch oder unsymmetrisch gegen den Gasstrahl geführt werden in diesen einzubringen.
Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich in besonderem Masse zum Rundschmelzen von natürlich vorkommendem hochgradigem Magnetit unter Beibehalt insbesondere seiner magnetischen Eigenschaften. Somit wird es nicht notwendig zur Herstellung runder Magnetite bis 200 ium und mehr auf synthetische Magnetite zuzugreifen.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird nachfolgend anhand zweier Beispiele näher erläutert:
Beispiel 1
Ein wasserstabilisierter Plasmagenerator von der Art wie in den amerikanischen Patentschriften Nr. 3 712 996 und 3 665 244 beschrieben, wird mit einer elektrischen Leistung
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von 125 kW betrieben, Die Stromstärke des Lichtbogens beträgt 430 Ampere, die Bogenspannung 290 Volt. Mit diesen Betriebsparameter liegt der thermische Wirkungsgrad des Generators bei 58%, das heisst die aus dem Generator austretende "Plasmaflamme" repräsentiert eine Leistung von 73 kW. Die Plasmamenge beträgt 7 kg H„O/h. Als Anode wird eine rotierende Kupferscheibe verwendet.
In diese Plasraaflamme wird aus zwei Rohren je 20 kg/h Magnetitpulver eingespiesen. Als Trägergas wird Luft verwendet, und zwar 0,28 Nm /min (Normalkubikmeter pro Minute). Die Zuleitungsrohre sind an ihren Enden derart gekrümmt, dass der Vektor des daraus austretenden Pulverstrahls irit dem Vektor derPlasmaflamme eine Winkel von 40° bildet. Zudem sind die Rohrenden über eine Länge von 2 cm aufgeschlitzt, sodass die Transportluft bereits vor dem eigentlichen Rohrende entweichen kann.
Die Eigenschaften des Pulvers vor und nach dem Rundschmelzen sind in der folgenden Tabelle I wiedergegeben.
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-If-
Tabelle I
Eigenschaft
Ausgangsmaterial
Produkt
Körnung
>85% 40 - 132 /um <"l0% unter 40 /um < 5% über 132 /um
> 70% 40 - 132 /um >Ί5% unter 40 /um > 15% über 132 /um
Zusammensetzung Fe
Fe > 70% > 70%
Fe3O4 95+1% 95+1%
Fe2O3 2,5+0,5% 2,5+0.5%
SiO2 <0,5% C 0,5%
Al2O3 < 0,3% «£0,3%
Magnetisierung
bei 7000 Oe 90 O emu/g 88 450 emu/g
bei 1000 Oe 58 2 emu/g 56 1, emu/g
Remanenz < 2 - emu/g < 2 emu/g
Koerzitivfeld 18 - Oe 18 Oe
% runde Partikel 90
Schüttdichte ,0 2 ,6
Spez.Oberfläche 2 /
cm /g
Fliessverhalten gemäss
ASTM B-212 bzw.B-213		 6g/s
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Wie Tabelle I zeigt, werden die Eigenschaften des Magnetits durch den Ruiidsciimei ^prozess nur unwesentlich beeinflusst. So erfahren vor allem die wichtigen magnetischen Eigenschaften und die chemische Zusammensetzung keine signifikante Aenderung.
Beispiel 2
Mit demselben Plasmageneratorsystem wurde mit den nachfolgend aufgeführten Versuchsparameter ein weiterer Versuch gefahren:
Elektrische Leistung des Generators Stromstärke des Lichtbogens Bogenspannung
Thermischer Wirkungsgrad des Generators Leistung des Plasmastrahls Plasmamenge
Anode
Magnetitpulver-Zufuhr Trägergas (Luft)
Winkel zwischen Vektor Pulverstrahl /Vektor Plasmastrahl
Länge des aufgeschlitzten Rohrendes 2,5 cm
Die Eigenschaften des mit diesen Verfahrensparametern rundgeschmolzenen Materials sind in Tabelle II aufgelistet.
250 kW kg/h 50°
605 Ampere Nm /min
410 Volt
66 %
165 kW
11 kg H_O/h
Eisen
88
0,4
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Tabelle 2
■JÄ-44
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Eigenschaft
Ausgangsmaterial
Produkt
Körnung
>85% 60-160 yum <10% unter 60 /um < 5% über 160 pn > 75% 60-160 yum
< 20% unter 60 pm
< 5% über
Zusammensetzung Fe
Fe 0 4 > 70% ,5%
Fe3 0 3 95+1% ,5%
Fe, 2 2,5+0 ,3%
SiO 0 3 < ο
Al, <o
> 70%
95+1% 2,5+0,5% <0,5% <0,3%
Magnetisierung
bei 7000 Oe 85 emu/g bei 1000 Oe 54 emu/g 88 emu/g
56 emu/g
Remanenz <^2,5 emu/g Koerzitivfeld 24 Oe 2,5 emu/g
24 Oe
% runde Partikel 0 85%
Schüttdichte <2,1 2,7
Spez.Oberfläche
cm /g
Fliessverhalten gemäss ASTM B-212 bzw.B-213 2,2 g/s
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Λ5
■■&.-
Gegenüber Beispiel 1 zeigt dieser Versuch deutlich die auf die höhere Leistung des Plasmastrahls zurückzuführende geringere Tendenz zur Bildung von Agglomeraten während des Rundschmelzens.
Die weiter bestimmten Eigenschaften des rnndgeschmolzenen Magnetitpulvers weisen trotz höherer Generatorleistung keine grösseren Aenderungen auf, als dies in Beispiel 1 mit geringerer Brennerleistung der Fall war.
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Claims (9)

-μ- Patentansprüche
1. Verfahren zum Rundschrnelzenf magnetisch weicher Ferrite, insbesondere Magnetit, in einem Strahl heisser Gase, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Rundsclunelzen bestimmten Teilchen mittels einem Trägergasstrom in einer Rohr - oder Schlauchleitung bis in die Nähe eines heissen, mittels eines Plasmagenerators in einem Reaktor erzeugten Gasstrahles mit mindestens 50 kW Leistung, welcher zum überwiegenden Teil aus Wasserdampf besteht, geführt werden, wobei unmittelbar vor dem Verlassen dieser Leitung der überwiegende Teil des Trägergasstromes nach dem Prinzip der Fliehkrafttrennung vom Pulver abgetrennt wird und die Teilchen in den heissen Gasstrahl geschleudert und in den heissen Zonen des Strahls aufgeschmolzen werden, worauf die Teilchen in kälteren Strahlzonen wieder erstarren und anschliessend gesammelt und kontinuierlich aus dem Reaktor ausgetragen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahl heisser Gase mittels einem Plasmagenerator erzeugt wird.
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ORIGINAL INSPECTED
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3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sis P la srp.cio 2Π9Γ a tor ein GlsichE t^oin erfrier a tor verv7Gnc?ot wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Strahles heisser Gase ein flüssigstabilisierter Plasmabrenner verwendet wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung des erzeugten Plasmastrahls mindestens 100 kW beträgt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung des Plasmastrahls mindestens 150 kW beträgt.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Transportgas Luft eingesetzt wird.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die heissen Gase in einem Plasmagenerator mit einer Eisenanode erzeugt v/erden.
3 .rs. 275b657
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zu erschmelzende Pulver mittels zwei, vorzugsweise drei radial und/oder axial symmetrisch oder asymmetrisch angeordneten Transportleitungen gegen den Gasstrahl geführt und in diesen eingebracht werden.
SCHWEIZERISCHE ALUMINIUM AG
Chippis, 6.12.1977
FPA-Cs/Ri - 1240 -
909824/054?
DE2755657A 1977-12-08 1977-12-14 Verfahren zum Rundschmelzen von magnetisch weichen Ferriten Expired DE2755657C3 (de)

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DE2755657B2 DE2755657B2 (de) 1979-12-20
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