DE2806716B2

DE2806716B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Eisenpulver für die Preßtechnik

Info

Publication number: DE2806716B2
Application number: DE2806716A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl.-Ing. 4000 Duesseldorf Bernhardt; Norbert Dr.-Ing. 5144 Wegberg Dautzenberg; Georg 4050 Moenchengladbach Huber; Richard 4073 Juechen Lummer
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1978-02-14
Filing date: 1978-02-14
Publication date: 1979-12-13
Also published as: JPS54114467A; JPS6330364B2; CA1112822A; SE446085B; US4274864A; SU1151197A3; SE7900653L; BR7900889A; DE2806716C3; IN162974B; DE2806716A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von in einer Ringschlitzdüse mit Wasser verdüstern Eisenpulver mit hoher Verdichtbarkeit und niedriger Fülldichte für die Preßtechnik, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die bekannten Eisenpulver für die Preßtechnik lassen sich unterteilen in

a) leichte Pulver (Fülldichte um 2,5 g/cm³) und
normale Verdichtbarkeit, z. B. bei

6 t/cm² = 6,8 g/cm³

b) schwere Pulver (Fülldichte > 3,0 g/cm³) und
hohe Verdichtbarkeit, z. B. bei

6 t/cm² = 7,1 g/cm³.

Pulver gemäß a) werden durch Direktreduktion von Eisenerz oder durch Luftverdüsung hochgekohlter Eisenschmelzen hergestellt.

Bei der Direktreduktion fallen schwammige Pulverteilchen an, bei der Luftverdüsung und der nachgeschalteten Glühbehandlung mehr oder weniger hohlkugelige Pulverteilchen.

Pulver gemäß b) werden durch Wasserverdüsung eines niedriggekohlten Stahls hergestellt Die Pulverteilchen sind kompakt und in ihrer äußeren Form mehr oder weniger spratzig.

Kennzeichnend für die leichten Puiversorten ist eine mittlere Verdichtbarkeit sowie eine hohe Grünfestigkeit der aus dem Pulver gepreßten Formkörper. Demgegenüber sind die schweren Pulver gemäß b) höher verdichtbar, jedoch weisen die Formkörper aus solchen Pulvern eine unbefriedigende Grünfestigkeit, speziell im unteren Dichtebereich (< 6,5 g/cm³) auf.

Aufgabe der Erfindung ist die Herstellung eines Eisenpulvers, das die Vorteile beider Pulvertypen, nämlich hohe Verdichtbarkeit und hohe Grünfestigkeit der Formkörper, aufweist

'5 Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebene Lösung gelöst

Bei den bekannten Düsengeometrien mit einer Durchsatzleistung von 5—30 t/h würden bei dem angegebenen Halbwinkel verfahrenstechnische Schwierigkeiten auftreten. Der flüssige Stahl würde von dem flachen Wasserkegel ganz oder teilweise zurückgeschleudert werden, so daß neben mangelnder Betriebssicherheit dit geforderte Feinzerteilung nicht mehr bewerkstelligt werden könnte.

Durch die Erhöhung der Sogwirkung kann die in der Zeiteinheit durch die Düse durchzusetzende Menge an flüssigem Stahl unter Wahrung einer Feinzerstäubung betriebssicher vorgenommen werden.

Zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Patentanspruch 1 kann eine Vorrichtung wie sie im Anspruch 5 angegeben ist, verwendet werden.

Diese Vorrichtung ist in der Figur schematisch dargestellt.

J5 Dabei ist der in die Düsenöffnung 2 der Ringschlitzdüse 3 eintretende Gießstrahl mit 1 bezeichnet. Die Zuführung des Preßwassers erfolgt durch die Leitung 4; mit 5 ist der Ringschlitz für den Preßwasserausdruck bezeichnet. Das Preßwasser tritt im wesentlichen

■»ο kegelförmig 6 aus dem Ringschlitz aus. Der Halbwinkel zwischen Gießstrahl 1 und Wasserkegel 6 ist mit dem Buchstaben « kenntlich gemacht. An die Düse 3 ist unten ein Saugrohr 7 angesetzt, dessen Länge — wie sich aus der schematischen Darstellung ergibt — variierbar ist. Das zerstäubte Pulver 10 fällt durch das Saugrohr in das Kühlmedium 9.

Aus dem DE-GM 70 29 112 sowie der »DEW-Technische Berichte« (12,1972,1; Seiten 35 bis 40) ist es bekannt, im Anschluß an die Düse einen durch ein

so konisches Rohr gebildeten Unterdruckraum vorzusehen, der in das Wasserbad eintaucht. Ein Sog im Sinne der Wirkung des vorliegenden Verfahrens tritt dabei aber nicht auf.

Die von der Düse 3 angesaugte Luftmenge hängt einerseits von dem Druck Pdes ausströmenden Wassers ab und ist in Näherung proportional dem Wert \[RD\e sich dabei einstellende Sogwirkung ist unter anderem so gering, daß bei dem erforderlichen großen Preßwasserwinkel sowie dem zuvor beschriebenen Metalldurchsatz die Schmelze zum Teil oder ganz zurückgeschleudert wird und die Düse nicht mehr einwandfrei arbeitet. Durch die Verkleidung des den Preßwassermantel umgebenden Raumes bzw. durch die Anbringung des Rohres 7 wird der Sog, d. h. die angesaugte Luftmenge,

h5 derart vergrößert, daß die Düse die angebotene Menge an flüssigem Metall störungsfrei durchsetzt. Der durch das Rohr 7 zusätzlich aufgebrachte Sog hängt von den Dimensionen des Rohres ab. Eine Vergrößerung der

Länge L und eine Verkleinerung des Durchmessers D erhöhen den Sog. Bei vorgegebenem Düsendurchmesser, Kegelwinkel und konstantem Wasserdruck besteht in Näherung Proportionalität zwischen der Größe UD und dem Sog an der Düsenöf fnung.

Für den praktischen Betrieb ist derart zu verfahren, daß für jede Düse bei vorgegebenen Betriebsparametern (Gießstrahldurchmesser, Wasserdruck, Winkel zwischen Preßwasserkegel und Gießstrahl) durch Anbringung des entsprechenden Rohres oder Änderung der Länge L der kritische Sog eingestellt wird, bei dem die Düse ohne Zurückschlagen des flüssigen Metalls betriebssicher arbeitet Dabei wird zweckmäßigerweise der Durchmesser des Saugrohres D so gewählt, daß er etwa das l'Mache der Düsenöffnung d beträgt. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß sich während der Verdüsung keine Metallspritzer an den Wandung des Saugrohres festsetzen.

Bei der Glühung des beim Verdüsen erhaltenen Zwischenproduktes unter einem reduzierenden, nicht kohlenden Gas (z. B. H2 oder I^/^-Gemische) bei Temperaturen von z. B. 1100°C ist sicherzustellen, !aß nicht nur eine Reduktion der als Folge der Wasserverdüsung auf der Pulveroberfläche vorliegenden Oxidhäute, sondern ebenso eine ausreichende Versinterung der einzelnen Primärteilchen erfolgt. Die durch das erfindungsgemäße Verfahren erreichte Kombination von hoher Verdichtbarkeit und niedriger Fülldich e und damit hoher Grünfestigkeit der Formteile ist nur dann gewährleistet, wenn bei der Reduktion ein Sauerstoffgehalt von weniger als 0,15% und ein C-Gehalt von weniger 0,02% eingestellt wird.

Nachfolgend soll das Verfahren an einem Beispiel erläutert werden.

Flüssiger Stahl mit einer Zusammensetzung J5

< 0,15% C
0,05% Si
0,15% Mn

< 0,015% P

< 0,015% S <0,04 %Cu

<0,04 %Cr
<0,04 %Ni

und einer Temperatur von 1600⁰C wurde mit einem Gießstrahldurchmesser von 18 mm in eine Ringschlitzdüse eingeleitet, deren Öffnungsdurchmesser rf= 95 mm betrug. Das Preßwasser strömte mit einem Druck von 85 bar und einer Menge von 26OmVh aus dem Ringschlixz der Düse, wobei der Winkel zwischen dem Preßwasser und dem senkrechten Gießstrahl 45° betrug. Durch Anbringung eines Saugrohres an der Ringdüse mit einem Durchmesser D von 150 mm und einer Länge L von 1000 mm wurde eine Sogwirkung von rd. 1 m³ Luft/sec eingestellt Hierbei fiel ein Rohpulver mit rd. 1,2% Sauerstoff, einer Fülldichte von 32 g/cm³ sowie folgender Teilchengrößen verteilung an:

+ 200 μπι
+ 160 μπι
+ ΙΟΟμπι
+ 60 μηι
— 60 μπι

0%

3%

17%

23%

57%

Das Pulver wurde anschließend bei 1100⁰C unter H₂ eine Stunde lang reduzierend geglüht, dann das Agglomerat zerkleinert Das so hergestellte reduzierte Pulver wies einen Kohlenstoffgehalt von 0,01% sowie einen Sauerstoffgehalt von 0,12% auf. Die Fülldichte war durch die reduzierende Behandlung von 3,2 auf 2,5 g/cm³ abgefallen. Die Teilchengrößenverteilung betrug

+ 300μπι
+ 200μπι
+! 60 μπι
+ ΙΟΟμηι
-f 63 μιτι
— 63 μπι

0%
5%
20%
30%
25%
20%.

Aus den Beispielen ist ersichtlich, daß das Rohpulver feiner ist als das nach der Behandlung vorliegende fertige Preßpulver.

Das erfindungsgemäß hergestellte Pulver ließ sich bei praxisüblichen Preßdrucken von 200-800 MN/m² zu Formkörpern mit einer für den gesamten Dichtbereich (z.B. 6,0 —7,1 g/cm³) hervorragenden Grünfestigkeit verpressen.

Im Vergleich zu den bisher bekannten Preßpulvern mit hoher Grünfestigkeit sind zur Erzielung gewünschter Formteildichten geringere spezifische Preßdrucke erforderlich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von in einer Ringschlitzdüse mit Wasser verdüstern Eisenpulver mit hoher Verdichtbarkeit und niedriger Fülldichte für die Preßtechnik, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdüsen des Gießstrahles mit einem Preßwasserdrjck größer 80 bar bei einem Wasserangebot größer lOmVt und einer Sogwirkung (Unterdruck) von 0,02 — 0,20 bar — gemessen im Bereich der Düsenöffnung — erfolgt, wobei der Halbwinkel zwischen Gießstrahl und Wasserkegel zwischen 40 und 60° liegt und daß das Rohpulver bei einer Temperatur von 1000-1200° C in reduzierender Atmosphäre geglüht und das Agglomerat anschließend auf eine gegenüber der Teilchengrößenverteilung des Rohpulvers größeren Teilchengrößenverteilung zerkleinert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbwinkel 45° beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühtemperatur 1100° C beträgt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Agglomerat auf eine Teilchengrößenverteilung von ca.

+ 300μπι
+ 200 μπι
+ 160μΐη
+ ΙΟΟμπι
+ 63 μΐη
— 63 μΐη

0% 5% 20% 30% 25% 20%

zerkleinert wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den vorstehenden Ansprüchen unter Verwendung einer Ringschlitzdüse, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Ringschlitzdüse (3) ein Saugrohr(7) auswechselbar angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge L des Saugrohres (7) veränderbar ist.