DE2757410C2

DE2757410C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Metallpulver

Info

Publication number: DE2757410C2
Application number: DE2757410A
Authority: DE
Inventors: Richard James Crouch Kent Dain
Original assignee: Powdrex Ltd
Current assignee: Hoganas Great Britian Ltd
Priority date: 1976-12-23
Filing date: 1977-12-22
Publication date: 1981-09-17
Also published as: FR2374988A1; DE2757410A1; JPS53112259A; JPS6050841B2; US4191516A; GB1588725A; FR2374988B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Metallpulver gemäß

2". Gattungsbegriff der Patentansprüche 1 bzw. 5.

Ein solches Verfahren und eine solcne Vorrichtung sind aus der DE-OS 20 43 275 in der Form bekannt, daß eine verhältnismäßig enge und sich zudem nach unten zu trichterförmig verjüngende Zerstäubungskammer

J<> mit ihrem Trichte/cnde in ein großes Wasservolumen eintaucht, wobei der Wasserdurchsatz der Druckwasserstrahlen im Verhältnis zur Ausflußöffnung der Kammer so bemessen ist, daß sich das Wasser in der Kammer bis zu einem erheblich über demjenigen des

>> äußeren Wasservolumens liegenden Niveau staut. Mithin treffen die Druckwasserstrahlen mitsamt dem zerstäubten Metallstrom allein auf die in der Zerstäubungskammer eingeschlossene Wassermenge. Wenngleich diese hierdurch zur Zirkulation gebracht wird,

4« gelingt es auf diese Weise nicht, eine abrupte Abschreckung zu erreichen, wie sie zur Erlangung einer für die Pulvermetallurgie erwünschten unregelmäßigen Partikelform erforderlich wäre, da sich die eingeschlossene geringe Wassermenge stark erwärmt. Eine stärkere Abkühlung wäre erst am Austritt der Zerstäubungskammer in dem umgebenden großen Wasservolumen zu erwarten, sofern die kinetische Energie der ausseienden Wassermenge noch ausreichen würde, dort eine entsprechend kräftige Zirkulation

w hervorzurufen. Zumindest wäre, um eine solche zu erreichen wie auch um eine hohe Wassertemperatur innerhalb der Zerstäubungskammer zu vermeiden, ein verhältnismäßig großer Wasserdurchsatz erforderlich, größer als er für die Zerstäubung des Metallstroms an

Vi sich nötig wäre.

Dementsprechend sieht auch die DE-OS 20 43 275

neben sogenannten Zerntäubungsstrahlen noch eigene.

wesentlich stärkere sogenannte Abschrecksirahlen vor.

Von daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde.

die erwünschte unregelmäßige Partikelform des erzeugten Metallpulvers mit einem wesentlich geringeren Wasserdurchsatz Zu erzeugen. Diese Aufgabe ist durch die kennzcichendcn Maßnahmen des Patentanspruchs I gelöst.

Dadurch, daß man den Metallslrom durch die darauf auftreffenden Druckwasserstrahlen zweistufig zerstäubt und die Druckwasserstrahlen daraufhin unmittelbar auf ein einziges, entsprechend großvolumiges Wasserbad

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aiiftreffen läßt, in dem hierdurch wirkungsvoll eine Zirkulation hervorgerufen wird, läßt sieh, ohne daß weitere Umwälzmittel erforderlich wären, mit einem verhältnismäßig geringen Wasserdurchsatz auskommen, der beispielsweise nur etwa das 3,6fache des Metalldurchsatzes beträgt

Die allein schon durch die Zweistufigkeit begünstigte Zerstäubung läßt sich gemäß Anspruch 2 noch dadurch verbessern, da£ man die zweierlei Druckwasserstrahlen paarweise in zueinander senkrechten Ebenen auftreffen läßt. Auch damit unterscheidet sich das erfindungsgemäße Verfahren von demjenigen aus der DE-OS 20 43 275.

Ebenso wie der Anspruch 2 ergeben auch die weiteren Ansprüche vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung an, wobei sich die Ansprüche 5 ff„ wiederum ausgehend von der DE-OS 20 43 275, auf eine besonders zweckmäßige Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens richten.

Eine sich nach unten zu erweiternde und mit ihrem unteren Rand unmittelbar in ein Abschreckwasserbad eintauchende Zersiäubungskammer ist zwar bereits aus dem DE-GM 70 29 112 bekannt, doch besitzt diese Zerstäubungskammer die Form eines verhälrrasmäßig engen Trichters, und die Verdüsung des Metallstromes findet, i. ü. einstufig, mittels aus einer Ringdüse austretender Gasstrahlen statt, so daß die Herbeiführung einer vergleichbaren Zirkulation in dem Wasserbad hier nicht zu erwarten ist. Die Trichterform der Zerstäubungskammer bezweckt, wie es heißt, lediglich, daß sich im Verdüsungsraum der Gleichgewichts-Wasserpartialdruck nicht einstellen kann, weil die Strömungsgeschwindigkeit des Verdüsungsmediums in der Zone der Verdüsung sehr groß gehalten wird, während jedoch im unteren Teil des Trichters die Strömungsgeschwindigkeit gering und somit ein gleichmäßiges Ausströmen gewährleistet ist.

Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend in Verbindung mit der Zeichnung genauer beschrieben. Dabei zeigt

F i g. 1 einen etwas schematisierten Axialschnitt durch die betreffende Vorrichtung und

Fig. 2 ein Grundrißschema der darin auftretenden Druckwasserstrahlen.

Der in Fig. 1 gezeigte Wasserbehälter 12 enthält ein Wasserbad 13. dessen Ausgangswasserspiegel 14 sich etwa auf halber Behälterhöhe befindet, während der Maximalwasserspiegel 15. der sich während des Betriebs der Vorrichtung einstellt, etwa 5 cm höher liegt. In der oberen Hälfte des Behälters 12 ist eine Haube 16 angeordnet, die eine Zerstäubungskammer 17 oberhalb des Wasserspiegels umschließt. Die Haube 16 hat einen röhrenförmigen oberen Halsabschnitt und einen sich erweiternd daran anschließenden unteren Teil 18 etwa in Form einer nach unten offenen Schale, dessen unterer Rand 19 mindestens etwa den doppelten Durchmesser wie der röhrenförmige Teil besitzt und 5 bis 15 cm unterhalb des Ausgangswasserspiegels 14 liegt. An ihrem oberen F.nde schließ! die Haube 16 mit einem Flansch 20 ab. der koaxial mit der Zerstäubungskammer 17 einen Düsenblock 21 trägt. Ein Eingußtrichter 22, von dem in der Figur nur das untere Ende zu sehen ist, befindet sich oberhalb des Düsenblockes 21 und enthält einen Auslauf 23 koaxial mit dem Düsenblock und der Zerstäubungskammer 17. Im übrigen besitzt der EinguQtrichter 22 eine feuerfeste Auskleidung 24. Wird geschmolzenes Metall in den Eingußtrichter 22 eingegeben, so tritt es durch den Auslauf 23 hindurch aus, um einen durch die

Zerstäubungskammer 17 entlang deren Mittelachse 26 (Fig.2) hindurch nach unten gegen das Wasserbad '.3 gerichteten Metallstrom zu ergeben.

Der Düsenblock 21 enthält zwei Düsenpaare, von denen eines, 27, in beiden Figuren zu sehen ist, während das andere Düsenpaar, 28, nur in Fig.2 erscheint. Die Düsen liegen auf einem mit der Achse 26 konzentrischen Teilkreis des Durchmessers 99, 1 ±0,5 mm. Die Verbindungslinie der Düsen 27 verläuft senkrecht zu derjenigen der Düsen 28. Der Düsenblock 21 ist mit einem Rohr 30 verbunden, wodurch ihm Druckwasser zugeführt wird. Eine jede der Düsen ist so ausgebildet, daß sie einen Wasserstrahl eines schmalen rechteckigen Querschnitts liefert mit einer kleineren Seitenlänge von 1 bis 5 mm und einer größeren Seitenlänge von 2 bis 8 mm, der sich mit einem Winkel α erweitert. Dieser Winkel braucht für beide Strahlenpaare nicht der gleiche zu sein. In Versuchen mit einem Wasserdruck von 2,81 at betrug der Winkel zweckmäßigerweise zwischen 10° und 40°, vorzugsweise -twa 25°, wodurch die beiden Strahlen der Düsen 27 an i'zr Stelle ihres Aufeinandertreffens eine Breite zwischen 13 und 76 mm bzw. im besonderen etwa 42 mm hatten. Diese Strahlen verliefen unter einem Winkel von 26,5° gegenüber der Vertik'-.en, so daß die Stelle ihres Aufeinandertreffens wenger als 30 cm unterhalb des unteren Endes des Trichterauslaufs 23 lag. Sie bewirken, daß der fallende Metallstrom aufreißt und eine bandförmige Gestalt erhält wobei die Bandebene die Achse 26 sowie die Verbindungslinie der beiden Düsen 28 enthält. Die Strahlen aus den Düsen 28 bilden einen Winkel von 16° mit der Vertikalen, so daß sie in einem Abstand von 5 bis 15 cm unterhalb der Vereinigungsstelle der Strahlen aus den Düsen 27 bzw. in einer Höhe zwischen 0 und 60 cm. vorzugsweise etwa 6 cm, oberhalb des Ausgangswasserspiegels 14 aufeinandertreffen. Diese Strahlen bewirken eine vollständige Zerstäubung des bandförmigen Metallstromes, wobei die entstehenden Tröpfchen sofort abgeschreckt werden. Die beiden Strahlenpaare sind in Fig. 1 schematisch ah gestrichelte Linie angedeutet, obgleich natürlicn die Strahlen aus den Düsen 28 senkrech! zu den Strahlen aus den hier erscheinenden Düsen 27 verlaufen.

Für gewisse Metalle ist es vorteilhaft, in der Zerstäubungskammer 17 eine Atmosphäre aus Stickstoff oder einem inerten Gas zu unterhalten, um die Oxydation der gebildeten Me'alltröpfchen gering zu machen. Zu diesem Zweck ist eine Zuführungsleitung 31 vorgesehen.

Wie bereits beschrieben, bewirken die auf das Wasserbad 13 auftreffenden Druckwasserstrahlen aus den Düsen 27 und 28 eins sekundäre Zirkulation, wobei das Va>ser der geneigten Wand 32 des schalenförmigen unteren Teils der Haube 16 entlang ansteigt bis in den Bereich des Auftreiiens der Strahlen aus den Düsen 28 auf den Metallstrom. Dadurch werden die daraus erzeugten Metalltröpfchen augenblicklich und wirkungsvoll abgeschreckt.

Um die Oxydation noch weiter zu verringern und die Abschreckung zu verbessern, wird zweckmäßigerweise eine geringe Menge eines handelsübliche Schauüiverhütungsmittels dem Abschreckwassser wie ggf. auch dem Druckwasser zugesetzt. Beispielsweise erhält das Abschreckwasser pinen Zusatz von 250 cm^J eines solchen Mittels auf 3200 I Wasser. Ein solcher Zusatz bildet den Gegenstand einer eigenen britischen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 16 498/76. Gewünschtenfalls erhält das den Düsen zueeführte

Druckwasscr einen ebensolchen Zusatz. Des weiteren kann dem Abschreckwasser wie dem Druckwasser auch eine gewisse Menge wasserlöslichen Öls als Antioxydationsmittel zugesetzt werden.

Bei der Zerstäubung bestimmter Metalle hat man eine Tendenz zur Bildung eines explosiven Gasgemisches in der Zerstäubungskammer festgestellt. Um in diesem Falle der Explosionsgefahr zu begegnen, kann ein Teil oder das gesamte Volumen der Zerstäubungskammer oberhalb des Wasserbades mit einem Drahtgewirk ausgefüllt werden, womit sich eine Flammenfront aufhalten läßt. Der in das Wasserbad eintauchende Rand 19 der Haube 16 bewirkt auch eine Begrenzung des Druckes, der im Falle einer Explosion auftreten kann.

Es besteht die Gefahr, daß der frichterauslauf 23 während der Passage des geschmolzenen Metalls zerstört wird. Obgleich dies selten der Fall ist, kann dies zu einer Explosion führen, wenn das Metall daraufhin sehr rasch dem Eingußtrichter entströmt, da es dann bis auf den Boden des Wasserbades gelangen und dort Dampftaschen bilden kann. Um dies zu verhindern, ist gemäß Fig. 1 am Boden des Wasserbehälters 12 unterhalb des Trichterauslaufs 23 ein Kegel 33 aus Holz, Kunststoff oder Blech angeordnet, der das auftreffende Metall zur Seite hin ablenkt.

Der Abzug des gebildeten Metallpulvers aus dem Behälter 12 kann mittels einer Schlammpumpe öder auf magnetischem Wege erfolgen. Im ersten Fall wird der Schlamm zunächst für eine primäre Trennung in ein einfaches Zyklon gepumpt, worauf eine Entwässerung durch ein Filtersystem folgt. Das ausgeschiedene Wasser läßt man zunächst zur Ruhe kommen, damit so viele feine Partikel wie möglich daraus ausfallen, bevor es durch ein Feinfilter mit einer M äschenweite zwischen 2 und 20 [im hindurch in den Druckwassertank zurückgepumpt wird. Auf diese Weise gelangt kein dafür schädliches Metallpulver an die Abdichtung der Hochdruck wasserrjumne.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung von Metallpulver unter Zerstäuben geschmolzenen Metalls, bei dem ein Fallender Strom des geschmolzenen Metalls durch eine geschlossene Zerstäubungskammer hindurch auf ein Wasserbad gerichtet ist und Druckwasserstrahlen nach unten geneigt auf den Metallstrom treffen, um diesen zu zerstäuben und sodann auf das Wasserbad aufzutreffen, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallstrom durch die darauf auftreffenden Druckwasserstrahlen zweistufig zerstäubt wird und man die Druckwasserstrahlen unmittelbar unterhalb der Zerstäubungszone auf ein in sich geschlossenes Wasserbad auftreffen läßt, wodurch allein in diesem eine kräftige, die Abschreckung bewirkende Zirkulation hervorgerufen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Druckwasserstrahlen in zwei Strahlenpaaren aus im wesentlichen spiegelsymmetrischen Strahlen auftreffen läßt, wobei die Ebene des zweiten Strahlenpaares normal zu derjenigen des ersten Strahlenpaares verläuft und das erste Strahlenpaar dem Metallstr^m eine Bandform verleiht, während das zweite, tiefer auftreffende Strahlenpaar die Zerstäubung vollendet.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des ersten Strahlenpaares maximal 10% Jes Metalls zerstäubt werden.

4. Verfahren nach oinem ^Jer vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlen mittels eines Wasserdruck· zwischen 35 und 210 bar erzeugt werden.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einer über einem Abscnreckwasserbad angeordneten Zerstäubungskammer, einer Einrichtung zur Erzeugung eines auf das Wasserbad gerichteten fallenden Stromes des geschmolzenen Metalls innerhalb der Zerstäubungskammer sowie Düsen zur Erzeugung schräg nach unten gegen den Metallstrom und das Abschreckwasserbad gerichteter Druckwasserstrahlen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubungskammer (17) an ihrem unteren Ende die Gestalt einer flachen, nach unten offenen Schale besitzt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen entsprechend ausgebildet sind, den betreffenden Druckwasserstrahlen einen flachen, vorzugsweise rechteckigen Querschnitt zu verleihen

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß alle Düsen im wesentlichen in der gleichen horizontalen Ebene angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Düsenpaar (27) Strahlen unter einem Winkel zwischen 16" und 35'', vorzugsweise zwischen 26" und 27\ gegenüber der Vertikalen erzeugt,

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem ersten Düsenpaar (27) stammenden Strahlen auf den Metallslrom nicht mehr als 30,5 cm unterhalb dessen Austriltsstelle aüftreffen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Düsenpaar (28) Strahlen unter einem Winkel zwischen 10° und 20°, vorzugsweise zwischen 15,5° und 16,5°, gegenüber der Vertikalen erzeugt

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis

10, dadurch gekennzeichnet, daß die die Düsen verlassenden Strahlen sich in einer Ebene unter einem öffnungswinkel zwischen 10° und 40° verbreitern.

IZ Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis

11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubungskammer (17) einen röhrenförmigen oberen Abschnitt (16) aufweist, Jessen Durchmesser kleiner ist als die Hälfte des Durchmessers am unteren Ende der Zerstäubungskanimer.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis

12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubungskammer (17) von einer Haube (32) gebildet wird, deren unterer Rand (19) 5 bis 15 cm in das Abschreckwasserbad (13) eintauchL